華東師范大學教授陳玉琨
近日，我國第一本面向中學生的人工智能教材——《人工智能基礎(高中版)》正式發布。人工智能課程進入了高中課堂。這本教材具有哪些特點?中小學教師、學生應該為人工智能教育進課堂做哪些準備?中學階段人工智能教育與大學有何不同，其開展的必要性是什么?帶著問題，記者專訪了教材主編之一，華東師范大學終身教授、慕課中心主任陳玉琨。
人工智能教材走進中學課堂
記者： 您與湯曉鷗教授共同主編出版了國內第一本中學人工智能教材，出版這本教材的背景是什么?
陳玉琨： 人工智能(Artificial Intelligence)正在全球迅速崛起，已經影響了我們生活的方方面面。不久前，阿爾法狗(AlphaGo)和阿爾法狗元(AlphaGo Zero)以無可爭辯的能力戰勝了李世石、柯潔等人類圍棋高手，名噪一時;30多種語言的互譯超乎人的想象;在攻克癌癥的領域，人工智能也大顯身手……人們因此真正感受到人工智能時代已經到來，它改變我們生活的節奏會越來越快。
2017年7月，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，特別強調“加快人工智能創新應用”。文件要求：“利用智能技術加快推動人才培養模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系”“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程”，這給人工智能教育提出了新的任務。
記者： 該教材目前的使用情況及使用計劃如何?
陳玉琨： 在《人工智能基礎(高中版)》編寫過程中，上海市西中學已采用選修課形式開設了相關課程，受到學生的歡迎。截至教材發布時，全國有40余所知名高中加入了華東師范大學慕課中心“人工智能教育實驗基地校”，目前還有更多的高中期望加入，他們對人工智能課程的開設抱有極大熱情。
我們希望由點到面、輻射全國去推廣這本教材，以40所人工智能實驗基地校引領全國高中，推動我國高中教育信息化與智能化的發展;同時開發《人工智能基礎(高中版)》的線上版本，取得線上線下結合、動手動腦并重、間接知識掌握與直接知識獲得相統一的高中教育新經驗。
記者： 從中學教育角度而言，該教材的出版會對人工智能學科的建設和發展起到哪些作用?
陳玉琨： 該教材以“手腦結合”為主要學習方式，注重間接知識與直接知識的融合，在給學生提供必要的基礎知識后，特別設計了22個實驗，需要學生動手去做。我們作為教材的編者特別希望學生在學習過程中能發揮出獨特的想象力，設計出在高中階段有限時間內能完成的項目，并動手將其轉化為獨具特色的作品，在這一過程中享受到創造的無窮樂趣。
教材，尤其是中學與大學的理科教材，是以概念、原理及其相互關系的闡述為主要內容的，它已經隱去了這些概念與原理是如何被科學家所發現的、它們在現實生活中有哪些用處等內容。而這些概念與原理及其相互關系的闡述就被稱為“間接知識”。學習者不可能重復科學家所有的發現過程，所以“間接知識”的傳授有重要的價值，但如果在教學過程中能讓學生了解這些概念、原理及其相互關系是如何被發現的，它們在現實世界中有哪些作用，不僅會讓教材變得更加生動、讓學生的學習興趣更加高漲，同時也會讓學生的思維與創造能力得到有效提升。
該教材不僅重視人工智能原理的介紹，更注重這些原理在生活中的運用。從這個角度來說，該教材的出版對其他學科的建設有示范與啟示意義。
人工智能課程對教育提出新挑戰
記者： 您認為中學階段人工智能學科的教學目標應該如何定位?教師又應該如何開展具體教學?
陳玉琨： 這本教材的重點在于普及人工智能的原理與技術，希望引起學生對人工智能學習的興趣。當然，我們也期望能為高等學校培養一批人工智能領域的拔尖人才奠定基礎。
如前所述，我們更希望通過本教材的教學，創造出能將“間接知識”與“直接知識”相融合的教學經驗，促進我國課程與教學的改革，這也是我們希望教師在教學過程中特別注意的，這一經驗的創造需要一線教師的艱苦努力。
記者： 開設人工智能課程是否會對教師的教學水平和知識結構提出新的挑戰?中學教師該如何應對?
