一次问卷引发的思考

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  人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活,改变世界。2017年7月20日国务院出台了《新一代人工智能发展规划》(以下简称《规划》),提出了面向2030年我国新一代人工智能发展的指导思想、战略目标、重点任务和保障措施,部署构筑我国人工智能发展的先发优势,加快建设创新型国家和世界科技强国。
  《规划》提出要发展便捷、高效的智能教育服务,开展智能校园建设;要逐步完善人工智能教育体系,鼓励广泛开展人工智能科普活动,实施全民智能教育项目。在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育。
  笔者作为最早开展编程教育的教师之一,认为思考如何设置课程,如何落地实施,非常有必要。
  2017年9月19日,南京举行了“未来教育:智慧校园”高峰论坛的“AI助力教育”人工智能教育论坛。毛澄洁老师受邀做主题演讲“面向人工智能时代的编程教育”,并进行了以下的问卷调研,现简要总结出来,分享给大家。
  调查问卷整体概述
  本次问卷以“人工智能与编程教育问题征集”为题,主要目的:一是为主题报告“面向人工智能时代的编程教育”做准备;二是想了解老师们对“人工智能”概念的了解程度,以及K12领域对编程教育的思考和关心的问题;三是希望能了解老师们对小学、初中、高中编程平台的建议。
  问卷采用“问卷星”网络调查的形式,通过在朋友圈和4个专业群内发布,在2017年9月7日—14日进行了调研,共收集问卷196份。
  主要调查对象为各学科教师以及创客(STEAM)爱好者和科技方面创业者,其中还包括一些国内机器人教育的专家学者。问卷结果来自26个省市,还有4份国外答卷,充分反应了国内相关人员对AI的了解以及对编程教育的关心程度。
  在问卷调研的过程中,发生了很多有意思的事情,使得问卷调研活动本身非常受关注,非常有意义。
  问卷调研过程中的趣事
  1. 参与问卷活动的人员类型多,各类大咖都有自己的见解
  有资深专家、中国最早的计算机教学开展者、大学著名教授、资深的创客,各省市区县的信息技术教研员等参与了调研。其中,有北京景山学校最早开设计算机编程课与机器人教育课的沙有威老师,年经的吴俊杰、李卓等老师积极参与,认真思考,给出了自己的答案。
  前中国教育技术协会秘书长刘雍潜老师,耗时18分钟,是答卷时长最长的老师。图1是他的回答,能够看出刘老师的认真、专业、有远见。
  2. 两位态度截然相反的参与者
  某高校的一名程序设计教授认为,在小学没有必要开设编程课,比较理想的形态是小学阶段一个学校搞一个编程兴趣班即可。否则,就会给学校、老师、家长和学生带来新的负担,结果往往是负面的。以笔者20余年从事程序设计教学的经验看,大学开始学编程完全来得及。人工智能技术的研发是一部分人的事,不是所有人的事。小学全面开设这个课没有必要也不可行,可以开个兴趣班。而另一位创业企业的CEO,资源的程序开发设计者则认为,编程教育要从小抓起,最好一次性到位,采用C#语言配合微软的Visual Studio作为开发工具来进行专业教学,学习时和毕业后可以很快地进入编程行业。
  这两位教师的态度很具有代表性。对此,笔者进行了很认真的思考,发现他们的建议其实有共同点,都是指出了中国开展计算机教育近40年来,尤其是在程序教学中存在的问题。教师们往往只是停留在教授程序设计语言知识的层面,而未关注对更重要的编程思维或计算思维、问题解决能力的培养。
  3. 问卷的基本特点
  移动互联时代所有问卷都来自手机端,在8天的问卷征集时间中,有效答卷时间是6天,前3天是答卷的高峰时段,表明人们对热点问题关注度的持续时间约有3天,是速食的,短暂的,碎片化的;从问卷的地域分布来看,问卷最多的省市为北京(84),其余依次排序为广东(23)、河南(13)、山东(10)、浙江(10)、四川(6)、上海(5)、江苏(5)、国外(4),这和国内的程序教学、创新课程、创客教育区域开展的地域分布情况是比较一致的。
  ?问卷数据统计及分析??
