王湘蓉 王楠

人工智能已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活，逐步應用于教育、醫(yī)療、養(yǎng)老、環(huán)境保護、城市運行、司法服務等領域。近些年，我國高度重視發(fā)展人工智能。2017年7月，國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，面向2030年對我國人工智能發(fā)展進行了戰(zhàn)略性部署，統(tǒng)籌推進新一代人工智能在社會各領域的研究及應用。我國人工智能產(chǎn)業(yè)迎來了朝氣蓬勃的春天。

人工智能是集計算機技術(shù)、數(shù)學、神經(jīng)科學等多學科交叉的復雜系統(tǒng)，目前，很多人工智能產(chǎn)品的研發(fā)很少有自主的核心算法，多是依靠、使用開源算法，再進行針對性的二次開發(fā)，最終形成一套外表光亮的應用產(chǎn)品。基于網(wǎng)上共享代碼大量使用的現(xiàn)狀，也不免讓人擔心這些代碼是否能夠支撐起我國人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。眾所周知，我們離真正人工智能還有很長的路要走，人工智能的應用研究呼喚更多的科研工作者，尤其是數(shù)學家腳踏實地投入其中，數(shù)學將為科技的發(fā)展及突破提供堅實的支撐。現(xiàn)在人工智能花團錦簇固然是好現(xiàn)象，但熱繁榮的背后還需要冷思考，更需要扎實做好底層核心算法的架構(gòu)，一步一個腳印地推動人工智能產(chǎn)業(yè)走下去。

在教育領域，人工智能也在悄悄地改變著教育形態(tài)，智能識別系統(tǒng)在校園隨處可見，人工智能技術(shù)深度融入了“教與學”。我們常說，技術(shù)是雙刃劍，取決于如何使用，所以更需要冷靜對待。關于人工智能與教育，我們專訪了中國科學院院士、北京師范大學-香港浸會大學聯(lián)合國際學院校長湯濤。湯濤院士是國際知名的計算機數(shù)學家，在科學計算的重要領域做出系統(tǒng)和原創(chuàng)的研究，在高精度和自適應計算方法研究領域有突出學術(shù)貢獻。同時，他密切關注人工智能在教育的應用，對中小學人工智能教育有持續(xù)的探索。就記者提出的人工智能在教育領域發(fā)展方向在哪？如何實現(xiàn)人機協(xié)作的智慧教育？怎樣讓青少年理解并學習人工智能等問題，他給出了自己的思考。

從物質(zhì)準備方面來說，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)在智慧教育方面會起到非常大的作用。

《教育家》：湯院士，智能時代已經(jīng)到來，我國的許多地方也在推動智慧城市建設。我們想厘清下概念，請問智能和智慧有什么本質(zhì)的區(qū)別？

湯濤：智能與智慧的定義、內(nèi)容都有所不同。智能比較多元化，一是智能設計上，包括對機器的設計，需要比較深的數(shù)學原理。二是智能上最凸顯的是機器學習，人工智能的類腦計算、神經(jīng)網(wǎng)絡搭建是這幾年我認為非常重要的一個方面。

智能不只是你學會操作機器，而是要考慮機器對人的習慣、方法等方面的學習，比如下圍棋，圍棋水平低的人寫的棋譜，很容易被其他人贏。而經(jīng)過訓練擁有深層神經(jīng)網(wǎng)絡的人工智能“圍棋高手”，體現(xiàn)開發(fā)者的智力，能推演出更多步以后的局勢。假如人只能想到5步棋，但機器可以想到7步棋，水平再高的人也下不過機器。

智慧是一個系統(tǒng)。比如，城市智慧照明燈，人來了自動打開，人離開自動關掉，還有智慧養(yǎng)老服務系統(tǒng)等等以智慧化手段解決人類需求。因此某些程度上說智能比智慧難度大得多。

當下，在教育方面，即便是人工智能技術(shù)在教育領域應用很廣泛，但是，離智能教育還有不小的距離，用智慧教育來描述可能更為準確。智慧教育是在信息化基礎上，當然還包括人工智能技術(shù)的支撐，建構(gòu)信息時代的教育新秩序，形成信息時代的教育新形態(tài)，以及教育的新常態(tài)。我們把信息化元素、人工智能技術(shù)充分融入教育以后，信息化+教育，人工智能+教育在“時代的催化劑”的催化下，產(chǎn)生智慧教育。從物質(zhì)準備方面來說，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)在智慧教育方面會起到非常大的作用。小學、中學、大學、繼續(xù)教育等都可以通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)實現(xiàn)教育發(fā)展和升華。

