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“同學們，我們回憶下剛才的游戲，如果用人眼去分辨一個人，首先是不是得見過他、認識他？然后還要記住他的模樣和特征，對著照片進行逐一比較，最后把他找出來。那么，機器（AI）是如何實現這個功能的呢？”
近期，在青島市嶗山區一場人工智能公開課上，郭春蕾向學生們拋出了上述這個頗為專業的問題。
郭春蕾是青島嶗山區第二實驗小學的信息技術學科專任教師，從教已有五年，目前正在給學校四年級14個班中的3個班上人工智能啟蒙課。
人工智能公開課上郭春蕾與學生互動（受訪者供圖）
嶗山區第二實驗小學是青島大規模推廣人工智能教育的試點學校之一。2019年9月開學季，在青島教育局的統籌下，人工智能基礎課程進入青島全市100多所中小學，上課的學生數達兩萬多。
近幾年，雖有不少地市學校開設人工智能課，但類似青島這般在全市大規模推廣，放眼全國，這樣的案例也是寥寥無幾。
青島為何如此重視人工智能教育？
“鄧小平曾說計算機要從娃娃抓起，所以后來就出現了馬云、馬化騰等人。但整個山東區域，包括青島，我們在那個過程中慢了。現在人工智能的興起給了我們一個新的機會，這也是為什么省委、市委這么重視。”青島市教育局副巡視員姜林在接受雷鋒網等采訪時說。
作為北方經濟的標桿，山東省GDP常年穩居國內第三，但近年來，山東與廣東、江蘇二強的差距呈擴大之勢，而與追趕者浙江的差距卻在不斷縮小，從經濟層面看，山東在產業結構以及科技創新方面存在一些差距。
去年總書記在視察山東及青島時曾指示，山東要主動融入國家開放大局，打造對外開放的新高地，要求將青島建設成國際化大都市。山東省委也表示要將青島打造成面向世界開放發展的“橋頭堡”。
在新目標下，山東開始著力推動科技創新。2019年5月，山東省印發《關于大力推進“現代優勢產業集群+人工智能”的指導意見》，提出要發揮人工智能的“頭雁”效應，推動全省新舊動能轉換；而青島也希望借助人工智能，改造提升傳統產業，培育壯大新興產業，搶占新一輪產業競爭制高點。
圖片截自：山東省人民政府官網
總而言之，山東乃至青島希望通過發展人工智能產業，推動經濟結構轉型升級，在區域競爭中，實現彎道超車。
發展人工智能產業，沒有人才基本就是空談。而人才的培養需要從基礎教育抓起。早在2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，提出實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程。
2019年1月，為了給人工智能產業發展提供人才保障和智力支持，山東省教育廳下發通知，在全省成立人工智能教育領導小組。人工智能教育領導小組負責全面統籌山東省教育系統的人工智能工作，加強對人工智能教育工作的組織領導，結合山東教育資源的特點與實際，開展人工智能基礎知識的普及工程。
2019年2月，山東省委常委、青島市委書記王清憲曾在會議上就人工智能教育作出指示，要求培養一批操作型、技能型的人工智能人才。
姜林在采訪中也強調，希望通過發展人工智能教育，使得青島能夠成為引領人工智能乃至其他新技術發展的關鍵性人才的高地。
從上到下，山東已經認識到，推廣人工智能基礎教育的緊迫性和重要性。而作為整個山東對外開放發展的橋頭堡，青島在全市百所學校試點推廣AI課程已然走在了全省教育改革的前沿。
上好一堂人工智能啟蒙課
在人工智能公開課上，郭春蕾給學生布置了兩個小“游戲”。
課程剛開始，她就給學生們布置了第一個小游戲：在電腦相冊中把某位同學的所有照片全部找出來。
時間到了，課堂有點安靜，似乎還沒有學生能夠完成這個任務。于是一位學生向老師提出說可以用人工智能去解決這個問題。但郭春蕾沒有急于探討如何使用人工智能，而是舉例說明照片分類的重要性
接下來，郭春蕾則正式開始了她的人工智能啟蒙第八課“人臉聚類” 。
為了讓學生們理解人眼分類的過程，郭春蕾布置了第二個小游戲“火眼金睛”。她在屏幕上放了12張學生的照片，隨機說出一個學生的名字，看誰能夠最快在12張照片中找出該學生位置。
