让人工智能在学校生根发芽

“我提高了马达速度,这次完成任务提高了2秒。”中午,在吉林省实验中学行知四楼机器人竞技室里,几名学生和指导教师刘明浩正在不断调试设备、探讨方案……利用午休时间在科技教室交流AI自研项目,已成为该校社团成员们自主学习的常态。
“学校要成为学生拥抱人工智能的重要场域。”在吉林省实验中学党委书记、校长辛万香看来,学校推进人工智能教育主要有两个目标,一是培养适应人工智能时代的人才,二是培养能研发人工智能的人才。多年来,吉林省实验中学通过开设专业社团、加强“课程组合”、激活社会资源等多维度持续深耕人工智能教育。
开设专业社团 在探索中拓展学习领域
“这个小车转弯时还是不够灵活,再想想如何改善?”吉林省实验中学人工智能与机器人编程教师刘明浩的双臂在胸前平行举起,边模拟小车转弯边进行讲解。已经连续几周,他每天中午为即将代表学校参加全国智能无人车大赛的学生进行辅导。
“这次参加国家比赛还是有点儿紧张。”在刚刚结束的2024吉林省中小学人工智能综合实践活动中拿了“智驾竞速——无人车挑战赛”项目三等奖的初二年级学生张懿轩,将代表学校参加国赛。他告诉记者,入学前自己没接触过人工智能,但看到学校社团招新,他毫不犹豫地报名了。经过初步学习后,张懿轩特别喜欢编程和无人车,每天都会积极参加中午的社团活动。
刘明浩介绍,在吉林省实验中学,社团活动对于学生的基础没有要求,只要感兴趣就可以参加。零门槛加上专业的指导,学校人工智能社团每学期都是“热门爆款”社团。在他看来,社团不仅会激发学生的探索兴趣,更是为学生进一步学习提供平台。
“人工智能社团、机器人编程、开源硬件这些社团,学生很喜欢。”吉林省实验中学校长助理、教务处主任刘宗海介绍,目前学校共开设开源硬件社团、航模社团、机器人社团等科技类社团10余个,涉及人工智能多方面内容。根据社团类型、活动特点和选课学生的年级,每周开设1—4节课,学生利用午休和自习课时间参加活动。
此外,为了更好地开设社团活动,吉林省实验中学还配备了人工智能实验室、机器人竞技实验室、3D打印创客教室等智能化学习环境;社团开展教学中,教师多采用启发式教学培养学生的创新意识,也鼓励学生参加机器人、创意编程、数学建模等各类科技创新比赛。
“学校每年有计划地选送教师参加省市及全国科技指导教师培训,参训教师先后取得了青少年人工智能辅导师、青少年软件编程指导教师、吉林省人工智能骨干教师等资质。”刘宗海说。
加强“课程组合”,在亲历中感受人工智能
“生成对抗网络是一种深度学习模型。在模型训练过程中,我们可以对模型的超参数进行调优,如学习率、批大小等,来提高训练效果和生成图像的质量。”在吉林省实验中学高一(11)班“AI艺术生成”课堂上,信息科技教师曲维燕正在指导学生利用人工智能技术实现文生图的作品创作。    
同曲维燕一样,多位教师讲授的专业的人工智能课程,已经在吉林省实验中学高中部全面普及。其实,早在2010年,吉林省实验中学就开始积极布局人工智能与学校学科教学的融合。    
“我们一边实施课改,一边把原来的科技创新活动升级打造成一个体系完整的校本课程,也就是创新课程。”吉林省实验中学教务处副主任李星婷介绍,学校为了将人工智能教育融入日常课程体系中,在“课程组合”上下起了功夫,以实现人工智能教育在每一名学生的身上真实发生。
“人的智能行为是通过大脑的不断学习形成的,所以发展人工智能的重要一步就是让机器模拟人脑的思维过程。那么,如何来让机器学习呢?”在数学学科活动课上,教师关惠玲抛出问题后,借用医疗机器人和汽车自动驾驶的例子,并通过数学建模案例,让学生体会如何提出问题、如何获得数据、如何应用算法,从而思考数学与人工智能的关系。
