创客空间2.0系列对话 | 人工智能时代创客空间中的教育

创客空间是创客教育重要的核心要素。如果用“厨房”来类比创客空间的功能,那么很多中小学都已经有了自己的“创客厨房”,解决了创意的“温饱”问题,下一步的发展便是如何吃得有营养、吃得有特色的问题,还有就是如何把“吃”这种喜闻乐见而又不可或缺的消费行为转化为创新型国家建设的体制机制的营养的问题。

“创客空间2.0系列对话将从“开源机器人“人工智能和“虚拟现实”等方面呈现创客教育在创客空间2.0阶段发展的一些新的形态。

系列对话(点击阅读)
 

(一)创客空间2.0系列对话 | 开源机器人的发展历程和竞赛组织形式

(二)创客空间2.0系列对话 | 开源机器人主题的创客空间建设

对话嘉宾 

张 冰

河北省邢台市第二十五中学信息技术教师

信息中心主任

科协人工智能骨干教师,教育部教育管理信息中心TITT项目“中小学人工智能教学方向”培训讲师,微信公众号“跟我一起Scratch”中的作者“同同爸”,创客教育普惠课程Scratch入门方向合伙人。

吴俊杰

北京景山学校信息技术教师、物理教师,STEM教育研究者

研究方向为创客教育的普及课程和教师专业发展,创客教育普惠课程创始人。全国中小学STEAM教育大会联合发起人,“猫友汇”社群联合创始人,家庭创客空间计划、LaserBlock开源结构件项目发起人。

吴俊杰:非常感谢张冰老师参与本次对话栏目。人工智能这个主题很热,我们在去年、前年也做了几期相关的讨论,应该说大的谋篇布局阶段已基本定型,但还有很多具体的问题需要仔细落实,而一线教师们最关心的也是落实的过程。张老师有三个“身份标签”,首先是“跟我一起Scratch”公众号的自媒体作者,其次是学校信息中心的主任,最后是一位少见的信息技术学科的初三班主任。这三个身份刚好也是我们关注人工智能的三个角度,首先是信息技术学科课程怎么上、创客空间怎么建设,其次是从教育信息化的角度出发,学校要做出哪些改变,最后聊一聊学生的终身成长和家校配合的问题。下面,让我们先从创客空间2.0说起。

张老师,您觉得人工智能主题的创客空间应该怎么建设?又应该开设哪些课程呢?

张冰:大数据与人工智能时代已经来临,很多工作都将被机器强大的运算与分析能力所替代,那么什么是机器替代不了的呢?那就是人类的探索精神、创新意识与文明浸润下的思维方式。因此,中小学的人工智能还是要以体验为主,重要的是让学生知道人工智能是什么、有什么用、怎么去用。对于孩子来说,知识广度比深度更重要。我们要让更多的学生体验到人工智能,而不是让少部分学生深入人工智能,因此我认为人工智能主题的创客空间应该是一个可编程的体验式空间。学习时可以选取生活中学生熟悉的现象,编程配以人工智能扩展加以模拟实现并创新,再以必要的硬件落实想象,这种“发现—探究—创造”的思路是可行的。学生利用人工智能技术制作自己设计的创意作品,了解人工智能融入生活以后的样子,在动手操作中体会人工智能的强大之处,高年级后,可以进行深入甚至是底层性的研究。

人工智能主题的创客空间,在现行条件下,对于学校来说,最基础的首先还是机房,在机房里,孩子们体验语音和图像相关的人工智能应用,体验炫酷的效果,更快地把人工智能技术当工具。其次是封装度比较高的机器人,作为孩子们学会自由创作的一个中间“脚手架”。再次是可以随意搭建加入传感器的机器人,孩子们可以自由实现自己的想法。等到自由搭建的环节,就需要3D打印机、激光切割机这类产品,还可以加上画笔这些艺术类的工具,让人工智能作品更亲和也更有个性。到综合阶段,创客作品往往是一种技术融合的体现,选择人工智能主题作为创客空间建设的切入点可能与教师的个人特色和学校的整体规划有关,但是到了高级阶段实际上是殊途同归的。

