人工智能教育的趨勢范文
時間:2023-08-25 17:22:28
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篇1
【關鍵詞】任務驅動教學法電工技能與實訓
一、任務驅動教學法
任務驅動教學法是教師把教學內容設計成一個或多個具體的任務,讓學生通過完成任務學習知識和技能,培養學生的分析問題、解決問題的綜合能力,它是建立在建構主義教學理論基礎上的教學法。任務驅動教學法將零散的知識串聯起來,整合以各種各樣的主題任務驅動教學,任務涵蓋絕大多數知識和技能,學生在完成任務的過程中主動學習有關知識和操作技能。
二、"任務驅動"教學法在中職《電工技能與實訓》教學應用的必要性
中職《電工技能與實訓》適合于任務驅動教學法,全書分為十一章,有照明電路、電工儀表、電動機、變壓器、電力拖動等內容。傳統的教學方法是按課程章節的順序進行教學,教師處于主導地位,學生被動地接受知識,學習的積極性和主動性不高,教學效果欠佳。"任務驅動"教學法將實際生產、生活中的例子引入到教學中,設計成實踐任務,每個任務涵蓋了絕大數的知識點和技能,學生在做中學,通過完成任務掌握系統的知識和技能。比如將安全用電常識、常用電工材料、電工基本操作工藝、電氣照明與內線工程、電工儀表等前五章的知識串聯起來,整合成一個任務"一房一廳室內照明電路安裝",其中涵蓋了導線及燈具的選用、電氣照明圖紙的識讀和繪制、電工工具的選用等知識點,包含了塑料線槽的敷設工藝、漏電保護開關的安裝、單相電度表的安裝、插座的安裝、單聯及雙聯開關的安裝、白熾燈及日光燈電路的安裝等基本操作技能。
三、 任務驅動教學法在中職《電工技能與實訓》課程教學中的應用過程
下面以"一房一廳室內照明電路安裝"的教學為例說明"任務驅動"教學法在《電工技能與實訓》課程教學中的應用過程。
1. 提出任務
筆者在《電工技能與實訓》教學時,首先提出一個問題:如果你家建了新房子,你懂得怎樣給新房子安裝照明電路嗎?再給出"一房一廳室內照明電路安裝"的任務。任務要求:臥室安裝一盞日光燈,由兩個雙聯開關控制,一個插座;客廳安裝一盞日光燈,由兩個雙聯開關控制,一個插座;廚房、衛生間安裝由兩位開關分別控制兩盞白熾燈電路,走道安裝由一個單聯開關控制的一盞白熾燈。告訴學生要想安裝好這些電路,需要很多知識,要懂得導線的選擇、開關及插座的選用和安裝,白熾燈、日光燈的安裝,塑料線槽的敷設等,使學生知道學好這些知識就能給新建的房子安裝照明電路,在任務明確的情況下,學生的學習會更加積極主動。
2.分析任務
上面所給的"一房一廳室內照明電路安裝"的任務,其安裝步驟為:①按任務要求準備所需的電器元件并檢測;②電器定位;③畫線;④塑料線槽的敷設與進盒 ;⑤導線的敷設;⑤電器接線 ,⑥通電前檢測、通電試驗。根據其涵蓋的知識點和基本技能 ,學生在實施任務的過程中可將其拆分為5個子任務。單聯開關控制一盞白熾燈、一盞日光燈;雙聯開關控制一盞白熾燈、一盞日光燈;插座的安裝;家用配電板的安裝;一房一廳照明平面圖的繪制。在學生完成總任務前,先讓學生在實訓桌面上熟練操作各個子任務,在白紙上繪制一房一廳照明平面圖,各個子任務都熟練掌握后,再完成"一房一廳室內照明電路安裝"。
3.實施任務
根據上面所給出的任務"一房一廳室內照明電路安裝",學生每4人一組,按上面提出 的6 個安裝步驟,在電工實訓室的一房一廳模擬木板房上實施任務,在實施任務過程中教師巡查,檢查學生完成任務的進度,發現存在問題及時引導學生糾正。比如導線的敷設是否正確、插座的安裝要求"左零右火中間接地",線頭不要過長預防短路,塑料線槽的直角轉彎、內角及外角的處理等。實施任務要以學生為主體,教師只是組織引導他們在如何開展工作、怎樣解決問題,引導他們注意小組成員之間的配合,培養他們的團隊合作精神和良好的職業素養。
