7月15日，2018年人工智能基礎教育論壇暨人工智能教育項目展演活動在北京召開，本次論壇及展演活動由中國教育裝備行業協會創造教育分會、聯合國教科文組織產學合作教席聯合主辦，北京交通大學(分數線,專業設置)機器人研究中心、北京交通大學人工智能研究院共同承辦；由北京智教未來科技有限公司協辦。參加會議的有來自京津冀等地的教育主管部門負責人，高校及科研院所研究人員，相關協會、學會負責人，青少年科技活動主管部門負責人，中小學、科技館、少年宮、科普基地等機構領導和老師，關注人工智能發展和教育的媒體記者、企業人員等，約200人。
本次論壇舉辦的目的是全面提高全社會特別是基礎教育工作者對人工智能的整體認知和應用水平，更好地對中小學人工智能教育中所涉及的知識科普、課程設置、教材編制、實驗室建設、科技活動開展等進行具體指導，發揮北京對全國人工智能基礎教育與科普的示范引領作用。論壇邀請到了中科院自動化所副所長劉成林研究員等十多位人工智能代表領域專家、教育專家和人工智能一線教育教學工作者做大會報告，并且通過論壇對話與老師們展開了互動交流。與會老師普遍反映一天的安排務實高效，設計科學、直面人工智能基礎教育中的熱點和難點問題。
論壇初步回答了人工智能對教育的影響、人工智能是什么、人工智能研究什么、人工智能如何教、人工智能科技活動如何開展等問題。論壇同期還舉辦了人工智能基礎教育相關的課程、實驗器材和實驗室方案等，吸引了與會老師濃厚興趣。
人工智能時代的教育
聯合國教科文組織產學合作教席主持人、北京交通大學查建中教授（查教授在上世紀八十年代在美國讀博士期間就開始研究人工智能，并提出“智能工程”的概念）：未來的職場中的每個人都可能和智能機器打交道，如果不能和這些智能他們協作、合作工作，那么在職場中是沒有你的位置的，人工智能基本知識的了解應該從中學甚至小學階段開始。查教授還特別提到，中小學階段還應培養人工智能方面的職業道德，人工智能和每個人的生活密切相關，如果處理的好會幫助人類，但如果被不法分子利用則可能會給人類帶來災難，應引導孩子從小講職業道德、講仁和義、講利他，從這一點上看AI基礎也是非常有必要的。
著名教育技術學專家、徐州師范大學陳琳教授認為：人工智能將對教育過程的多個環節產生深遠影響，特別是帶來了教育信息化2.0（智慧教育）。智慧教育應遵循“知行創”合一的基本理念，充分吸收腦科學、神經科學、學習科學、人工智能等研究成果，實現教育思想、理念和技術方法的變革與創新。
智慧教育以學校形態的系統變革為支撐，以課程、教與學、管理、評價等主流教育活動的全新設計為基礎。每個教師要由包攬一切的雜家轉成為術有專攻的引領型、創新型、融通型、專家型教師。
智慧教育的核心是實施以發展學習者的學習智慧，以培養智慧性的人才為目標，創新性、個性化、自主性、高效性、融通性以及持續性等是智慧學習的六大核心特征。智慧教育的教育管理從傳統“延遲響應”的人治模式走向“即時響應”的智治模式。
權威解讀人工智能基本概念和學術前沿知識科普
劉成林 研究員（中科院自動化所副所長、中國人工智能學會模式識別專委會主任）
劉成林研究員談到，模式識別能力普遍存在于人和動物的認知系統，是人和動物獲取外部環境知識并與環境交互的重要基礎，大家熟知的圖像處理、語音處理、深度學習等都是以模式識別為基礎，因此模式識別是AI的重要基礎分支之一。
