讓人工智能教育落地生根

王曉波

從1956年達特茅斯會議上首次提出“人工智能”概念，經(jīng)過幾十年的技術積累與迭代，人工智能逐漸走向科技變革的中心，成為推動社會進步與發(fā)展的新引擎。毋庸置疑，未來是人工智能的時代。2017年，國務院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》報告指出：“實施全民智能教育項目”“在中小學階段設置人工智能相關課程”。由此，帶來了人工智能課程開發(fā)與建設的熱潮。人工智能教育進校園，新技術、新理念給基礎教育帶來了源頭活水，同時也給教師和學生帶來了新的挑戰(zhàn)。本學期，北京市東城區(qū)6所學校的近30位小學信息技術教師向1700多名二年級到六年級的學生開設人工智能課。這個教學實驗的特殊之處在于所用的相關教學和實踐資源主要是該區(qū)小學信息技術學科的骨干教師歷時近一年時間在教研員的帶領下，經(jīng)過專家指導、技術團隊支持，經(jīng)歷探索、開發(fā)、改進、研究和實踐，編寫了小學人工智能用書及其他相關教學資源。

2019年5月16日—18日召開的國際人工智能與教育大會，以“規(guī)劃人工智能時代的教育：引領與跨越”為主題，為人工智能教育探尋新的方向。值此國際人工智能與教育大會召開之際，本刊對東城區(qū)小學人工智能基礎教育資源開發(fā)與實踐團隊進行了深度訪談，講述他們在人工智能教材開發(fā)和建設過程中鮮為人知的故事。

緣起，教師主動適應人工智能時代的教育

2017 年的一節(jié)信息技術課上前門小學的胡曉征老師播放了一段“阿爾法圍棋”戰(zhàn)勝圍棋冠軍的視頻，里面有一些影視劇中機器人的鏡頭，有些同學就問：“人工智能要打敗人類嗎？”有的學生就會反駁，說：“人工智能是為人類服務的，讓我們過得更幸福。”面對如此的爭論，胡老師向學生闡明觀點：人工智能和人類不是天然的對立關系，人類開發(fā)各種人工智能應用，也都是為生產生活更為方便服務的。我們看待人工智能要從它的工具性出發(fā)，即是協(xié)助人類的工具。

這些和人工智能有關的話題不停在考驗著小學老師們，類似的情形發(fā)生在更多的老師身上，于是老師們在信息技術組的研討活動中把這個問題提了出來，結果這次活動成了對人工智能教育的大討論?！耙灰v人工智能的內容、如何講人工智能的內容成為交流的焦點”，教研員郭艷玫老師對那天的交流記憶猶新，“那個時間段老師們明顯感覺對學生問題無所適從?！?/p>

這次討論大家確定了探索、學習、共享、互助的總方向，大家分頭去找資料、參加人工智能有關的研討會、學習人工智能相關的視頻。兩個月后的研討會上，大家再次分享過去一段時間內的成果，“一些科普體驗的人工智能程序和產品可以在課堂試一試?！薄叭斯ぶ悄艿亩x都不統(tǒng)一沒法教。”“人工智能不但需要很好的編程基礎還需要一定的數(shù)學鋪墊，這很難?！薄拔矣X得我們自己需要一個漫長的時間才能學通?！崩蠋焸儼迅嗟膯栴}帶到了會上，自然這次討論也沒有形成結論性的意見，但是問題還在繼續(xù)。

探路，組建人工智能教研開發(fā)團隊

郭艷玫老師通過2018年7月份的一次人工智能基礎教育論壇活動的新聞，找到了活動的組織和策劃人之一北京建筑大學的秦建軍副教授，當時正值暑假，郭老師叫上了幾位骨干老師一起和秦老師碰面，針對老師們的疑惑，秦老師觀點鮮明地提出小學人工智能教育首要的不應該是學習新技術，要引導學生養(yǎng)成適應智能社會的素養(yǎng)，而特別重要的是思維素養(yǎng)，如計算思維、人機合作思維等。同時秦老師介紹了他聯(lián)合多個大學專家以及技術人員一起研制的小學人工智能課程提綱和樣課。那是一次非正式的交流，但是看到的資源與聽到的講解讓老師們眼前一亮，這才是我們認為的人工智能，這才有人工智能的味道。就在溝通交流中，郭艷枚發(fā)現(xiàn)秦老師已經(jīng)在中小學STEM、創(chuàng)客教育方面做了很多年的跟蹤研究，非常懂我們的基礎教育，同時對人工智能教育有很深入地研究，對投身基礎教育階段的人工智能教育有極大的熱情，有著深厚的教育情懷。

