7月15日，2018年人工智能基礎(chǔ)教育論壇暨人工智能教育項目展演活動在北京召開，本次論壇及展演活動由中國教育裝備行業(yè)協(xié)會創(chuàng)造教育分會、聯(lián)合國教科文組織產(chǎn)學合作教席聯(lián)合主辦，北京交通大學(分數(shù)線,專業(yè)設(shè)置)機器人研究中心、北京交通大學人工智能研究院共同承辦；由北京智教未來科技有限公司協(xié)辦。參加會議的有來自京津冀等地的教育主管部門負責人，高校及科研院所研究人員，相關(guān)協(xié)會、學會負責人，青少年科技活動主管部門負責人，中小學、科技館、少年宮、科普基地等機構(gòu)領(lǐng)導和老師，關(guān)注人工智能發(fā)展和教育的媒體記者、企業(yè)人員等，約200人。
本次論壇舉辦的目的是全面提高全社會特別是基礎(chǔ)教育工作者對人工智能的整體認知和應用水平，更好地對中小學人工智能教育中所涉及的知識科普、課程設(shè)置、教材編制、實驗室建設(shè)、科技活動開展等進行具體指導，發(fā)揮北京對全國人工智能基礎(chǔ)教育與科普的示范引領(lǐng)作用。論壇邀請到了中科院自動化所副所長劉成林研究員等十多位人工智能代表領(lǐng)域?qū)＜?、教育專家和人工智能一線教育教學工作者做大會報告，并且通過論壇對話與老師們展開了互動交流。與會老師普遍反映一天的安排務(wù)實高效，設(shè)計科學、直面人工智能基礎(chǔ)教育中的熱點和難點問題。
論壇初步回答了人工智能對教育的影響、人工智能是什么、人工智能研究什么、人工智能如何教、人工智能科技活動如何開展等問題。論壇同期還舉辦了人工智能基礎(chǔ)教育相關(guān)的課程、實驗器材和實驗室方案等，吸引了與會老師濃厚興趣。
人工智能時代的教育
聯(lián)合國教科文組織產(chǎn)學合作教席主持人、北京交通大學查建中教授（查教授在上世紀八十年代在美國讀博士期間就開始研究人工智能，并提出“智能工程”的概念）：未來的職場中的每個人都可能和智能機器打交道，如果不能和這些智能他們協(xié)作、合作工作，那么在職場中是沒有你的位置的，人工智能基本知識的了解應該從中學甚至小學階段開始。查教授還特別提到，中小學階段還應培養(yǎng)人工智能方面的職業(yè)道德，人工智能和每個人的生活密切相關(guān)，如果處理的好會幫助人類，但如果被不法分子利用則可能會給人類帶來災難，應引導孩子從小講職業(yè)道德、講仁和義、講利他，從這一點上看AI基礎(chǔ)也是非常有必要的。
著名教育技術(shù)學專家、徐州師范大學陳琳教授認為：人工智能將對教育過程的多個環(huán)節(jié)產(chǎn)生深遠影響，特別是帶來了教育信息化2.0（智慧教育）。智慧教育應遵循“知行創(chuàng)”合一的基本理念，充分吸收腦科學、神經(jīng)科學、學習科學、人工智能等研究成果，實現(xiàn)教育思想、理念和技術(shù)方法的變革與創(chuàng)新。
智慧教育以學校形態(tài)的系統(tǒng)變革為支撐，以課程、教與學、管理、評價等主流教育活動的全新設(shè)計為基礎(chǔ)。每個教師要由包攬一切的雜家轉(zhuǎn)成為術(shù)有專攻的引領(lǐng)型、創(chuàng)新型、融通型、專家型教師。
智慧教育的核心是實施以發(fā)展學習者的學習智慧，以培養(yǎng)智慧性的人才為目標，創(chuàng)新性、個性化、自主性、高效性、融通性以及持續(xù)性等是智慧學習的六大核心特征。智慧教育的教育管理從傳統(tǒng)“延遲響應”的人治模式走向“即時響應”的智治模式。
權(quán)威解讀人工智能基本概念和學術(shù)前沿知識科普
