2018年， 在北京，在上海，在廣州，在成都，“人工智能”和“人工智能教育”的展會、培訓會、交流會、發佈會多如牛毛，如果你有興趣，幾乎每天都能參加此類活動。“人工智能”是2018年科技界最熱的詞彙，也是K12教育領域出現頻率最高的關鍵詞。
那麼什麼是人工智能？人工智能教育的目的和使命是什麼？人工智能K12教育應當如何開展？為了尋找這三個問題的答案，我們成立了“樂智人工智能北京研究院”，開始了人工智能K12教育教育領域的應用探索。
一、什麼是人工智能
K12教育行業對人工智能學科教育的廣泛關注是從2017年夏季國務院印發《新一代人工智能發展規劃》（以下簡稱《AI發展規劃》）開始的。
《AI發展規劃》提出，人工智能已成為國際競爭的新焦點，應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科，培養複合型人才，形成我國人工智能人才高地。
人工智能的學科任務就是使用機器實現對自然和社會的認知並做出計算和推理，它的目標是模擬或拓展人類的認知和思維。人工智能源於數學和計算科學，經過半個多世紀的探索和發展，它已經涉及和影響了我們大部分自然科學和社會科學學科。
目前人工智能的研究方向可歸納為以下五個方面：
認知科學，包括自然語言理解與交流、計算機視覺等；
計算與推理；
機器學習；
傳感與控制，也就是我們常說的機器人學；
博弈與倫理。
二、人工智能教育的目的，意義和現狀
如《AI發展規劃》所言，人工智能K12教育的願景目標是“設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科，培養複合型人才，形成我國人工智能人才高地”。它的意義在於“搶抓人工智能發展的重大戰略機遇，構築我國人工智能發展的先發優勢，加快建設創新型國家和世界科技強國”。
結合已在K12階段廣泛開展的信息技術教育和創客教育經驗，我們認為人工智能K12教育的目的可以分解為以下六個方面：
讓學生了解人工智能的概念、應用方向以及實現原理；
掌握計算機和編程知識，能夠使用編程語言進行人工智能學科項目實踐；
掌握傳感、運動、控制知識，並能夠用於人工智能工程實踐；
掌握人工智能數學基礎，能用統計建模、算法工具等解決人工智能工程問題；
培養學生的創造力、設計能力、動手實踐能力、溝通協作能力；
培養學生的計算思維和工程思維。
科技教育受到科技進步和國家政策的雙重驅動，《AI發展規劃》的印發讓K12教育行業掀起了人工智能教育研究的熱潮。
目前我國的人工智能K12教育理念已經居於世界前列，我國在世界上第一次把人工智能教育納入到了國家戰略層面。通過對歐美日等機器人和編程教育接受度比較高的國家和地區的調研數據顯示，目前人工智能K12學科教育尚未納入這些國家的發展戰略，相應的人工智能學科教育也沒有開展起來。然而我們也不能掉以輕心沾沾自喜，歐美日等發達國家的編程教育和STEM教育的滲透率遠遠高於我國，我國的編程教育滲透率是0.96%，而美國是44.8%，我國依然處於非常弱勢的地位，而且，人工智能的技術基礎是數學和計算科學，這兩方面一直都是歐美日的強項，想要在人工智能學科研究上超越發達國家，還有很長的路要走。
為了趕上人工智能K12教育的第一波紅利，去年開始，國內為數眾多的企業、機構、中小學甚至大學等相繼開始了人工智能K12教育領域的研究。進入18年後，大量的“人工智能教學體系”、“人工智能教具”、“人工智能教材”之類產品面世。這些人工智能教育產品無非有兩類：
第一類是在現有的創客教育或機器人教育體系的基礎上，增加人工智能教育的內容（甚至什麼內容都不增加），在宣傳上把原有產品包裝成所謂的“人工智能教育”。這類產品的特點是都以前的創客教育或者stem教育體系為主，講授機器人的傳感控制或編程知識。和人工智能的核心主題關係不大，沒有真正深入到人工智能學科領域中去。
第二類產品採用的同樣是快速搶佔人工智能K12教育橋頭堡的方式，直接推出關於人工智能主題的書籍、課程和軟硬件產品。理論上這種方式更能契合人工智能的理念，更具專業性。但很多產品為了“搶佔先機”，研發過於倉促，而人工智能的學科內容又過於龐大和複雜，所以往往沒有條件很好地按照K12教育的實際情況組織內容和軟硬件，而是把大量就連理工類大學的本科生都無法掌握的專業內容灌輸給中小學生，造成課程體系與學生認知水平差異巨大，無法起到良好的教育效果。
通過對大量的人工智能K12教育產品調研，我們認為目前存在如下問題：
1.從業人員對人工智能的理解存在誤區。
在很多從業多年的專家、教師和專業人士眼裡，人工智能和機器人技術、編程語言（比如Python）是劃等號的，我們知道Python語言是一種非常優秀的編程語言，在信息處理方面能力非常強大，應用在很多人工智能研究領域，但是Python語言只是一種工具，與人工智能的核心概念、學科內容相距甚遠。
