“概率学习能否对现有神经网络框架不能够很好解决的，含有隐含状态的问题进行一个好的补充？”在清华大学举行的计算机视觉与深度学习讲座中，高三学生于孟白提问。这让商汤科技-香港中大联合实验室的林达华教授大为惊叹：“这是我读研究生时才能提出的问题。”
这份惊叹恰是一个生动的注脚，吸引着我们去探寻北京人工智能教育的过去、现在与未来。
分层教学 满足学生的多样需求
据了解，人工智能课程内容在《普通高中技术课程标准(实验稿)》(2003年版)中就已经包括。目前全国使用的五套教材中都包含有“人工智能初步”模块，教材已经使用了十几年。2018年各种机构编写的人工智能相关教材有十几套，包括基础知识、应用、技能、操作、思想方法等内容。“但现在各家的思路不一样，差距很大。目前学界对于人工智能的概念还没有清晰准确的定义，中小学人工智能相关课程内容如何构建，和以有的信息技术课程如何衔接，这是一个亟待解决的问题。”北京教育科学研究院教研员王振强说，“实际上，目前学校使用的大多是校本教材。”
早在 2003 年，人大附中就开始开发机器人相关课程。经过不断探索，学校已构建起由基础类课程、发展类课程和高端类课程组成的 “人工智能 X”课程体系，开设了机器人、数据挖掘、计算机视觉、无人驾驶等20多门课程，使学生实现从感知到认知，再到创新的提升，全面提升学生的信息素养。 2018年，学校成立了全国基础教育阶段首个人工智能实验班。
北大附中结合智能硬件开设了人工智能相关课程，衍生出开源硬件基础、python程序设计、简易机器人制作以及智能小车挑战赛等课程，涉及科学、工程、艺术、数学等多个领域。
从本学期开始，北京市东城区确定一师附小、府学胡同小学、青年湖小学、黑芝麻胡同小学、前门小学和培新小学首批六所实验校开设人工智能课，各实验校安排相关人员组成实验小组，在整体课程体系中安排人工智能教学时间，并分别基于本校实际制定了研究和实施计划。在实验的基础上，今年秋季东城区各小学将全面开设人工智能课。
能者为师 组建跨学科教学共同体
13位专职教师，其中7位博士，多数毕业于计算机、自动控制、机器人等专业……这是一支实力雄厚的团队，他们挑起了人大附中人工智能教学的大梁。但授课教师远不止13位，数学、语文、生物、化学等多个学科的教师参与了人工智能课程开发和实践。一些学有所长的学生也走上讲台，朱星宇曾担当两门人工智能课的课程助教，把原本枯燥的人工神经网络讲得深入浅出，并且手把手指导同学实践。他希望像带他入门的学长孙逸潇一样，带领更多的学弟学妹感受计算机编程与人工智能之美。
以《人工智能与关于心智的生物学》为例，它由计算机科学教师武迪与生物教师和渊合作授课，信息教师张思做合作教师，还有毕业校友、高年级在校生团队做课程助教。“能者为师。跨学科组建的教学共同体，正发挥出学科交叉、团队协作的良好作用。”人大附中信息技术教研组长、信息中心副主任袁中果说。
一批大学教师走进了北大附中人工智能的课堂。北京大学地空学院副教授陈斌就是其中一位，本学期，他在北大附中开设了《人工智能初步》《python语言程序设计》两门课程，每周上4节课。此外，自2017年以来，北大附中与北京大学联合创建了信息创新实验室，开设了《人工智能与信息社会》和《python艺术编程》等课程。与北京理工大学联合创建了综合创新实验室，开设了《水下机器人》课程。与此同时，通过翱翔计划、英才计划等提供的平台，一些学有所长的学生得以走进高校的实验室，参与前沿的人工智能课题。“这些课程需要教师具有工科背景，擅长硬件编程，对硬件设计有一定的了解，能熟练掌握python、C等编程语言。如果能够具备硬件设计能力，能够根据学生的需求设计合理的硬件平台，引导学生思考问题，帮助学生解决问题，会对学生的学习更有帮助。”北大附中信息与通用技术中心主任毛华均说。
激发兴趣 循序渐进开展教学
北京黑芝麻胡同小学、府学胡同小学在二年级尝试开设了人工智能课，老师格外注重“互动式”“游戏式”的教学方案设计。在《机智如我》课程中，通过蚂蚁佐罗识别同卵四胞胎的视频，让孩子们对人脸识别有了直观的了解，对人工智能识别技术产生了浓厚的兴趣。黑芝麻胡同小学教师刘晓烨深有感触：“学生兴趣浓厚，促使老师不断学习。这个过程是老师和学生共同学习，共同进步。当他们一旦入门，有些学生会在某些问题上成为老师的老师。”
为了符合中学生探究性强的心智特点，中学课堂则设置了更多动手实践环节。在开源硬件基础课上，北大附中陈清伟老师引导学生通过观察、思考、设计、制作、试验等活动获得丰富的学习体验，在生活中发现问题，在实践中解决问题，在活动中获得知识。一批人工智能项目成果让人耳目一新：以智能摄像头为主要模块，设计了号贩子预警器；针对全色盲患者不能识别颜色的问题，利用颜色识别模块和MP3播放模块，色彩音乐转换手表；而智能体育运动评测器则可以自动监测任何手持运动器材或胳膊的运动数据。