劉成林研究員用通俗的語言以及手寫字識別、字符串識別、物體分揀、智能安防等生活實例向與會的代表介紹了模式識別和機器學習的基本概念以及主要研究方法，模式識別的主要方法有模板匹配、特征匹配、統計方法和人工神經網絡方法等。AlphaGo主要采用的方法是深度學習，所采用卷積神經網絡的概念在上世紀八十年就被提出來，之所以近年來取得突出進展的主要原因還是計算機的運算能力以及大數據樣本訓練基礎。
于劍教授（北京交通大學機器人研究院常務副院長、中國計算機學會會士及理事、中國人工智能學會理事）
人工智能的定義多達十幾個，嚴格來說目前還沒有統一定義，常見的定義通常有兩個，第一個是馬文。明斯基提出的，“人工智能是一門科學，是使機器做那些人需要通過智能來做的事情”。第二個更專業一些的定義是尼爾斯。尼爾森給出的 “人工智能是關于知識的科學”。在人、智能、知識這三個概念當中，知識被研究的應該是比較徹底的，而且也是智能的基礎，所以專業人士更偏向于第二個定義。
人工智能作為一個概念應該具有指物功能、指名功能和指心功能，在現實生活當中，如果你了解一個概念的話，這三個功能是要都對才行。AI的指名功能對應的是符號主義，AI的指心功能對應連接主義，AI的指物功能對應行為主義。目前的人工智能還是有很大的缺陷，因為其使用的基本還是經典概念。 而經典概念的基本假設還是指心、指名與指物等價，這與人類的生活常識嚴重不符。我們現實生活當中概念的指名指物指心是不等價的，如何突破上述框架還是一個非常大的問題。在上述框架下機器有時顯得極其荒誕，缺乏常識、缺乏理解能力，有時嚴重缺乏理解能力，這點特別體現在人機對話系統上，表現為其對話黏度需要提升。
王黨校教授（北京航空航天大學(分數線,專業設置)虛擬現實技術與系統國家重點實驗室副主任、IEEE觸覺技術委員會執行委員會主席）
假設要求你逐個放棄聽覺、視覺、嗅覺、味覺和觸覺，哪個你最后放棄？圖像識別和語音處理等讓大家人工智能的研究更多地聚焦于視聽覺領域，似乎讓大家想不起來的觸覺的存在。觸覺被稱為“感覺之母”，但在人與計算機的交互中，人的觸覺感知能力基本被閑置。王黨校教授以觸覺反饋方式的演化為主線，以他課題組的研究工作為例清晰生動地講解了機器觸覺主要領域的研究進展，提出觸覺將為未來的人機合作打開更多的交互通道，使得在觸覺上體驗觸摸虛擬世界的成為可能。
王教授通過視、聽、觸反饋口腔手術模擬器為例，生動地講解演示了觸覺人機交互對醫學教育的重要意義，讓同學們對觸覺人機交互的應用有了直觀的認識。介紹了觸覺人機交互在動作技能學習方面的應用和關鍵技術，包括力觸覺反饋裝置、力觸覺合成方法、力觸覺測量感知等關鍵技術。他的團隊所研制的牙周操作實驗教學虛擬仿真設備（iDental）已經在臨床口腔醫師培訓中廣泛應用。
姚燕安教授（北京交通大學機器人研究中心副主任、軍口杰青獲得者）
動植物感知世界帶來了物種的進化，但一般的機器人則由人所設計且不具備進化功能，姚燕安教授所帶領的幾何機器人團隊嘗試探索機器智能計劃的路線，受多邊形、雪花等各種幾何，他們研制出了數百款能夠生成各種運動的幾何機器人，尤其是多足閉鏈腿式運載機器人，已經在山地救援和物資運載等領域初顯鋒芒。
給聽眾印象最深刻的是一組四邊形移動機器人，可以具有滾動、步行、蠕動等多種運動形式，結構看起來簡單且只有一個電機，但背后的運動理論并不簡單，其中有一個蠕動模型他和帶領的博士生花了近十年時間才得以解決。驅動少和能耗低是這類機器人的突出特點，像ASIMO、Bigdog等著名機器人都因為關節驅動多負載大、能耗高等突出問題導致成本過高或者研究停滯，姚教授指出，幾何機器人本身就是遵循幾何圖形演化的自然途徑，給機器人提供了自演化能力和結構進化的空間。
精準對接人工智能基礎教育教學
袁中果（人大附中信息技術教研組組長）
