人工智能教育服务平台的设计与实现

魏斌

摘要：人工智能产业属于战略性产业，人工智能教育将是未来人们生活水平的分水岭。人工智能教育综合服务平台定位于服务青少年阶段的人工智能领域的学校教育和校外机构教育，通过一站式平台，建立集课程研发、人才选拔、师资培训为一体的科技与创新教育生态。

关键词：人工智能教育;课程开发;人才培养

中图分类号：TP315      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）34-0003-03

Abstract： Artificial intelligence industry belongs to a strategic industry， artificial intelligence education will be the watershed of people's living standards in the future. The comprehensive service platform of artificial intelligence education is positioned to serve the school education and after-school institution education in the field of artificial intelligence for teenagers. Through a one-stop platform， the platform establishes a science and technology and innovative education ecology integrating curriculum development， talent selection and teacher training.

Key words： Artificial Intelligence Education; course development; talent training

1 背景

人工智能产业是我国的战略性新兴产业，经过多年的发展，基础架构已经日趋成熟[1]。伴随的产业应用得到了迅猛的发展，人工智能的应用场景涉及各个行业，其中教育领域成为各家公司争相落地的应用场景首选之一[2]。

目前阶段，我国人工智能相关的人才供应短缺，尤其是高端的人才。培养人工智能领域的高层次人才是未来教育行业面临的重要任务。《中小学人工智能普及教育现状调研报告》指出“从基础教育阶段培养学生适应产业革命的科技素养，激发学生对人工智能领域的学习兴趣，与高等教育阶段的人工智能教育形成有效衔接，构建多层次、阶梯化的人才体系，才能为我国人工智能产业发展夯实人才基础，目前，学生学习意愿强烈，但认知水平较浅，教育师资不足是中小学人工智能普及教育最大的瓶颈。”

任正非提到“这个时代对一个国家来说，重心是要发展教育，而且主要是基础教育，特别是农村的基础教育。没有良好的基础教育，就难有作为的基础研究，基础教育是解决企业对人才需求的源泉，而人工智能教育将是未来人们生活水平的分水岭”[3]。

人才的培养是系统性的工程，从来都不能走捷径，人工智能领域的人才培养也不例外。在基础教育阶段引入人工智能普及教育，培养学生的科学素养，形成必要的知识储备，激发学生的学习兴趣，为高等教育阶段的人工智能人才培养打下基础，并能够形成有效的衔接，从而构建多层次的人才體系，解决我国人工智能领域的人才紧缺问题[4-5]。

2 人工智能的分层人才培养

人工智能是一个综合性学科，以培养目标为依据，AI教育可以分为几个层次[6-7]，后面的层次已经包含了前面的内容，中小学关注的1层和2层，为第三层打下基础：

2.1 AI用户

AI用户这一层的主要培养目标：

1）培养学生体验AI、正视AI、了解AI当前和未来的发展方向，能够与AI友好相处。

2）培养学生理解AI的作用，对AI产生兴趣，以AI为工具，用AI设计典型的应用场景。

这一个阶段主要应对小学和初中阶段的教育。通过AI研学的方式实施，组织学生参加人工智能相关的科普讲座，参观科技馆、博物馆、企业展厅、科研机构实验室等，组织机器人、编程社团活动，体验典型的人工智能应用，感性认识人工智能的功能。通过远程教育模式支持偏远地区的学校开展在线的AI研学达到科普的目的。

通过系统的学习，学生能够对AI的应用场景有一定的认识，并能够通过AI积木，结合Scratch积木编程、Swift编程和Orange Canvas图形化数据挖掘工具完成简单的人工智能应用的设计。

2.2 AI工程师

AI工程师这一层的主要培养目标：

1）深度理解AI的作用，让学生了解人工智能典型编程语言，能用AI开发平台（调用API）搭建简单应用。

2）初步理解AI的原理，了解AI的核心算法，能利用既有的AI框架设计较复杂的应用。

主要应对高中、中职和高职阶段的教育，这个层次以Python语言调用现有的算法库，借助可视化的、图像化的编程语言让学生了解机器学习的基本算法和应用场景，能够开发典型的、初级的人工智能应用，通过系统的学习，学生毕业后可以从事AI工程师的初级工作， 承担AI领域的蓝领工人和初级的人工智能教育培训、科普工作。

2.3 AI科学家

AI科学家这一层的主要培养目标：

1）深度理解AI的原理，理解AI的核心算法。

2）理解AI的核心算法，学习背后的数学知识。

主要应对本科、硕士阶段的教育以及企业一线的高级算法工程师。以Python语言为基础学习机器学习的核心算法，并熟悉背后的数学原理。通过系统的学习，学生可以从事数据科学的研究、人工智能应用的算法研究、产品设计等工作。