劉成林 研究員（中科院自動化所副所長、中國人工智能學會模式識別專委會主任）
劉成林研究員談到，模式識別能力普遍存在于人和動物的認知系統(tǒng)，是人和動物獲取外部環(huán)境知識并與環(huán)境交互的重要基礎(chǔ)，大家熟知的圖像處理、語音處理、深度學習等都是以模式識別為基礎(chǔ)，因此模式識別是AI的重要基礎(chǔ)分支之一。
劉成林研究員用通俗的語言以及手寫字識別、字符串識別、物體分揀、智能安防等生活實例向與會的代表介紹了模式識別和機器學習的基本概念以及主要研究方法，模式識別的主要方法有模板匹配、特征匹配、統(tǒng)計方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。AlphaGo主要采用的方法是深度學習，所采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念在上世紀八十年就被提出來，之所以近年來取得突出進展的主要原因還是計算機的運算能力以及大數(shù)據(jù)樣本訓練基礎(chǔ)。
于劍教授（北京交通大學機器人研究院常務(wù)副院長、中國計算機學會會士及理事、中國人工智能學會理事）
人工智能的定義多達十幾個，嚴格來說目前還沒有統(tǒng)一定義，常見的定義通常有兩個，第一個是馬文。明斯基提出的，“人工智能是一門科學，是使機器做那些人需要通過智能來做的事情”。第二個更專業(yè)一些的定義是尼爾斯。尼爾森給出的 “人工智能是關(guān)于知識的科學”。在人、智能、知識這三個概念當中，知識被研究的應該是比較徹底的，而且也是智能的基礎(chǔ)，所以專業(yè)人士更偏向于第二個定義。
人工智能作為一個概念應該具有指物功能、指名功能和指心功能，在現(xiàn)實生活當中，如果你了解一個概念的話，這三個功能是要都對才行。AI的指名功能對應的是符號主義，AI的指心功能對應連接主義，AI的指物功能對應行為主義。目前的人工智能還是有很大的缺陷，因為其使用的基本還是經(jīng)典概念。 而經(jīng)典概念的基本假設(shè)還是指心、指名與指物等價，這與人類的生活常識嚴重不符。我們現(xiàn)實生活當中概念的指名指物指心是不等價的，如何突破上述框架還是一個非常大的問題。在上述框架下機器有時顯得極其荒誕，缺乏常識、缺乏理解能力，有時嚴重缺乏理解能力，這點特別體現(xiàn)在人機對話系統(tǒng)上，表現(xiàn)為其對話黏度需要提升。
王黨校教授（北京航空航天大學(分數(shù)線,專業(yè)設(shè)置)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室副主任、IEEE觸覺技術(shù)委員會執(zhí)行委員會主席）
假設(shè)要求你逐個放棄聽覺、視覺、嗅覺、味覺和觸覺，哪個你最后放棄？圖像識別和語音處理等讓大家人工智能的研究更多地聚焦于視聽覺領(lǐng)域，似乎讓大家想不起來的觸覺的存在。觸覺被稱為“感覺之母”，但在人與計算機的交互中，人的觸覺感知能力基本被閑置。王黨校教授以觸覺反饋方式的演化為主線，以他課題組的研究工作為例清晰生動地講解了機器觸覺主要領(lǐng)域的研究進展，提出觸覺將為未來的人機合作打開更多的交互通道，使得在觸覺上體驗觸摸虛擬世界的成為可能。
王教授通過視、聽、觸反饋口腔手術(shù)模擬器為例，生動地講解演示了觸覺人機交互對醫(yī)學教育的重要意義，讓同學們對觸覺人機交互的應用有了直觀的認識。介紹了觸覺人機交互在動作技能學習方面的應用和關(guān)鍵技術(shù)，包括力觸覺反饋裝置、力觸覺合成方法、力觸覺測量感知等關(guān)鍵技術(shù)。他的團隊所研制的牙周操作實驗教學虛擬仿真設(shè)備（iDental）已經(jīng)在臨床口腔醫(yī)師培訓中廣泛應用。