  1. 小学要开程序设计课程吗
  从图2中可见,有超过90%的参与者选择了“需要”,说明参与问卷的教师大多数对小学阶段开设程序设计课程都持赞同意见;有近10%的教师则认为,不需要开设程序设计课程,这一群体所代表的观念则需要我们重视并思考真正开设时,如何才能做好。
  图2
  2. 小学编程使用的最佳平台
  从图3中可见,有59%的人选择了“Scratch”,说明多数人觉得Scratch的难易程度适合小学阶段的学生,而10%的人觉得可以选择其他。在列出的其他编程平台中,有提到C语言、啃萝卜和乐高Mindstorm。
  图3
  3. 您所了解的人工智能
  这是一个开放性的问题,教师们的回答非常有意思,196份答卷中,有143人回答了该问题,而其中只有66份问卷认真地回答了什么是人工智能。通过这些答案,我们可以看到教师们对这一概念的了解還很不够,形成了一种金字塔结构。因此,教师还需要学习体验与了解,才能够去谈教不教以及如何教学的问题。以下是一些答案。
  人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
  计算机拥有人类的思维方式,具有自我学习能力的计算机思维方式,与大数据结合,完成更多复杂的思考性问题,帮助人类工作,提高人类的认知水平,提升人类认知边界,改善人类生活质量的一种新的机器思维。不能违背机器人三原则,无论是强人工智能还是弱人工智能,都不能发现自我意识和情感,不能给自我设定目标,这是人工智能和人类最本质的区别。   人工智能不是人的智能,而是人制造出来的智能。这种智能是通过人对领域的理解,然后把这种理解编写成规则,这些规则可以用任何一种语言描述,用语言描述的规则就是程序,这些规则的执行就是人工智能。
  清晰的把任务完美的教会机器执行,机器能在复杂的情况下完美的完成任务。
  ……
  4. 编程教育如何对接人工智能
  196份答卷中,有183人回答了该问题,而其中有16份问卷回答的是“不知道”。认真回答问卷的老师们的认识还是挺到位的,现将回答内容选摘如下。
  在编程教育和人工智能对接方面,有的老师觉得不需要强硬对接。
  中小学需要编程,但不需要把编程和人工智能硬扯在一起。
  开发一些小程序小器件的课程,紧密联系生活。内容小而美,体验为主。采用智能化编程技术,以及游戏化教学模式。
  编程教育对接人工智能,要结合硬件。从模拟人类智能开始,通过具体而微的小案例,感受、体验、设计、展示程序设计在人工智能当中的创造。
  个人觉得编程教育只是一部分,应该把编程和一些实际的传感器零件结合起来,课程开发也要结合学生的实际学习情况。智能机器人是好的选择。
  有的认为,算法才是人工智能的灵魂。
  人工智能重要的不是编程序,而是编写功能强大的规则,也就是算法,关键是对领域的理解。
  AI的灵魂在算法,基础在数学,编程教育在教授基础的语言语法之上更要侧重数学和算法教育。
  有的则详细地说明了编程教育如何对接人工智能。
  明确一个理念:通过编程语言控制机器运行状态并按照人的思维方式去工作。用人工智能具体应用案例引入课题,科学地设立项目学习内容;将项目进行梳理分析,建立逻辑关系和模型;用编程语言描述逻辑关系并建模。
  还有一部分回答则在关注学生学习本身以及师资问题。
  请关注孩子的真实成长路径,是否人工智能只是表现形式。
  于基础教育老师,不为所有,但为所用,拿来主义;学生,基于项目和真实任务学习。
  编程是人工智能基础中的基础,编程教育应该从小抓起,逐步培养学生对编程的兴趣和编程思维,然后才能过渡到人工智能所需要的其他方面知识。
  这个问题有点专业哦~在信息化时代,未来编程可能会发展成一项基础技能,在儿童和中小学普及编程教育的意义非凡。
  如何对接,我觉得首先要解决师资的问题,除了培养内部潜在的编程教师,还可以从外面引入“跨界编程教师”。
  上述回答都是非常有远见的认识与思考。
  5. 您想交流讨论的问题
  196份答卷中,有105人回答了该问题,而其中有16份问卷回答的是“不知道”。
  大家希望交流讨论的问题有的围绕学生如何学,教师如何教。“小学生编程教育如何简单有趣,有吸引力,引导孩子思维?”“交给孩子基本的编程和电脑的工作方式,是电脑的基础,然后再讲现有人工智能实现思路和实现方式,诱发孩子产生新的思路。”
  有的关注师资培养方面:“编程教育和人工智能教育的师资如何培养?”
  有的则考虑和其他学科整合以及课程方向:“如何将人工智能与科学自然课结合?人工智能在基础教育的课程方向?”
