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第389期 总第5891期 2020年06月29日 星期一
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人工智能教育发展的思考(上)
来源:本站原创 作者:孙富春 发布日期:2020-06-29 12:06:18

孙富春   清华大学计算机科学与技术系教授,国家重点研发计划“智能机器人”重点专项总体专家组成员,中国人工智能学会副理事长

 

教育是时代的产物


从汉字“教育”看本源


中华民族有五千年的灿烂文化,其中汉字是中华民族智慧的结晶和无价的瑰宝。


在汉字的演变过程中,“教”和“育”的字形都经历了一定的变化,但其本质并没有改变。(如图1)“教”字左上是爻,意为算数、算筹;右边为攴,意为教师手持鞭子、棍杖;左下是子,意为孩童。因此,“教”字就是通过规矩来教孩子好好读书,学好算数;其本质是外施内效,由外向内。“育”字上半部分是人,指女人,下半部分是子,本意是孕育、养育,其本质是由内向外。二者相辅相成。

从拉丁文“教育”看本源


“教育”的英文单词为education,这个单词源于拉丁文educare,其中前缀“e”有“出”的意思,词根“ducare”为“引导”,结合起来就是“引导出”,意思是采用一定的方法手段,把某种本来潜在于身体和心灵内部的东西引发出来。从词源上说,西方“教育”一词是内发之意,强调教育是一种顺其自然的活动,旨在把人所固有的或潜在的素质自内而外引发出来,以成为现实的发展状态。这与汉字“教育”的概念基本一致。


农耕时代的教育


早在原始社会,教育就诞生了。这一阶段的教育与生产活动、社会生活融为一体,完全是自然状态下的教育。夏朝时设立了“庠”,是出现得最早的教育形态。到商朝时,奴隶主贵族子弟开始学习理论,产生了家庭教育,当时的教育是“政教合一”的官学体系,主要包含六个方面:礼、乐、射、御、书、数。到春秋战国以后,随着生产力的发展,经济结构和政治结构都迅速发生变化,作为上层建筑的教育制度也随之改变,出现了“天子失官,学在四夷”的局面。此时一些知识分子聚众讲学,宣传自己的主张和思想,如孔子、老子、庄子等,随即出现了私学。孔子以后,官学与私学并重,形成了中国古代教育的双轨制。


我们国家的教育从魏晋南北朝到隋朝时期主要以私学为主,到唐宋时期就出现了书院,并一直延续到清朝。据调查,世界上第一所大学是意大利的博洛尼亚大学(1088年),距今已有900多年。而我国同一时期创办的岳麓书院(976年)并不能称之为大学。因此我认为,大学起步较晚是我国教育落后的一个重要原因。


工业时代的教育


工业时代的发展,需要规模化的学校,学校的模式映射了工业化集中物流的经济批量模式:铃声、班级、标准化的课堂、统一的教材、按时间编排的流水线场景。这种教育为工业时代标准化地培养了可用人才。


信息时代的教育


随着信息技术的发展及其在教育中的应用,教育将从内容、形式、方法和组织等方面发生根本性的变革。这种变化充分利用了信息时代带来的一些教学手段,如多媒体技术、网络教学等。


随着多媒体技术的广泛应用,教师不仅可以根据教学需要自己制作多媒体课件,而且可以非常方便地从软件数据库中选择并提取相关文字、声音、图片、图像等各种媒体信息,加以整合,供辅助课堂或学生自学使用。多媒体技术已成为人们学习、提升教学效率的得力工具。


如今,网络教学日益发展,随着网络技术、通信技术的快速发展,互联网络在我国日益普及,人们在尝试网络通信的同时,也把互联网技术应用于教育实践,出现了网络教学模式,让偏远地区的学生也能享受到高质量教学。这种教学模式的特点主要有开放性、协作性、交互性、共享性、实时性、个别化。


由此引出一个非常重要的课题:人工智能时代,我们究竟要做什么?这是我们都在思考的问题。

 

人工智能与教育


什么是教育?爱因斯坦说:“当你把学校给你的所有东西都忘记以后剩下的就是教育。”那么剩下的是什么?是能力。我们恰恰是运用剩下的东西去思考、去战胜困难、去创造我们的幸福。知识忘记了,能力沉淀下来;灌输的忘记了,熏陶的沉淀下来。


德国著名哲学家雅斯贝尔斯曾形象地描绘教育是“用一棵树撼动另一棵树,一朵云推动另一朵云,一颗心灵唤醒另一颗心灵”。这时我们要谈到一个非常重要的部分——人的价值(人格)塑造。价值塑造是教育里非常重要的概念,即:我们要培养什么样的人?国家需要什么样的人?


韩愈说:“师者,传道授业解惑也。”教育实际上就是“三位一体”,即能力培养、价值塑造和知识传授。人工智能能做什么?能否把这三个方面结合来做事呢?人工智能可以解放我们什么?未来学家、发明家雷·库兹韦尔曾说:“不断减轻人类痛苦是技术持续进步的主要动力。”技术发展的愿景和初衷是好的,互联网、人工智能也一样,它的研发初衷是为了把人从简单、机械、烦琐的工作中解放出来,然后从事更具创造性的工作。


人工智能技术推动着时代的变革,在能力培养、价值塑造、创新教育内容方面,人工智能能做什么?在教育中,人工智能能够让教师有更多的时间和精力,创新教育内容,改革教学方法,让教育这件事变得更好。


