人工智能教育，正逐漸前移到更早期的學(xué)習(xí)階段。北京許多中小學(xué)嘗試開設(shè)人工智能課，教學(xué)的內(nèi)容與方法豐富多元。孩子們學(xué)設(shè)計(jì)程序，也學(xué)制作機(jī)器人；課堂上既做游戲，也少不了做實(shí)驗(yàn)；老師不僅幫助孩子們培養(yǎng)人工智能思維，更引導(dǎo)他們思考倫理和社會(huì)問題。在探索中更新，中小學(xué)人工智能課程得到了優(yōu)化，老師與學(xué)生也一同成長。

“概率學(xué)習(xí)能否對(duì)現(xiàn)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架不能很好解決的、含有隱含狀態(tài)的問題進(jìn)行一個(gè)好的補(bǔ)充？”在清華大學(xué)舉行的計(jì)算機(jī)視覺與深度學(xué)習(xí)講座中，人大附中一名高中生舉手提問。這讓香港中文大學(xué)—商湯科技聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的林達(dá)華教授驚嘆：“這是我讀研究生時(shí)才思考的問題。”

課程豐富，滿足學(xué)生多種需求

人工智能課，在中學(xué)里教些什么？

早在2003年，人大附中就開始開發(fā)機(jī)器人相關(guān)課程。經(jīng)過不斷探索，學(xué)校已構(gòu)建起由基礎(chǔ)類課程、發(fā)展類課程和高端類課程組成的“人工智能+X”課程體系，包括機(jī)器人、數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)算機(jī)視覺、無人駕駛等20多門課，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從感知到認(rèn)知、再到創(chuàng)新的提升，全面增強(qiáng)學(xué)生的素養(yǎng)。2018年，人大附中成立了全國基礎(chǔ)教育階段首個(gè)人工智能實(shí)驗(yàn)班。北大附中開設(shè)的人工智能課程，則涉及科學(xué)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，比如開源硬件基礎(chǔ)、python程序設(shè)計(jì)、簡易機(jī)器人制作以及智能小車挑戰(zhàn)賽等，滿足學(xué)生的多種需求，挖掘他們的興趣和潛力。

豐富的課程和領(lǐng)域離不開師資力量的支撐。13位專職教師，其中7位是博士，多數(shù)畢業(yè)于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、機(jī)器人等專業(yè)。這支實(shí)力雄厚的團(tuán)隊(duì)，挑起了人大附中人工智能教學(xué)的大梁。但授課教師遠(yuǎn)不止這些，數(shù)學(xué)、語文、生物、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的教師都參與課程的開發(fā)和實(shí)踐。一些學(xué)有所長的學(xué)生也走上講臺(tái)，擔(dān)當(dāng)課程助教。學(xué)長學(xué)姐們手把手地指導(dǎo)學(xué)弟學(xué)妹們實(shí)踐，帶領(lǐng)他們感受人工智能之美。

北大附中則請(qǐng)來許多高校教師做“外援”。這個(gè)學(xué)期，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院副教授陳斌給北大附中的學(xué)生們開設(shè)了“人工智能高級(jí)俱樂部”課程。自2017年以來，北大附中還與北京大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)建了信息創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，與北京理工大學(xué)合作開設(shè)了“水下機(jī)器人”課程。通過專項(xiàng)計(jì)劃，一些學(xué)生得以走進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室，了解甚至參與更前沿的人工智能課題。“我們的課程需要教師具有工科背景，能熟練掌握編程語言。如果他們還具備硬件設(shè)計(jì)能力，能夠根據(jù)學(xué)生的需求設(shè)計(jì)合理的硬件平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生思考問題，幫助學(xué)生解決問題，會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)更有幫助。”北大附中信息與通用技術(shù)中心主任毛華均說。

北京一些小學(xué)也在嘗試開設(shè)人工智能課。從2019年春季學(xué)期開始，北京市東城區(qū)確定在一師附小、府學(xué)胡同小學(xué)、青年湖小學(xué)、黑芝麻胡同小學(xué)、前門小學(xué)和培新小學(xué)6所實(shí)驗(yàn)校開設(shè)人工智能課，各校安排相關(guān)人員組成實(shí)驗(yàn)小組，在整體課程體系中安排人工智能教學(xué)時(shí)間，并基于各校情況研究和實(shí)施。在此基礎(chǔ)上，東城區(qū)逐步擴(kuò)大人工智能課程對(duì)小學(xué)的覆蓋面。

參與的學(xué)校越來越多，開設(shè)的人工智能課越來越豐富，但各個(gè)學(xué)校在課程內(nèi)容上尚未形成一致的思路?！澳壳?，學(xué)界對(duì)人工智能的概念還沒有清晰準(zhǔn)確的定義，中小學(xué)人工智能相關(guān)課程內(nèi)容如何構(gòu)建、與已有的信息技術(shù)課程如何銜接，仍然是一個(gè)亟待解決的問題?！北本┙逃茖W(xué)研究院教研員王振強(qiáng)說：“目前學(xué)校使用的大多是校本教材?！?/p>