學生們搶答完畢，她開始和學生討論人眼識別一個人的過程，于是就出現了開頭那一幕，郭春蕾通這個游戲，引出了機器如何實現人臉聚類的話題。
郭春蕾一邊講解一邊在黑板上將人工與機器實現“人臉聚類”的步驟分別列舉出來。
公開課上，學生正在聽老師講解“人臉聚類”（圖片來源：雷鋒網）
她總結道，機器要實現一個功能，本身就是模擬人類的過程。機器識別人，首先它要檢測到人臉，一個臉才能定位到一個人，衣服和背景不能。
“檢測到人臉后，我們要記住模樣，其實你記住的是這個人的特征，再逐一對比，最后把這個人匯總在一個文件里，我們有一個專業的術語，叫‘人臉聚類’。”
講到這里，老師想讓學生知道“特征”的重要性，就讓學生用詞語來描述她的臉部特征。
“但是單單用語言描述一個人的臉是不能確定這個人的，所以科學家們提取了人臉上的68個點，用來描述一張臉，并且通過很復雜的辦法將這些點轉化成一系列的值來精確的確認這張臉，這個過程其實就是提取特征值。”
學生在談對人臉聚類過程的理解（圖片來源：雷鋒網）
提取完特征值后，需要對兩張臉進行相似度比較，得到一個值，“相似度越高就越像，如果相似度達到一定程度，那么我們就認為這兩個人是？”
“是同一個人！”學生們回答。
“那么我們再和相冊里所有的照片進行對比，按照相似度從高到底進行排序，那么相似度很高的不管他是笑還是其他表情，放在一起，是不是實現了照片分類？”
郭春蕾用了約半節課給學生講了機器識別人臉的基本原理，接下來，她讓學生打開電腦中商湯SenseStudy AI實驗平臺用python編程進行實驗，進一步體會人工智能軟件是如何實現人臉聚類的：
1、調試training函數，提取人臉特征；
2、調試test函數，對比所有照片；
3、運行結果，記錄實驗數據。
三組學生按照步驟完成上述實驗操作，然后小組長將各組實驗結果和數據上報給老師。
學生正在使用商湯AI實驗平臺進行實操（受訪者供圖）
實驗結束后，郭春蕾又以搜索引擎、電商平臺上的“以圖搜圖”和物流機器人為例，講述人工智能在日常生活中的應用，讓學生感受互聯網、人工智能技術的發展和對生活的影響。至此，這節“人臉聚類”才算完結。
課后談及對人工智能課的感受，有的學生認為人工智能課最有意思的是，老師在電腦上輸入指令，就能夠指揮電腦上的虛擬機器人向前走動；還有學生表示，非常喜歡機器人中的傳感器，并對它們的作用非常好奇。
在人工智能課上，學生也會用到一些編程軟件。郭春蕾認為，算法是非常復雜的，他們的目標是教給孩子的是一種做事情的邏輯，而不是理解理論內部語句，如果她講具體的算法等內容，學生就會對人工智能課失去興趣。
“我們是屏蔽底層的細節，因為編程是針對算法一步一步的，不是一下生成結果，要先摳出一張臉來再提取特征再到最后的照片檢測，它是一步一步的，對應著孩子的操作步驟和調試過程。我們不能干講，我的程序確實是這樣按部就班做的，但我們的目標還是通過這個編程，加深孩子對算法的理解、體會。”
郭春蕾認為在人工智能課上，最困難的是讓孩子能夠理解大人能理解的東西，也是他們重點要解決的問題。她在接受采訪時表示，大人看似很簡單的東西，想讓孩子們理解卻不容易。每次遇到這種情況，她就結合孩子的生活實際來舉例講解。
背后的故事
給學生上好一堂人工智能課，顯然不是一件容易的事。
為了在全市推廣AI教育，青島當初面臨的首要問題是沒有足夠的專職教師。
姜林認為，既然沒有足夠的AI課老師，就先從學校內部挖掘培養。首先是找學計算機、信息學相關的老師，有興趣的就成編制的去培訓。“培訓中也有很多故事，有的老師越學越激動，感覺似乎打開了一扇窗，也有越學越吃力的，年紀輕點的老師學有余力的多。”
“我們也會擴大篩選范圍，有些物理以及文科老師，對這個感興趣，學校也認可的，可進入第二批培訓。最終我們不完全是以學科來定，而是看老師實際的能力。”
給嶗山區第二實驗小學上啟蒙課的郭春蕾老師就是計算機專業出身。之前出于興趣，她曾自學過一些人工智能知識，所以當初就去報名兼任AI課的老師。同時，為了給學生上好啟蒙課，她經常會去參加市里組織的AI教育培訓活動。
