西北师大郭绍青教授：人工智能教育现状与未来发展

2023-05-04 07:59:17 人工智能 ℃

后台-插件-广告管理-内容页头部广告（手机）

本文大概5000字读完共需12分钟

导读：近日，教育部教育技术与资源发展中心（中央电化教育馆）召开“央馆人工智能课程”规模化应用第一期试点工作第一次交流会。会上，西北师范大学智能教育研究院院长、教授郭绍青作题为《人工智能教育现状与未来发展》的专家报告。

郭绍青教授认为，“我们有一个惯性思维，总是认为在社会转型的时候新技术出现，原有岗位消失，会产生很多新岗位。从农业社会到工业社会的过渡确实如此，但是当前社会形态向下一个社会形态的过渡则有极大不同，产生的岗位是要求极高的岗位，大量的岗位会被替代。这是我们必须要思考的问题，这样才能正确看待基础教育的改革发展。”

分享 | 郭绍青

整理 | 教育信息化100人

来源 | “央馆人工智能课程”规模化应用第一期试点工作第一次交流会

以下内容据郭绍青教授的视频分享整理

人工智能进入教育，我们可以从两个维度思考。

第一个维度指向每个老师，我们称之为人工智能教育应用，这涉及到如何将人工智能技术应用到教育的方方面面。

第二个维度是人工智能课程教育，这涉及到如何让我们的学生掌握一定的人工智能知识和技术，产生对于人工智能的认知。这一维度是少数人关注的事，是学校的信息技术（信息科技）课程教师需要解决的问题。

今天我们从课程的角度来思考人工智能教育，我将分享三个方面的内容：

一、人工智能教育的现状

二、人工智能教育的内涵

三、人工智能教育的未来

人工智能教育的现状

围绕校本课程，或者在国家规定课程的架构内，中小学校为了推动特色发展，为了弥补国家课程的不足，进行了很多创新。我们可以看到中小学已经在普遍地开展STEAM教育、创客教育、机器人教育和一些编程教育等。

STEAM教育、创客教育、机器人教育、编程教育是人工智能教育吗？这四个方面的内涵有交叉，也有不同。

我们整个社会可能存在对人工智能课程教育的误解。在人工智能课程教育发展的早期，并不由学校动力推动发展的，而是企业动力，企业快速进入学校引领发展。另外，在这个过程中存在一个问题，大量中小学老师过去没有接触过人工智能，虽然很多老师在从事新科技教育、新技术教育，但是他们在过去的大学学习中、在长期的教学中，本身欠缺人工智能的科学技术和知识储备。

所以在这种综合作用之下，有些企业会提供一些编程教育，然后说这就是人工智能教育；有些企业会做青少年AI项目，然后也说这就是人工智能教育。这带来了整个基础教育领域中的一个问题：是不是人工智能课程教育就等于编程教育？这不能划等号。

各种人工智能教材琳琅满目，其内容、难易程度等存在很大差异，缺乏统一的课程标准，这就引起现存教材内容主要分成两类：人工智能技术、实现人工智能技术（编程）。

当然我们可以说现在已经有一定的标准可以遵循，比如去年发布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中谈到了一定的人工智能教育内容。

我们分析近几年的教材架构可以发现，一部分社会教材趋于人工智能技术本身，这产生了一个错误的认知：把人工智能课程教育等同于人工智能技术教育。

下面是参加“第二届甘肃青少年创意编程及智能设计大赛”的学生的智能设计作品。

作品一：“我们设计的这个作品可以自动监测土壤的湿度，并显示到显示屏上。如果土壤的湿度低于50%，它就会开始浇水，一直浇到土壤的湿度高于50%的时候再停下来。我发明这个的原因是我有一盆花忘记浇水，所以它干死了，所以我就想发明一种可以自动浇花的东西。”

作品二：“五彩树是我们过年过节最常见的方式之一，大树上布满了五颜六色的小电灯，大街小巷公共场所都可以看到。在创客教育中，我们通过搭建基础模型，做出了属于自己的五彩树。五彩树晚上亮起，白天熄灭。我们用准备的结构先搭建五彩树的模型，其次编写程序，将电脑、彩灯、数据线、光敏电阻、主板连接上传程序，反复调试修改，最后实现智能设计作品五彩树。程序发送主板后，当光敏电阻大于900时，彩灯会自动亮起；当光敏电阻小于 900 时，它会自动熄灭。也就是说，晚上它会自动亮起，白天它会自动熄灭。”

我们来思考一个问题，这两个作品是不是人工智能作品？我认为不是，因为这两个作品跟人工智能没有一点关系。

首先，我们判定这两个作品都不是人工智能作品。其次，在我眼里这两个作品没有任何区别，它们解决的是同一个基本问题，自动化控制有一个基本的架构：输入信号—做出判断—输出动作。这两个作品的原理跟我们的电梯上下楼等很多场景的控制是完全一样的。

