讓人工智能在學(xué)校生根發(fā)芽

■“關(guān)注中小學(xué)人工智能教育”實踐篇②

“我提高了馬達(dá)速度，這次完成任務(wù)提高了2秒。”中午，在吉林省實驗中學(xué)行知四樓機(jī)器人競技室里，幾名學(xué)生和指導(dǎo)教師劉明浩正在不斷調(diào)試設(shè)備、探討方案……利用午休時間在科技教室交流AI自研項目，已成為該校社團(tuán)成員們自主學(xué)習(xí)的常態(tài)。

“學(xué)校要成為學(xué)生擁抱人工智能的重要場域?！痹诩质嶒炛袑W(xué)黨委書記、校長辛萬香看來，學(xué)校推進(jìn)人工智能教育主要有兩個目標(biāo)，一是培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時代的人才，二是培養(yǎng)能研發(fā)人工智能的人才。多年來，吉林省實驗中學(xué)通過開設(shè)專業(yè)社團(tuán)、加強“課程組合”、激活社會資源等多維度持續(xù)深耕人工智能教育。

開設(shè)專業(yè)社團(tuán) 在探索中拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域

“這個小車轉(zhuǎn)彎時還是不夠靈活，再想想如何改善？”吉林省實驗中學(xué)人工智能與機(jī)器人編程教師劉明浩的雙臂在胸前平行舉起，邊模擬小車轉(zhuǎn)彎邊進(jìn)行講解。已經(jīng)連續(xù)幾周，他每天中午為即將代表學(xué)校參加全國智能無人車大賽的學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)。

“這次參加國家比賽還是有點兒緊張?！痹趧倓偨Y(jié)束的2024吉林省中小學(xué)人工智能綜合實踐活動中拿了“智駕競速——無人車挑戰(zhàn)賽”項目三等獎的初二年級學(xué)生張懿軒，將代表學(xué)校參加國賽。他告訴記者，入學(xué)前自己沒接觸過人工智能，但看到學(xué)校社團(tuán)招新，他毫不猶豫地報名了。經(jīng)過初步學(xué)習(xí)后，張懿軒特別喜歡編程和無人車，每天都會積極參加中午的社團(tuán)活動。

劉明浩介紹，在吉林省實驗中學(xué)，社團(tuán)活動對于學(xué)生的基礎(chǔ)沒有要求，只要感興趣就可以參加。零門檻加上專業(yè)的指導(dǎo)，學(xué)校人工智能社團(tuán)每學(xué)期都是“熱門爆款”社團(tuán)。在他看來，社團(tuán)不僅會激發(fā)學(xué)生的探索興趣，更是為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供平臺。

“人工智能社團(tuán)、機(jī)器人編程、開源硬件這些社團(tuán)，學(xué)生很喜歡?！奔质嶒炛袑W(xué)校長助理、教務(wù)處主任劉宗海介紹，目前學(xué)校共開設(shè)開源硬件社團(tuán)、航模社團(tuán)、機(jī)器人社團(tuán)等科技類社團(tuán)10余個，涉及人工智能多方面內(nèi)容。根據(jù)社團(tuán)類型、活動特點和選課學(xué)生的年級，每周開設(shè)1—4節(jié)課，學(xué)生利用午休和自習(xí)課時間參加活動。

此外，為了更好地開設(shè)社團(tuán)活動，吉林省實驗中學(xué)還配備了人工智能實驗室、機(jī)器人競技實驗室、3D打印創(chuàng)客教室等智能化學(xué)習(xí)環(huán)境；社團(tuán)開展教學(xué)中，教師多采用啟發(fā)式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，也鼓勵學(xué)生參加機(jī)器人、創(chuàng)意編程、數(shù)學(xué)建模等各類科技創(chuàng)新比賽。