智慧教育現(xiàn)在非常熱門，到底怎么做，怎么做得好，實際上是一個非常有吸引力的話題，也是一個非常有挑戰(zhàn)的課題。

《教育家》：那么，如何構(gòu)建智慧教育體系？

湯濤：智慧教育現(xiàn)在非常熱門，到底怎么做，怎么做得好，實際上是一個非常有吸引力的話題，也是一個非常有挑戰(zhàn)的課題。我認為，智慧教育體系包括智慧教師、智慧管理、智慧學習者，以及智慧學習、智慧課程、智慧教學和智慧教育資源等等。智慧教育的重點在課堂，排排坐的課堂并不利于交流，信息化促進了課堂的演變，將改變以往一排排桌椅的傳統(tǒng)課堂設置?，F(xiàn)在，我們通過虛擬技術(shù)，讓大家的互動機會更多，看似是教室的變化，其實質(zhì)價值在于使課堂可以利用數(shù)據(jù)和觀點，以及利用開放式的學習工具對資源社區(qū)進行管理，降低成本，提高可靠性、利用性和產(chǎn)出。

智慧教育的發(fā)展可能會進一步擴大數(shù)字鴻溝，使我們的教育不平衡，最重要的一點，我覺得人工智能的科研工作者應該和高校、中小學合作，共同做一些教育內(nèi)容來填平鴻溝，努力構(gòu)建一個更加開放、平衡的智慧教育生態(tài)系統(tǒng)。

教育每天都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析可以把教育往更高的層次推進。

《教育家》：您剛剛提到智慧教育體系包括智慧學習，技術(shù)如何促進學習？

湯濤：人工智能技術(shù)可以做許多事，比如人臉識別、指紋識別、聲紋識別等，但對于學習還是需要繼續(xù)往前走。教育每天都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析可以把教育往更高的層次推進。

比如一個班有60多個學生，老師很難照顧到所有人?？赡苡幸话氲膶W生跟得上進度，有的學生“吃不飽”，還有的學生完全跟不上。從整個班級來說，每個人回答老師提出的問題，老師不可能分析全班60多個人，而如果交給機器來做，它馬上就能分析出結(jié)果。根據(jù)學生的回答，機器能夠判斷出這個知識點太簡單大家很容易學會，或者是太難了大家都不理解。還有個別學生需要額外的輔導以跟上教學進度，“吃不飽”的學生則需要更多更深的東西，這些都能通過大數(shù)據(jù)判斷，機器分析后反饋給教學。智慧教育實現(xiàn)了個性化教學，更凸顯了知識的可靠性。

數(shù)據(jù)分析、智能推送、評價系統(tǒng)整個一套下來，某種意義上可以代替老師的很多作用，尤其可以彌補貧困地區(qū)師資力量的不足。

《教育家》：中國現(xiàn)有1700萬教師，這是一個非常龐大的群體，但農(nóng)村地區(qū)仍然還有師資短缺現(xiàn)象，如何破解？

湯濤：對中小學生來說，學科學習最為重要，這也考量著各個地區(qū)老師的教育、教學能力，而利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠幫助學生提高成績，但互聯(lián)網(wǎng)教育必須要有好的材料，老師理所當然地成為互聯(lián)網(wǎng)資源的整合者、應用者和提供者。當前我們國家可能有一半地區(qū)語言類的老師稀缺，質(zhì)量也不太高。數(shù)學老師也是如此，大城市的數(shù)學老師專業(yè)能力強，教學有深度，但很多地方達不到這種水平，我覺得互聯(lián)網(wǎng)教育可以部分解決師資力量短缺的問題。

以語言互聯(lián)網(wǎng)教學為例，現(xiàn)在市面上出現(xiàn)了一些比較成熟的語言學習軟件，學生可以跟著機器上的老師發(fā)音，讀單詞和句子，還可以通過提速、降速把文章讀下來。這些語言學習軟件自帶評價系統(tǒng)，學生讀完后系統(tǒng)可以打分，這樣就激發(fā)了學生的學習動力，從而改進學習。機器還會提示學生的語言水平到達了什么程度，可以繼續(xù)學接下來的課程，這等于有人在指導你。

再比如像俄語、韓語等小語種教學，可能你某天也想學一門語言，不需要達到非常專業(yè)的水平，但是足夠滿足出國旅游的基本交流。比如有些中國學生從零開始通過機器學韓語，半年后韓語能考出很不錯的分數(shù)，到國外留學完全沒有問題。因此針對小語種學習的互聯(lián)網(wǎng)教育產(chǎn)品，對于很多學生，包括成人教育都十分有用。現(xiàn)在很難培養(yǎng)大批的語言型老師，大部分培養(yǎng)出來的是剛需的英語老師，培養(yǎng)韓語、日語、俄語等小語種老師需要大量的時間。在國家開放一帶一路以后，我們需要培養(yǎng)一些小語種的人，小語種的互聯(lián)網(wǎng)知識平臺，應該是大有可為的。

現(xiàn)在學校的硬件設施都很完善，直接安裝軟件就行了。剛開始可能需要進行軟件使用的培訓，之后就可以熟練運用軟件開展教學活動。數(shù)據(jù)分析、智能推送、評價系統(tǒng)整個一套下來，某種意義上可以代替老師的很多作用，尤其可以彌補貧困地區(qū)師資力量的不足。

