人工智能時(shí)代已然來臨，如何發(fā)展和加強(qiáng)人工智能教育是我們當(dāng)下面臨的重要課題。走進(jìn)中國人民大學(xué)附屬中學(xué)信息技術(shù)教師武迪的課堂，你會發(fā)現(xiàn)人工智能課原來可以這樣上：人工智能“看”世界、人工智能中的數(shù)學(xué)建模、人工智能與關(guān)于心智的生物學(xué)……“通過AI跨學(xué)科教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和智能素養(yǎng)，是我根深蒂固的教育信條?！笔荒甑慕虒W(xué)生涯，武迪始終堅(jiān)持交叉創(chuàng)新、堅(jiān)持開辟人工智能課程新樣態(tài)，把最新動態(tài)和前沿技術(shù)融入人工智能課堂教學(xué)。

中學(xué)博士教師與人工智能的不解之緣

武迪是國內(nèi)較早探索、實(shí)踐人工智能教育的中學(xué)教師，這源于她深厚的學(xué)術(shù)背景。武迪本科畢業(yè)于南京大學(xué)電子科學(xué)與工程系，憑借優(yōu)異的成績，以直博生的身份被保送至清華大學(xué)自動化系，跟隨戴瓊海院士投身前沿的交叉學(xué)科研究。讀博期間，武迪前往美國麻省理工學(xué)院接受聯(lián)合培養(yǎng)，正是這次學(xué)習(xí)經(jīng)歷，為她日后選擇成為一名中學(xué)教師埋下了種子。某次，武迪與在同一間實(shí)驗(yàn)室做博士后項(xiàng)目研究的哈佛大學(xué)畢業(yè)博士交流，得知他出站后要去美國東北部的一所高中任教，武迪很是驚訝。隨后她默默調(diào)研了這所高中，發(fā)現(xiàn)該校不少老師都是哈佛、耶魯、麻省理工等名校博士，培養(yǎng)的學(xué)生畢業(yè)后大多成了各行業(yè)的領(lǐng)軍人物。

與此同時(shí)，武迪發(fā)現(xiàn)，許多科技巨頭紛紛成立人工智能實(shí)驗(yàn)室并加大研究投入，盡管當(dāng)時(shí)人工智能在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于早期階段，但武迪已預(yù)感到人工智能未來巨大的發(fā)展?jié)摿?。教育作為塑造未來的關(guān)鍵力量，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，緊跟時(shí)代步伐，培養(yǎng)屬于未來社會的人才。自此，武迪明確了自己未來的職業(yè)方向：進(jìn)入中學(xué)，做教師。她希望能延續(xù)自己博士階段的交叉創(chuàng)新研究，帶領(lǐng)學(xué)生接觸人工智能這一前沿領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生面向未來的智能素養(yǎng)和高階能力，期望學(xué)生成為“人工智能的主人”，掌握與人工智能協(xié)作共生的技能，提高未來競爭力。

“堅(jiān)持做別人沒做過的事”

2013年入職人大附中后，武迪憑借扎實(shí)的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)和研究功底，在人大附中開放的課程平臺上，聚焦人工智能+X跨學(xué)科教學(xué)，堅(jiān)持每個(gè)學(xué)期開設(shè)一到兩門新課。經(jīng)過十余年的課程探索，她與團(tuán)隊(duì)共同建設(shè)了人大附中“橫向跨學(xué)科、縱向分層次”的人工智能課程體系，橫向跨學(xué)科是指在學(xué)科整合的大框架下，從人工智能學(xué)科基礎(chǔ)和應(yīng)用兩方面，挖掘與其他學(xué)科的交叉創(chuàng)新點(diǎn)，縱向分層次是指面向?qū)W生的不同需求，服務(wù)于學(xué)校已有的“一核兩翼三層級”課程體系。盡管從零開始研發(fā)人工智能課程的過程困難重重，但武迪從未有過猶豫和退縮，特別是想到戴瓊海院士“勇闖無人區(qū)，堅(jiān)持做別人沒做過的事”的教誨，她便更加堅(jiān)定自己的選擇。

