武迪：為學生打開通往人工智能的大門

人工智能時代已然來臨，如何發展和加強人工智能教育是我們當下面臨的重要課題。走進中國人民大學附屬中學信息技術教師武迪的課堂，你會發現人工智能課原來可以這樣上：人工智能“看”世界、人工智能中的數學建模、人工智能與關于心智的生物學……“通過AI跨學科教學，培養學生的創新能力和智能素養，是我根深蒂固的教育信條。”十一年的教學生涯，武迪始終堅持交叉創新、堅持開辟人工智能課程新樣態，把最新動態和前沿技術融入人工智能課堂教學。

中學博士教師與人工智能的不解之緣

武迪是國內較早探索、實踐人工智能教育的中學教師，這源于她深厚的學術背景。武迪本科畢業于南京大學電子科學與工程系，憑借優異的成績，以直博生的身份被保送至清華大學自動化系，跟隨戴瓊海院士投身前沿的交叉學科研究。讀博期間，武迪前往美國麻省理工學院接受聯合培養，正是這次學習經歷，為她日后選擇成為一名中學教師埋下了種子。某次，武迪與在同一間實驗室做博士后項目研究的哈佛大學畢業博士交流，得知他出站后要去美國東北部的一所高中任教，武迪很是驚訝。隨后她默默調研了這所高中，發現該校不少老師都是哈佛、耶魯、麻省理工等名校博士，培養的學生畢業后大多成了各行業的領軍人物。

與此同時，武迪發現，許多科技巨頭紛紛成立人工智能實驗室并加大研究投入，盡管當時人工智能在多個領域的應用還處于早期階段，但武迪已預感到人工智能未來巨大的發展潛力。教育作為塑造未來的關鍵力量，應與時俱進，緊跟時代步伐，培養屬于未來社會的人才。自此，武迪明確了自己未來的職業方向：進入中學，做教師。她希望能延續自己博士階段的交叉創新研究，帶領學生接觸人工智能這一前沿領域，培養學生面向未來的智能素養和高階能力，期望學生成為“人工智能的主人”，掌握與人工智能協作共生的技能，提高未來競爭力。

“堅持做別人沒做過的事”

2013年入職人大附中后，武迪憑借扎實的學術基礎和研究功底，在人大附中開放的課程平臺上，聚焦人工智能+X跨學科教學，堅持每個學期開設一到兩門新課。經過十余年的課程探索，她與團隊共同建設了人大附中“橫向跨學科、縱向分層次”的人工智能課程體系，橫向跨學科是指在學科整合的大框架下，從人工智能學科基礎和應用兩方面，挖掘與其他學科的交叉創新點，縱向分層次是指面向學生的不同需求，服務于學校已有的“一核兩翼三層級”課程體系。盡管從零開始研發人工智能課程的過程困難重重，但武迪從未有過猶豫和退縮，特別是想到戴瓊海院士“勇闖無人區，堅持做別人沒做過的事”的教誨，她便更加堅定自己的選擇。

要實現“開課”，首先得“挖課”。武迪從頂層設計出發，綜合國家政策、教育發展走向、時代背景以及自身研究興趣，充分考量學生需求與核心素養，探尋并選擇適合的課程主題。她通過多種途徑與人工智能領域頂尖科學家建立聯系，帶領學生拜訪交流，使學生深入了解前沿領域、明確自身興趣。武迪自己也在這個過程中不斷學習與思索，尋找課程開設方向。武迪將這種方式稱為“走近大師”，她堅信課程的最終目的在于育人，作為教師應向學生播撒知識的火種，通過“一朵云推動另一朵云”的方式提升學生的思想境界。

此外，武迪積極參加國際學術交流會議，及時掌握當前人工智能研究領域最新成果，密切關注人工智能國際課程與前沿研究態勢。立足學生實際發展需求，通過借鑒國外優秀課程教學經驗，開展本土化課程與教學創新。同時，武迪也經常與畢業后進入科研領域的學生交流，從中獲取各行業的前沿學術研究動態，為課程開發尋找新的靈感和學科交叉融合點。

