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　　原標(biāo)題：從“人工智能”是2018年科技界最熱的詞匯談如何開展人工智能K12教育

　　2018年， 在北京，在上海，在廣州，在成都，“人工智能”和“人工智能教育”的展會、培訓(xùn)會、交流會、發(fā)布會多如牛毛，如果你有興趣，幾乎每天都能參加此類活動。“人工智能”是2018年科技界最熱的詞匯，也是K12教育領(lǐng)域出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞。

　　那么什么是人工智能?人工智能教育的目的和使命是什么?人工智能K12教育應(yīng)當(dāng)如何開展?為了尋找這三個問題的答案，我們成立了“樂智人工智能北京研究院”，開始了人工智能K12教育教育領(lǐng)域的應(yīng)用探索。

　　一、什么是人工智能

　　K12教育行業(yè)對人工智能學(xué)科教育的廣泛關(guān)注是從2017年夏季國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱《AI發(fā)展規(guī)劃》)開始的。

　　《AI發(fā)展規(guī)劃》提出，人工智能已成為國際競爭的新焦點，應(yīng)逐步開展全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國人工智能人才高地。

　　人工智能的學(xué)科任務(wù)就是使用機器實現(xiàn)對自然和社會的認(rèn)知并做出計算和推理，它的目標(biāo)是模擬或拓展人類的認(rèn)知和思維。人工智能源于數(shù)學(xué)和計算科學(xué)，經(jīng)過半個多世紀(jì)的探索和發(fā)展，它已經(jīng)涉及和影響了我們大部分自然科學(xué)和社會科學(xué)學(xué)科。

　　目前人工智能的研究方向可歸納為以下五個方面：

　　認(rèn)知科學(xué)，包括自然語言理解與交流、計算機視覺等;

　　計算與推理;

　　機器學(xué)習(xí);

　　傳感與控制，也就是我們常說的機器人學(xué);

　　博弈與倫理。

　　二、人工智能教育的目的，意義和現(xiàn)狀

　　如《AI發(fā)展規(guī)劃》所言，人工智能K12教育的愿景目標(biāo)是“設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國人工智能人才高地”。它的意義在于“搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇，構(gòu)筑我國人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家和世界科技強國”。

　　結(jié)合已在K12階段廣泛開展的信息技術(shù)教育和創(chuàng)客教育經(jīng)驗，我們認(rèn)為人工智能K12教育的目的可以分解為以下六個方面：

　　讓學(xué)生了解人工智能的概念、應(yīng)用方向以及實現(xiàn)原理;

　　掌握計算機和編程知識，能夠使用編程語言進行人工智能學(xué)科項目實踐;

　　掌握傳感、運動、控制知識，并能夠用于人工智能工程實踐;

　　掌握人工智能數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，能用統(tǒng)計建模、算法工具等解決人工智能工程問題;

　　培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、設(shè)計能力、動手實踐能力、溝通協(xié)作能力;

　　培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和工程思維。

　　科技教育受到科技進步和國家政策的雙重驅(qū)動，《AI發(fā)展規(guī)劃》的印發(fā)讓K12教育行業(yè)掀起了人工智能教育研究的熱潮。

　　目前我國的人工智能K12教育理念已經(jīng)居于世界前列，我國在世界上第一次把人工智能教育納入到了國家戰(zhàn)略層面。通過對歐美日等機器人和編程教育接受度比較高的國家和地區(qū)的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，目前人工智能K12學(xué)科教育尚未納入這些國家的發(fā)展戰(zhàn)略，相應(yīng)的人工智能學(xué)科教育也沒有開展起來。然而我們也不能掉以輕心沾沾自喜，歐美日等發(fā)達國家的編程教育和STEM教育的滲透率遠遠高于我國，我國的編程教育滲透率是0.96%，而美國是44.8%，我國依然處于非常弱勢的地位，而且，人工智能的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)和計算科學(xué)，這兩方面一直都是歐美日的強項，想要在人工智能學(xué)科研究上超越發(fā)達國家，還有很長的路要走。

　　為了趕上人工智能K12教育的第一波紅利，去年開始，國內(nèi)為數(shù)眾多的企業(yè)、機構(gòu)、中小學(xué)甚至大學(xué)等相繼開始了人工智能K12教育領(lǐng)域的研究。進入18年后，大量的“人工智能教學(xué)體系”、“人工智能教具”、“人工智能教材”之類產(chǎn)品面世。這些人工智能教育產(chǎn)品無非有兩類：