吴俊杰:软硬件结合一直都是创客教育的一大特色,但是我发现所接触的开展人工智能教学比较好的老师,他们的工作方式好像更偏“软件工程师”,而且人工智能确实是一个“算法先行”的领域,所以我们常常把创客空间人工智能的学习比喻成“智力担当”,但又要处理好普及和提高的关系,不能是单纯的智力选拔。

张冰:纵观科技的发展史,每一次进步都是新需求催生出新技术,让该需求得以实现,真正的学习应该就蕴含在孩子的探究与创造过程中,花开无声,教化无形。

作为一线教师,我还是习惯用具体的例子来呈现教学效果。第一个例子叫“卧室智能灯”,这个例子源于我的孩子在二年级时,开始要分屋睡,但关掉灯后他有点害怕,他想让灯按下开关后停一会再灭。于是我就跟他一起用Scratch分析这个问题,首先我们画了一盏由“按钮”开关控制的灯,按钮与灯之间是通过广播与接收实现控制的,如何让它按下按钮后停五秒再关灯?加一个“等待”积木块就可以了。然后,孩子又问能不能躺在床上就可以直接发命令?于是又想到了用声音做开关,于是模拟出了类似走廊的声控灯。

只是声音控制的话难免会出差错,那么灯能不能听懂我们说的话,而不只是声响?自然而然解决问题就用到了“人工智能的语音识别”,Scratch满足不了的情况下,我们用mBlock中的“人工智能应用服务”让灯“听懂”了我们的话。

其实这个例子是在纯软件中模拟的,如果硬件具备,很轻松就能实现上述的一系列过程,让孩子的思维转化成现实,做出一盏真正的人工智能灯。

总之,我认为人工智能教育的切入点是源自生活,通过“苏格拉底式的提问”带孩子一步步去探索,去思考。每个案例都要迭代很多次,逐步形成成品。可以说,每次迭代记录下的并不是单纯的程序,而是面对问题我们思考的路径,都隐含着非常具有普适性的问题解决方法。要知道每个例子的精髓并不是成品而是思维过程,我们的教育是在跟孩子完成一次内功心法的修炼。

吴俊杰:教师之间的交流总是能够激发出很多共鸣。接下来让我们聊一聊人工智能技术的发展对教育信息计划和学校管理的影响。作为学校的信息中心主任,您怎么看人工智能在教育信息化领域的应用?

张冰:我所接触的人工智能在教育信息化领域更多的是应用于学校教学和远程教育两方面。人工智能教育应用使教育资源内容更加丰富,教学方式更为灵活,教学环节和流程得到了优化。很多智能化的教学系统充分考虑学习者的个体差异,协助教师更好地因材施教,在教学过程中,系统可以当堂收集教学反馈,针对性布置课下作业;课下批改后,基于结果,系统可以推送更有针对性的习题等,教师则能够腾出更多的时间和精力关注学生互动、教学设计、专业发展和教育质量。

吴俊杰:我们在学校这个环境里呆了十几年,观察着一所学校的动力学机制,但与此同时也在畅想着各种可能性。那么,“人工智能+大数据”会不会替代高考?尤其是在今年的特殊情况下,教学考核都在被迫做减法,教育信息化的研究者都不得不思考一些学校和教育的本质问题。

张冰:这个问题,我相信它是会成为现实的,因为当前高考制度一锤定音,三天的考试分数将决定一个人一生的命运,这其中偶然因素较大。而且就算考出了不错的分数,在填报志愿时也很有可能会因为种种原因让梦想妥协于现实。多少学生为了最终应对好这份试卷而大肆练题,就是常说的学“傻”了,又有多少学生考场发挥失常而与人生梦想失之交臂,教师们的教学也只能围绕考题技巧进行,关注点并不是人的成长,可以说高考是当前为了选拔人才不得已的无奈之举。