2.內容產品與課堂教學脫節。
這個問題由來已久，廣泛出現在創客教育領域。造成問題的原因是教育產品研發機構大多是科技企業背景，配套課程和書籍都是由設計研發產品的工程師編寫，沒有能力考慮教育場景下的應用，造成內容產品與教學脫節嚴重，並不像教材，更像產品說明書或廣告冊。
3.產品研發組織倉促，品質無法保證。
這個問題我們已經在前面有過分析，此處不再展開。
4.產品同質化嚴重。
產品同質化同樣是很多創客教育產品一直面臨的問題，企業研發能力往往很有限，大多通過“借鑑”和“微創新”同行產品來研發內容和軟硬件產品，缺乏創新力，造成不同企業的產品之間相似度極高，同質化嚴重。
三、如何開展人工智能K12教育
理解願景目標和意義是著手教學設計的前提。通過以上對人工智能架構、人工智能K12學科教育目的和意義的分析，我們認為K12人工智能教育的內容結構應包括六個方面：
-
人工智能概念、應用方向及其原理；
數學相關學科；
傳感、運動、控制；
編程語言；
算法；
工程思維。
表：人工智能K12教育各階段內容與教學任務表
確定內容結構後我們與華東師範大學、北京師範大學等高校和教育研究機構的教育學專家們一起探討和研究適合K12年齡階段的人工智能學科教育理念。充分聽取各家意見後製定了人工智能K12學科教育體系設計的幾個原則：
知識內容的科學性和專業性；
講授知識的同時注重對方法和能力的培養；
根據學生在不同年齡階段的認知水平和學習方法特點制定相應的課程。
人工智能學科教育作為一門科普和創客教育課程，首先要保證它的科學性和專業性。我們向學生傳播的知識和方法一定要有確鑿的依據，經得起推敲和驗證。這體現在人工智能學科架構和概念原理兩個方面，我們不能把與人工智能無關的知識體系包裝成所謂“人工智能”課程，也不能把錯誤的理論和方法教授給孩子們。
在小學階段，學生的自律能力往往比較差，研發課程時就應充分考慮如何激發學生的學習興趣。我們的做法是在授課時通過有趣的故事進行情景引入，在知識點講授環節則要注意內容不宜過多，每節課不應超過三個知識點；連續進行知識講授的時間不宜超過15分鐘，否則孩子們很難有足夠的耐心聽下去，同時設計緊扣知識點並且參與感與趣味性都比較強的課堂互動環節讓孩子們更容易地接受和掌握知識內容。
中學階段的學生具備了一定的數學和物理學基礎，在內容設計上就要考慮激發學習興趣的同時，讓課程內容更多地與學生已學過的數學和物理學知識相結合，既能起到鞏固基礎學科知識的作用，又能讓孩子們對人工智能的數學基礎和學科知識產生更深入的認識。
為了培養學生的創新力，我們在教學環節中設計了大量的頭腦風暴和動手實踐環節，通過創新思維導圖、找缺點法、組合法、分解法等方式訓練孩子們的創新意識和創新能力。
此外，我們在配套教具的設計上也採用了模塊化、可DIY的方式，通過大量的動手實踐環節提升孩子的動手能力、溝通協作能力。
四、人工智能教育的未來展望
隨著人工智能中小學教育體系的建立和完善，我們開始了一些新的思考：未來的人工智能K12教育將走向何方？
我認為人工智能教育的未來將向專業化和多元化的方向發展。
專業化是大勢所趨，隨著我們對人工智能以及人工智能教育理念的認知的逐步深入，與人工智能無關或相關度不高的內容產品將會與人工智能教育體系脫離，將會有越來越多的優秀人工智能教育產品出現。
而在教育形式上，將會出現多元化的方向：
在中小學內將與信息技術教育或創客教育深度融合，未來會有一些具權威性的知識和能力水平考試或競賽出現，讓教育成果更加標準化，更加易於驗證；
在校外培訓領域，將會與機器人教育、創造力課程、編程教育融合；
會與科普、兒童文學相結合，出現人工智能科普教育為主題的，與《海底小縱隊》、《不一樣的卡梅拉》、《神奇校車》等相似的科普文學作品或者動畫影音產品；
會於互聯網媒體形式產生更多的結合，例如基於慕課平臺、影音錄播直播平臺、知識付費平臺的人工智能科普和教育產品。
2018年是人工智能教育元年，人工智能和相關學科課程已逐步成為中小學必備的核心素養提升課程。相信很快人工智能中小學教育越來越科學、實用，越來越規範，也會有越來越多優秀的人工智能中小學教育產品面試，讓人工智能中小學教育能夠達到預期，讓學生能夠學有所得、學有所用。
王延平，人工智能和機器人研究學者，科普作家。《與孩子一起玩積木機器人》作者，樂智人工智能教育研究院指導老師，青少年人工智能教育產品“度樂樂”的設計和研發負責人，《人工智能入門》中小學系列教材編寫組負責人。
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