姚燕安教授（北京交通大學機器人研究中心副主任、軍口杰青獲得者）
動植物感知世界帶來了物種的進化，但一般的機器人則由人所設(shè)計且不具備進化功能，姚燕安教授所帶領(lǐng)的幾何機器人團隊嘗試探索機器智能計劃的路線，受多邊形、雪花等各種幾何，他們研制出了數(shù)百款能夠生成各種運動的幾何機器人，尤其是多足閉鏈腿式運載機器人，已經(jīng)在山地救援和物資運載等領(lǐng)域初顯鋒芒。
給聽眾印象最深刻的是一組四邊形移動機器人，可以具有滾動、步行、蠕動等多種運動形式，結(jié)構(gòu)看起來簡單且只有一個電機，但背后的運動理論并不簡單，其中有一個蠕動模型他和帶領(lǐng)的博士生花了近十年時間才得以解決。驅(qū)動少和能耗低是這類機器人的突出特點，像ASIMO、Bigdog等著名機器人都因為關(guān)節(jié)驅(qū)動多負載大、能耗高等突出問題導致成本過高或者研究停滯，姚教授指出，幾何機器人本身就是遵循幾何圖形演化的自然途徑，給機器人提供了自演化能力和結(jié)構(gòu)進化的空間。
精準對接人工智能基礎(chǔ)教育教學
袁中果（人大附中信息技術(shù)教研組組長）
“人大附中人工智能課程設(shè)置與實踐”主題報告系統(tǒng)地介紹了人工智能課程在人大附中的開設(shè)情況，分享了在中小學設(shè)立人工智能課程的經(jīng)驗。
我們現(xiàn)在培養(yǎng)學生要適應未來的發(fā)展，為了適應不同的學生能力發(fā)展需要，我們課程設(shè)置上有統(tǒng)一規(guī)劃，分為基礎(chǔ)類課程、發(fā)展類課程和高端類課程。原有的課程標準是根據(jù)教育部2003年的標準制定的，現(xiàn)在我們按照教育部的新課標做了重新制定，包括必修課、校本選修課、研究性學習課程、研究課、大學先修課和信息奧賽課程等，如果學生還有需要還會邀請大學教授參與指導。近年來，人工智能成為一個新的熱點，我們開展若干新的探索，比如增加深度學習、無人駕駛等內(nèi)容，但是這些內(nèi)容都是結(jié)合具體的案例或者項目來開展。探索跨學科合作，比如信息技術(shù)組武迪和語文老師合作開設(shè)了自然語言處理課程，和數(shù)學老師合作開設(shè)數(shù)學建模課程等，還有AI STEM融合的課程，像智能水生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計有物理、化學、生物等多個學科的老師參與一起設(shè)計，4-5個老師參與一起開課。課程實施方面一些經(jīng)驗可以供其他學校參考，1。體現(xiàn)以學生為中心，采用課程分享會的形式讓學生介紹科技前沿問題；2?；陧椖康膶W習，比如人機交互；3。由淺入深，從概念原理了解到技術(shù)實踐再到實踐，一般的學生可以給一些模板，水平高的學生可以編寫一段網(wǎng)絡(luò)爬蟲等。
劉峽壁（北京理工大學(分數(shù)線,專業(yè)設(shè)置)計算機學院副教授、博士生導師）
劉教授從程序、算法、實踐三個方面介紹了中小學人工智能教學內(nèi)容及建議。他認為編程教育是人工智能教育的基礎(chǔ)，但是又不能讓孩子感覺到太難，可以從可視化編程起步，在小學高年級階段和中學階段引入python（一種流行的編程語言）等程序語言，另外，重點不是學習工具，而是計算思維能力，工具本身也要根據(jù)孩子的情況靈活選用。算法是人工智能的精髓，也是培養(yǎng)孩子解決問題的重點，當然基礎(chǔ)教育階段不是讓孩子們?nèi)フ莆者@些算法，有些算法本身就是一門課，在中小學階段必要性不大，但是應該讓孩子了解一些算法的基本原理以及可以解決那些問題，實際使用的時候用集成工具就行。實踐則是培養(yǎng)中小學人工智能能力的主要手段，人工智能的很多概念很抽象，即使大學生研究生也未必能搞明白，應讓學生多動手多實踐，理解概念的本身就不重要了，還有一點就是再簡單的原理和算法也要盡量通過可以體驗的東西呈現(xiàn)，這更加符合基礎(chǔ)教育的特點。