有时候我在想,每一位教师因为与自己的学生朝夕相处了很多年,学生的学习状况、特长潜力恐怕他是最清楚不过的,但由于全国范围太大,教师与教师之间也会有水平和看法差异,此外人为因素过多也会有失公平公正。假设有这么一位教师,他与全国几千万的学生都朝夕相处了很多年,对他们的表现都心知肚明,那这位教师的看法会不会比高考更靠谱一些呢?

当前在中小学的课堂上,大数据带来的教学模式及教学理念的创新已经随处可见了。那么如果我们能将学生每天回答问题、完成作业等表现进行记录,辅以平时参赛、活动等方面相关数据综合进行分析,然后通过人工智能建立模型,计算出他的潜力与适合的发展方向。每所大学也根据自己的需求建立模型,学生与大学之间模型匹配度最高的优先推荐,这样通过一个无形的“教师”就可以更加以人为本地将人才推荐给大学。

当然,这个想法的实现也会有很大困难,从社会层面上讲,高考是一个事关阶级流动的重大选拔方式,其中大数据的采集如何避免人为参与是个问题。另外,人类情感非常复杂,不是能够用模型和算法精确衡量的,可以说只要人类不会被机器完全替代,那么人类的选拔标准就不会被机器完全替代。

吴俊杰:最近的中央全面深化改革委员会的第十四次会议也讨论了教育评价改革的相关内容,指出需要“针对不同主体和不同学段、不同类型教育特点,改进结果评价,强化过程评价,探索增值评价,健全综合评价……建立科学的、符合时代要求的教育评价制度和机制”,评价需要把合适的人放到合适的地方,如果不考虑成本一类的因素,让您建设一所人工智能主题的STEM小学初中高中的一贯制的学校,您会怎么做?

张冰:热爱教育的人心中总有一个理想的学校图景。我觉得可以分为体验与教学两个方面。首先我会将人工智能应用加入到学校生活的方方面面,让孩子们在日常生活中体验应用级效果,如食堂的机器人送餐等。我也会积极地将人工智能和大数据评价引入学校。

教学方面,可以将学校里应用的例子作为引子,让孩子们实际操作,做出一些实验室级别的样例:小的可以是上下课铃的北京时间校对以及自动打铃,中的可以是普通课堂上的答题机(教师可以直接收集课堂上的选择题结果),大的可以是创客空间人脸识别防盗门……这些都可以简化成一些孩子能自己动手做出来的样例作品。

此外,从学科融合的角度,教学中还可以做一些思辨的启迪,如开发翻译工具,让孩子们思考,为什么我们都能做翻译类的工具了,我们还需要学英文学科呢?这样做可以提高孩子的思辨性,对学习的意义会有更深的理解。

我也很关注高中信息技术的教学内容,以我2002年上大学读计算机专业的经历来说,高中和大学的课程从技术衔接上,约等于没有衔接。我高中学的Office,大学学的C++,完全是两个“物种”。STEM主题中,信息技术学科的基础地位及其与高校教学的衔接,应当特别重视起来。

为什么我们要上高中呢?那是为了提升综合素质,或者叫做学习能力。我理解的就是各种知识之间的“共通点”。当然也分很多层面,首先是心理层面,高中学习的经历能把一部分孩子训练成愿意接受挑战的坚毅的孩子;其次是理解与表达层面,逻辑或者说算法是其中非常重要的组成部分;最后才是知识与技能层面,只能说有一些衔接上的引子,可能思路上会有一些借鉴,但其实联系也并不是特别紧密。

