市西中学：AI时代的课堂之“变”案例学校：市西中学

文 徐 倩

走进市西中学古朴优雅的传家楼，行至二楼走廊的尽头，一块略显低调的牌子挂在一扇不大的门前——“人工智能实验学校”，迈进去，就是另一番天地。期待中的全球首个人工智能高中课堂究竟什么样？

门口的人脸签到系统，一一记录下来访者的人脸、时间、位置等信息；拥有机械臂、摄像头和视觉控制模块的机器人，实现了手势的控制，与传统遥控器指挥的机器人相比，好像多了几分智能的“大脑”；拿起手机，通过APP就能进行声音控制的无人飞机，让人们似乎看到了未来的模样；学生自己搭建的无人小车，在模拟道路上自动转弯、加速、避障，自动感应信号，红灯停、绿灯行；智能音箱，可以自由地和它聊一聊，轻松实现人与机器的“对话交流”……

这是市西中学人工智能实验室的学习环境，学生在此既能体验感受，也可以动手操作实践。但更值得关注的是，学生上课时面对的那一台台黑色的电脑，别看电脑其貌不扬，里面预装了深度学习算法平台，平台上都是紧密贴合《人工智能基础》教材的实验内容，学生可以在这个名为“Sense Class教学实验平台”上进行深度学习模型训练和定制算法扩展。

市西中学认为，人工智能是教育的前沿热门，更是未来方向。学校率先开设人工智能课程，并非为了攻克人工智能的核心技术，而是为了给学生构建面向未来人工智能社会的一种基本认知，让他们对社会发展的方向和趋势有一个整体的把握，让他们能更好地为未来做好准备。

化繁为简，落脚点在“应用”

2018年2月，市西历史上第一节人工智能课程开课了。作为拓展型选修课程，面向高一学生开设。

当时，《人工智能基础》教材尚未编写完成，但副校长林勤和科技老师钱晋因为参与了教材第三章“别具慧眼：识图认物”的编写，所以对于AI图像识别这一块内容较为熟悉。通过学习商汤科技提供的资料，以及自己上网搜寻资料自学等方式，补充了一定的具体案例和图表，学校决定，开设人工智能的课程。

事实上，人工智能的课堂并非想象中那么华丽炫酷，从现场观摩的“图像识别技术”课来看，它的课堂教学大致有三步：学生们坐在电脑前，聆听老师讲课，与老师互动交流；再到电脑的教学实验平台上自己操作实验，设计出项目；最后动手将项目转化为应用到实际生活中的作品。

课堂上，钱晋引入了大量的科普内容和实例帮助学生理解内容，比如人工智能识别人脸和聚类人脸，可以用来整理相册，将照片按人脸、衣服、场景等分类；也可以通过提取脸部106个关键点特征，进行比对确认以实现人脸签到……

高一(1)班的刘云翔对计算机科学与数学一直有兴趣，看到这学期开了“人工智能”这门拓展课后，便直接报名了。经过大半个学期的学习，他对人工智能的分类器与图像识别方法有了更深刻的认识，他说：“教材本身应该不超出我们高中生的数学基础，但有些知识点确实有点难。好在老师们已经简化过了，再加上他们补充的那些AI应用的实例，让原本有些繁杂的算法变得相对简单易懂。”

当然，人工智能是一个技术含量极高的领域，尤其是不少地方会用到深奥的数学算法，对于高中生来说，超过了他们知识的范围。因此，教材编写组充分考虑了这个问题，商汤科技在帮助市西中学进行AI实验室建设时，也有所规划，不但为市西提供了超速系统下的软件、教学实验平台，开放了算法、部分接口，还为学生在动手组装作品时提供功能模块，使学生能享受到创造的无穷乐趣。

用责任感引领，更好地为未来作准备

对于市西中学来说，能在全市率先开出人工智能课，也是意料之中。

创建思维广场，为高中生打造了面向未来的智慧的学习环境，并探索了一种崭新的学习方式，这是市西的“思”与“变”；建设成19个实验室，开设了近30门与科技直接相关的拓展型和研究型课程，如大气环境监测、静态模型制作、手机APP开发等，规划“市西智慧校园网”建设，使之成为实现网上课程管理、预约制、学生学习经历记录、学分制和绩点制等项目的保证，这是市西的“创”与“新”。

规划中清晰地呈现了学校“三步走”的路线图：

第一步，广泛开展人工智能科普活动，包括讲座、知识竞赛、文化游学等，目的是普及和提高学生对人工智能的认识。

第二步，开展课程学习与实验室的同步建设，主要是开设人工智能的拓展型、研究型课程，目的是让学生从基本的对人工智能原理、模块功能的了解开始，逐步进入语言与算法的学习。