2018年9月19日，郭艷玫老師邀請秦建軍老師給全體信息技術學科教師做“人工智能教育與未來創(chuàng)新人才培養(yǎng)”的專題講座。在講座中秦老師深入淺出地分析了信息技術教師關心的幾個問題，例如：人工智能教育與STEM教育、創(chuàng)客教育的區(qū)別在哪里？為什么必須要開展人工智能教育？什么是人工智能？等等，詳細地對人工智能基礎教育的觀點做了更加全面的介紹。所有聽課教師受益匪淺，“人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變人類社會生活、改變世界?！痹诮萄袉T的倡議下，從而萌生了邀請秦建軍老師專家團隊和小學老師們一起開發(fā)人工智能教育資源的想法?，F(xiàn)場有6位市區(qū)骨干教師奮勇自薦第一批參與，“不主動適應新技術，就得被新技術改變，沒想太多就報名了”，前門小學的胡曉征老師是其中的一位。就這樣由專家、小學骨干教師、教研員和技術支持團隊一起組建了小學人工智能教研開發(fā)團隊。

突破，挑戰(zhàn)小學人工智能教育全新課題

小學人工智能教研開發(fā)團隊牽頭專家秦建軍老師在東城區(qū)對小學老師們進行了系統(tǒng)培訓，幫助教師對人工智能教育深入學習和理解，提高了教師對人工智能教育的認識。系統(tǒng)的培訓更大程度地激發(fā)了教師開發(fā)學習資源的興趣和動力?！半m然我20多年從事中小學技術教育，后來才發(fā)現(xiàn)我們做的工作很有挑戰(zhàn)性，國內外還沒有找到可以用于小學課內完整人工智能教學的案例資料”北京市級骨干教師、171中學附屬青年湖小學的徐欣彥老師說。

專家組成員、北京工商大學李楠副教授給老師們帶來了更為準確的國際教育新動向信息：“美國人工智能學會和計算機教師協(xié)會也是在2018年5月剛剛成立K12（從一年級到高三）階段人工智能教育促進小組，剛剛啟動大綱的研制工作”。東城區(qū)教師研修中心的馬福貴主任在得知這一消息后感覺此事無論難度還是引領示范意義都非同尋常，不過我們后來討論很快明確了我們的總思路：“小學階段的人工智能是培養(yǎng)興趣，希望初中的人工智能教育能夠讓學生找到方向，而在高中階段能夠嘗試解決一些貼近生活的小問題?！?/p>

“在撰寫教材期間，由于時間的緊迫，我們經(jīng)常在微信上交流想法，互相探討，周末的時間幾乎都在撰寫教材和修改教材的過程中度過。但是，這個過程雖然辛苦，我們依然覺得能為學生、為教育做一件有意義的事，是非常幸福的?！币粠煾叫±铈美蠋熁貞浾f：“當老師們拿出一課的初稿時，驚喜、敬佩、感謝之情在心頭涌出。我不會忘記，下課后我們從城區(qū)的各個方向匯集到一起，學習討論忘記了回家的時間;我不會忘記，有多少個周末老師們克服種種困難聚在一起研討。在感動之余，我們請專家針對第一稿進行嚴格地審定，從概念的準確性、活動的有效性、結構的合理性等多方面提出修改的建議。這之后，老師們就分組投入到編寫工作中?！?/p>

金慧莉老師回憶說，曾經(jīng)有人將一群始終堅守在信息技術教育教學一線的教師稱為“信徒”，憑著一股子執(zhí)著的鉆勁兒，他們一面不斷突破自己的技術壁壘，學習學習再學習，一面不為各種潮流所動，堅持給予學生最純粹的信息技術教育。這一次，幾位老師聚在一起進行學習資源的開發(fā)，也充分發(fā)揮了“信徒”的精神，他們一面自學相關知識，一面虛心地向秦建軍老師組織的專家團隊請教，一面根據(jù)自己的教學經(jīng)驗苦思冥想，一面交流討論、各抒己見、精益求精。每兩周一次的初稿說明會，是老師們最焦慮也最盼望的時刻，他們一次次地展示、述說自己的個人研究成果，也在一次次和專家、同行的研討中不斷提升。

落地，課堂效果出乎意料

編寫出了全新內容的樣章，在實際教學實踐中的效果會是如何？這件事情又讓郭艷玫老師發(fā)愁，“只有在教學中起到好的效果才算是好教材，我的第一個想法就是需要試課?！?/p>