STEAM教育是跨学科的。实际上STEAM是一个综合课程的思想，以前课程都是分科教学，如何推动多学科知识的交叉融合？可以通过STEAM教育来实现多学科知识的融通学习，来解决真实的问题，从而培养学生的系统思维、问题解决能力，发展学生的高阶思维。

创客教育也是跨学科的。创客教育来源于美国的车库文化，美国早期工业革命时期，大家都是有别墅的，别墅配备有车库，车库里面有很多工具，孩子可以在里面制作。基于这种场景能够引发孩子的创新能力，之后创客教育逐渐发展了起来。

编程机器人教育与数学不可分割，有利于训练学生的计算思维。

STEAM教育、创客教育、编程机器人教育之间有交叉，也有不同。

STEAM教育、创客教育、编程教育并不等于人工智能教育。在一个学校里，除了国家规定的课程之外，能用于校本课程的课时有多少？我们不可能给学生无限增加校本课程。

人工智能教育错误认识存在的原因包括三点：

第一，我们缺少规范引领，缺少对人工智能内涵的理解，缺少标准、规范，缺少人工智能的素养框架，缺少人工智能学习理论、模式，还有许多问题需要解决。第二，我们更多是站在技术的视角上思考人工智能教育的问题，而忽略了教育的本质，缺乏从教育视角理解人工智能教育。技术在不断迭代，那是不是我们基础教育今天教的技术，明天就会过时？第三，企业产品导向错误也是原因之一。

我们的人工智能课程教育到底应该如何开展？

人工智能教育的内涵

国务院印发《新一代人工智能发展规划》，我们在语音识别、视觉识别技术领域世界领先，在适应自主学习、直觉感知、综合推理、混合智能、群体智能领域具备跨越发展的能力，在实际应用方面，我们在中文信息处理、智能监控、生物特征识别、工业机器人、服务机器人、无人驾驶领域发展得也不错。但为什么ChatGPT不是诞生在中国？问题出在哪了？中国要创新、要发展，必须要先做第一。

我简单解释一下科学、技术、工程三者之间的关系。什么是科学？科学就是原始创新，解决0-1。什么是技术？技术是在科学基础上朝着解决真实问题迈进的一步。什么是工程？工程是指向产品。

举个例子，爱因斯坦提出质能守恒定律，从原理上解释了原子能的问题，这是科学。二战期间爱因斯坦从德国来到美国解决核能的控制问题，这就是技术。最后不论是生产出了原子弹、氢弹，还是做核潜艇、核磁共振，这些都是工程问题。如果我们不解决最前面的问题，那么我们在新一轮的国际竞争中，何谈中国成为创新型国家？这也是我们在中小学推进人工智能教育的原因。

人工智能教育绝不能按照现在中小学的很多做法进行。创客教育、STEAM教育开展得很是热闹，但最后却变成了造物教育，只是盯着工程层面，而不往前追赶。基础教育首先需要解决的是前面的问题，当然学生也需要工程层面的体验感知，获得直觉和兴趣，但是切不可舍本逐末。后面的问题是博士期间要解决的问题，甚至是博士读完之后工作层面的问题。

从我们国家层面来看，在人工智能方面是欠缺的。对于此，我们的极短期行为是，引进高端人工智能人才；我们的短期-中期行为是，培养高水平人工智能创新人才与团队；我们的中期行为是，建设人工智能学科。

人工智能技术到底在变革什么？我们的学生为什么要学习人工智能技术？

我们要看到人工智能在改变着社会，改变着生活，改变着工作。ChatGPT可能会冲击到老师的岗位，智能体育能够辅助体育老师更好地开展教学训练。我们可以看到很多的变化，你现在还能在停车场里见到几个收费员？岗位还在，但是人被替代了。

我们有一个惯性思维，总是认为在社会转型的时候新技术出现，原有岗位消失，会产生很多新岗位。从农业社会到工业社会的过渡确实如此，但是当前社会形态向下一个社会形态的过渡则有极大不同，产生的岗位是要求极高的岗位，大量的岗位会被替代。这是我们必须要思考的问题，这样才能正确看待基础教育的改革发展。

我们最初编写《人工智能技术与工程素养框架》时，编写了三四个月之后发现可能方向错了，我们并没有回答人工智能课程到底解决什么问题。

最早的时候，我们考虑了三个维度：人工智能与社会、人工智能技术、人工智能的系统设计与开发。但是后来我们考虑到人工智能技术是区别于以往所有技术的，以往的所有技术都是跟人的身体竞争或者弥补。比如，人们不想走路，有飞机、有汽车；人的体力不行，有气压机、液压机。这些是对人的体力的替代延展，但人工智能是对人的大脑的直接竞争延展。这就带来一个问题：人工智能竞争到了人的本质。人之所以称为人，是因为人有思维，但人工智能已经开始跟人的思维竞争。因此，我们经过充分讨论，增加了一个另外的维度：人工智能与人类。