为了配合课程教学的开设，学校还计划同步尝试人工智能校本教材的设计与编写，聘请专家学者开展教师的进修培训；进一步建设与人工智能课程配套的实验室。

第三步，探索人工智能的学校教育教学管理，包括利用数据分析，对学生作业的错误进行分析，发现及推送相关的练习；利用人体骨骼分析软件，进行学生体育动作的学习矫正等。

“市西中学地处上海中心城区，我们有理由成为教育前沿的探索者。也许我们还没找到方向，也许能取得一点进展，但是这些探索，哪怕是为后来的成功者提供一个不算成功的案例，我们也值得。这就是我们的教育追求。”董君武的话掷地有声，他进一步阐释，“在这样一个时代，我们学校所有教职工都要面向未来思考今天的教育，面向未来思考今天的学生需要为未来做怎样的准备，怎样去回应智能化时代。开设人工智能课程，是市西面向未来教育的组成部分，是市西教育发展水到渠成的必然。”

AI改变教与学方式

人工智能从研究领域到教材转换，再到进入课堂，对授课的老师来说，其难度不亚于跨越了一次鸿沟。为此，林勤和钱晋经历了两次转换过程。

第一次，参与教材编写，将人工智能从技术版本转换为教学语言，相当于做了一次“翻译”。“其实，过去我也没接触过人工智能，所以花了很大力气去学，基本是通过上网和到图书馆查资料，3个月里看了100多万字，晚上常常学到两三点。”林勤说，在学习的过程中，他最大的感触是，对现代人来说，在哪里学、怎么学、如何学都不是问题，因为学习资源是不匮乏的，关键是肯不肯学。

第二次，如何将人工智能教材讲得能让学生听懂，这就对老师提出了新的要求，考验的是老师将“教材内容转变为课堂教学内容”的创造力。林勤介绍，市西现在的教学团队，虽然还处于刚刚起步的阶段，但“先天条件”很好，“我们已经让科技老师、物理老师、计算机老师做好了准备，他们即将走上人工智能课的舞台当‘演员’，老师也需要边做边学。”

大学里曾学过图像识别的钱晋，在备课和撰写教案时始终坚持这样的方向：人工智能课虽然涉及一些高深的数学知识，但这些理论的学习并不是教学的主要目的，学校主要想让学生掌握人工智能的原理。“比如讲到深度神经网络，学生只需要知道如何把模型建立出来，怎样调整。至于神经元到底是怎样连接的，我虽然也会涉及，但如果学生实在听不懂，我觉得没关系。”

课上，钱晋也仔细观察了学生的反应，“我们在不断地观察，哪些学生可以接受，哪些学生一点也不能接受，然后调整完善教学内容。”不可否认的是，确实有些学生数学基础比较好，对人工智能应用以及核心技术专业也很感兴趣，“对于这样的学生，我们一定要鼓励他们继续深入进行研究和探索。”

尽管人工智能课对老师提出了高标准，但从目前来看，实际开设后的效果是不错的。林勤告诉记者，利用人工智能，至少可以把现有学校的科技活动和科技教育的内容做一系列提升整合。

比如，现在从小学到高中都有机器人课，这些机器人有线控的，也有遥控的，还有利用传感器程序控制的，但进入人工智能时代的机器人，或是声控或是手势控制，其科技含量和功能本身就会自动提升，对于学校未来的科技课程群，会有一个新的整合。

在董君武看来，学校的人工智能课程建设不仅要面向学生、面向这门课的老师，还要面向全校教师开展教师的大培训。“我们要从人工智能拓展开去，因为如果从本质上剖析人工智能，其最核心、最基本的原理，比如图像识别的预处理、特征提取、分类、比对等过程，其实就是机器模仿人类的学习过程。如果老师理解后，再把想法传递给学生，让学生应用到自己的学习中，对提高学习效率大有帮助。”

2018年，市西中学建成A I实验室，并正式面向学生开设AI课程，除了向学生普及AI基础知识，引导学生开展AI技术的创新应用，还有两项研究任务，一是运用AI技术，通过学生外显的行为，准确分析跟踪学生的思维、情感、注意力、劳逸程度等身心状况，对学生的学习进行精准的个性化指导。二是引导学生将理解掌握智能机器人的“学习原理”，应用到学习过程中，从而更好地提高学生的学习效能。这两项任务的实践进展，必将更好地引领教育走进新时代——教育AI时代。