李興森（中國人工智能學會理事、廣東工業(yè)大學可拓學與創(chuàng)新方法研究所副所長）
李興森教授介紹了一種新型教育模式——以學生為中心的可拓智能創(chuàng)新教育模式，利用人工智能技術(shù)，基于可拓學理論開發(fā)新課程，引導學生合理利用網(wǎng)絡(luò)式創(chuàng)新思維，實現(xiàn)從掌握知識到運用知識創(chuàng)新性解決實際問題的根本轉(zhuǎn)變，以科學的創(chuàng)新思維訓練方法提升學生的信息收集與知識創(chuàng)新運用能力，為中小學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了新的方法。
張軍國（北京林業(yè)大學(分數(shù)線,專業(yè)設(shè)置)工學院教授）
張教授做了“人工智能在林業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的研究與應用”主題報告，主要介紹了人工智能技術(shù)在林區(qū)生態(tài)監(jiān)測中的應用，以及基于人工智能的現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)與傳統(tǒng)檢測技術(shù)的區(qū)別與優(yōu)勢。他以林業(yè)生態(tài)長勢識別和野生動物保護識別為例介紹了人工智能在美麗中國建設(shè)中所發(fā)揮的作用。在林業(yè)生態(tài)長勢識別項目中，他們課題組采用深度學習分隔方法明顯提高了林業(yè)病蟲害的識別準確度。在野生動物識別保護項目中他提到了野生動物保護中存在著采集數(shù)據(jù)量大、高質(zhì)量數(shù)據(jù)不高等問題，采用自動識別算法手段可以大幅度減少人工投入。
AI基礎(chǔ)教育論壇對話直面基礎(chǔ)教育熱點話題
?。?）人大附中的人工智能課程設(shè)置經(jīng)驗哪些可適用于其他學校？
袁中果：這些課程也不是適合所有的學生，我們在授課過程中一些學生也反映有難度，多數(shù)課程也是通過選修課供不同興趣的學生選，實際上如果給孩子提供的選擇性越大就越有可能照顧到多數(shù)的學生，這種規(guī)律也適用于其他學校。我建議一些基本科普性的介紹可以做統(tǒng)一講解，多給真正有興趣的學生選擇的余地。另外，人大附中每周會有幾個下午給提供給學生自主探索，其他學校在有條件的情況下也可以引導孩子在興趣方向上多花功夫。
?。?）人工智能基礎(chǔ)教育的教材是否應該統(tǒng)一或者制定相應的標準？
劉峽壁：人工智能所涉及的內(nèi)容非常多，如果從知識講授層面目前對多數(shù)的學校還是有困難，各個學校在開設(shè)人工智能課程中也會結(jié)合自身實際逐步增加內(nèi)容或者深度，所以很難統(tǒng)一。但是教育很重要的目的是打基礎(chǔ)，或者是他們將來會從事相關(guān)的工作，因此從這個角度講建議還是應該統(tǒng)一一些基本的標準和知識，至少一些常識性的知識不能有錯誤，因此我建議還是應該有一些統(tǒng)一的教材。
?。?）人工智能時代培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的意義？