大学的人工智能课程应该属于“专业学习”,但众所周知如果要深入学习人工智能,本科四年也有些不够。那么是否可以将人工智能中的一部分基础知识降维到高中开始学呢?这些知识需要全部学生都学吗?当然不是。所以我认为未来的高中,相对于以前的文理分科、选修,可以再细分一些领域方向,这样做可以承接一些大学的前置知识,让学习衔接更加自然。

吴俊杰:做过班主任的老师果然对学校的了解更加深入一些,看您的朋友圈,目前您带的初三学生正在备战中考,理想和现实平衡起来,才会产生真正的执行力。从教育供给侧的角度看人工智能对教育未来的影响,网课正在被更多的低年龄段的学生所接受,那么在未来,“智能排课+网络课程”会不会取代学校部分功能?

张冰:这个问题需要谈论的是取代哪些部分,学校也要看是哪个阶段的学校。

单说这个问题,那答案是肯定的。远有函授,中有可汗学院,近有疫情线上课堂,都在一定程度上成为一部分人的学校。而且线上教学通过跟踪每一个学习者的学习轨迹,经过平台大数据分析,以合适的难度和最适当的内容灵活规划学习内容,并在其中提供有效的指导、反馈和解释,有时效果甚至优于学校的线下教育。

但是学校也有很多不可替代性,首先从社会分工的角度来讲,孩子上学可以省下家长带孩子的人力。此外,从教育角度上来讲,学校的功能不仅仅是教学,更重要的还有育人,这就需要营造特定氛围,学校目前提供的同龄人社交氛围是单独面对冰冷的机器无法达到的。再具体到每一节课中,传统课程最大的优势在于它为每个学生提供了一个与教师面对面交流的机会,而网络课程则无法达到这一效果。这个过程不仅是接受知识,同时也为学生与老师交流思想、与同龄人交流、学会自己思考提供了机会。教师的引导与约束、同学的启迪与鼓励更大程度上促进了学习效果的达成,也促进了学生心理和思想的健康发育。我想,这也是由于新冠疫情上半年全国普遍都在上网课,但媒体却频频报道效果不佳的原因所在。

吴俊杰:人工智能教育带来的教学内容的变化和教学形式、教学供给、教学评价的变化都可以看作是一个教育大发展的机会,但如何维护好人工智能教育背景下的教育公平,仍然是一个值得关注的问题,我也没有想到我们推广编程、人工智能这么多年,在今年两会上丁磊委员“将少儿编程纳入学业水平考试”的提案仍然会掀起那么多的关于教育公平的讨论。

张冰:教育公平,我个人认为从绝对值的角度来分析是维护不了的。基础教育发展到今天,其他科目教育公平了吗?也还没有,但是我们一直在努力,包括很多支教政策的出台与信息化基建的投入。

所以我们只能讨论:人工智能教育是加剧了教育不公平还是让教育更公平,而不是人工智能教育是否能让教育公平。相对于以往,互联网的到来、网速的提升与慕课的流行很大程度上促进了教育的公平,将乡村学校与城市孩子享受到的教育拉近了一点距离。

 

以上说到的是技术支持了教学,但人工智能教育本身,到目前为止,我感觉还处在较初级的阶段,起码在我们本地的教材中是没有呈现的。虽然我们逐渐意识到了它的重要性,但如果不能大面积地在常规教学中推广,那么结果只能是城市、校外都学了,农村等不发达地区却没有学。这会不会是更大的不公平?

甚至我们还可以想象,如果农村孩子上了大学,发现城市孩子习以为常的东西自己完全没见过……那么他是能咬牙撑过来,还是直接被现实击晕?“课堂教学是人工智能教育的最后一公里”,我认为当下教育公平最紧要的就是能够在全国的课堂教学中普惠式地开展人工智能教育课程,不让每一个孩子错过这个时代。

吴俊杰:刚才说家庭教育也是教育供给的一个来源,现在不少家长也稍微懂一些编程,在学校没有开设人工智能课程的条件下,能不能发挥家庭教育的作用呢?您这边有什么样的建议?

