新一代人工智能對教育的影響

王鵬遠

【摘 要】ChatGPT作為一種新興的人工智能應用技術(shù)，具有廣泛的應用前景和重要意義。教育如何順應人工智能時代的深刻變化？本文以ChatGPT在數(shù)學教學中的應用為例，談了人的思考是否可以被人工智能所取代、教師如何應對人工智能的挑戰(zhàn)、促進學生的自主學習與教學資源的數(shù)字化轉(zhuǎn)型三個問題，以期與同行交流。

【關(guān)鍵詞】ChatGPT；數(shù)學教學；人工智能

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）09-061-03

最近一段時間ChatGPT火了，這是一款美國研發(fā)的聊天機器人程序，自2022年11月30日發(fā)布以來，據(jù)說注冊用戶已經(jīng)超過了一億。它對社會的沖擊力遠遠超過了不久前火爆的“元宇宙”，人們驚嘆“人的思考正在被人工智能代替”，利用它可以寫文案、做詩歌、翻譯、進行人機對話，你問一個問題，它當即能給你一個回答，你給它出一個題目，它就能按你的要求寫一篇像樣的文章，太厲害了！

如何看待ChatGPT對教育的沖擊是人們熱議的一個敏感話題。ChatGPT會不會取代教師？如何理性地權(quán)衡它的利弊？教育如何順應人工智能時代的深刻變化？這里談些看法與同行交流。

人的思考是否可以被人工智能所取代

對這個問題，我們的回答是ChatGPT表明人的思考確實可以部分被人工智能取代，但人工智能不等同于人自身的智慧，不能完全取代人的思考。

網(wǎng)傳復旦大學做了一項研究，讓ChatGPT做一套2022年的高考試題，結(jié)果是：根據(jù)2022年全國高考的分數(shù)線，就算把ChatGPT放到一個高考競爭較為激烈的省份，也能輕松達到二本線；如果只參考文科成績的話，甚至有很大希望能達到一本線。這說明人工智能現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到一個相當高的水平。

但ChatGPT在主觀題上，文綜得分率為78%，生物得分率50%，在數(shù)學、物理、化學、歷史這4個單科成績上，只有30%。看來ChatGPT處理文科題目優(yōu)勢明顯，但對于理科題目表現(xiàn)不佳。

那么，怎么認識ChatGPT呢？我們是否可以把它理解為一個“搜索引擎+聊天機器人+復雜文本整合器”，即從海量的“語料庫”中搜索所需要的那些文本，以及文本背后所蘊含的、潛在的框架與“規(guī)則”，整理表達為人類可以接受的語言。這確實不簡單，但它依托的是語料庫中已有的現(xiàn)成的知識或經(jīng)驗，并不能創(chuàng)造出以前沒有的新知識。

就數(shù)學思維而言，這是一個非常復雜的過程。數(shù)學具有高度的抽象性和嚴密的邏輯性，不能通過簡單的對已有經(jīng)驗的檢索和整理實現(xiàn)。數(shù)學的發(fā)展是一個不斷創(chuàng)新的過程，“無理數(shù)”的產(chǎn)生，非歐幾何與解析幾何的產(chǎn)生，足以說明這一點。這些數(shù)學體系巨大的轉(zhuǎn)變都經(jīng)歷了復雜抽象的創(chuàng)新過程，不可能通過計算機的有限步運算模擬。經(jīng)驗表明，學生在學習用字母表示數(shù)，幾何證明的入門階段總是遇到一些困難，這也說明了抽象思維和邏輯思維的復雜性。

徐利治先生在《數(shù)學與思維》一書中詳盡地闡述了數(shù)學與左腦思維和右腦思維的關(guān)系，他指出人的左半腦主要擔負邏輯分析和推理的任務，右半腦主要擔負形象思維和審美的任務。過去人們常常強調(diào)的數(shù)學思維的抽象性和邏輯性是同左半腦的思維功能聯(lián)系的，而數(shù)學思維具有的“實驗、猜測、想象、直覺、美感”等特點，是與右半腦的思維功能相聯(lián)系的。想象和直覺是學習幾何不可或缺的，一個數(shù)學問題的解決往往需要先進行猜測，猜想是發(fā)現(xiàn)數(shù)學的重要手段。數(shù)學思維需要兩個半腦的相互配合，這是計算機難以模擬的。綜上，可以肯定大部分的數(shù)學思維是ChatGPT當前不具備的功能。

這樣，我們就比較全面地認識了ChatGPT與人的思考的關(guān)系：一方面ChatGPT的出現(xiàn)確實標志著人工智能的巨大進步，在某些方面勝過了人腦，另外一方面又不能過分夸大它的作用，它在許多方面還不可能替代人的思考。

教師如何應對人工智能的挑戰(zhàn)