4.交流評價
學生完成任務后,對學生作品進行評價,采用小組之間互評與教師歸納總結相結合的方式。各小組組長均由動手能力強有一定組織協調能力的學生擔任,他們對電路的功能、導線或線槽的敷設要求相對熟悉。首先由小組互相評價,A組評價B組,B組評價C組,C組評價D組,依此類推,小組長根據老師制定的評分標準評分,小組之間互相學習,互相糾錯,激發了學生學習的興趣,體現做中學的樂趣。
四、"任務驅動"教學法中任務設置的原則
在《電工技能與實訓》課程教學中采用"任務驅動"教學模式,有助于培養學生的分析問題、解決問題的綜合能力,而要實現這一目標必須設計出高質量的"任務"。
(1)任務的設置要盡可能表現出一個完整的功能,能看到效果。比如在夜間上下樓梯開關燈不方便,要解決這個問題需要安裝一個電路,可設計任務"在樓梯安裝雙聯開關控制一盞白熾燈照明電路"。
(2)任務的設置盡可能取材于實際生產、生活中,有一定的實用價值。比如廣泛用于工農業生產,作為短途運輸工具的三條皮帶傳輸機控制線路的安裝,可設計成一個讓學生實際操作的任務。
(3)任務設計要有系統性
在任務設計時就要處理好整體任務和每一節課的單元任務之間的關系,任務的設計要圍繞整體任務的完成進行構思,以確保教學效果和最終目標的完成。例如,在《電工技能與實訓》教材中的前五章"安全用電常識、常用電工材料、電工基本操作工藝、電氣照明與內線工程、電工儀表",整體任務是要求同學們能利用這些知識安裝一個完整的家庭照明電路。而一節課的教學任務往往只是其中的一個內容,比如導線的直線連接、T形連接,每次解決其中的一個問題或一部分問題,而且當所有問題解決以后,整體教學任務的完成自然水到渠成。
實踐證明,采用任務驅動教學法學生在"做中學,學中做",培養了學生分析問題、解決問題的綜合能力。
【參考文獻】
「1 曾祥富. 電工技能與實訓第2版
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關鍵詞:人工智能;教育;應用;問題
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)03-0159-02
人工智能是研究如何構造智能機器(智能計算機)或智能系統,使其模擬、延伸、擴展人類智能的學科。隨著人工智能的理論與技術在社會各個領域的廣泛應用,其在教育領域內的應用也越來越受到重視,并取得了一定的研究成果。
一、人工智能教育應用的主要形式
人工智能在教育領域應用的最直接結果就是誕生了智能教學系統。智能教學系統是以計算機輔助教學為基礎而興起的,它是以學生為中心,以計算機為媒介,利用計算機模擬教學專家的思維過程而形成的開放式人機交互系統。目前,智能教學系統已成為人工智能在教育中應用的主要形式。智能教學系統主要是在知識表示、推理方法和自然語言理解等方面應用了人工智能原理。由于它綜合了知識專家、教師與學生三者的活動,因此,與之相對應的,智能教學系統一般分成知識庫、教學策略和學生模型三個基本模塊,再加上一個自然語言智能接口。智能教學系統的功能具體來說有以下幾條:了解每個學生的學習能力、認知特點和當前知識水平;能根據學生的不同特點選擇適當的教學內容和教學方法,并可對學生進行有針對性的個別指導;允許學生用自然語言與“計算機導師”進行人機對話。智能教學系統的設計不僅要有計算機科學的知識,還需要有教育科學的理論指導。
二、人工智能在教育中應用的局限性分析