陳玉琨： 人工智能是近幾年剛剛引起人們高度關注的領域。客觀地說，中學教師在該領域的知識儲備是不足的。不過，在一個學習型社會，知識儲備不足不是最重要的問題，只要教師有進一步學習的愿望和能力就行。
為幫助教師克服知識儲備不足的問題，華東師范大學慕課中心近期將舉辦“人工智能教師研修班”，首先培養一批人工智能種子教師，希望以他們為引領，逐步提升我國教師總體的人工智能素養。
記者： 與物理、化學、計算機等學科相比，人工智能課程是否對學生已有的知識儲備提出了新的要求?學生如何學好這門課程?
陳玉琨： 在我國中學，物理、化學與計算機等學科的教學都遵循“循序漸進”的原則，這一模式已經成為學校教育的常態。然而，人工智能領域的學術與技術含量極高，尤其是一些算法需要用到高等數學的知識，這已經超出了高中生掌握的數學知識范疇，有些甚至超出了大學本科的范疇。為了幫助學生深入了解和掌握人工智能的原理，本教材對這部分算法只做定性介紹，其定量部分留待學生日后鉆研。這些算法已在相關教學實驗平臺上開放，供學生動手時調用。
教材的設計充分考慮了“循序漸進”與“留有余地”兩者之間的平衡。所謂“留有余地”就是給一些對人工智能特別感興趣的學生留有拓展學習的余地，就是給一些有奇思妙想的學生異想天開留有余地，就是給不同的學生留有各種不同的發展空間。
我們認為興趣是最好的老師，異想天開是創造真正的開始，學習同一本教材不必也不可能收獲同樣的結果。因此，編者特別鼓勵學生在學習過程中進行師生之間、生生之間的互動，相互質疑、挑戰。教師能夠引導學生提出具有挑戰性的問題是教學的成功，學生能問倒老師是學習的真正開始。
記者： 大約在15年前，計算機基礎作為選修課進入了中學課堂，而今天，人工智能也來到了中學課堂。您如何看待“在中學教育階段開展新興技術課程”這一現象?
陳玉琨： 信息技術走進課堂，為提升學生信息素養發揮了很大的作用，也為今天人工智能課程進入中小學奠定了基礎，因為人工智能是以互聯網、大數據和云計算為基礎的。國務院《新一代人工智能發展規劃》談及人工智能教育時，也特別強調“在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣”。
人工智能教材應適合學生年齡特點
記者： 高等教育階段人工智能學科的教學應該如何開展，與該課程在中學的教學有哪些相同和不同之處?
陳玉琨： 在編寫教材的過程中，編寫組除特別強調教材的原創性與科學性外，還特別關注教材的可學性。對于教材來說，可學性是編寫成功的重要指標。
可學性在學習論的意義上包括三方面含義：第一，在特定的年齡階段與知識基礎上可學。同樣是《人工智能基礎》，高中版與初中版會有很大不同，因為學生的知識儲備不同、理解能力不同。第二，在規定的時間內可學。學生在特定的學段，其學時總是有限的，在學習人工智能課程的同時，還有很多其他課程等著他們，他們需要在學習人工智能與其他課程之間找到恰當的平衡。如果他們有更多的時間，當然他們就能學得更多、更好。第三，大多數學生可學，而不是僅有2%至3%的“精英”或者在該領域有天賦的學生可學。
在充分考慮現實情況的基礎上，本教材力求做到適合學生的年齡特點、通俗易懂、圖文并茂、生動活潑。概括來說，中小學人工智能課程的學習，感性成分會多一些，而在高等學校，尤其是在高等學校人工智能專業，學習需要更深入、抽象，因而也更理性。中小學學生學習人工智能重在“手腦并重”，而高校學生一定要把學習與研究結合起來。
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