“未來已經(jīng)來臨，只是尚未流行”，以ChatGPT為代表的滾滾而來的人工智能洪流，引發(fā)了人們強烈的危機感。我們必須順應時代的發(fā)展，不然就要落伍。

中共中央、國務院印發(fā)的《全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》中提到“教師主動適應信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開展教育教學”。過去講數(shù)學教師的素養(yǎng)有兩個重要的方面，一是數(shù)學學科本身的素養(yǎng)，一是教學理論方面的素養(yǎng)?，F(xiàn)在看來還必須加上一條，即教師應具備信息技術(shù)的素養(yǎng)，需要主動適應人工智能等新技術(shù)變革。教師要有興趣了解人工智能，主動學習人工智能的有關(guān)知識，這樣才能既不盲目追趕新技術(shù)，又不拒絕使用新技術(shù)，能與人工智能攜手，并恰當?shù)卦诮虒W中使用新技術(shù)。

在中科院第十九次院士大會上譚鐵牛院士的報告對人工智能給出了清晰完整的解答。人工智能自1965年提出，其研究的目的是探尋智能的本質(zhì)，研制出具有類人智能的智能機器。研究內(nèi)容是能夠模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應用系統(tǒng)。它的表現(xiàn)形式包括會看（圖像識別、文字識別）、會聽（語音識別，機器翻譯）、會說（語音合成、人機對話）、會動（機器人、無人機）、會思考（人機對弈、定理證明，醫(yī)療診斷）和會學習。

譚院士認為目前專用人工智能取得了突破性的進展，但與通用人工智能還存在非常大的差距，所謂專用人工智能是專為某一特定目標設計的。這里值得一提的是吳文俊院士開創(chuàng)的幾何定理的機器證明，它開創(chuàng)了在國際上人工智能用于模擬數(shù)學思維的先河。隨后則是張景中院士與高小山研究員在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)的機器證明的可視化，設計了適用于數(shù)學教學的“超級畫板”和“幾何專家”工具軟件。

“超級畫板”“網(wǎng)絡畫板”是專為數(shù)學教學設計開發(fā)的國產(chǎn)軟件，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，屬于譚鐵牛院士所說的專用人工智能。有一種擔心認為鑒于數(shù)學學科抽象和推理的特點，人工智能可能削弱學生的數(shù)學思考，但實際情況并非如此，恰當使用技術(shù)應能幫助學生更深刻地理解數(shù)學。

僅舉一例，學生對函數(shù)概念的理解從初中到高中要經(jīng)歷一個逐步深化的過程。越是抽象的概念越需要豐富直觀的材料作為獲得感性認識的情境引入，隨后提高到深入刻畫函數(shù)概念的形式化表達。

我們設計的課件“怎樣折出的紙盒容積最大”給學生創(chuàng)設了紙盒動態(tài)變化的場景（圖1），學生可以觀察隨著正方形紙片剪掉四角的小正方形邊長的變化折出紙盒大小的變化，從屏幕上不僅能觀察圖形的變化，還可以同時看到相關(guān)數(shù)據(jù)的變化。單憑教師的口頭講授或?qū)嵨镅菔臼沁_不到數(shù)形結(jié)合的動態(tài)效果的，目前ChatGPT也沒有這一功能。

圖1? 紙盒動態(tài)變化課件

到了高中在引入函數(shù)符號之后，學生還可以自己在計算機上動手操作加深對函數(shù)概念的理解。例如，鍵入 f（x）（x^2+2*x-3;）回車，這時計算機就已經(jīng)知道了函數(shù)f（x）的對應法則，隨后不管鍵入的是數(shù)字還是字母，計算機都能馬上得出對應的數(shù)字和字母。還可以定義另外一個函數(shù)g（x）進行更多的實驗，如探究f（g（x））和 g（f（x））的意義，f（g（x））和 g（f（x））是否相等，此刻學生的學習方式發(fā)生了變化，他們不再是聽教師講接受知識，而是在計算機上進行實驗、探索主動獲得知識，從而加深了對函數(shù)概念的理解。

類似地，關(guān)于函數(shù)的單調(diào)性教學，動態(tài)課件也有助于學生更深刻理解抽象的概念。還有更多的教學案例，鑒于篇幅這里不一一贅敘?？梢哉f，技術(shù)的引入極大改進了傳統(tǒng)的函數(shù)教學。

目前，國內(nèi)不少數(shù)學教師已經(jīng)將其用于教學，積累了豐富的經(jīng)驗，取得了良好的效果。我們建議將其推廣，作為我國教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個重要內(nèi)容。人工智能并非那么神秘高深莫測，教師擁抱人工智能不必等待未來通用人工智能的出現(xiàn)，從現(xiàn)在就可以開始嘗試把一些專用人工智能的技術(shù)用于教學中。數(shù)學教育技術(shù)對改進當前的數(shù)學教學具有現(xiàn)實意義，我們可以以此為抓手推進數(shù)學教育的變革。