“學(xué)校每年有計劃地選送教師參加省市及全國科技指導(dǎo)教師培訓(xùn)，參訓(xùn)教師先后取得了青少年人工智能輔導(dǎo)師、青少年軟件編程指導(dǎo)教師、吉林省人工智能骨干教師等資質(zhì)。”劉宗海說。

加強“課程組合”，在親歷中感受人工智能

“生成對抗網(wǎng)絡(luò)是一種深度學(xué)習(xí)模型。在模型訓(xùn)練過程中，我們可以對模型的超參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，如學(xué)習(xí)率、批大小等，來提高訓(xùn)練效果和生成圖像的質(zhì)量。”在吉林省實驗中學(xué)高一（11）班“AI藝術(shù)生成”課堂上，信息科技教師曲維燕正在指導(dǎo)學(xué)生利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)文生圖的作品創(chuàng)作。    

同曲維燕一樣，多位教師講授的專業(yè)的人工智能課程，已經(jīng)在吉林省實驗中學(xué)高中部全面普及。其實，早在2010年，吉林省實驗中學(xué)就開始積極布局人工智能與學(xué)校學(xué)科教學(xué)的融合。    

“我們一邊實施課改，一邊把原來的科技創(chuàng)新活動升級打造成一個體系完整的校本課程，也就是創(chuàng)新課程?！奔质嶒炛袑W(xué)教務(wù)處副主任李星婷介紹，學(xué)校為了將人工智能教育融入日常課程體系中，在“課程組合”上下起了功夫，以實現(xiàn)人工智能教育在每一名學(xué)生的身上真實發(fā)生。

“人的智能行為是通過大腦的不斷學(xué)習(xí)形成的，所以發(fā)展人工智能的重要一步就是讓機(jī)器模擬人腦的思維過程。那么，如何來讓機(jī)器學(xué)習(xí)呢？”在數(shù)學(xué)學(xué)科活動課上，教師關(guān)惠玲拋出問題后，借用醫(yī)療機(jī)器人和汽車自動駕駛的例子，并通過數(shù)學(xué)建模案例，讓學(xué)生體會如何提出問題、如何獲得數(shù)據(jù)、如何應(yīng)用算法，從而思考數(shù)學(xué)與人工智能的關(guān)系。

目前，吉林省實驗中學(xué)的“課程組合”重點凸顯數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、科學(xué)這3門學(xué)科在AI教育中的基礎(chǔ)地位，以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、數(shù)學(xué)建模以及深度學(xué)習(xí)的能力為核心目標(biāo)。

在“課程組合”的具體落實中，學(xué)校教師通過真實案例讓學(xué)生直觀理解AI應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生從這些典型場景中抽離出來，深入探討計算機(jī)視覺、自然語言處理等領(lǐng)域，通過互動操作和案例分析來學(xué)習(xí)核心算法。在這一過程中，學(xué)校特別重視培養(yǎng)學(xué)生計算思維、創(chuàng)新能力等，特別是在涉及信息科技相關(guān)課程的實踐環(huán)節(jié)中，教師會引導(dǎo)學(xué)生使用圖形化編程、Python（編程軟件）和開源硬件等，親自實踐AI算法，讓學(xué)生發(fā)揮自己的聰明才干解決問題，從而切身體驗到人工智能的樂趣，增強學(xué)生通過“人機(jī)協(xié)同”解決問題的能力與信心。

“學(xué)校開展人工智能教育不能只圍繞著人工智能的三大支柱——大數(shù)據(jù)、算法、算力展開，更要深刻把握住人工智能教育的本質(zhì)，就是要利用機(jī)器智能助推人類智能的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生在真實世界解決問題的高階思維能力！”劉宗海表示，隨著技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)業(yè)變革，很多職業(yè)可能現(xiàn)在還沒有，未來有很多不確定性。“學(xué)校開展‘課程組合’，開設(shè)人工智能與學(xué)科教學(xué)融合的各種綜合實踐課程，歸根結(jié)底就是為了提升學(xué)生未來在真實世界應(yīng)對不確定性的能力?！?/P>