按照規劃，教育局計劃先從這100多所試點學校中培養出一批骨干種子教師，幫助他們成長為有理論思考、有實踐經驗的專業AI課老師，最后通過這批種子教師繼續培訓更多的師資。
據青島市教育裝備與信息技術中心副主任劉秀元介紹，師資培訓是走在開課前的，青島和商湯人工智能教育研究院合作，一共培訓了五六批，共300多名AI課老師。“而且青島的STEAM課程實行了很多年，老師們在這方面經驗比較多，他們也接觸過一些機器人課程。”
老師們在參加商湯組織的AI教育培訓（受訪者供圖）
雖然小初高同步開設了AI課，但老師們參加的是統一的培訓內容，暫時還未能按照學段來分層培訓老師，所以如何把握小初高AI課的難度和教研設計，對他們而言都是一個新課題。
隨著人工智能課的開課，老師在準備過程中還是會有些難處和壓力，多數是計算機、數學和物理老師兼職過來做這件事。姜林表示，雖然已有人工智能專業畢業的老師，相較需求而言，專業的老師還是相當缺乏的。
其次，人工智能課是一門手腦結合的課程，學生學習教材上的AI知識，相應而言，還要上機做實驗把它復現出來，于是就需要超算平臺支持。
“小學是啟蒙，到了初中和高中還有一個AI實驗室，有些程序編完了以后會指揮小車按照軌道跑（自動駕駛實驗），指揮機械臂去動，或者指揮機器人去完成一項任務，這都是我們人工智能課程中涉及到的。這些程序都是基于超算平臺運行。”青島市嶗山區教體育局張澤治說。
但算力資源是有限的。為了避免青島2萬多學生在AI課上同時做實驗造成算力緊張，所以需要對算力進行合理分配，因此由教育局統一進行排課。
“所以每個學校的課時分配，學校自己都說了不算，可能得在區域里統籌分配。我們在開學初就排好了，到那個點課時已經定好了，這個班必須去上課，不上就浪費這個算力了，其他時間想補這個課，就提供不了算力，因為其他班正在上課。”劉秀元強調。
人工智能再重要，學校里還是有其他一些更重要的任務，例如升學，所以在課時協調方面也有不小難度。正是要協調算力資源，有的學校第一節可能就被安排上AI課，一般情況下這樣其實很難被接受，但還是得有人上。
據介紹，青島第一期按照“1+4”規劃超算平臺，即市教育局有一個平臺，四個區同時也布置各自的平臺。四個區負責各自學區的算力支撐，同時市教育局的平臺作為公共共享服務平臺，隨時能支援各區，這樣就形成了兩級保證，使得課時排布、教學教研都能順利開展。
最后，老師、教材有了，為了完成教學任務，還需要與AI課相匹配的輔助性內容。由于剛開始試點，作為一門新課，基本上沒有太多教輔類資源，還需要在課程實施過程中由學校和老師自己來生成。
同時，姜林提到，以這次人工智能教育的試點為契機，青島教育主管部門想要改變以往的教輔資源采購模式。
“原來是教育主管部門和幾位專家去購買配套資源也好，是邀請別人送過來也好，這是幾個人定的。這次我們想拿人工智能教育做一個全新的模式，尊重一線教師，一線教師要什么才是我們要去采購、編寫和尋找的目錄，改變原來買回來后讓老師用、但好不好用不知道的模式。”
劉秀元表示，課程剛開始推行的幾個月，這些困難還是比較大，但作為一個新鮮事物，課程在其他方面得到了很多支持，“青島從上到下的政治大環境有了，推進過程中還是比較順利的。”
開課后，1500名學生積極報名AI課
經過頂層設計和統籌規劃，青島想以人工智能教育課程為載體，培養一批操作型、技能型人才。
由此，青島也提出了“1+4+100”行動方案，在全市普及的基礎上，確定嶗山區、城陽區、西海岸新區、膠州市四個區市作為試驗區重點推進，重點打造100所實驗校。
嶗山區副區長張詠雁在采訪中認為，2019年3月，商湯科技人工智能教育研究院落戶在嶗山區，這對嶗山區來說是一個非常重要的開始。
“在人工智能教育方面，區里也是加大了投入。到現在為止，我們一共投入了1100多萬元用于學校里人工智能教育軟硬件設施的建設。”張詠雁說。
青島某學校學生們正在上AI課（受訪者供圖）
