中小学人工智能教育的“五心”理念

文∣龚超

自2016年AlphaGo分别在与李世石和柯洁的围棋博弈中取胜后，人工智能重回热点。近几年，政府、高校、中小学、企业以及教育培训机构都高度关注人工智能的动向。2017年7月，国务院发布《新一代人工智能发展规划》(以下简称《规划》)，将人工智能的发展上升到国家战略的层面。《规划》提出，要实施全民智能教育项目，在中小学设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广。支持开展人工智能竞赛，鼓励进行形式多样的人工智能科普创作。

在《规划》颁布后，教育部接连下发多项政策支持人工智能教育相关工作的开展。高校成立人工智能学院，设置人工智能本科专业。中小学设置人工智能课程，甚至有为幼儿园学生编写的人工智能教材。一些知名的科技类企业也纷纷推出自己的课程，甚至开放自己的资源，开拓游学项目，让青少年更好地体会人工智能技术。诸多资本也正在涌向中小学人工智能领域。

直到现在，“人工智能是什么”仍然是一个没有达成一致的问题。人工智能发展到现在，已经发展成一个高度交叉的学科，主要涉及控制理论、计算机科学与工程、数学、统计学、物理学、认知科学、脑科学、神经科学、心理学、语言学、哲学等，体系之大、内容之多，决定了人工智能教育难度相对较大。因此，《规划》发布两年多以来，一些专家认为有些中小学教材不切实际，不少中小学教师还在为中小学人工智能教什么深感困惑……

教什么内容不应该是中小学教师层面探索的问题，这是顶层设计问题，要专门组织有关部门和机构进行研讨。在此，我们探讨和分享一些关于中小学人工智能教学工作的思考。人工智能与人的本质区别不在于“智”而在于“心”。人工智能并没有那么神秘，现在的人工智能还很“肤浅”，因为其提取的都是底层的特征，靠的是现在强大的计算与海量数据，完全达不到“智”的程度。即便终有一日，人工智能“智”有所成，“心”也是人工智能所无法替代的。

在对中国中小学人工智能教学走在前列的学校及教师调研后，我们发现，要做好中小学人工智能教育工作，需要具备“五心”(如图1所示)，即定心、大心、专心、虚心和用心，简称人工智能教育的“五心”理念。

图1 人工智能教育之“五心”

一、定心：应人工智能之变

定心来自内、外两个维度。从外看，现在有一些专家认为目前的人工智能发展存在泡沫，呼吁人们不要抱以太大的期望，不要进行过度的投资，行业需要冷静、健康发展。受到这些看法以及最近人工智能相关企业投资减缓的影响，一些教师对人工智能未来的发展产生了质疑，在是否进入人工智能教育领域犹豫不决，下不了决心。

确实，学习人工智能，不应该只关注技术层面，对人工智能发展的历史也应该有所了解。人工智能从1956年正式提出到现在，一般认为经历了“三起两落”，每一次人工智能的崛起，都给从事人工智能相关工作和教学的工作者无比的鼓舞，资本迅速集中到人工智能领域。正所谓期望越大，失望越大。一段时间过后，尽管也有一定成就，但是仍然无法达到政府及其他投资者的预期，撤资导致了1973年人工智能的第一次寒冬。1980—1987年，日本举全国之力开展第五代计算机项目，神经网络理论重新点燃理论之火，让人工智能再次迎来繁荣，1987年的“人工智能硬件事件”导致了第二次人工智能寒冬。很多学者的研究失去资金支持，期刊也拒绝发表相关文章，很多学者被迫放弃人工智能研究。然而，正是像辛顿教授这样的人，在如此的寒冬中定心耕耘十余载，终于一缕幽香扑面来，人工智能在深度学习的推动下迎来了第三次高潮。从历史长河中可见，要坚定自己对人工智能领域的信心，要下定为该领域做贡献的决心，这些是对人工智能发展应有的信念。

从内看，有一些教师心神不定，担心未来人工智能替代自己。我们必须承认，存在这样的焦虑是正常的现象。人工智能时代，教育的形式会发生很大的改变，但是，我们不能成为新时代下的“卢德分子”。《学习的升级》和《第四次教育革命：人工智能如何改变教育》详细介绍了人工智能对教育的影响和改变。人工智能取代的是教师的部分工作，是那些机械、重复的工作，而像教学设计、情感交流这样的工作，人工智能是很难取代的。未来，更多的是需要人机协作。人工智能并不会取代教师，而是教师取代教师，是善于利用人工智能武装自己的教师取代那些不积极拥抱人工智能技术的教师。因此，在是否会被取代的问题上，一方面，要通过终身学习与时俱进，另一方面需要定心，不要杞人忧天，过度忧虑。

二、大心：习人工智能之理

人工智能知识体系庞大，由于出发点不同，故产生了三大学派(如图2所示)。人工智能三大学派，即符号派、连接派和行为派，均是人工智能领域的典型方向代表，在人工智能发展史中均起到了重要的推动作用。然而，它们之间的争论从未中断，有学者评价，由于它们的“分而治之”，故人工智能至今没有形成整体的统一理论。

图2 人工智能三大学派

符号派认为人工智能源于数理逻辑，因此有时也称为“逻辑派”。“人工智能”一词也是由此派提出的，后续的启发式算法、专家系统以及知识工程也是在此基础上发展衍生的。连接派则源于对人脑的仿生，在1943年提出的MP模型基础上，开创了仿人脑结构与功能的研究工作，早于“人工智能”一词的提出。之后的感知机、神经网络、深度学习等均是此派代表。行为派认为人工智能始于控制论，研究那些模拟人在控制中的智能行为等，智能控制、智能机器人系统是此派代表。不过，行为派在20世纪末期才出现，时间较晚。

