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美国人工智能协会(AAAI)牵头示范如何正确地给中小学生教人工智能
发布日期:2019-01-15   点击次数:2933

导语:重要概念的正确认识更重要


      人工智能学术研究和工业应用一直保持着高热度,人工智能知识技能的教学也广受关注,遍地开花。只不过,去年下半年出现的一些面向中小学、甚至幼儿园孩子的人工智能教材还是引发了震惊和相关人士的挖苦。

      这些挖苦主要可以归为两类。第一类挖苦在于,即便以深度学习为代表的现代「人工智能」相关技术和工作持续火热,读博读硕申请火爆,国内外高校也在陆续设立人工智能专业和学院,但是真的有必要把战线拉长到小学、幼儿园吗?想让家长「从小孩抓起」,实际上更像是在「贩卖焦虑」。另一类则是实际的担心:机器学习需要先有一定的高等数学和计算机科学知识,机器人技术也同样需要足够的数学、控制、机电等领域知识,其它「人工智能」相关技术也类似,那么早早地把高层次的、多领域交叉的知识呈现在基础知识都不完备(高中生、低年级本科生)、甚至可以说基础知识为零(初中生、小学生、幼儿园)的学生面前,这段学习经历是无法产生效果的。

      放眼外看的话,也有更加深思熟虑的人工智能学术组织作出了的探索。2018 年 5 月,美国人工智能协会 AAAI 和美国计算机科学教师协会 CSTA 发起了针对中小学生 AI 教育的行动组织「AI4K12」,试着定义这个年龄段的学生应该对人工智能有哪些了解、可以做出哪些应对。

      「AI4K12」的执行委员会成员包括了卡耐基梅隆大学(CMU)、佛罗里达大学(University of Florida)、麻省大学(University of Massachusetts)的教授以及美国计算机科学教师协会 CSTA 的课程委员会成员。相比于传授知识本身,AI4K12 更注重的是让学生们与对 AI 的各个方面都有了解和接触,并且先学习重要的 AI 基础概念。他们列出了经过初中小学阶段的 AI 启蒙教育之后应当了解的 5 个重点概念:

      重点概念 1:计算机通过传感器感知这个世界。计算机先要能清楚地「看见」、「听见」,然后它们才能在真实世界中发挥作用,所以传感器可以算是人工智能相关领域最重要的技术成果之一。中小学生们需要知道,计算机感知人类的语言或者视觉内容需要依靠许多的领域知识。本科生则需要能够描述并展示机器感知系统的限制,并使用开源的机器学习工作训练多层感知机分类器。
      重点概念 2:智能体会形成对世界的某个模型/某种表示,然后借助它们进行决策。表示是智能这件事里最基础的问题之一,不论是自然(生物)智能还是人工智能。中小学生需要了解「表示」的概念 —— 比如我们用画有曲线、图有颜色、标出了城市名称的地图表示一块地域,或者用线和点组成的示意图表示棋类游戏。中小学生们还需要了解计算机构建的表征来自于数据,然后可以通过一些推理和决策算法处理这些表示,从已知的信息中得出新的信息。高中生就需要开始学习把用基础的数据结构作为输入,编写简单的程序进行推理了。
      重点概念 3:计算机可以从数据中学习。机器学习算法可以让计算机根据不同的训练数据生成不同的表示,而这些数据可以来自人类,也可以是机器自己采集的。高中生应当学习如何训练网络、如何借助开源工具编写简单的应用。
      重点概念 4:对于 AI 开发者来说,如何让智能体与人类自然地沟通是一个长期的、艰巨的问题。对于人工智能系统来说,理解人类是它们面对的最困难的问题之一。即便对于人类来说,观察另一个人的动作并预测他未来的想法都是一件很有挑战的事情。机器人如果想要参与人类的生活、受到人类的欢迎,那它们也需要掌握一些这样的技能。高中生应当学习如何构建不依赖文本内容的语法规则、学习解析简单的语句,并借助开源工具构建聊天机器人。
      重点概念 5:AI 应用对社会的影响可以是正面的,也可以是负面的。学生们要能够辨析 AI 对我们的生活都带来了哪些改变。AI 的社会影响包含了两类问题:AI 应该被用在哪些领域中?以及我们需要要求 AI 系统满足哪些道德约束?中小学生需要了解一些 AI 系统做出的决策会影响一些人的生活,这些 AI 的道德准则的构建需要我们花费心思,尤其是对于其中的透明性和公平性方面。高中生应当能够评估新的 AI 技术,描述这些技术可能带来的道德或者社会性影响。
      AI4K12 希望把这些重点概念作为指导框架,引导老师们通过有趣的、有启发性的方式鼓励学生接触 AI 的不同方面,比如机器人、模型与仿真、游戏与博弈、机器学习;以及让学生们了解到自己的身边就有许多使用了 AI 技术的工具和消费品。比如大多数手机上都带有一个语音交互的智能助手(苹果手机上的 Siri,安卓系统手机上的谷歌助手,微软的 Cortana),有类似功能的家用电器也已经出现了许多(谷歌 Home,亚马逊 Ech);计算机视觉也是许多消费级产品背后的支撑技术,比如摄影软件中的智能美颜和字符识别、手机相册的智能搜索分类。
      AI4K12 并不认为人工智能知识本身的传授是幼儿园、小学、初中阶段的重点,所以他们并不打算制订相关的课程规划。但他们会为老师们、教育体系内的其它工作者们准备更多的资源,帮助他们更好地理解人工智能,从而可以更好地带领学生们建立良好的基础认识。对于青少年学生 AI 教育的课题,AI4K12 也准备了一份报告,打算在今年 1 月底的 AAAI 2019 大会上报告、讨论。
      人工智能已经是我们生活中不可或缺的一部分,但同时小孩们长大了也并不是都要做 AI 开发者。解开对 AI 的误解、认识生活中形形色色的 AI 应用,也就就是一个好的开始。