“人大附中人工智能課程設置與實踐”主題報告系統地介紹了人工智能課程在人大附中的開設情況，分享了在中小學設立人工智能課程的經驗。
我們現在培養學生要適應未來的發展，為了適應不同的學生能力發展需要，我們課程設置上有統一規劃，分為基礎類課程、發展類課程和高端類課程。原有的課程標準是根據教育部2003年的標準制定的，現在我們按照教育部的新課標做了重新制定，包括必修課、校本選修課、研究性學習課程、研究課、大學先修課和信息奧賽課程等，如果學生還有需要還會邀請大學教授參與指導。近年來，人工智能成為一個新的熱點，我們開展若干新的探索，比如增加深度學習、無人駕駛等內容，但是這些內容都是結合具體的案例或者項目來開展。探索跨學科合作，比如信息技術組武迪和語文老師合作開設了自然語言處理課程，和數學老師合作開設數學建模課程等，還有AI STEM融合的課程，像智能水生態系統設計有物理、化學、生物等多個學科的老師參與一起設計，4-5個老師參與一起開課。課程實施方面一些經驗可以供其他學校參考，1。體現以學生為中心，采用課程分享會的形式讓學生介紹科技前沿問題；2?；陧椖康膶W習，比如人機交互；3。由淺入深，從概念原理了解到技術實踐再到實踐，一般的學生可以給一些模板，水平高的學生可以編寫一段網絡爬蟲等。
劉峽壁（北京理工大學(分數線,專業設置)計算機學院副教授、博士生導師）
劉教授從程序、算法、實踐三個方面介紹了中小學人工智能教學內容及建議。他認為編程教育是人工智能教育的基礎，但是又不能讓孩子感覺到太難，可以從可視化編程起步，在小學高年級階段和中學階段引入python（一種流行的編程語言）等程序語言，另外，重點不是學習工具，而是計算思維能力，工具本身也要根據孩子的情況靈活選用。算法是人工智能的精髓，也是培養孩子解決問題的重點，當然基礎教育階段不是讓孩子們去掌握這些算法，有些算法本身就是一門課，在中小學階段必要性不大，但是應該讓孩子了解一些算法的基本原理以及可以解決那些問題，實際使用的時候用集成工具就行。實踐則是培養中小學人工智能能力的主要手段，人工智能的很多概念很抽象，即使大學生研究生也未必能搞明白，應讓學生多動手多實踐，理解概念的本身就不重要了，還有一點就是再簡單的原理和算法也要盡量通過可以體驗的東西呈現，這更加符合基礎教育的特點。
李興森（中國人工智能學會理事、廣東工業大學可拓學與創新方法研究所副所長）
李興森教授介紹了一種新型教育模式——以學生為中心的可拓智能創新教育模式，利用人工智能技術，基于可拓學理論開發新課程，引導學生合理利用網絡式創新思維，實現從掌握知識到運用知識創新性解決實際問題的根本轉變，以科學的創新思維訓練方法提升學生的信息收集與知識創新運用能力，為中小學生創新能力培養提供了新的方法。
張軍國（北京林業大學(分數線,專業設置)工學院教授）
張教授做了“人工智能在林業生態環境監測領域的研究與應用”主題報告，主要介紹了人工智能技術在林區生態監測中的應用，以及基于人工智能的現代監測技術與傳統檢測技術的區別與優勢。他以林業生態長勢識別和野生動物保護識別為例介紹了人工智能在美麗中國建設中所發揮的作用。在林業生態長勢識別項目中，他們課題組采用深度學習分隔方法明顯提高了林業病蟲害的識別準確度。在野生動物識別保護項目中他提到了野生動物保護中存在著采集數據量大、高質量數據不高等問題，采用自動識別算法手段可以大幅度減少人工投入。
AI基礎教育論壇對話直面基礎教育熱點話題
?。?）人大附中的人工智能課程設置經驗哪些可適用于其他學校？