據張詠雁介紹，嶗山區當初遴選了23所學校，作為人工智能教育第一批開始推廣的基地，其中包括5所引領型的實驗校，還有18所規范化的實驗校。這些學校，從2019年5月就開始慢慢開展人工智能教育課程。“像今天上的人工智能課，到現在為止有1500多名學生積極地報名。”
“我們的目標是到2020年，我們希望嶗山區所有的公辦中小學都要達到青島市人工智能實驗校的標準，讓人工智能教育能夠達到常態化的水平。”
張詠雁表示，現在講人工智能賦能百業，嶗山區從教育方面做起，想做成比較好的示范點。在人工智能對其他行業的引領帶動方面，“我們下一步還要加大力度，再多做一些工作。”
同時，據張澤治介紹，嶗山區很早開始探索素質教育工作。2009年，嶗山區就做了機器人比賽，2016年開始接入STEAM課程，“后來我們遇到了瓶頸，商湯這次一介入，我們的工作正好就順下來了。”
張澤治表示，現在嶗山區大部分學校對機器人、人工智能教育是非常感興趣的。他們原計劃在嶗山區第二實驗小學只收50名學生，但是學校后來報了400人，相當踴躍。
“孩子們對科技感興趣了，反過來也會很積極地學習語數外。這種精神狀態，無論是學生還是老師，都表現得非常積極。”張澤治如此形容AI課的效果。
人工智能也要從娃娃抓起
“站在我們的角度來講，更重視的是小學。因為小學是一個大的受眾群體，教給學生的不是具體的算法，交給學生的是打開人工智能這扇窗，讓學生有思維邏輯方法，知道人工智能是這樣的。”姜林在接受采訪時如此看待在小學開設人工智能啟蒙課的重要性。
劉秀元介紹，青島人工智能課程走的是全學段，高中、初中和小學都有開設。當初考慮到學校的接受能力和師資準備，在全市遴選了100多所學校作為試點班，后續總結經驗教訓后再向全市推廣。
目前人工智能課并沒有納入國家課程體系，但國家允許地方和學校自主選擇開設部分校本必修課程。所以，這100多所試點學校的人工智能課其實走的是校本必修課程，保證每周會上一節，學生可自主選擇。
對于青島教育局來說，由于是首次在全市范圍進行AI教育試點，所以他們首要的目標是要保障本學期教學任務的順利完成，按照教學計劃、教學進度有序推進，直到這學期結束。
劉秀元提到，為了調動師生的積極性，他們還有很多教學配套工作，例如建立相應的人工智能競賽交流體系，讓老師和學生能夠在學習過程中有一個更高的訴求。
人工智能交流展示會（受訪者供圖）
隨著課程的有序開展，青島也計劃將人工智能教育總結發展成為一套經驗模式。
“剛才說了教學的目標，站在我們青島教育行政主管部門的角度考慮還有一個模式的目標。剛才也說了很多困難，但我們堅定一個想法，發展是解決問題的關鍵，只有在做的過程中才能發現問題，才能看怎么解決問題，這個怎么辦就是一套模式。比如師資配置的模式、老師授課的模式，后面老師教研活動的管理、應該誰來管、管到什么程度，甚至包括獎勵措施、老師積極性調動的措施，還有以什么標準來評估小初高學生的學習效果等等。”
姜林表示，這個模式需要由青島教育行政主管部門來做。他們的想法是，從9月開始，等到一個學期甚至一個學年結束后，要靜下心把青島模式穩定下來，包括教研活動、教師培訓、學生上課評估等等。待模式穩定后，在這個基礎上再高層次地去推進青島的AI教育。
據商湯科技教育事業部總經理尚海龍介紹，人工智能教育研究院落地嶗山后，已經吸引了全國大概8個省、自治區、直轄市的200多名老師前來培訓，而且有不少地市的教育廳表示想來青島接受培訓，并且要來青島參觀學習學校的現場教學。“等到一個學期結束、一個學年結束后，我們也會系統性的請內外部專家共同交流、評比、總結，逐步形成越來越好的青島經驗。”
2019年國家統計局、人社局和國家市場監督總局發布新職業報告稱，未來5年，12個新職業人才缺口將達3000萬，而人工智能工程技術人員人才缺口將達500萬，人工機器人系統操作員和運維員人才缺口也有500萬。
未來，人才缺口的問題只能從基礎教育抓起。這樣看來，人工智能從娃娃抓起，人工智能教育實踐經驗的總結和推廣，更顯得尤為必要了。
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