人工智能与教育相结合的启示
奚骏
近年来，人工智能的飞速发展超出了人们的想象，尤其是在图像识别、语音识别、机器翻译、人机交互、无人驾驶等领域，取得了突破性进展，引起世界各国普遍重视。我国颁布的《新一代人工智能发展规划》指出，人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。要抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国。美国也高度关注人工智能相关领域的科技发展、市场应用与前沿政策问题，颁布了《国家人工智能研究与发展战略计划》，指出人工智能是一种具有巨大社会和经济效益的革新性技术。此次在美国学习访问期间，我们对人工智能与教育的结合，也有了亲身的体验和感受。
人工智能已深度融入美国教育
我们访问了伊利诺伊州数学与科学高中（IMSA）。IMSA是美国顶尖公立学校，是学校科技教育的领导者，被niche.com评为2019年美国排名第一的公立学校，并被华尔街日报评为全球40所著名公立和私立大学预科院校之一。伊州数学与科学高中被NBC、CNN、今日美国、纽约时报和华尔街日报多次报道。此外，IMSA还举办了2018年国际学生科学博览会。每周三是学校规定的研究日，大部分学生去校外与自己的导师见面，在导师的指导下开展研究活动。学校有26个学生在做和人工智能相关的研究，其中20个学生在美国顶尖的费米国家实验室研究大数据，6个学生参加大学人工智能实验室项目。
我们访问了著名的英特尔公司，技术专家Chris向我们介绍了针对教育的人工智能基础框架和平台、模型及优化算法、云服务器平台、边缘计算、网络智能、大数据和高性能计算，以及针对自然语言、机器视觉运用于课堂的案例。
大部分著名的科技公司已将人工智能融入其教育类产品中。其中包括谷歌、英特尔、IBM、亚马逊和微软等。“我们很少发布一款不包含某种AI算法的产品，我们正在教育产品中使用AI。”谷歌教育App产品管理总监Jonathan Rochelle在最近的一次教育技术产业会议上表示。
人工智能与教育的结合点
1.人工智能成为教师的伙伴
概括而言，人工智能与教育的结合点就是和教师成为合作伙伴。人工智能已经普遍应用于教育，不同的工具可以运用于教育的不同领域。随着人工智能教育解决方案的不断成熟，人们希望人工智能可以帮助填补学习和教学方面的需求空白，让学校和教师比以往任何时候都更有效率。人工智能可以提供高效率、个性化和简约化的管理任务，使教师有时间去从事进一步研究。通过这种最佳合作属性，人工智能在教育中的愿景是和教师共同努力，为学生带来最佳结果。由于今天的学生需要在未来工作中运用人工智能，所以让学生接触并学习人工智能也是很重要的。
我们访问了苹果认证学校High Point小学，很多课上使用了教育工具类App——Seesaw。据了解该软件目前被应用于超过100个国家的20万个教室，覆盖从幼儿园到高中的K12阶段。学生们可以通过照片、视频或者画画、写字的方式，在 Seesaw 平台上把他们的作业分享给老师、父母和其他同学。Seesaw 背后的驱动原理是如果受到多方关注，孩子们在学业上的表现会更好。
除了给出作业答案，学生可以在作业中加上视频或者写一些注释来注明解答过程，人工智能技术可以协助老师判断学生在什么地方犯了错误。
2.人工智能让学生学习差异化和个性化
多年来，基于学生的个别需求来调整学习一直是教育工作者的首要任务，因材施教的教育方法古已有之，但根据大批量学生不同的认知水平、学习能力以及自身素质来制定个性化学习方案离不开人工智能。当传统思想与人工智能相结合，因材施教的可行性有了大幅提高。很多公司目前正在开发智能教学设计和数字平台，使用人工智能为学生提供差异化和个性化学习，提供测试和反馈，提供个性化的挑战，找出差距，并在适当时机带领他们切入新主题。随着人工智能越来越复杂，机器可能会读取学生脸部的表情，了解他们是否困惑，并动态调整课程来应对，我们在英特尔公司访问时接触了类似产品。