袁中果：這些課程也不是適合所有的學生，我們在授課過程中一些學生也反映有難度，多數課程也是通過選修課供不同興趣的學生選，實際上如果給孩子提供的選擇性越大就越有可能照顧到多數的學生，這種規律也適用于其他學校。我建議一些基本科普性的介紹可以做統一講解，多給真正有興趣的學生選擇的余地。另外，人大附中每周會有幾個下午給提供給學生自主探索，其他學校在有條件的情況下也可以引導孩子在興趣方向上多花功夫。
?。?）人工智能基礎教育的教材是否應該統一或者制定相應的標準？
劉峽壁：人工智能所涉及的內容非常多，如果從知識講授層面目前對多數的學校還是有困難，各個學校在開設人工智能課程中也會結合自身實際逐步增加內容或者深度，所以很難統一。但是教育很重要的目的是打基礎，或者是他們將來會從事相關的工作，因此從這個角度講建議還是應該統一一些基本的標準和知識，至少一些常識性的知識不能有錯誤，因此我建議還是應該有一些統一的教材。
?。?）人工智能時代培養創新思維能力培養的意義？
李興森：我認為重要性會越來越突出。大家談到了人工智能的很多方式需要孩子具有計算思維，但是涉及到人和智能機器的協作大家忽略到人才的創造力或者是創新思維能力。智能手機人機交互的效率還主要體現在動作和視覺等層面，人工智能時代的人機交互則轉向思維層次的交互。剛才通過可拓創新思維的例子證明了可以通過創新方法的學習能夠很快想到更多的可能性，這些想法都可以啟發計算機去找到更全面的結果。
?。?）人工智能教育與機器人、創客、STEM（即科學、技術、工程和數學英文的簡稱）教育之間的關系？
秦建軍（北京建筑大學機電學院副教授）：STEM教育是當下基礎教育界比較流行的一個話題，當然前幾年是創客和機器人，我看到教育工作內部還有些爭議，但是他們之間并不矛盾。機器人教育和人工智能教育一樣有明確的內涵和學科知識體系，當然他們之間有很多交叉。創客教育本身是做中學的一種方式，更加強調開放共享和動手能力培養，因此，這些特質也是人工智能教育所需要的。STEM教育是跨學科教育特別是技術和工程教育的范式之一，通過不同學科之間的交叉去培養孩子的綜合素質，我在美國看到學前教育也在開始做這方面的工作。AI無論是作為技術還是工程時間都需要這樣的綜合視角，剛才人大附中袁老師也提到AI STEM的課程設計思路，這個定位比較準確。當然，我建議教育工作者應該將重點放在內涵建設上，不提倡字面上的文字游戲爭議。
?。?）您所指導的研究生有多少本科是計算機專業？這方面對從事人工智能研究有哪些影響？
張軍國：因為我們的項目中主要是用到了人工智能技術或者知識，讀我研究生的學生更多的是自動化或者機械電子專業的學生，讀計算機專業的學生研究生一般還會選擇計算機或者軟件方向，當然明年我們也在論證開設人工智能方向本科專業。人工智能本身發展的趨勢也是成為更為基礎或者通用技術能力，解決其他學科的問題，從我們的研究來看，它的一些方法手段確實比現在的方法更加有效，所以并不能說他們即使本科是非計算機專業或者是未來的人工智能專業就不能從事人工智能研究。
?。?）人工智能類的競賽應該如何開展或者建議方法？
高凱（北京市第二中學科技老師）：我們在一線指導學生科技活動的時候總是面臨著兩個困惑。一個是在某方面有科技特長的孩子將來讀了非技術類的專業，另一個是學生更關心競賽的舉辦機構而不是內容。當然目前各種科技競賽很多，學生的選擇面很寬，人工智能類的競賽以后也會越來越多，我覺得需要轉變的是學校和老師，競賽應該引導孩子們培養興趣而不是把重點放在名次上，當然這方面需要教育管理者能夠轉變觀念，另外一線老師應多組織學生加務實、鍛煉能力的競賽。