ChatGPT是個新生事物，對它在教學中如何應用我們目前尚無體驗。有專家稱可以用它幫助教師生成教案，筆者主觀地認為教師鉆研教材、研究學情是不可能用它替代的，不過可以嘗試借助它海量的資源庫幫助教師備課，如把一些數(shù)學文化的內(nèi)容引入教學。

總之，面對滾滾而來的人工智能洪流，教師的態(tài)度應該是積極的，在人工智能的背景下從備課、課堂教學、課外活動、教學科研等方面加速教師的角色轉(zhuǎn)型。

促進學生的自主學習與教學資源的數(shù)字化轉(zhuǎn)型

ChatGPT對人們的一個啟示是學習方式的多元化和個別化，ChatGPT無疑開辟了一個新的學習通道。它促使我們思考如何隨著技術(shù)的進步促進學生的自主學習，豐富學生的學習方式。

培養(yǎng)學生主動學習的意識和習慣是當務之急，它關(guān)系到學生的未來發(fā)展。主動學習的意識很重要，沒有這種意識和學習的渴望再先進的數(shù)字化教育教學環(huán)境都是無用的，ChatGPT還可能助長學生的抄襲，懶于思考。

培養(yǎng)學生自主學習的習慣和能力，應從狠抓閱讀做起。當前學生習慣于上課聽講的接受式學習。一些課堂上還有“滿堂灌”的現(xiàn)象，我們設想課堂能否留出1/3以上的時間讓學生閱讀課本自學，當然這不是放任自流，教師需要組織和適時指導，逐漸使閱讀成為學生的一種習慣，成為自主學習的重要途徑。有了網(wǎng)絡，教師還需要指導學生有效的網(wǎng)上閱讀，把線上與線下閱讀結(jié)合起來。

閱讀是當前學校教育的短板，數(shù)學閱讀更為甚之，這是由數(shù)學學科抽象和嚴謹?shù)膶W科特點決定的。

數(shù)字化教育面臨的一個重要問題是改造教材，一直以來教材都是紙質(zhì)的教科書，它呈現(xiàn)的主要是文字，不可能呈現(xiàn)動畫、音頻和視頻，而這些對于加深數(shù)學理解卻是必要的，這說明紙質(zhì)的數(shù)學教材需要“立體化”，需要用一些課件作為補充。隨著網(wǎng)絡的發(fā)展和移動通訊設備的普及，紙質(zhì)的書籍可借助背后的網(wǎng)絡支撐，充分利用網(wǎng)絡提供的數(shù)字化資源。對此我們進行了探索，在2022年出版的《少年數(shù)學實驗（第2版）》 的正文中間加印了二維碼，閱讀本書的同時通過掃碼即可在手機或平板電腦上得到相應的動態(tài)課件。

我們設想數(shù)學教科書和數(shù)學讀物是否可以借鑒這種需要網(wǎng)站支持的模式出版。這樣一來，學生的數(shù)學閱讀將會變得更加有趣，內(nèi)容愈加豐富，線上與線下結(jié)合學習更加有效，更利于學生的自主學習。

當然，個別化學習的一個重要問題還有待于深入研究，即數(shù)字化能否提供及時的反饋功能。學生能通過二維碼提問及時獲得幫助，通過掃描上傳作業(yè)及時獲得智能機器的批改與點評。我們滿懷信心期待有專門服務于數(shù)學教育的ChatGPT面市，也許我們的期待不久將會成為現(xiàn)實吧。

ChatGPT 能激發(fā)學生對人工智能的好奇與興趣，而人工智能的背后是數(shù)學的支撐，人工智能時代對數(shù)學人才的急需將成為激發(fā)學生學好數(shù)學的強大動力。

促進學生的自主學習和個別化要關(guān)注激發(fā)學生的興趣和好奇。當前這方面我們做得還很不夠。失去興趣，自然失去好奇心，也就無所謂問題意識。學生負擔過重自然失去興趣，死記硬背和機械式訓練的教育則壓縮了學生自由思考和提問題的空間。我們應從人工智能時代賦予教育的任務考慮更新現(xiàn)行的教育方式。

人工智能時代對教育的挑戰(zhàn)是培養(yǎng)工具型人才還是創(chuàng)新型人才。這兩者的主要區(qū)別在于創(chuàng)新型人才有強烈的問題意識，善于發(fā)現(xiàn)和提出問題。創(chuàng)新型人才敢于質(zhì)疑，不迷信權(quán)威?？茖W發(fā)展史表明，提出一個好的問題往往帶來重大的革命性創(chuàng)新。當前人工智能的發(fā)展勢頭迅猛，讓我們順應時代的飛速發(fā)展，擁抱人工智能，利用已有的專用人工智能成果腳踏實地推動教育改革！

作者單位：北京大學附屬中學

編? ?輯：王曉波