最终经过反复论证，我们用了几乎一年的时间完成了《人工智能技术与工程素养框架》的编写。框架包括四个一级维度：人工智能与人类、人工智能与社会、人工智能技术、人工智能系统设计与开发。也就是说，基础教育应该从四个维度来开展人工智能教学，来开发我们的课程。

一、人工智能与人类

第一，人工智能与人类的关系。从人工智能的出现到今后的发展中，定会和人类产生诸如辅助、协作、竞争、超越等复杂的关系。从企业的角度，企业一定希望人工智能无限发展。从人类的角度，从社会的角度，我们的孩子以后不一定从事人工智能的相关专业，他可能是法官，可能是政府官员，也可能是医生，他们如何思考这些问题？这涉及到未来他们对法律的制定，涉及到未来他们对政治的引导、对政策的制定，涉及到未来医学的发展。我们都要促使我们的孩子思考一个问题：哪怕他将来成为一个企业的高级人员，成为一个高级工程师，他能不能站在人类的角度来把控手中的技术？他们要知道技术将来一定要为人类的福祉服务，而不是替代人类。

第二，道德与责任。人工智能技术的发展一定有积极的层面，但也会有消极的层面。举个例子，无人驾驶汽车能不能上路？汽车生产商们都期待着明天人工智能汽车就能满街跑，但是人工智能汽车撞死人之后，责任归谁？归买车的人还是归生产汽车的人？生产厂家也可以说这是数字地图精准性的问题、网络卡顿的问题。那么到底责任该归谁？冲突该怎么界定？那么，我们是不是要促使我们的学生过早地或者现在就思考这些问题，这不一定有结果。我们要永远要告诉学生什么是对、什么是错吗？学生批判思维的培养、反思力的培养更加重要。

二、人工智能与社会

人工智能如何与社会交互？人工智能又会对社会产生什么影响？在公检法领域，人工智能卷宗分析、大数据分析等被广泛使用，这是否会带来新的社会公平问题？这是我们人工智能课程教育需要解决的问题。

三、人工智能技术

学生需要掌握技术，需要要了解人工智能技术的发展，所以我们要知道人工智能技术能解决什么问题，我们界定了一些标准。

学生也要知道人工智能技术的原理、过程、方法，这在小学、初中、高中阶段是不同的，要有递进性、关联性。

另外，学生也要能够选择和使用一定的人工智能工具，来解决一定的问题。

在今天的这个维度，人工智能应该还属于大数据智能，这个阶段是数据、算力支撑的阶段，孩子需要了解机器学习、计算机视觉、智能语音、自然语言处理等人工智能技术。

四、人工智能系统设计与开发

人工智能一定与工程相关，要对学生的系统思维、设计思维进行训练，要建立系统观。一个产品不是做得好就一定好，需要符合人类的道德，符合人类生活的习惯。我们也要推动多学科知识的交叉融合。

我们制定的《人工智能技术与工程素养框架》很是细致。同样一个指标，小学、初中、高中的不同阶段的描述是不同的。比如对于“人工智能”这一定义，对于小学生的解释是人工智能可以像人一样地听、像人一样地看，而初中生则要知道的多一些，比如要知道一些简单的算法、编程，这些可以支撑人工智能。

人工智能教育的未来

人工智能已经全方位渗透进人类社会的不同行业和生活环节，是服务国计民生的变革性技术，也是世界各国抢占的科技新高地。

人工智能及其相关技术已经渗透到教育领域，促进了教育工作和教育系统的不断发展与变革，比如智能阅卷系统、学习行为分析、作文批改、发音评测。

同时我们也要关注人工智能未来的全球布局，比如美国、德国、日本、俄罗斯等国家的布局。人工智能可能是下一个社会形态中各国之间竞争的重要聚焦点，中国也在推进相关的建设。

世界各国都很重视人工智能的发展，因此在小学、初中、高中阶段，开展人工智能课程教育进入必修课的内容。

人工智能课程教育在义务教育阶段一定是普适的，在高中阶段可以有一定的引领，也就是说在普适的基础上加入卓越，为高中生进入到大学的相关信息科技领域更早地打下基础。比如高中阶段的物理课标，物理有基础模块、必修模块，也有很多选修模块。学生将来上大学如果学材料、机械等学科，就有可能要求学生必须学完所有模块，但如果学习的是另外的学科，则可能只学习基础模块就足够了。实际上学生进入高中之后，人工智能教育会有所不同，除了大众的之外，应该加入一些另外的模块形式。