1.阻礙人工智能發展的關鍵因素。在人工智能的發展中,一直存在著對“計算機是否能代替人腦甚至超過人腦”的問題的討論,實際上,以電子計算機為主要工具模擬人的某些思維活動而產生的人工智能是有局限的。①計算機處理問題的根本原理。要計算機解決某種問題,有三個基本的前提:必須把問題形式化;問題還必須是可計算的,即要有一定的算法;問題必須有合理的復雜度,即要避免指數爆炸。由于人的智能活動不能完全形式化,因此,機器就不能將人腦的智力活動全部復制出來。電子計算機最終只能把握0、1這兩個開關代碼,遇到不能形式化、不能找到算法或不能程序化的任務,計算機則難以執行。②人和機器之間的根本區別。智能模擬利用了人和機器的共性,即兩者都是一個信息轉換系統,但兩者之間存在著不容忽視的本質區別。智能模擬與天然智能屬于兩種不同的進化系統,人類的智能是人類社會實踐的產物,機器的智能是機械制造的結果。大腦和電腦的組織結構也不相同,兩者屬于兩種不同的運動過程,前者是復雜的生理--心理過程,后者是機械--物理過程。智能模擬可以在局部上超過天然智能,但是,模擬的根本方法是功能模擬法,兩個系統在結構和實際過程上是不一樣的。智能模擬不具有人的思維的社會性,不具有主觀世界。
2.人工智能在教育中應用的局限。就目前人工智能的發展水平以及人工智能本身的特點而言,它在教育中的應用也是有其局限性的。①與學生之間無法暢通交流。教育本質上是一種“交互”活動,而智能教學系統無法實現最充分、最真實的交互。目前自然語言理解的研究成果非常有限,遠不能達到人人交流的要求。此外,就態度、品德、情感等教育問題而言,機器只能通過學生輸入計算機的信息來判斷其掌握和內化程度,而無法像人類教師通過自然狀態的交流和觀察來判斷學生的真實情況,因此,“機器智能”很容易被蒙蔽“雙眼”,無法做到像人與人之間那樣自然暢通的交流。②決策和推理機制不完善。智能教學系統的關鍵智能所在是其決策和推理機制,即“教學策略”模塊根據不同學生的具體情況通過推理做出靈活決策,這種決策基于學生模塊提供的有關學生的知識水平、認知特點和學習風格,而這些不能完全被形式化。同時,隨著教育理念的不斷更新以及教學模式和教學方法的不斷改進,系統所應用的教學策略模塊用于評估和判斷學生學習過程的能力是有限的。③人工智能并非適合所有的學習領域。根據加涅的學習結果分類,學習分為言語信息、智慧技能、認知策略、動作技能和態度五類。言語信息分為符號學習、事實學習和有組織的知識學習,這些屬于可形式化內容,適用于智能教學系統;智慧技能分為辨別、具體概念、定義性概念、規則和高級規則,其中前四項屬于可形式化內容,適用于智能教學系統,而高級規則屬于復雜――形式化內容,部分內容不適用于智能教學系統;動作技能和態度領域的學習,在其認知成分中可以使用智能教學系統,但情感和行為成分等非形式化內容,則難以用智能教學系統來實現。因此,并不是所有的學習領域都適用于智能教學系統。智能教學系統在教育中應用的重點應放在認知領域中的符號學習、事實學習和有組織的知識學習、辨別、具體概念、定義性概念以及規則這些學習內容上。
三、人工智能教育應用的發展方向
近年來,隨著計算機技術、網絡技術、人工智能技術以及現代教育教學理論的發展,人工智能在教育中應用的發展呈現出以下幾個趨勢。
1.開始突破單一的個別化教學模式。長期以來,計算機輔助教學系統和智能教學系統都是強調個別化教學模式,這種模式在發揮學生的學習積極性、主動性和進行因人而異的指導等方面確實有許多優點。但是,隨著認知學習理論研究的進展,人們發現在計算機輔助教學系統和智能教學系統中只強調個別化是不夠的,在某些場合(例如問題求解)采用協作方式往往更能奏效。因此,近年來在智能教學系統中,協作型教學模式得到越來越多的重視和研究。