人工智能教育項目展演提供立體化的基礎教育方案
論壇同步展示了北京智教未來科技有限公司的部分人工智能課程、器材和實驗室方案。同時，北京市西城區青少年科技館、北京二中等機構選送了中學生人工智能項目參與展覽。記者采訪中也發現多數參會老師希望能夠盡快開設人工智能相關的基礎課程。
“我們課程除體現在知識性方面體現人工智能還特別注重了分類指導”，公司課程研發負責人劉先生說，“相關文件提到人工智能是一項全民普及計劃，因此我們的課程總體分為兩個層次和五種類別，可以通過開放、靈活的組合方式供不同層次的學校選用?！敝墙涛磥碚n程體系分為：基于知識的理論類課程、基于創新的設計類課程、基于應用的拓展類課程、基于邏輯的編程類課程和基于問題的實踐類課程?！罢Z音交互”樣課是基于應用的學習課程，學生通過語音互動理解并應用簡單的語音識別。設計了芝麻與開門對應口令與動作，使用語音識別開發板，制作“芝麻開門”、“芝麻開燈”。拓展應用如何通過語音控制機器人的運動，使用更多的指令“前進”、“向前走”、“齊步走”等指令控制機器人前進。
小學生特別是低年級學生如何學習人工智能？小學課程研發工程師馬工：我們與人工智能專家、基礎教育專家合作做了專門設計，以基礎一二年級孩子為例，他們還不會操作電腦，也不適合長時間接觸電子屏幕，我們通過模擬編程來啟發孩子們的計算思維，小動物、經典繪本、童話故事等情景都是孩子們非常喜歡的，這種AI概念的導入方式比較適合他們的實際。
智能交通實驗平臺負責人李女士：融入生活、聚焦熱點是我們器材開發和實驗室設計的一個重要考慮。人工智能實驗室重點承接對意向從事AI科技活動的學生，像無人駕駛比較火我們就搭建了這樣一個平臺來激發學生的興趣，基礎平臺具備路徑規劃和導航的能力，這也是無人駕駛的基本概念，多數學生都可以學習。這款平臺上學生還可以探索很多其他功能，如簡單的場景識別、避障算法、路徑規劃策略等，科技特長的學生就可以做一些這樣的開發工作。
智能仿生飛行平臺負責人趙先生：雖然我們的無人機已經在職業院校的技能大賽中應用，但是主要側重于功能學習和技能訓練，人工智能教育實際是將智能化應用推到了一個新的高度，因此我們的智能仿生飛行類器材做了很多實用功能的擴展，比如這款小型無人機具有目標跟蹤功能，可以在野外對某些重點野生動物進行跟隨監測、還可以和地面的車輛一起做聯合導航。當然這些基本功能我們都是預先設定的，給學生可以先示范性教學，然后在此基礎上再擴展實際應用。
目前很多學校都已經有3D打印或者創客實驗室，關于如何和現有實驗室的統籌綜合考慮問題該公司也有周全的考慮。項目負責人王工：智進化實驗平臺展示的是如何將3D打印和智能進化結合起來，將機器進化、人機交互、機器感知、機器學習和編程思維等人工智能基本興趣和動物行為進化相融合，并且學生可以對結構進行改進和控制再編程開發，實現爬行、蠕動、滾動、游動等豐富的運動形式，這些機器人的主要結構都是通過3D打印的方式做出來的。像這款看起來每個腿只有關節的機器人，結構形狀只要少許變化，在地形和越障方面的表現就會差別很大，學生們可以自己嘗試設計不同的結構。
如西城科技館的初一學生王戩設計了一款智能感知避障拐杖，該項目為一種輔助盲人出行的智能拐杖，通過超聲波判斷前方是否有障礙物，使用振動馬達作為執行器使盲人可更加方便快捷的得到前方的信息，從而實現避障效果。通過GPS和北斗雙模實現準確定位，通訊模塊實現緊急聯系，從而實現緊急情況報警功能。
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