要實(shí)現(xiàn)“開課”，首先得“挖課”。武迪從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，綜合國家政策、教育發(fā)展走向、時(shí)代背景以及自身研究興趣，充分考量學(xué)生需求與核心素養(yǎng)，探尋并選擇適合的課程主題。她通過多種途徑與人工智能領(lǐng)域頂尖科學(xué)家建立聯(lián)系，帶領(lǐng)學(xué)生拜訪交流，使學(xué)生深入了解前沿領(lǐng)域、明確自身興趣。武迪自己也在這個(gè)過程中不斷學(xué)習(xí)與思索，尋找課程開設(shè)方向。武迪將這種方式稱為“走近大師”，她堅(jiān)信課程的最終目的在于育人，作為教師應(yīng)向?qū)W生播撒知識的火種，通過“一朵云推動另一朵云”的方式提升學(xué)生的思想境界。

此外，武迪積極參加國際學(xué)術(shù)交流會議，及時(shí)掌握當(dāng)前人工智能研究領(lǐng)域最新成果，密切關(guān)注人工智能國際課程與前沿研究態(tài)勢。立足學(xué)生實(shí)際發(fā)展需求，通過借鑒國外優(yōu)秀課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，開展本土化課程與教學(xué)創(chuàng)新。同時(shí)，武迪也經(jīng)常與畢業(yè)后進(jìn)入科研領(lǐng)域的學(xué)生交流，從中獲取各行業(yè)的前沿學(xué)術(shù)研究動態(tài)，為課程開發(fā)尋找新的靈感和學(xué)科交叉融合點(diǎn)。

解決了開課方向和主題，還需要解決“教什么”的問題。在武迪看來，隨著人工智能發(fā)展趨勢的不斷演進(jìn)，在不久的將來，運(yùn)用人工智能者與未使用者在工作、學(xué)習(xí)與生活中將會呈現(xiàn)出巨大的差距。而人工智能教育的使命就是幫助學(xué)生發(fā)展智能素養(yǎng)，為未來夯實(shí)基礎(chǔ)、做好準(zhǔn)備?；诖耍涞蠈⒔虒W(xué)內(nèi)容明確為兩大板塊：一是人工智能學(xué)科自身范疇，涵蓋人工智能的基礎(chǔ)知識、思維邏輯、科技倫理以及人工智能與人類和社會的關(guān)系等；二是聚焦人工智能的跨學(xué)科創(chuàng)新教學(xué)，沿著人工智能歷史和前沿兩個(gè)方向，從人工智能學(xué)科基礎(chǔ)（人工智能+X學(xué)科）和前沿應(yīng)用（學(xué)科+人工智能）兩方面，挖掘與其他學(xué)科的交叉創(chuàng)新點(diǎn)。

好的課程設(shè)計(jì)是確保教學(xué)內(nèi)容充分發(fā)揮效果的關(guān)鍵。武迪認(rèn)為，對于人工智能跨學(xué)科教學(xué)而言，聚焦信息素養(yǎng)中的計(jì)算思維目標(biāo)是一條非常關(guān)鍵的課程設(shè)計(jì)主線。每當(dāng)與其他學(xué)科開展人工智能跨學(xué)科教學(xué)時(shí)，武迪都會探尋該學(xué)科核心素養(yǎng)與計(jì)算思維的契合之處。以“人工智能中的數(shù)學(xué)建?！闭n程設(shè)計(jì)為例，武迪首先明確課程目標(biāo)是為學(xué)生講授人工智能所需的數(shù)學(xué)思維邏輯，幫助學(xué)生理解人工智能算法背后的數(shù)學(xué)原理。而后，武迪與合作開課的數(shù)學(xué)教師查閱相關(guān)資料，選定以吳軍博士《數(shù)學(xué)之美》中的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)模型為依托，進(jìn)行模塊圖論、密碼學(xué)等內(nèi)容的教學(xué)，繼而擬定詳細(xì)的教學(xué)計(jì)劃，結(jié)合生動、有趣、前沿的應(yīng)用實(shí)例，與學(xué)生助教共同設(shè)計(jì)經(jīng)過抽象簡化后的課堂實(shí)踐活動，從而讓學(xué)生通過跨學(xué)科應(yīng)用實(shí)踐掌握AI算法。