2.智能教學系統日益與超媒體技術相結合。超媒體系統具有良好的開發環境、靈活方便的用戶界面以及圖、文、聲并茂的特點,而且其信息的組織方式與人類認知的聯想記憶習慣相符,已成為目前一種最理想的信息載體和最有效的信息組織與信息管理技術,在許多領域尤其是教育領域有廣闊的應用前景。把超媒體技術引入智能教學系統,從而發展成為智能超媒體輔助教學系統,可以大大改善計算機輔助教學系統的教學環境,激發學生的學習積極性,從而顯著提高教學效果。
3.智能教學系統與網絡的關系日益密切。網絡的應用和普及為遠程教育和終身教育提供了一個良好的空間。當前,智能教學與多媒體網絡的結合成為人工智能在教育中應用的一個勢不可擋的發展趨勢。
4.傳統人工智能與神經網絡模糊決策機制相結合。傳統人工智能從宏觀角度開展認知模擬,可以部分地模擬人類的邏輯思維過程,而神經網絡模糊決策機制從微觀方面進行認知模擬,著力實現模仿人類右腦的模糊處理功能和整個大腦的并行化處理功能。今后將探索一種新的智能處理模型:把神經網絡的模糊決策機制和符號專家系統的推理能力結合起來,利用多重知識源、多種模型進行復合協同處理。如果上述技術能夠成熟運用,那將對人工智能的發展及其在教育中的應用起到決定性的作用。
參考文獻:
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[關鍵詞]人工智能;公共管理;運用
中圖分類號:D631.43文獻標識碼:A
隨著科學技術的發展,人工智能、大數據等新一代信息技術已經成為了人們關注的焦點,它不但給人們的工作生活帶來快捷和便利,同時實現了良好的經濟社會效益。把人工智能運用到公共管理當中,可以創新管理理念和管理模式,提高公共管理和社會治理的效能。
一、公共管理概述
公共管理是指以政府為核心的公共部門,把科學管理理念、功能、組織及手段應用到公共事務。公共管理的特征:其一,公共管理主要把實現公共利益當作主要目標,促使社會整體朝著更加良好的方向發展;其二,積極履行社會公共責任是公共管理重要職能;其三,公共管理能夠結合實際發展需要,協調與控制各項公共事務,并不斷創新管理方式和手段。因此,公共管理者需要在法律基礎上主動實行公權力,科學合理地運用各項公共資源才能順利實現最終管理目標。目前,社會對公共管理者的專業能力及綜合素養要求越來越高,公眾在整個過程中賦予公共管理者較多的期望和責任。此外,公共管理也具備技術掌控職能、社會協調職能及預測職能等,這些都是新時代對公共管理者提出的新要求,公共管理者必須全面掌握各方面技能,了解并掌握公眾的實際需求與時代的發展趨勢,才能成為一名符合時展的高素養公共管理者。
二、人工智能對公共管理的主要影響
(一)人工智能對公共管理的促進作用
公共管理指通過使用管理理論、技術及方法等知識,系統化、專業化地管理公共事業,不斷優化公共資源分配,使公共事業為人民服務。傳統公共管理模式在公共管理信息收集及資源管理配置方面,需耗費大量人力、物力及財力,要想提升公共管理水平,就要加大成本投入。因此,傳統的管理模式已無法適應新時期公共事業管理需求。將人工智能運用到公共管理中,尤其在收集處理公共管理信息方面效果較為明顯。其一,智能化管理系統能夠全面提升收集信息的效率和質量;其二,人工智能管理模式更為精準有效。人工智能對于問題與數據分析更具針對性,分析結果更加科學合理,可以準確把握社會個體需求,做到管理精準化、個性化;其三,在公共管理中運用人工智能可以節約成本,并實現更加優化的管理目標,提升公共管理效益;其四,在公共管理中運用人工智能,使資源配置更加符合公眾需求,采用人工智能化、科學化資源配置模式,能夠使資源合理利用,發揮最大效能。
(二)人工智能給公共管理帶來的風險