激發(fā)興趣，循序漸進(jìn)開展教學(xué)

北京黑芝麻胡同小學(xué)、府學(xué)胡同小學(xué)在二年級(jí)嘗試開設(shè)人工智能課。面對(duì)這群小小年紀(jì)的學(xué)習(xí)者，老師格外注重“互動(dòng)式”“游戲式”教學(xué)設(shè)計(jì)。在“機(jī)智如我”這門課中，老師通過播放螞蟻?zhàn)袅_識(shí)別同卵四胞胎的視頻，讓孩子們對(duì)人臉識(shí)別有了直觀了解，讓這些小粉絲迷上人工智能。黑芝麻胡同小學(xué)教師劉曉燁說：“學(xué)生興趣濃厚，也能促使老師不斷學(xué)習(xí)。講授一門課，其實(shí)是我們和學(xué)生共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。入門后，有些學(xué)生甚至?xí)谀承﹩栴}上成為我們的老師。”

針對(duì)中學(xué)生探究心理強(qiáng)的特點(diǎn)，中學(xué)的人工智能課堂設(shè)置了更多動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)。在北大附中的開源硬件基礎(chǔ)課上，陳清偉老師引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、思考、設(shè)計(jì)、制作等活動(dòng)獲得豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)生們?nèi)〉昧艘慌钊梭@喜的人工智能項(xiàng)目成果：以智能攝像頭為主要模塊設(shè)計(jì)的號(hào)販子預(yù)警器，利用顏色識(shí)別模塊和MP3播放模塊，為全色盲患者制作的色彩音樂轉(zhuǎn)換手表……

除了講授前沿知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的人工智能思維，關(guān)注人工智能時(shí)代的倫理問題也是教學(xué)的重要內(nèi)容。人大附中教師袁中果在“人工智能應(yīng)用規(guī)則與倫理”課上，接連向?qū)W生發(fā)問：機(jī)器人公民涉及哪些倫理問題、無人駕駛汽車上路會(huì)帶來哪些法律問題、人工智能在新聞?lì)I(lǐng)域的應(yīng)用可能帶來哪些社會(huì)問題……引發(fā)學(xué)生熱烈討論和深入思考。

教學(xué)相長，課程不斷迭代更新

從事信息技術(shù)教育十幾年的王振強(qiáng)坦言：“中小學(xué)普及人工智能課程，對(duì)師資挑戰(zhàn)很大。缺少能勝任相關(guān)課程的教師，導(dǎo)致一些中小學(xué)的人工智能課程還處在起步階段。”

即使是科班出身的教師，面對(duì)人工智能的不斷迭代更新，也感到了很大的挑戰(zhàn)。作為清華大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的博士，梁霄不敢懈?。骸拔覀兊闹R(shí)儲(chǔ)備要不斷刷新?！睂?duì)于新的課程，她總是先把原理吃透嚼爛，然后再找精彩的案例，深入淺出給學(xué)生們講解。用她的話說，“有時(shí)候要打磨好一門課，比寫博士論文還累?！比祟愂状闻臄z的黑洞照片發(fā)布8天后，她和同事武迪通過研究海量資料，迅速推出了一節(jié)黑洞成像專題課。

學(xué)生們也在不斷成長。2017年，在準(zhǔn)備“登峰杯”數(shù)據(jù)挖掘競賽期間，人大附中學(xué)生朱星宇和隊(duì)友使用深度學(xué)習(xí)算法，得到了一種預(yù)測奧運(yùn)會(huì)獎(jiǎng)牌榜的算法，準(zhǔn)確率甚至超過了以使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行分析預(yù)測見長的高盛集團(tuán)，順利進(jìn)入了總決賽。隨后，他們依然使用深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)電視劇在線播放與電視端收視率進(jìn)行預(yù)測，獲得了總決賽一等獎(jiǎng)。

北大附中自開設(shè)開源硬件課程以來，學(xué)生已在科技期刊《無線電》發(fā)表論文20余篇，“一種智能家居環(huán)境控制系統(tǒng)”等7項(xiàng)發(fā)明獲得專利授權(quán)，在全國青少年科技創(chuàng)新大賽和全國中小學(xué)電腦制作活動(dòng)中獲得多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。許多學(xué)生表示了將來從事人工智能研究的意愿。人大附中學(xué)生王岳卿和同學(xué)們?nèi)デ迦A自動(dòng)化系實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)，看到了儀器展示觀測到的小鼠腦神經(jīng)活動(dòng)，非常震撼：“我們看到了人工智能未來發(fā)展的一個(gè)方向，希望將來我也能在這一領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)?！?/p>