史蒂芬·霍金在2015年9月抛出人工智能威胁论,在接受英国《独立报》采访时,再次表达了对人工智能技术的担忧。回归到教育领域,假设未来人工智能不仅在教育的技术层面,而且在知识层面应用得越来越成熟,那么人工智能是否会取代人类教师呢?这是我们需要讨论的问题。


传统教育模式中,教育的任务是教书育人,教师的作用是传授知识,通过情感的投入和思想的引导,教会学生做人、塑造学生的品质等。教育部制定教育大纲,教师根据要求制订教学环节,然后通过自认为最好的教育方法来教育学生,最后通过教学评估环节检验教学成果。传统教育模式形成了一个闭环,但是这个闭环不一定那么及时,学生的感受能否公正、客观地反映给教师,形成闭环,并使教师找到偏差去纠正闭环中存在的问题?可能教师很难在这一方面做得非常好。


那么,人工智能是怎么做的呢?在人工智能教育里,学龄前教育是模仿学习,即理解与模仿,父母是孩子最好的榜样。上了幼儿园以后,孩子可以另类一点,可以有所超越,在教师教的基础上有所发挥,称之为非监督学习。在中小学教育阶段,要引导学生树立正确的道德观、知识观以及荣辱观,实行规范化教育,打好坚实的基础,称之为监督学习。到了大学教育阶段,提倡强化学习,鼓励将知识变成创新,将知识升华,创造知识,在这一阶段,强化学习显得非常重要。


目前,人工智能在人文社科、艺术、工科、理科等领域都有非常重要的应用。


人工智能与人文社科 在人文社科方面,如法律方面的知识产权、隐私保护、标准化建设等,都需要人工智能的支持。


人工智能与艺术 首先,人工智能可以帮助处理创意内容,辅助人类进行搜索和发现,常用于发现书籍、电影或艺术作品。亚马逊的深度学习人工智能Amazon Rekognition,能做到详细描述照片中的内容和相关对象,如在扫描照片中的人物时,能提供该人物的性别、面部表情、情绪状态、身着的衣服等情况。其次,人工智能可以定制文化创意产品,增加个性化与互动性,将个性的内容添加到人类创造性的产品中。“会动的蒙娜丽莎”项目就是利用人工智能将达·芬奇的《蒙娜丽莎》转变为一个栩栩如生、生动的艺术作品,加入人工智能技术后,互动版蒙娜丽莎不但能“感知”旁观者的存在,还能根据“心情”做出回应。在上海世博会上,展出的《清明上河图》也变成了动感的清明上河图。这些都是人工智能与创意的结合,即把静态的东西变成动态的东西。最后,人工智能还可以增强创作,撰写中国诗歌、撰写电影剧本、为音乐剧制作剧情、进行绘画创作等。


德国贝特格实验室里进行的研究中,研究人员能将毕加索、梵高、康定斯基和蒙克的风格应用到数字图像上。原照片(A)分别被转换为不同的风格:特纳的《米诺陶战舰的倾覆》风格(B)、文森特·梵高的《星夜》风格(C)以及爱德华·蒙克的《呐喊》风格(D)。

人工智能与工科 教育部于2018年印发了《高等学校人工智能创新行动计划》(下称《计划》),要求推进“新工科”建设,加强人工智能与计算机、控制、量子、神经和认知科学以及数学、心理学、经济学、法学、社会学等相关学科的交叉融合,形成“人工智能+X”的复合专业培养新模式,到2020年建设100个“人工智能+X”复合特色专业,建立50家人工智能学院、研究院或交叉研究中心。


人工智能与理科 我认为,人工智能目前最重要的部分就是与理科的结合。人工智能研究有两个重要的分支:一个分支是理论方面,从理论层面验证人工智能究竟是什么,它的机制是什么,有没有高级智能,等等。另一个分支是脑科学。2013年4月23日,美国总统奥巴马宣布了美国“大脑计划”,我国也在2019年宣布了“一体两翼”脑计划。“两翼”其中一个部分就是在大数据快速发展的时代背景下,受大脑运作原理及机制的启示,通过计算和系统模拟推进人工智能的研究(模拟脑)。比如目前的细微成像,我们可以看到人类免疫系统里面的巨噬细胞、病毒、大分子是怎么作用的,可以看到神经元、基因的片段,这为我们研究生物智能产生的一些机理,并且把它用在人工智能发展上提供了非常重要的支持。当然,人工智能也离不开数学。如果我们把数学和人工智能做一个对应的话,如线性代数:如何将研究对象形象化;概率论:如何描述统计规律;数理统计:如何以小见大;最优化理论:如何找到最优解;信息论:如何定量度量不确定性⋯⋯这些都用到了数学里的各个分支。所以学好数学对未来人工智能的发展是非常重要的。我们经常谈技术,在这里我要呼吁:人工智能理论要放在更高的层面上去做。


教育部原副部长鲁昕曾在题为《人工智能+X赋能+N增能:教育变革与使命》报告中总结了现代教育十个方面的变革。她指出,人工智能在教育生态从平面到立体、思维模式从一维到多维、知识体系从单一到跨界、教师能力从一元到多元、教育技术从单一到复合、教材呈现从纸质到数字、教学场景从传授到互动、学习方式从静态到动态、管理模式从传统到智慧、教学评价从粗放到精准等10个方面赋能教育教学改革。我认为,这一总结能够帮助我们理解人工智能将来对教育到底会产生哪些深刻的变革。

 

(本文根据 2019 人工智能与机器人教育大会专家报告整理,有删节)

 

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