人工智能作為新興信息技術,為公共管理事業帶來了較多機遇,推動了公共管理事業的進步和發展。然而人工智能也給公共管理事業帶來了相應的機遇和風險。人工智能給公共管理帶來的機遇在于人工智能與計算機網絡技術可以完整的保存海量數據,并挖掘與分析有價值的信息。網絡安全性使得人工智能技術存在諸多未知性,人工智能是否能夠確保信息資源安全,包括信息存儲、授權使用,行為軌跡等管理問題[1]。信息安全對公共管理十分重要,要確保信息安全才能使公共事業管理中資源配置更加科學合理,最終實現提升公共管理效率。通過以往的案例證明,人工智能技術的自我安全性還不足,因此,要想使人工智能在公共管理事業中得到普及,就必須盡快解決這一問題。
三、人工智能在公共關系管理當中的具體運用
當前,人工智能快速發展,能給人們的工作生活帶來巨大改變,幫助人們完成了許多高難度、高強度、復雜化的公共工作,推動智能社會發展。人工智能能夠代替人開展腦力勞動工作,可以改變許多工作模式。但是人工智能屬于輔助工具,人們要正確認識并科學合理地利用它,才能充分發揮它在公共管理中的真正價值。在人類社會不斷進步與發展過程中,公共管理者必須不斷學習、掌握先進技術,才能提升對人工智能的利用效率,把具有明確規則卻復雜、耗時耗力的工作交給人工智能。
(一)公共事業方面。有人認為人工智能在生活和工作中不常用到,然而其已經運用到了人們生活的方方面面。2016年共享單車方便了出行,各年齡段的人安裝了共享單車APP。共享單車具有明顯優勢,快捷便利、綠色環保,是人們出行的首選。共享單車利用人工智能平臺,來科學的預測騎行的行程、路況及停放等,從而有效整合了天氣、時間等各項變量工作,合理分析了其需求量和供給量,進一步提升了共享單車管理效率和效益。由此可見,人工智能已經越來越多地進入到了人們的日常生活當中,改變了人們的生活模式,使人們的生活朝著智能化方向發展。
(二)社會經濟方面
運用人工智能能夠把消費者具體需求反饋給企業,企業根據精準數據可以制定出更加優質的產品,提供高效服務[2]。當前電子支付是人們生活中重要的內容,人們出行不用帶大量現金,運用支付寶或微信就能夠進行支付。同樣在電商物流整個過程中,分揀機器人就屬于人工智能,其每天能夠完成大于20萬的工作量,很好地解決了困擾電商的物流問題,降低了人工成本,提高了工作效率。
(三)教育管理方面
人工智能運用包含教育管理,通過智能化學習系統和數據分析,教師能根據學生具體情況,如學習行為數據、知識點掌握等制定相應的個性化教育方案,提高了育人效果。從當前人工智能在教育領域運用情況看,在遠程教育中同樣獲得了良好效果。在運用人工智能后,學生獲得了個性化教育,創建了新的教學、內容研發和師資管理等形態。運用人工智能可以更準確、有針對性地協助教學,使日常教學效率得到大幅度提升。
四、人工智能在公共管理中的應用措施
(一)改變人才培養方式
人工智能技術的運用,還可以推動人才培養方式的變革和發展,能夠創建健全的新型教育方式。首先,加強編程教育普及,設置人工智能方面的課程,把人工智能和其他學習的教育結合起來,健全人才培養方式。其次,組織多元化、多層面的人工智能科普活動,使社會大眾能夠進一步認識和了解人工智能。最后,加大人工智能基礎設施方面的建設。
(二)重新構建組織形式
隨著人工智能的出現和廣泛運用,管理主體要結合自身特點,積極主動運用人工智能,不斷發展完善管理結構。
在日后的工作當中,管理主體要和普通員工、智能機器有效合作,全面發揮潛在優勢。另外,運用人工智能技術的時候,管理者要精心設計各種組織形式,才能確保信息傳遞真實、高效。
(三)創新工作模式