人工智能需要从综合、系统、整体角度出发，告别盲人摸象，告别分而治之。2003年的《普通高中信息技术课程标准》中就已经涉及人工智能初步模块，也出现了高中《人工智能初步》的教材，但是因为各种原因，涉及的内容以知识讲授、系统操作等为主要内容。尽管人工智能的知识体系庞大，作为中小学教师，应该三派均沾，“大其心”，学习各派知识精髓。教师需要重视广度，开拓思维，不断学习，提升自己的人工智能知识水平，为中小学生感知、体验和学习人工智能带来更多样化的知识。如果需要深入一些的内容，可以借助高校或者机构教师的力量；在人工智能的中小学阶段，考虑到课时以及学生基础等实际情况，无须涉及太深的内容。

三、专心：传人工智能之道

很难专心、不够专心也是当下中小学人工智能教学面临的两个问题。受到外部环境的干扰以及自身原因的影响，一些教师并不能专心教授人工智能相关知识。教师的职业本是教书育人，本应该专心致志、心无旁骛。但是，非教学任务越来越多，严重影响教师备课时间，甚至有些课被挤占。一些教授过人工智能相关课程的教师曾提出被不合理安排，他们甚至有时还被安排帮助其他主课教师做幻灯片，或是修理电脑。2019年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于减轻中小学教师负担进一步营造教育教学良好环境的若干意见》，对“减少中小学教师的检查评比事项，不得随意向教师摊派任务”等做出规定，目的是让教师能够专心教学。

前些年创客大火，创客教育就大张旗鼓。STEM教育理念引入，关于STEM或STEAM的培训机构如雨后春笋般出现。人工智能来了，风向就开始转向人工智能。一些教师受利益所驱，不专心教书，只是一味迎合市场。一些教师的博客，早几年还是创客专家，前几年开始自诩为STEAM专家，最近，这些教师又成为人工智能专家，这背后折射的是浮躁、不专心的现象。

其实很多知识，如数学、编程甚至是一些硬件知识，都是掌握人工智能知识与技能的基础。人工智能本身又是一门高度交叉的学科，有不同的研究领域，这些领域共同构成了广义的人工智能课程体系。我们建议教师在教授中小学人工智能教学过程中，可以采取模块化的方法，分模块上课。教师可以在人工智能领域选择不同模块或者几个模块专心深耕，共同搭建完整的中小学人工智能课程体系，推动中小学人工智能教育工作。

四、虚心：受人工智能之善

时间无约束、地点无约束、内容无约束、身份无约束，以上“四个无约束”是对人工智能时代下教育特征的简单总结。时间上，可以做到随时学习，无论是白天还是晚上；地点上，可以在任何地方学习，不用去专门的教室；内容上，也可以摆脱之前的授课束缚，进度快的可以加快进度，进度慢的则可以反复学习巩固。这里要着重讨论身份无约束的问题，人工智能知识与技能最大的一个特征，就是变化太快，前几年还流行的技能，很有可能现在就过时了，这点在一些人工智能平台、软件上体现得尤为明显。

不得不承认，一些能力较强，对人工智能感兴趣的同学对新事物掌握的速度要快于教师，当然，并不是说教师不行，而是教师学习新事物的时间和精力已经相对有限。一些中学教师，通过让学生讲授新知识、新软件、新平台的方式，既调动了课堂授课氛围，也强化了学生对知识的理解与掌握。另外，学生对学生的实际情况相对了解，也能够站在学生的角度传授知识。不过，现在仍然有些教师固守传统理念，对学生授课持怀疑态度。

五、用心：解人工智能之惑

中小学人工智能教学，不仅仅是传递相关知识和技能。更重要的是，从兴趣、观念上正确引导，这在中小学人工智能教育中至关重要。在中小学人工智能教育阶段，一定要考虑学生的理解水平和接受程度。尤其是在小学阶段，一定要围绕学生的兴趣出发，激发他们对人工智能的好奇心，用心设计一些人工智能小实验、小游戏，而不是讲述那些枯燥的知识点。一些教师，在小学阶段就用大量的文字介绍那些复杂的定义，学生不但不知所云，很有可能还会磨灭他们对人工智能的热情。

除激发兴趣以外，对人工智能带来的一些社会问题，教师也要用心引导。最近，在一次针对如何开展中小学课程体系设计的座谈会中，当讨论到如何对小学生开展人工智能法律伦理教学的问题时，有一位小学人工智能教师提出，法律伦理问题不但要讲，而且最好要天天讲。根据这位教师的反映，现在有一些小学高年级的学生对人工智能的态度非常消极，认为人工智能会给人类带来灾难，我们以后都会被人工智能消灭。可见，在传递知识、技能的同时，还要多花一些心思，讲述它们带来的价值和负面影响，给学生树立正确的价值观。

由于人工智能教学在很多学校还属于新鲜事物，加之其课标体系有待完善，很多教学内容还在摸索阶段，缺乏权威教材，更多还是校本教材，这就导致学生在上这门课时困惑较多。因此，教师需要多听学生反馈问题，多分析学生知识的掌握情况，不断完善教学方法与教学内容。

社会不断向前发展，中小学人工智能教学也需要不断探索与完善。致力于中小学人工智能教育工作的教师，一定要从“心”出发，做到定其心、大其心、专其心、虚其心和用其心，将中小学人工智能教育工作推向更高的层次。