解決了開課方向和主題，還需要解決“教什么”的問題。在武迪看來，隨著人工智能發展趨勢的不斷演進，在不久的將來，運用人工智能者與未使用者在工作、學習與生活中將會呈現出巨大的差距。而人工智能教育的使命就是幫助學生發展智能素養，為未來夯實基礎、做好準備?；诖?，武迪將教學內容明確為兩大板塊：一是人工智能學科自身范疇，涵蓋人工智能的基礎知識、思維邏輯、科技倫理以及人工智能與人類和社會的關系等；二是聚焦人工智能的跨學科創新教學，沿著人工智能歷史和前沿兩個方向，從人工智能學科基礎（人工智能+X學科）和前沿應用（學科+人工智能）兩方面，挖掘與其他學科的交叉創新點。

好的課程設計是確保教學內容充分發揮效果的關鍵。武迪認為，對于人工智能跨學科教學而言，聚焦信息素養中的計算思維目標是一條非常關鍵的課程設計主線。每當與其他學科開展人工智能跨學科教學時，武迪都會探尋該學科核心素養與計算思維的契合之處。以“人工智能中的數學建模”課程設計為例，武迪首先明確課程目標是為學生講授人工智能所需的數學思維邏輯，幫助學生理解人工智能算法背后的數學原理。而后，武迪與合作開課的數學教師查閱相關資料，選定以吳軍博士《數學之美》中的數學基礎和數學模型為依托，進行模塊圖論、密碼學等內容的教學，繼而擬定詳細的教學計劃，結合生動、有趣、前沿的應用實例，與學生助教共同設計經過抽象簡化后的課堂實踐活動，從而讓學生通過跨學科應用實踐掌握AI算法。

人工智能教育要教會學生深度學習、解決問題

武迪認為，基于人工智能自身的交叉性和跨學科特質，其與計算機科學、數學、物理等諸多學科緊密相連，僅靠單一學科的內容無法全方位支撐起學生智能素養的培育，因此十分有必要融合其他課程，進行跨學科教學，促進學生進行人工智能相關內容的遷移創新與思維碰撞。

在跨學科教學中，武迪依據教學內容、學生的知識基礎與認知能力，運用“深度學習”模型開展課堂教學。首先通過聚焦信息素養、所交叉學科的核心素養及跨學科融合與遷移應用，確立素養導向的學習目標。接著，結合人工智能的跨學科基礎和應用，提出引領性的學習主題。而后為學生布置以真實問題解決為主線的挑戰性學習任務。待學生完成任務后，武迪采用學生自評、互評等方式對課堂任務進行全面評價，并與學生一同系統總結概括問題解決的過程，使學生能夠觸類旁通，將本堂課所學方法靈活遷移應用于類似問題，形成自己的學習成果。

以武迪與生物教師合作講授的人工智能機器學習領域的代表性啟發算法——遺傳算法為例，課堂上，武迪以人類雙足行走的動畫視頻引入教學情境，生物教師引導學生提煉進化論的關鍵要素并梳理邏輯關系：人類群體初始行走姿態搖擺不定，頻繁跌倒，但人類會選取每一代中行走表現相對出色的個體作為繁衍下一代的父輩基礎，以此不斷進化。在明晰進化邏輯后，武迪與生物教師共同設計了小組活動，讓學生自編劇本并進行遺傳算法情景表演，以此使學生深刻領悟進化論本質。隨后，武迪將進化論邏輯延伸至下半場的課堂活動——讓計算機學會“說話”，即讓計算機從對文字一無所知到生成一段既定文字?？紤]到課堂時間有限，且從頭編寫這個程序對學生來說難度較大，武迪并沒有選擇讓學生從零開始寫代碼，而是給到學生程序框架，并空出關鍵部分。學生從生物學視角理解算法思維的相關原理后，填寫這些空白部分，以此完成課堂實踐?！爱攲W生看到自己填寫的程序能夠成功在電腦上運行時，都感到非常興奮?！?/p>

“人工智能工具更新換代極快，可能學生今天剛學會一種，明天就有更高級的工具出現?！痹谖涞峡磥?，人工智能教育的重點并不是教會學生使用多少種工具，而是基于真實問題，引導學生根據現實需要，選擇合適的人工智能工具，使學生獲得運用計算思維分析和解決問題的能力。

懷揣著對人工智能教育的無限熱忱，武迪以專業的知識和創新的教學方法，為學生們打開了一扇通往人工智能的大門。她堅信，在不久的未來，人工智能課程定能如普通學科課程一樣，來到更多學生的身邊。