激活社會資源，在匯聚中培養(yǎng)科研精神

“目前，人工智能有5個主要研究方向，分別是機(jī)器學(xué)習(xí)、知識工程、自然語言處理、計算機(jī)視覺、機(jī)器人……”在吉林大學(xué)人工智能學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師宮洵《“新”人工智能：引領(lǐng)國際前沿》的講座上，學(xué)生們認(rèn)真聽著人工智能的變革歷程、當(dāng)今前沿和未來趨勢、廣泛的就業(yè)方向。

作為吉林省實驗中學(xué)的杰出校友，宮洵每學(xué)期都會到母校舉辦人工智能前沿講座，而這正是吉林省實驗中學(xué)依托社會資源，打破學(xué)校人工智能教育的壁壘，不斷擴(kuò)大“朋友圈”的舉措之一。

吉林省實驗中學(xué)采取了一系列具體做法打通人才培養(yǎng)的路徑?！俺碎_發(fā)課程、開展主題實踐活動外，我們還與吉林大學(xué)、省科技館、中國科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行多角度合作，發(fā)揮高校、科研機(jī)構(gòu)在創(chuàng)新人才早期培育與識別、指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)探究等方面的助推力?！奔质嶒炛袑W(xué)副校長紀(jì)少昆告訴記者。

2023年，學(xué)校高二年級學(xué)生宋帛翰成為中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會和教育部共同組織實施的人才培養(yǎng)計劃——英才計劃的成員。當(dāng)年寒假期間，在“混合現(xiàn)實之眼”項目中，宋帛翰在曾任吉林大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院和軟件學(xué)院院長胡亮教授的指導(dǎo)下，就眼動追蹤、計算機(jī)視覺、自然語言處理、數(shù)據(jù)流毫秒級傳輸?shù)纫幌盗惺澜缱钋把丶夹g(shù)展開了大量學(xué)習(xí)。

“學(xué)習(xí)中，我學(xué)會了如何對未知領(lǐng)域開展學(xué)習(xí)，更學(xué)會了堅持，體會到了科技人為祖國科創(chuàng)事業(yè)永不言敗的精神，我也會在科技創(chuàng)新的學(xué)習(xí)路上不斷努力?！彼尾舱f。

“人工智能是兼具科學(xué)、技術(shù)、工程與方法的龐大學(xué)科。為了更好地夯實學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)，學(xué)校從2021年開始，開設(shè)了大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)、人工智能等大學(xué)先修課。學(xué)校初高中學(xué)生都可以來聽，完全開放式教學(xué)?！奔质嶒炛袑W(xué)科技創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人李明明告訴記者，在大學(xué)先修課中，授課教師將大學(xué)知識從中學(xué)的角度融合進(jìn)教程中，既開拓了學(xué)生的視野，也使他們的知識能力水平達(dá)到了一個新的高度，努力為進(jìn)一步的學(xué)科融合打下堅實的基礎(chǔ)。

開放，融通，資源匯集。吉林省實驗中學(xué)創(chuàng)新教育培養(yǎng)模式培育了一批“小小科學(xué)家”。截至2023年，學(xué)生參與科技創(chuàng)新競賽，累計獲得省級以上獎牌312塊，獲得省級以上獎勵項目210項，國際獎牌15塊，共有30余人被保送至北京大學(xué)、清華大學(xué)等國內(nèi)外知名大學(xué)。

“我們深知，人工智能教育不應(yīng)僅限于課堂理論，而是要實現(xiàn)理論與實踐的深度融合。通過不斷探索和努力，助力學(xué)生站在人工智能前沿，把握時代脈搏，成為具有國際視野和競爭力的新時代人才。吉林省實驗中學(xué)將不斷完善人工智能教育，在新時代提交一份滿意的教育答卷?！毙寥f香對未來充滿信心。

《中國教育報》2024年07月06日第3版