3 人工智能教育综合服务平台

人工智能教育综合服务平台定位服务从小学、初高中以及中、高职阶段的人工智能领域的学校教育和校外机构教育，打造青少年教育创新综合实践基地，提供世界前沿的科技创新教育，成为学校教育的有益延伸。融合学校、家庭和校外机构教育，将先进的教育理念与人工智能等前沿科技服务于教育，建立集课程研发、人才选拔和师资培训为一体的科技与创新教育生态。

3.1 功能设计

基于上述对中小学人工智能教育现状的分析以及AI人才培养的分级，服务平台初步实现AI+社区和AI云服两大基础功能，满足学校、培训机构和家庭以及从业人员的需求。

具体包含三个主要的板块：

1）AI+社区是平台的核心：AI行业资讯和动态信息、基于内容协同共建模型的慕课系统、作品展示系统、中小学AI研学平台和辅助中小学线下课堂教学的管理系统以及AI培训机构拓客、课程管理的辅助系统。

2）AI实验实训平台。以社区为中心，通过教学管理系统与慕课系统与实验平台无缝集成，通过机构教学辅助系统管理教学过程数据、分发课程资源，通过慕课系统完成在线教学，通过直播平台完成远程的互动。系统选择开源的Scratch 3、Orange Canvas、App Inventor作为基础进行二次开发，实现积木化、可视化编程，引导青少年的编程入门，底层使用Python 3语言作为开发工具实现算法的设计。

3）AI云服务模块作为平台的一个基础功能模块，以服务的形式提供给用户使用，主要通过AI实验平台完成基础人工智能的应用的演示和实操，通过深度定制实现智能玩具、教具以及AI类教学App的开发。平台封装典型的AI算法，统一开发接口，用户只需要关心业务功能的设计，简化算法的实现环节，并通过与AI+社区的集成，能够快速地实现产品的设计、发布与推广。

3.2 实现路线

分析目前行业内中小学人工智能教育的编程的实现技术，社区平台的开发选择行业流行的Vue.js作为前端设计工具，服务端使用基于Node.js的KOA 2框架，构建服务接口。移动端使用DCloud的UniAPP跨平台技术开发，教学管理端支持PC浏览器、未成年学生监护人端支持微信小程序，学习端支持App和桌面浏览器。人才招聘支持小程序和PC浏览器，学习端支持未成年版本和通用版本，其中通用版本包含全部移动端功能，未成年人版本只包含学习功能，不推送广告，支付必须由监护人端完成。

服务器采用阿里云主机集群技术解决负载，视频和图像存储使用第三方云存储方案（默认阿里云）。系统支持至少1套热备份系统，确保数据的安全。

4 结束语

中小学人工智能教育综合服务平台定位服务从小学到大学阶段的人工智能领域的学校教育和校外机构教育。目前阶段主要满足中小学人工智能教育的需要，通过Scratch二次开发，通过积木的形式实现初步的编程能力的培养，并构建了一个初步的AI社区原型。平台后续力求打造青少年教育创新综合实践基地，提供世界前沿的科技创新教育，成为学校教育的有益延伸，将先进的教育理念与人工智能等前沿科技服务于教育，建立集课程研发、人才选拔、师资培训为一体的科技与创新教育生态。

参考文献：

[1] 刘刚.中小学人工智能教育与教育人工智能化[J].中国现代教育装备，2019（18）：14-18.

[2] 中国青少年科技辅导员协会.构建教育资源聚合平台 推进人工智能普及教育——《中小学人工智能普及教育现状调研报告》发布[J].中国科技教育，2019（1）：3-4.

[3] 36氪研究.人工智能基礎教育行业研究报告[EB/OL].（2019-05-23）[2020-09-28].https：//36kr.com/p/5207571.

[4] 陈凯泉，何瑶，仲国强.人工智能视域下的信息素养内涵转型及AI教育目标定位——兼论基础教育阶段AI课程与教学实施路径[J].远程教育杂志，2018，36（1）：61-71.

[5] 陈君英.人工智能技术在小学数学教学中的可行性分析[J].教育信息化论坛，2019（12）：169-170.

[6] Knox J.Artificial intelligence and education in China[J].Learning，Media and Technology，2020，45（3）：298-311.

[7] Yang X Z.Accelerated move for AI education in China[J].ECNU Review of Education，2019，2（3）：347-352.

【通联编辑：谢媛媛】