人工智能教育要教會學(xué)生深度學(xué)習(xí)、解決問題

武迪認(rèn)為，基于人工智能自身的交叉性和跨學(xué)科特質(zhì)，其與計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等諸多學(xué)科緊密相連，僅靠單一學(xué)科的內(nèi)容無法全方位支撐起學(xué)生智能素養(yǎng)的培育，因此十分有必要融合其他課程，進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行人工智能相關(guān)內(nèi)容的遷移創(chuàng)新與思維碰撞。

在跨學(xué)科教學(xué)中，武迪依據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的知識基礎(chǔ)與認(rèn)知能力，運(yùn)用“深度學(xué)習(xí)”模型開展課堂教學(xué)。首先通過聚焦信息素養(yǎng)、所交叉學(xué)科的核心素養(yǎng)及跨學(xué)科融合與遷移應(yīng)用，確立素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)。接著，結(jié)合人工智能的跨學(xué)科基礎(chǔ)和應(yīng)用，提出引領(lǐng)性的學(xué)習(xí)主題。而后為學(xué)生布置以真實(shí)問題解決為主線的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)。待學(xué)生完成任務(wù)后，武迪采用學(xué)生自評、互評等方式對課堂任務(wù)進(jìn)行全面評價(jià)，并與學(xué)生一同系統(tǒng)總結(jié)概括問題解決的過程，使學(xué)生能夠觸類旁通，將本堂課所學(xué)方法靈活遷移應(yīng)用于類似問題，形成自己的學(xué)習(xí)成果。

以武迪與生物教師合作講授的人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的代表性啟發(fā)算法——遺傳算法為例，課堂上，武迪以人類雙足行走的動畫視頻引入教學(xué)情境，生物教師引導(dǎo)學(xué)生提煉進(jìn)化論的關(guān)鍵要素并梳理邏輯關(guān)系：人類群體初始行走姿態(tài)搖擺不定，頻繁跌倒，但人類會選取每一代中行走表現(xiàn)相對出色的個(gè)體作為繁衍下一代的父輩基礎(chǔ)，以此不斷進(jìn)化。在明晰進(jìn)化邏輯后，武迪與生物教師共同設(shè)計(jì)了小組活動，讓學(xué)生自編劇本并進(jìn)行遺傳算法情景表演，以此使學(xué)生深刻領(lǐng)悟進(jìn)化論本質(zhì)。隨后，武迪將進(jìn)化論邏輯延伸至下半場的課堂活動——讓計(jì)算機(jī)學(xué)會“說話”，即讓計(jì)算機(jī)從對文字一無所知到生成一段既定文字?？紤]到課堂時(shí)間有限，且從頭編寫這個(gè)程序?qū)W(xué)生來說難度較大，武迪并沒有選擇讓學(xué)生從零開始寫代碼，而是給到學(xué)生程序框架，并空出關(guān)鍵部分。學(xué)生從生物學(xué)視角理解算法思維的相關(guān)原理后，填寫這些空白部分，以此完成課堂實(shí)踐?！爱?dāng)學(xué)生看到自己填寫的程序能夠成功在電腦上運(yùn)行時(shí)，都感到非常興奮?！?/p>

“人工智能工具更新?lián)Q代極快，可能學(xué)生今天剛學(xué)會一種，明天就有更高級的工具出現(xiàn)?！痹谖涞峡磥?，人工智能教育的重點(diǎn)并不是教會學(xué)生使用多少種工具，而是基于真實(shí)問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，選擇合適的人工智能工具，使學(xué)生獲得運(yùn)用計(jì)算思維分析和解決問題的能力。

懷揣著對人工智能教育的無限熱忱，武迪以專業(yè)的知識和創(chuàng)新的教學(xué)方法，為學(xué)生們打開了一扇通往人工智能的大門。她堅(jiān)信，在不久的未來，人工智能課程定能如普通學(xué)科課程一樣，來到更多學(xué)生的身邊。