在機器與老師進行融合教學的過程中，我們應該訓練機器知道老師教的怎么樣，學生學習的效果怎么樣。

《教育家》：您剛剛舉例的小語種教學，機器就發(fā)揮了教師的作用。人工智能時代，根據(jù)您的判斷，未來課堂上機器人教師和人類教師如何更好地融合教學？

湯濤：這樣的小語種互聯(lián)網(wǎng)教學產(chǎn)品幾乎相當于機器人教師了。最簡單的是讀一個句子，機器的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)會告訴你發(fā)音準不準，是不是需要再改進。我小時候曾經(jīng)在農(nóng)村待過兩年，教英語的老師還帶著口音，發(fā)音非常不標準，所以對于欠發(fā)達地區(qū)尤其是師資力量不足的地方，這是很重要的一步跨越。

現(xiàn)在信息超載，問題也越來越復雜，一定是有一部分要給交機器做的，人可以訓練機器，讓機器將事情一步一步理順，人只要知道機器做的對就行。在我看來，教師是永遠無法被代替的，教育也不能完全是機器做，教育信息技術(shù)發(fā)展、應用需要人的聰明才智，只有將人與技術(shù)深度融合才能做得好。老師的力量加上人工智能的力量，會讓教育向個性化、均衡化、深度化的方向發(fā)展。

在機器與老師進行融合教學的過程中，我們應該訓練機器知道老師教的怎么樣，學生學習的效果怎么樣。同時也需要發(fā)揮人的主觀能動性，從教學活動的角度，人工智能教學需要依靠老師的經(jīng)驗，要針對老師教學的優(yōu)勢和弱勢，通過機器保留優(yōu)勢、改進弱勢。

搭建神經(jīng)網(wǎng)絡完全可以用數(shù)學的語言實現(xiàn)，可以教學生搭建神經(jīng)網(wǎng)絡，進而理解語音識別、圖像識別、對話系統(tǒng)和決策對策等人工智能。

《教育家》：人工智能浪潮蓬勃發(fā)展，影響著未來人才培養(yǎng)的趨勢。不少高校紛紛設立人工智能學院，創(chuàng)設人工智能專業(yè)，基礎教育領域的人工智能教育也引起重視，如何培養(yǎng)中小學生這方面的能力？

湯濤：理解神經(jīng)網(wǎng)絡對學習人工智能尤為重要，比如我認識一個人，第一次見面我可能記得不太清楚，第二次見面慢慢就有印象，第三次我肯定能記住。很多的記憶力和分辨能力都是通過神經(jīng)網(wǎng)絡層數(shù)逐步加深。搭建神經(jīng)網(wǎng)絡完全能用數(shù)學的語言實現(xiàn)，可以教學生搭建神經(jīng)網(wǎng)絡，進而理解語音識別、圖像識別、對話系統(tǒng)和決策對策等人工智能。

如何通過簡單的數(shù)學語言告訴學生學習AI不是困難的？舉個神經(jīng)網(wǎng)絡實驗的例子，1234567890手寫數(shù)字，比如寫個“2”，打出很多方格，每個方格都記上一些記號就給出一個矩陣，我找100個人來寫各種的“2”字以后，就把矩陣數(shù)據(jù)擬合，這個人的“2”有這樣的特點，那個人的“2”有那樣的特點，全部擬合完，任何人寫“2”字和這100個人寫的“2”不會相差太多，因此我們就可以從概率判斷出來。最后我們可以訓練機器，任何一個人寫的數(shù)字拿過來以后都可以被機器認出。

寫個亂七八糟的“1”，機器就能理解并輸出1。ABC的A，進行機器訓練完了以后，出現(xiàn)一個正確的A，都可以被識別。這件事通過20行到30行的一個代碼寫出的程序就可以做到。我們教給學生這些代碼，把每一個代碼是干什么的講清楚，學生通過學習這個程序，把字識別出來，他們會很有成就感。數(shù)字、漢字，或者26個英文字母，學生通過學習這些代碼，可以完成字的識別。他們學會之后可以做很多事情，我們只是教他們一些基本的方法。

我們要告訴一個中學生一輛汽車是怎么造的，講清楚造車的原理再知道怎么開車將非常困難。但是給我一輛車，告訴中學生怎么開這輛車，實際上不是很困難的一件事。關于神經(jīng)網(wǎng)絡，我們現(xiàn)在要做的就是向中學老師講清楚人工智能的數(shù)學原理，他們能夠理解以后，再訓練學生如何操作，如何體驗。

最后再總結(jié)一下，智慧教育，實際上我們要做的事情，就是把數(shù)據(jù)拿出來，應用統(tǒng)計學、數(shù)學等學科方法，通過AI進行數(shù)據(jù)挖掘、分析，體驗出一些真正的內(nèi)在聯(lián)系。比如提出一種可解釋的人工神經(jīng)網(wǎng)絡，理解學生數(shù)學素養(yǎng)的潛在多層次因素，如數(shù)學自信心、內(nèi)在動機、外在動機、數(shù)學焦慮和家庭影響等，我們把很多因素分析出來，就可以對學生進行個性化的教學。再通過教學評估的測量方式，把傳統(tǒng)的心理測量法、統(tǒng)計學等評估方法轉(zhuǎn)變到現(xiàn)代機器學習和人工智能上來，為每位學習者提供不同于別人的學習策略和學習方法，最終實現(xiàn)個性化學習。