3.人工智能执行评分任务
教师往往花费大量时间对作业和考试进行评分。人工智能可以介入并快速完成这些任务，同时提供如何缩小学习差距的建议。机器对多项选择测试题进行评分早已司空见惯，随着信息化建设、人工智能的发展，大数据、文字识别、语音识别、语义识别技术的提升，对于主观书面解答题的评分也变得日趋成熟。例如，美国教育考试服务中心（ETS）作为世界上最大的教育考试及评估机构，已经成功将AI引入SAT和GRE论文批改，同人类一起扮演评卷人角色。
学科如何开展人工智能培训
2019年10月31日，中共中央政治局就人工智能发展现状和趋势举行第九次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调，人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题。他特别指出，要加强人工智能在教育等领域的深度应用，要加强人才队伍建设，以更大的决心、更有力的措施，打造多种形式的高层次人才培养平臺，加强后备人才培养力度，为科技和产业发展提供更加充分的人才支撑，这对于我们信息技术教育工作者而言，既是莫大的鼓舞，也深感重任在肩。
在国家层面，2018年教育部正式颁布了新一轮普通高中信息技术课程标准，人工智能作为选择性必修课程，被正式纳入信息科技学科体系中。选择性必修课程的宗旨是为学生将来继续开展与信息技术相关方向的学习以及运用信息技术进行创新、创造提供条件，符合国家对于人工智能后备人才培养的要求。
在区域和校本层面，我们带领团队开展人工智能的规划与应用研究，希望通过具备人工智能技术的硬件，探索人工智能教育的课程内容及教学方式，培养学生计算思维及编程能力，构建以培养学生获取、加工和管理信息的方法及思维为内容，引导学生发现并解决真实问题的课程体系。
我们的研究目标是规划基于人工智能实验平台的复合智慧教育理念，具有现代教育特色、综合教育效益高的人工智能教育模式，并加以应用，培养人工智能人才，以适应智慧教育的发展需要。
我们的研究内容是在智慧教育中，形成适应人工智能创新教育体系的教学模式，并培养人才与师资，主要包括：
（1）研究人工智能在智慧教育中的应用，通过将课程、学生、教师和环境的有效结合，构建符合人工智能教育需求的生态模式，实现高效的智能课堂。
（2）从具备人工智能技术的硬件入手，以探究式教学方式，引导学生了解人工智能技术，激发学生学习兴趣。带领学生领略人工智能技术在图像识别、语音识别等各领域最前沿的研究，帮助学生树立全面的AI观，以及如何充分调动学生的积极性，发挥学生的主动性，建立知识与生活的联系。
（3）探索项目式教学在人工智能教学课堂上的应用，以项目活动为教学主线，将知识和能力镶嵌到项目中，不断强化学生发现问题、提出问题与解决问题的能力，培养学生学科核心素养。
开展有效的研究与科学实践是关键
人工智能是交叉学科，主要涉及计算机科学、仿生学、哲学及语言学等多个学科领域。在新兴技术当中，人工智能技术扮演着越来越重要的角色。但是纵观中美两国的现实状况，人工智能的产品体系和课程体系还不够完善，人工智能教育的师资和教学资源还比较匮乏，因此，围绕一线教师队伍培养及人工智能教育的环境、工具、课程、活动等资源建设，开展扎实有效的研究与科学实践是未来关键。
通过我的团队前期对人工智能教育教学模式及相关领域的预调研结果分析，下一阶段的初步思路是：（1）以人工智能技术产品体验为引导，促进智慧教育的发展;（2）对不同学段和不同学力的学生采取人工智能功能的封装、半封装、原理实验可视化等方法进行差异化教学，满足各个学生的知识获取和成果实现，让思维意识得以锻炼;（3）通过项目分工，以小组为单位，训练学生的合作探究意识;（4）项目以贴近学生实际生活为主，体现知识与应用的联系，并加强解决问题的成就感;（5）教学模式与课程内容、实验环境统一规划，输出成熟的人工智能教育培训方案，促进人工智能师资队伍建设。
作者单位：上海市复兴高级中学