　　第一類是在現(xiàn)有的創(chuàng)客教育或機器人教育體系的基礎(chǔ)上，增加人工智能教育的內(nèi)容(甚至什么內(nèi)容都不增加)，在宣傳上把原有產(chǎn)品包裝成所謂的“人工智能教育”。這類產(chǎn)品的特點是都以前的創(chuàng)客教育或者stem教育體系為主，講授機器人的傳感控制或編程知識。和人工智能的核心主題關(guān)系不大，沒有真正深入到人工智能學(xué)科領(lǐng)域中去。

　　第二類產(chǎn)品采用的同樣是快速搶占人工智能K12教育橋頭堡的方式，直接推出關(guān)于人工智能主題的書籍、課程和軟硬件產(chǎn)品。理論上這種方式更能契合人工智能的理念，更具專業(yè)性。但很多產(chǎn)品為了“搶占先機”，研發(fā)過于倉促，而人工智能的學(xué)科內(nèi)容又過于龐大和復(fù)雜，所以往往沒有條件很好地按照K12教育的實際情況組織內(nèi)容和軟硬件，而是把大量就連理工類大學(xué)的本科生都無法掌握的專業(yè)內(nèi)容灌輸給中小學(xué)生，造成課程體系與學(xué)生認(rèn)知水平差異巨大，無法起到良好的教育效果。

　　通過對大量的人工智能K12教育產(chǎn)品調(diào)研，我們認(rèn)為目前存在如下問題：

　　1.從業(yè)人員對人工智能的理解存在誤區(qū)。

　　在很多從業(yè)多年的專家、教師和專業(yè)人士眼里，人工智能和機器人技術(shù)、編程語言(比如Python)是劃等號的，我們知道Python語言是一種非常優(yōu)秀的編程語言，在信息處理方面能力非常強大，應(yīng)用在很多人工智能研究領(lǐng)域，但是Python語言只是一種工具，與人工智能的核心概念、學(xué)科內(nèi)容相距甚遠。

　　2.內(nèi)容產(chǎn)品與課堂教學(xué)脫節(jié)。

　　這個問題由來已久，廣泛出現(xiàn)在創(chuàng)客教育領(lǐng)域。造成問題的原因是教育產(chǎn)品研發(fā)機構(gòu)大多是科技企業(yè)背景，配套課程和書籍都是由設(shè)計研發(fā)產(chǎn)品的工程師編寫，沒有能力考慮教育場景下的應(yīng)用，造成內(nèi)容產(chǎn)品與教學(xué)脫節(jié)嚴(yán)重，并不像教材，更像產(chǎn)品說明書或廣告冊。

　　3.產(chǎn)品研發(fā)組織倉促，品質(zhì)無法保證。

　　這個問題我們已經(jīng)在前面有過分析，此處不再展開。

　　4.產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重。

　　產(chǎn)品同質(zhì)化同樣是很多創(chuàng)客教育產(chǎn)品一直面臨的問題，企業(yè)研發(fā)能力往往很有限，大多通過“借鑒”和“微創(chuàng)新”同行產(chǎn)品來研發(fā)內(nèi)容和軟硬件產(chǎn)品，缺乏創(chuàng)新力，造成不同企業(yè)的產(chǎn)品之間相似度極高，同質(zhì)化嚴(yán)重。

　　三、如何開展人工智能K12教育

　　理解愿景目標(biāo)和意義是著手教學(xué)設(shè)計的前提。通過以上對人工智能架構(gòu)、人工智能K12學(xué)科教育目的和意義的分析，我們認(rèn)為K12人工智能教育的內(nèi)容結(jié)構(gòu)應(yīng)包括六個方面：

　　人工智能概念、應(yīng)用方向及其原理;

　　數(shù)學(xué)相關(guān)學(xué)科;

　　傳感、運動、控制;

　　編程語言;

　　算法;

　　工程思維。

　　表：人工智能K12教育各階段內(nèi)容與教學(xué)任務(wù)表

　　確定內(nèi)容結(jié)構(gòu)后我們與華東師范大學(xué)、北京師范大學(xué)等高校和教育研究機構(gòu)的教育學(xué)專家們一起探討和研究適合K12年齡階段的人工智能學(xué)科教育理念。充分聽取各家意見后制定了人工智能K12學(xué)科教育體系設(shè)計的幾個原則：