目前,吉林省实验中学的“课程组合”重点凸显数学、信息技术、科学这3门学科在AI教育中的基础地位,以培养学生的计算思维、数学建模以及深度学习的能力为核心目标。
在“课程组合”的具体落实中,学校教师通过真实案例让学生直观理解AI应用,引导学生从这些典型场景中抽离出来,深入探讨计算机视觉、自然语言处理等领域,通过互动操作和案例分析来学习核心算法。在这一过程中,学校特别重视培养学生计算思维、创新能力等,特别是在涉及信息科技相关课程的实践环节中,教师会引导学生使用图形化编程、Python(编程软件)和开源硬件等,亲自实践AI算法,让学生发挥自己的聪明才干解决问题,从而切身体验到人工智能的乐趣,增强学生通过“人机协同”解决问题的能力与信心。
“学校开展人工智能教育不能只围绕着人工智能的三大支柱——大数据、算法、算力展开,更要深刻把握住人工智能教育的本质,就是要利用机器智能助推人类智能的发展,培养学生在真实世界解决问题的高阶思维能力!”刘宗海表示,随着技术进步产业变革,很多职业可能现在还没有,未来有很多不确定性。“学校开展‘课程组合’,开设人工智能与学科教学融合的各种综合实践课程,归根结底就是为了提升学生未来在真实世界应对不确定性的能力。”
激活社会资源,在汇聚中培养科研精神
“目前,人工智能有5个主要研究方向,分别是机器学习、知识工程、自然语言处理、计算机视觉、机器人……”在吉林大学人工智能学院副教授、博士生导师宫洵《“新”人工智能:引领国际前沿》的讲座上,学生们认真听着人工智能的变革历程、当今前沿和未来趋势、广泛的就业方向。
作为吉林省实验中学的杰出校友,宫洵每学期都会到母校举办人工智能前沿讲座,而这正是吉林省实验中学依托社会资源,打破学校人工智能教育的壁垒,不断扩大“朋友圈”的举措之一。
吉林省实验中学采取了一系列具体做法打通人才培养的路径。“除了开发课程、开展主题实践活动外,我们还与吉林大学、省科技馆、中国科学院等科研机构进行多角度合作,发挥高校、科研机构在创新人才早期培育与识别、指导学生科学探究等方面的助推力。”吉林省实验中学副校长纪少昆告诉记者。
2023年,学校高二年级学生宋帛翰成为中国科学技术协会和教育部共同组织实施的人才培养计划——英才计划的成员。当年寒假期间,在“混合现实之眼”项目中,宋帛翰在曾任吉林大学计算机科学与技术学院和软件学院院长胡亮教授的指导下,就眼动追踪、计算机视觉、自然语言处理、数据流毫秒级传输等一系列世界最前沿技术展开了大量学习。
“学习中,我学会了如何对未知领域开展学习,更学会了坚持,体会到了科技人为祖国科创事业永不言败的精神,我也会在科技创新的学习路上不断努力。”宋帛翰说。
“人工智能是兼具科学、技术、工程与方法的庞大学科。为了更好地夯实学生的学科基础,学校从2021年开始,开设了大学物理、大学化学、人工智能等大学先修课。学校初高中学生都可以来听,完全开放式教学。”吉林省实验中学科技创新中心负责人李明明告诉记者,在大学先修课中,授课教师将大学知识从中学的角度融合进教程中,既开拓了学生的视野,也使他们的知识能力水平达到了一个新的高度,努力为进一步的学科融合打下坚实的基础。
开放,融通,资源汇集。吉林省实验中学创新教育培养模式培育了一批“小小科学家”。截至2023年,学生参与科技创新竞赛,累计获得省级以上奖牌312块,获得省级以上奖励项目210项,国际奖牌15块,共有30余人被保送至北京大学、清华大学等国内外知名大学。
“我们深知,人工智能教育不应仅限于课堂理论,而是要实现理论与实践的深度融合。通过不断探索和努力,助力学生站在人工智能前沿,把握时代脉搏,成为具有国际视野和竞争力的新时代人才。吉林省实验中学将不断完善人工智能教育,在新时代提交一份满意的教育答卷。”辛万香对未来充满信心。
《中国教育报》2024年07月06日第3版 
作者:本报记者 杜亚丽 李莹