郭老師把這個想法和老師們商量，誰愿意在課堂上對其中的內容進行實驗。這個想法和一師附小的李婷老師不謀而合，她迫不及待地接受了這個任務，選擇了“知識表示”這個章節(jié)的部分內容在信息技術課堂上進行了教學試驗。“我選擇在五年級一個班的信息技術課堂上進行試驗，這些學生都有了一些信息技術基礎，應該容易接受一些?！崩罾蠋熣f，“但試驗的結果出乎我的預料，學生不僅對上課的內容非常感興趣，而且接受能力也很強。有一個學生在課后對我說的話讓我印象很深刻，他說：‘老師，通過二進制內容的學習，我感覺1和0能夠表示一切了。通過他的反饋，我又深刻地感覺到小學人工智能教育不是要讓學生掌握多么難懂的知識或技能，而是對學生思維的啟發(fā)，這才是對學生影響更深遠的事”。

黑芝麻胡同小學的郝君老師在聽了試講課后說：“教師在這個過程中也對人工智能課有了更深層次的理解，在教學中有別于傳統(tǒng)教學，而是一種思維的培養(yǎng)，不急于讓學生得出個結果，而是更多地體會過程，在過程中求新、求異發(fā)散思維?！痹诖嘶A上，研發(fā)團隊請來北京市基教研中心信息技術教研室王振強主任對資源用書進行把脈，針對編寫的內容指導修改。進而教材編寫團隊進入到了近似“瘋狂”教材修改模式。大家以組為單位針對修改意見開展“頭腦風暴”，逐字逐句地推敲每一節(jié)課、每一個單元。最終，在2019年1月26日基本定型，這一天我們工作到了夜里12點。沒有抱怨只有埋頭苦干，沒有講條件只有無私地奉獻。

收獲，獲得專家認可與肯定

在秦教授為首的專家團隊指導下，幾易其稿，這套教材到2019年3月份才基本定稿。談到收獲，參與教材編寫的老師們收獲是最大的，一師附小李婷老師選取了人工智能教材中《圖像大解密》這一課的內容參加了區(qū)教師基本功大賽。李老師說道，這一課的內容是關于照片的像素和分辨率等知識的學習，當時我也在思考，這不是信息技術課的教學內容嗎？與人工智能有何聯(lián)系？其實，人工智能與信息技術本就有著不可分割的關系，在人工智能的體系中，機器通過識別到圖像的像素去獲取圖像信息，這與前面的1和0表示圖像也有很大的關系，認識了像素，才能讓學生更深入地去認識圖像識別。也許，在不久的將來，學生就會因為今天的學習而去研究機器識別圖像的算法了，這都是源于基礎知識的學習。這是第一套由小學信息技術教師在北京建筑大學、北京交通大學、北京郵電大學、中科院大學、北京工商大學等單位的專家，中國科學技術出版社（科學普及出版社）以及技術單位北京智教未來科技有限公司的引領下合力開發(fā)撰寫的人工智能教育資源用書，注重了資源用書的普及性、生動性、趣味性和實踐性。

來自中科院大學、北京交通大學的專家們對這套書進行了審閱并給予了諸多中肯意見。“這套書著實讓我欽佩的地方是把小學人工智能寫活了，用活動體驗的方式來向小學生普及人工智能知識，這是一種自然而非強迫的過程”，從事多年人工智能研究的北京交通大學陸一平副教授說出了他的感受。

國家總督學顧問、國家教育咨詢委員會委員、聯(lián)合國教科文組織協(xié)會世界聯(lián)合會榮譽主席陶西平先生對這套書給予高度評價，他認為，這套書圍繞人工智能知識點展開、突出計算思維等思維素養(yǎng)的培養(yǎng)、學生認知能力和興趣啟發(fā)的視角，并且延續(xù)了教學者的教學習慣，可以成為推廣性的小學人工智能教材。

著名智能工程和教育專家、聯(lián)合國教科文組織產學合作教席理事長、北京交通大學查建中教授說：“我們國家未來的科技人才能真正做到德才兼?zhèn)?，僅靠一套好的教材是不夠的，建議廣大教育工作者要重視人工智能倫理教育，培養(yǎng)學生的是非觀、社會責任感和道德情操，增強學生的信息安全意識，這是人工智能教育普及中非常重要的一環(huán)。我真誠地希望這套教材是小學人工智能教育的一個新起點，引導我們的孩子們自信、從容、理性地迎接即將到來的科技新時代?！?/p>

2019年初，東城區(qū)代表北京市申報了教育部“智慧教育示范區(qū)”，示范區(qū)明確要求要利用人工智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，探索泛在、靈活、智能的教育教學服務新模式，促進“課堂革命”的有效有序開展。由東城區(qū)小學信息技術學科的骨干教師、市區(qū)級教研員、高校專家參與編寫，智教未來公司提供技術支持的人工智能教材正當其時，在區(qū)域范圍內開展了廣泛的實踐，有力地推動了“智慧教育示范區(qū)”的建設。面向未來，人工智能教育還有很長的路要走，需要聚焦課程，打造一支人工智能教育的夢之隊，真正讓人工智能在中小學校落地生根，開花結果。