李興森：我認為重要性會越來越突出。大家談到了人工智能的很多方式需要孩子具有計算思維，但是涉及到人和智能機器的協(xié)作大家忽略到人才的創(chuàng)造力或者是創(chuàng)新思維能力。智能手機人機交互的效率還主要體現(xiàn)在動作和視覺等層面，人工智能時代的人機交互則轉(zhuǎn)向思維層次的交互。剛才通過可拓創(chuàng)新思維的例子證明了可以通過創(chuàng)新方法的學習能夠很快想到更多的可能性，這些想法都可以啟發(fā)計算機去找到更全面的結(jié)果。
（4）人工智能教育與機器人、創(chuàng)客、STEM（即科學、技術(shù)、工程和數(shù)學英文的簡稱）教育之間的關(guān)系？
秦建軍（北京建筑大學機電學院副教授）：STEM教育是當下基礎(chǔ)教育界比較流行的一個話題，當然前幾年是創(chuàng)客和機器人，我看到教育工作內(nèi)部還有些爭議，但是他們之間并不矛盾。機器人教育和人工智能教育一樣有明確的內(nèi)涵和學科知識體系，當然他們之間有很多交叉。創(chuàng)客教育本身是做中學的一種方式，更加強調(diào)開放共享和動手能力培養(yǎng)，因此，這些特質(zhì)也是人工智能教育所需要的。STEM教育是跨學科教育特別是技術(shù)和工程教育的范式之一，通過不同學科之間的交叉去培養(yǎng)孩子的綜合素質(zhì)，我在美國看到學前教育也在開始做這方面的工作。AI無論是作為技術(shù)還是工程時間都需要這樣的綜合視角，剛才人大附中袁老師也提到AI STEM的課程設(shè)計思路，這個定位比較準確。當然，我建議教育工作者應該將重點放在內(nèi)涵建設(shè)上，不提倡字面上的文字游戲爭議。
?。?）您所指導的研究生有多少本科是計算機專業(yè)？這方面對從事人工智能研究有哪些影響？
張軍國：因為我們的項目中主要是用到了人工智能技術(shù)或者知識，讀我研究生的學生更多的是自動化或者機械電子專業(yè)的學生，讀計算機專業(yè)的學生研究生一般還會選擇計算機或者軟件方向，當然明年我們也在論證開設(shè)人工智能方向本科專業(yè)。人工智能本身發(fā)展的趨勢也是成為更為基礎(chǔ)或者通用技術(shù)能力，解決其他學科的問題，從我們的研究來看，它的一些方法手段確實比現(xiàn)在的方法更加有效，所以并不能說他們即使本科是非計算機專業(yè)或者是未來的人工智能專業(yè)就不能從事人工智能研究。
（6）人工智能類的競賽應該如何開展或者建議方法？
高凱（北京市第二中學科技老師）：我們在一線指導學生科技活動的時候總是面臨著兩個困惑。一個是在某方面有科技特長的孩子將來讀了非技術(shù)類的專業(yè)，另一個是學生更關(guān)心競賽的舉辦機構(gòu)而不是內(nèi)容。當然目前各種科技競賽很多，學生的選擇面很寬，人工智能類的競賽以后也會越來越多，我覺得需要轉(zhuǎn)變的是學校和老師，競賽應該引導孩子們培養(yǎng)興趣而不是把重點放在名次上，當然這方面需要教育管理者能夠轉(zhuǎn)變觀念，另外一線老師應多組織學生加務(wù)實、鍛煉能力的競賽。
人工智能教育項目展演提供立體化的基礎(chǔ)教育方案
論壇同步展示了北京智教未來科技有限公司的部分人工智能課程、器材和實驗室方案。同時，北京市西城區(qū)青少年科技館、北京二中等機構(gòu)選送了中學生人工智能項目參與展覽。記者采訪中也發(fā)現(xiàn)多數(shù)參會老師希望能夠盡快開設(shè)人工智能相關(guān)的基礎(chǔ)課程。