　　知識內(nèi)容的科學(xué)性和專業(yè)性;

　　講授知識的同時注重對方法和能力的培養(yǎng);

　　根據(jù)學(xué)生在不同年齡階段的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)方法特點制定相應(yīng)的課程。

　　人工智能學(xué)科教育作為一門科普和創(chuàng)客教育課程，首先要保證它的科學(xué)性和專業(yè)性。我們向?qū)W生傳播的知識和方法一定要有確鑿的依據(jù)，經(jīng)得起推敲和驗證。這體現(xiàn)在人工智能學(xué)科架構(gòu)和概念原理兩個方面，我們不能把與人工智能無關(guān)的知識體系包裝成所謂“人工智能”課程，也不能把錯誤的理論和方法教授給孩子們。

　　在小學(xué)階段，學(xué)生的自律能力往往比較差，研發(fā)課程時就應(yīng)充分考慮如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們的做法是在授課時通過有趣的故事進行情景引入，在知識點講授環(huán)節(jié)則要注意內(nèi)容不宜過多，每節(jié)課不應(yīng)超過三個知識點;連續(xù)進行知識講授的時間不宜超過15分鐘，否則孩子們很難有足夠的耐心聽下去，同時設(shè)計緊扣知識點并且參與感與趣味性都比較強的課堂互動環(huán)節(jié)讓孩子們更容易地接受和掌握知識內(nèi)容。

　　中學(xué)階段的學(xué)生具備了一定的數(shù)學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)，在內(nèi)容設(shè)計上就要考慮激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的同時，讓課程內(nèi)容更多地與學(xué)生已學(xué)過的數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識相結(jié)合，既能起到鞏固基礎(chǔ)學(xué)科知識的作用，又能讓孩子們對人工智能的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和學(xué)科知識產(chǎn)生更深入的認(rèn)識。

　　為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新力，我們在教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)計了大量的頭腦風(fēng)暴和動手實踐環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)新思維導(dǎo)圖、找缺點法、組合法、分解法等方式訓(xùn)練孩子們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

　　此外，我們在配套教具的設(shè)計上也采用了模塊化、可DIY的方式，通過大量的動手實踐環(huán)節(jié)提升孩子的動手能力、溝通協(xié)作能力。

　　四、人工智能教育的未來展望

　　隨著人工智能中小學(xué)教育體系的建立和完善，我們開始了一些新的思考：未來的人工智能K12教育將走向何方?

　　我認(rèn)為人工智能教育的未來將向?qū)I(yè)化和多元化的方向發(fā)展。

　　專業(yè)化是大勢所趨，隨著我們對人工智能以及人工智能教育理念的認(rèn)知的逐步深入，與人工智能無關(guān)或相關(guān)度不高的內(nèi)容產(chǎn)品將會與人工智能教育體系脫離，將會有越來越多的優(yōu)秀人工智能教育產(chǎn)品出現(xiàn)。

　　而在教育形式上，將會出現(xiàn)多元化的方向：

　　在中小學(xué)內(nèi)將與信息技術(shù)教育或創(chuàng)客教育深度融合，未來會有一些具權(quán)威性的知識和能力水平考試或競賽出現(xiàn)，讓教育成果更加標(biāo)準(zhǔn)化，更加易于驗證;

　　在校外培訓(xùn)領(lǐng)域，將會與機器人教育、創(chuàng)造力課程、編程教育融合;

　　會與科普、兒童文學(xué)相結(jié)合，出現(xiàn)人工智能科普教育為主題的，與《海底小縱隊》、《不一樣的卡梅拉》、《神奇校車》等相似的科普文學(xué)作品或者動畫影音產(chǎn)品;

　　會于互聯(lián)網(wǎng)媒體形式產(chǎn)生更多的結(jié)合，例如基于慕課平臺、影音錄播直播平臺、知識付費平臺的人工智能科普和教育產(chǎn)品。

　　2018年是人工智能教育元年，人工智能和相關(guān)學(xué)科課程已逐步成為中小學(xué)必備的核心素養(yǎng)提升課程。相信很快人工智能中小學(xué)教育越來越科學(xué)、實用，越來越規(guī)范，也會有越來越多優(yōu)秀的人工智能中小學(xué)教育產(chǎn)品面試，讓人工智能中小學(xué)教育能夠達到預(yù)期，讓學(xué)生能夠?qū)W有所得、學(xué)有所用。