除了讲授前沿知识，培养学生的人工智能思维，关注人工智能时代的伦理问题也是教学的重要内容。在袁中果的“人工智能应用规则与伦理”一课上，他接连向学生发问：机器人公民涉及哪些伦理问题？无人驾驶汽车上路会带来哪些法律问题？人工智能在新闻领域的应用可能带来哪些社会问题？……引发学生热烈讨论和深入思考。
直面挑战 实现师生的共同成长
王振强毕业于物理专业，2000年改行从事信息技术教育，他坦言：“中小学普及人工智能课程，对师资挑战很大。缺少能够胜任相关课程的教师，导致一些中小学的人工智能课程还处在起步阶段，而且课程难度不高。”
据介绍，某些学校人工智能课程存在两种倾向：一是将大学人工智能专业性知识简单下放，违背认知规律，学生缺乏兴趣；二是过分注重体验，课上全是零散的应用，缺少系统知识的支撑，一时热闹，难以激发学生长久的兴趣。建议从不同地区不同学校的实际出发，针对不同知识水平的学生因材施教，避免有的学生吃不饱，有的学生吃不下。
北京市东城区曾针对信息技术教师做过一项调查，数据表明89.29%的教师愿意参加人工智能教学研究。一场原计划20人的小学人工智能教学与实践圆桌研讨会最后报名来了60多位老师，“那时明显感觉老师们对教学中的问题无所适从。” 东城区教师研修中心教研员郭艳玫记忆犹新。形势逼人，只能迎难而上。在人工智能实验校微信群里，30多位老师随时在线，沟通教学心得。每两周一次的教研活动中，老师们互相切磋，讨论热烈。
功夫不负有心人，5月29日，由东城区小学信息技术骨干教师历时近一年编写的《人工智能》一书正式发布，全书共两册，包括走进人工智能、知识表示与理解、机器理解、数据、算法启蒙、机器感知，综合实践七个单元。今年9月，该书将在东城区各小学推广使用。“下一步我们将把小学人工智能教师梯队建设作为一个重点工作来抓。”东城区教师研修中心主任马福贵说。
人工智能课程不断迭代更新，对科班出身的年轻教师也是挑战。身为清华大学计算机专业的博士，梁霄丝毫不敢懈怠，先吃透基本原理，然后再找精彩的案例去呈现，“两个老师打磨一门课，比写博士论文还累。” 4月10日，人类首次拍摄的黑洞照片发布。通过阅读海量资料，仅仅8天后，武迪和梁霄两位老师就推出了一节黑洞成像专题课。
学生也在不断成长。2017年1月，在准备“登峰杯”数据挖掘竞赛期间，朱星宇和队友使用深度学习算法，得到了一种预测奥运会奖牌榜的算法，准确率甚至超过了以使用传统方法进行分析预测见长的高盛集团，顺利进入了总决赛。随后，他们依然使用深度学习算法，对电视剧在线播放与电视端收视率进行预测，获得总决赛一等奖。
此外，朱星宇曾加入清华大学天体物理中心的科研团队，进行恒星光谱的研究。在接触深度学习算法之后，他开发了一套基于深度学习的光谱特征提取与分类程序，在速度上大幅超过了国家天文台现有的分类方法，在北京市青少年科技俱乐部的科研评议中获得“突出”评级。目前，朱星宇就读于杜克大学数学与计算机专业，努力在基础研究方面有所成就。
自开设开源硬件课程以来，北大附中学生已在《无线电》杂志发表论文20余篇，《一种智能家居环境控制系统》等7项发明获得专利授权，在全国青少年科技创新大赛和全国中小学电脑制作活动中获得多个奖项。
更多的学生立下了将来从事人工智能研究的志向。在看到清华自动化系戴琼海教授展示的仪器观测到的小鼠脑神经活动时，王岳卿非常震撼：“我看到了人工智能未来发展的方向，希望将来能在这一领域做出贡献。”
资源共享 推进智能时代的教育均衡
采访中，记者欣喜地看到，一些走在人工智能教育前列的学校正通过资源共享，以期推进智能时代的教育均衡。
东城区计划通过骨干教师的区外培训、做辅导报告、撰写发表教研论文等形式输出小学人工智能教育的东城模式和经验。
2018年，人大附中联合澳门培正中学、清华大学人工智能研究院等联合举办了第一届“世界人工智能周”，倡议将每年十月的第四个星期为“世界人工智能周”，开展人工智能课程、讲座、展示等一系列科普推广活动，并邀请全世界的中小学一起参与，助力人工智能教育。
学生也在行动。当得知因缺少师资，新疆阿瓦提四中的开源硬件平台Arduino和机器人套装等实验设备一直闲置，钱万里联合周涵之等同学，为新疆的小伙伴们录制了人工智能和机器人智能控制特辑，为万里之外的边疆学校提供技术支持。
“我们的优质资源能不能覆盖到其他学校？这是学校一直思考的问题。“袁中果说，”今年暑假，我们将启动人工智能师资培训计划，为学生免费开办人工智能夏令营。此外，我们还计划将优秀的课程资源放到网上，免费让老师访问。”
据悉，北京市将进一步推进中小学人工智能普及教育及实践活动，实施青少年人工智能素养提升工程，全面储备未来人才。未来已来，未来可期。