基于科学素养的机器人教育与人才培养——访清华大学人工智能研究院院长张钹院士

随着2017年国务院印发了《新一代人工智能发展规划》,其中明确指出应在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科,培养复合型人才。这为从小学开始开设机器人课程,落实STEM教育理念中的跨学科教育和科学素养提供了最佳入口,由此,机器人教育再度成为教育热点。机器人教育被现代教育学家认为是培养学生创造力和想象力的有效工具,集机械、电子、编程、物理、数学、艺术设计等多学科于一体,有助于学生的逻辑思维能力、创新精神的培养和实践动手能力的培养,同时也为我国理工科人才的建设奠定基础,契合我国课程改革的趋势与需求。2017年起,以浙江为先的部分地区将信息技术(含编程)正式升级为高考项目;大学院校相继开设机器人类专业并纳入自主招生。但机器人教育的实践及其课程、教材与STEM理念、核心素养在对接的过程中,仍然面临诸多挑战,以整体的课程体系未建立和缺少国家层面的示范引领为首要问题,智能机器人课程多作为校本课程、兴趣小组或社团活动,面向个别群体,由少部分老师自发组织,或由培训机构提供有偿教育服务进行;目前学校多处于实验室等硬件建设阶段,注重环境创设,但是对核心的课程和教师专业发展并没有明确方向,缺乏能够胜任教学的老师、老师没有可教的课程内容即载体很突出;课程内容主要集中于编程的学习,以Arduino平台为基础的服务型机器人为典型,难度不适宜和学科内容孤立的问题仍然无法解决;主要采取以赛促学的形式促进该学科发展,缺乏其他形式的学习、实践和交流平台等等。基于这一前提和背景,本课题组向张钹院士请教相关问题并进行了访谈,并围绕在基础教育阶段,开展机器人课程的教育目标、课程内容和形式、人才贯通培养、人工智能的影响以及对机器人教育的相关建议,这几个主题进行了深入访谈。张钹,清华大学计算机系教授、博士生导师、俄罗斯自然科学院外籍院士、中国科学院院士,现任清华大学人工智能研究院院长,从事人工智能理论、人工神经网络、遗传算法、分形和小波等理论研究;并把上述理论应用于模式识别、知识工程、智能机器人与智能控制等领域的应用技术研究。张钹院士与张铃教授合作提出人工智能问题求解的商空间理论,解决不同粒度空间的问题描述、它们之间的相互转换以及复杂性分析等理论问题,并以该理论为指导,提出多层信息综合、多层规划与搜索等新的研究方法,形成新的算法。在这些领域他已发表200多篇学术论文和5篇(或章节)专著(中英文版),十多项成果分别获得国家级、部级和国际奖;他的专著获得国家教委高等学校出版社颁发的优秀学术专著特等奖;他的科研成果分别获得ICL欧洲人工智能奖、国家自然科学三等奖、国家科技进步三等奖、国家教委科技进步一、二等奖、电子工业部科技进步一等奖以及国防科工委科技进步一等奖等奖励。