张冰:家长是孩子的第一任老师,这很重要,而且是老师替代不了的。有很多家长在公众号后台问我能不能给他的孩子上网课辅导一下。我想他们误解了我的意思,我在公众号分享的课例都是从儿子小学一年级开始,我将我们父子俩的学习经历分享出来也是希望父母能够学会后将其作为跟孩子交流的小甜点。家长如果也懂一些编程,可以像我前面例子提到的带孩子用编程实现一些人工智能的功能,这个过程不是说教,而是拿出时间与孩子一起完成小例子探究与思考的过程。孩子行为习惯的养成不在于我们说教了多少,而在于家长在陪伴的过程中观察、发现与适时地引导。孩子在与家长一起完善作品的同时,不光收获了思维方式的丰富,更会收获行为习惯与学习品质的塑造。

此外,从人工智能主题结合编程的内容上看,以家庭为单位的学习也是很有必要的。孩子在学校学到的大量知识因为受学科壁垒影响,都处在“知其然而不知其所以然”的维度,当他面对一个没有标准答案的问题时,无法拆解问题到可以解决的范畴,因此就会出难以回答。生活的培养一定是要让孩子在看到事物的同时,理解事物为什么会是这样,思考自己能不能让它变得更好。家长不妨蹲下来,站在孩子的视角去思考问题的存在以及解决方法,尽可能地鼓励、支持孩子自己想出来,去尝试,去创造,去验证,去迭代。放下所有的焦虑、担忧、恐慌,就是单纯地与孩子共同参与这一件事,去悦纳、欣赏这个真实的孩子,任思维自由地跳舞,这将会是亲子教育中最美好的时光。

吴俊杰:听您最后的表达,特别想看看您开家长会的样子。人工智能会改变很多,但改变不了的是师者的一份爱心。最后一个问题是,您理解的人工智能是一个渐变的过程还是一个革命性的质变?

张冰:人工智能对我们生活的影响每时每刻都发生着量变,人工智能技术虽然还没发生质变但有望引起质变,关键点是能够带动新一轮的技术红利,拉动经济。我们目前身在这个变化的过程中,会觉得这是一个渐变的过程,多年之后回头再看则会是一场突然的质变。

从整个教育环境来看,现在人工智能教育的形态对于社会、学校、教师和家长来说都是新鲜的,大家都在摸着石头过河。当下也不可能会通过某个文件就能让一切就绪,这与我们工作的过程是一样的,很多时候不是领导力排众议把事情从零开始搞好,而是领导发现事情有可以搞好的趋势,有合适的土壤,才会抓住机会,力排众议,促成事情的逐渐达成。这个土壤,我觉得就是渐变。

后记

张冰老师是一位勤奋、温暖而踏实的教师,在一同拓展人工智能与创客空间2.0的疆界的时候,我能够感觉到张老师是一位值得信任的同行者。创客空间可以看作是一所STEM特色的“校中校”,从这个角度来看,每一位创客空间的教师都可以尝试着结合这一期的论题,探索一下如何去当这所自己心中的“校中校”的负责人,如何去处理主干课程、融合课程、学生自学、家校关系。这需要经验,更需要担当,还好,作为创客空间2.0当中的“智力担当”,学习人工智能不会让学生变傻,从当下以智力考核为主的评价机制来看,遇到的阻力会小一些,估计也会顺利一些。但显然人工智能教育有更大的发展潜力,从普及编程的角度上讲是让下一代人重新学会“写字”的过程,提升劳动力素质,更主要的是在社会人力资源和社会资源的优化配置的方面,其意义更大。虽然目前还不敢说这是一种“历史的必然”,也并不确定除去了“教育的偶然”的评价改革会引起多大的风波,但作为师者的那份爱心仍然是人工智能教育中的不可或缺的成分,立德树人从自身做起永远是教育的不二法则。


文章刊登于《中国信息技术教育》2020年第13/14期
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