“我們課程除體現(xiàn)在知識性方面體現(xiàn)人工智能還特別注重了分類指導”，公司課程研發(fā)負責人劉先生說，“相關(guān)文件提到人工智能是一項全民普及計劃，因此我們的課程總體分為兩個層次和五種類別，可以通過開放、靈活的組合方式供不同層次的學校選用?！敝墙涛磥碚n程體系分為：基于知識的理論類課程、基于創(chuàng)新的設(shè)計類課程、基于應用的拓展類課程、基于邏輯的編程類課程和基于問題的實踐類課程?！罢Z音交互”樣課是基于應用的學習課程，學生通過語音互動理解并應用簡單的語音識別。設(shè)計了芝麻與開門對應口令與動作，使用語音識別開發(fā)板，制作“芝麻開門”、“芝麻開燈”。拓展應用如何通過語音控制機器人的運動，使用更多的指令“前進”、“向前走”、“齊步走”等指令控制機器人前進。
小學生特別是低年級學生如何學習人工智能？小學課程研發(fā)工程師馬工：我們與人工智能專家、基礎(chǔ)教育專家合作做了專門設(shè)計，以基礎(chǔ)一二年級孩子為例，他們還不會操作電腦，也不適合長時間接觸電子屏幕，我們通過模擬編程來啟發(fā)孩子們的計算思維，小動物、經(jīng)典繪本、童話故事等情景都是孩子們非常喜歡的，這種AI概念的導入方式比較適合他們的實際。
智能交通實驗平臺負責人李女士：融入生活、聚焦熱點是我們器材開發(fā)和實驗室設(shè)計的一個重要考慮。人工智能實驗室重點承接對意向從事AI科技活動的學生，像無人駕駛比較火我們就搭建了這樣一個平臺來激發(fā)學生的興趣，基礎(chǔ)平臺具備路徑規(guī)劃和導航的能力，這也是無人駕駛的基本概念，多數(shù)學生都可以學習。這款平臺上學生還可以探索很多其他功能，如簡單的場景識別、避障算法、路徑規(guī)劃策略等，科技特長的學生就可以做一些這樣的開發(fā)工作。
智能仿生飛行平臺負責人趙先生：雖然我們的無人機已經(jīng)在職業(yè)院校的技能大賽中應用，但是主要側(cè)重于功能學習和技能訓練，人工智能教育實際是將智能化應用推到了一個新的高度，因此我們的智能仿生飛行類器材做了很多實用功能的擴展，比如這款小型無人機具有目標跟蹤功能，可以在野外對某些重點野生動物進行跟隨監(jiān)測、還可以和地面的車輛一起做聯(lián)合導航。當然這些基本功能我們都是預先設(shè)定的，給學生可以先示范性教學，然后在此基礎(chǔ)上再擴展實際應用。
目前很多學校都已經(jīng)有3D打印或者創(chuàng)客實驗室，關(guān)于如何和現(xiàn)有實驗室的統(tǒng)籌綜合考慮問題該公司也有周全的考慮。項目負責人王工：智進化實驗平臺展示的是如何將3D打印和智能進化結(jié)合起來，將機器進化、人機交互、機器感知、機器學習和編程思維等人工智能基本興趣和動物行為進化相融合，并且學生可以對結(jié)構(gòu)進行改進和控制再編程開發(fā)，實現(xiàn)爬行、蠕動、滾動、游動等豐富的運動形式，這些機器人的主要結(jié)構(gòu)都是通過3D打印的方式做出來的。像這款看起來每個腿只有關(guān)節(jié)的機器人，結(jié)構(gòu)形狀只要少許變化，在地形和越障方面的表現(xiàn)就會差別很大，學生們可以自己嘗試設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)。
如西城科技館的初一學生王戩設(shè)計了一款智能感知避障拐杖，該項目為一種輔助盲人出行的智能拐杖，通過超聲波判斷前方是否有障礙物，使用振動馬達作為執(zhí)行器使盲人可更加方便快捷的得到前方的信息，從而實現(xiàn)避障效果。通過GPS和北斗雙模實現(xiàn)準確定位，通訊模塊實現(xiàn)緊急聯(lián)系，從而實現(xiàn)緊急情況報警功能。
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