  还有一些考虑到人工智能对下一代的影响。这些回答很好地反映了教师们对国家政策的响应,积极、独立的思考与见解。
  6. 您认为适合初中教学的编程平台是什么
  196份答卷中,回答该问题的老师有194位,回答率高,但其中有32份答卷则是以“不清楚”“不懂”或“没有推荐”作答。在有效的162份答卷中,认为适合初中的编程平台有App Inventor(39)、Scratch(34)、BLockly(26)。图形化和移动互联相关的编程平台较多。也有很多教师认为初中可以将机器人与编程相结合来进行教学。
  图4
  7. 您认为适合高中教學的编程平台是什么
  196份答卷中,回答该问题的教师有194位,回答率高,但其中有45份答卷则是以“不清楚”“不懂”或“小学老师不熟悉”作答。在有效的149份答卷中,认为适合高中教学的编程平台有Python(50)、App Inventor(25)、Java(10)、Mixly(7)。
  图5
  ?问卷结论与不足??
  1. 问卷的结论
  要在中小学开设人工智能相关内容的课程,应围绕着算法思维来进行,不要牵强地对接。
  小学的最佳编程平台是Scratch,初中则为App Inventor,高中则为Python,但可以根据教师的实际情况和学校的特点,灵活地选用合适的编程平台。
  在编程教学的过程中,要注重对学生解决问题能力和思维过程,尤其是计算思维的培养。
  师资是大问题,师资培训过程要很好地体现面向未来的课程培训模式,大力倡导数字化环境的行动培训。
  2. 不足
  问卷的结构非常差,对小学、初中、高中段的编程平台选择,需要分设题目。当初由于想法与设计过于简单,只聚焦了小学的问题,等发现和修改问卷时,已经有6份问卷了,因而只能增加新题,又无法调整题目的顺序。
  开放性问题过多,使得很多老师望而却步。
  在中小学开展人工智能教学的建议
  1. 编程平台
  根据笔者对编程软件的了解、多年的编程教学体会及问卷的情况,建议中小学各段的编程平台分别为:小学应用Scratch,初中应用App Inventor,高中应用Python。
  2. 课程内容
  不建议单独开设人工智能课程,而是可以把相应的内容合适地结合到编程、智能机器人和创客活动的项目里,软硬结合。聚焦机器人创客教育,聚焦计算思维的培养,采用小组合作的项目式学习。   3. 教学策略
  将计算机或者人工智能拟人化,将编程语言视为与它们对话的语言,让它们成为师生学习、生活的得力伙伴。
  小学:案例体验与AI应用,明白原理,了解AI伙伴。
  初中:案例体验与AI应用为主,个别小的AI案例的制作体验,理解伙伴。
  高中:应用与AI小样例的开发制作,训化和制作AI伙伴。
  4. 师资培训,建议不断充电与学习
  校内外从事这方面的教师和研究人员,都需要深度学习AI,深度了解AI,深度了解算法与实现。其次,要与企业联合,建设学习共同体,一起来做AI的普及教育。
  5. 要培养高精尖人才
  通过各方联合,协同创新,培养面向未來的高精尖人才与团队。
  要有开放的心态,让有兴趣的学生与老师共同学习,共同成长;要有开放的心态,和AI、编程界的专业人士合作,共同培养指导学生;要有开放的心态,为学生寻找与世界级专家共同学习与合作的机会,助力人才成长。
  6. 学习AI可供选择学习的资源
  利用各类适当的学习资源,教师要首先成为互联网时代的学习者,终身学习的实践者,以下是可供选择的AI科普和深入的学习资源。
  (1)AI科普类的视频节目:探寻人工智能。
  (2)中国大学MOOC平台上例如Python课的各类课程。其中,“Python网络爬虫与信息提取”是一门非常棒的课程。
  (3)网易云课堂上世界级的人工智能专家们开设的课程,如李飞飞的“斯坦福李飞飞——深度学习计算机视觉”,吴恩达的微专业系列课程“深度学习工程师:①神经网络和深度学习;②改善深层神经网络:超参数调试、正则化以及优化;③结构化机器学习项目;④卷积神经网络;⑤序列模型”。学习这样的课程,不是要拿证书,而是从最顶级的免费课程中了解我们亟需的科普信息。
  (4)互联网上,各大企业开放的AI应用平台。例如,谷歌涂鸦数据( https://quickdraw.withgoogle.com )等。
  (5)App Inventor 可调用大量的互联网上的应用API接口。
  (6)一些创客公司不错的AI课程。例如,美科:可控的不确定理论支持下的AI课程资源;每颗豆:人工智能创客教育课程;优必选:人形机器人的动作记录式编程等。
  (作者单位:北京景山学校)
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