隨著社會發展和科技進步,公共管理者必須具備較強的學習能力和綜合素質才能滿足工作需求。在工作中可以通過人機互動工作模式,充分發揮人工智能在處理重復性、邏輯性等工作的優勢,和管理者的工作充分融合、優勢互補,將人工智能運用到公共管理中,創新工作模式,推動公共管理事業的發展。
篇4
關鍵詞:HPS教育;小學科學;人工智能
隨著我國教育的迅猛發展,作為科學教育重中之重的小學科學教育逐漸開始被大眾所關注,所以探索小學科學教育的新思路已成為教育改革的關鍵之一。多年來,我國不斷借鑒發達國家的教育改革理念與經驗,并進行本土化研究,促進我國教育發展。
一、研究背景
HPS教育作為西方20世紀80年代盛行的理論,引入中國已有20余年。作為極其受歡迎的教育理念,憑借著自身優勢在中國教育課程改革中占據了一席之地,也為中國科學教育提供了新思路。
(一)HPS的概念界定
HPS的提出源自科學內部對科學反思和科學外部人員對科學本質認識的思考。最初,HPS指的是科學史(HistoryofScience)和科學哲學(PhilosophyofScience)兩大學科領域,但在20世紀90年代科學建構論流行后,科學社會學與科學知識社會學被引入科學教育,HPS逐漸演化成科學史(HistoryofScience)、科學哲學(PhilosophyofScience)和科學社會學(SociologyofScience)三者的統稱[1]:科學史即研究科學(包括自然科學和社會科學)和科學知識的歷史;科學哲學則是對科學本性的理性分析,以及對科學概念、科學話語的哲學思辨,比如科學這把“雙刃劍”對人類社會的影響;科學社會學則討論科學處在社會大系統中,社會種種因素在科學發展過程中的地位和作用,這包括了政治、經濟、文化、技術、信仰等因素[2]。在國外,德國科學家和史學家馬赫最早提倡HPS教育,突出強調哲學與歷史應用至科學教學中的作用。我國HPS相關研究開始晚且研究規模較小,首都師范大學的丁邦平教授認為HPS融入科學課程與教學是培養學生理解科學本質的一個重要途徑[3]。
(二)HPS教育理念融入小學科學課程的必要性
運用科學史、科學哲學等進行教學是目前國際上小學科學教育改革的一種新趨勢。2017年,教育部頒布的《義務教育小學科學課程標準》標志著我國科學教育步入了新階段,其不僅要求達成科學知識、科學探究的相應目標,也要養成相應的科學態度,思考科學、技術、社會與環境的融洽相處。該標準提出了“初步了解在科學技術的研究與應用中,需要考慮倫理和道德的價值取向,提倡熱愛自然、珍愛生命,提高保護環境意識和社會責任感”。HPS教育與小學科學課程的結合是教學內容由知識到能力再到素養的過程,是小學科學教育的新維度,改變了小學科學課程的教學環境。將科學課程中融入HPS教育的內容,可以幫助學生理解科學本質,研究科學知識是如何產生的,科學對社會的多方面影響以及科學和科學方法的優、缺點等。當《小學課程標準》將科學態度和價值觀視為科學教育的有機組成部分時,小學科學課程就有望成為HPS教育的天然載體,同時為小學科學課程滲透HPS教育提出了挑戰。目前,我國小學科學課程雖已有部分設計融入了HPS教育理念,但該融入過程仍停留在表面,融入程度低,融入方式單一。所以,研究HPS教育理念融入小學科學課程十分有必要。
(三)HPS教育理念融入小學科學課程的可行性
縱觀國內外已有的研究,將HPS教育融入小學科學課程可分為基于傳統課堂模式的正式教育課程和基于科技館、研學機構等的非正式教育課程。由皖新傳媒、中國科學技術大學先進技術研究院新媒體研究院、中國科學技術大學出版社三方通力合作、聯合打造的《人工智能讀本》系列叢書自出版以來已發行八萬套,在安徽省多個市區的小學得以應用,是青少年人工智能教育上的一次全新探索。該套叢書分三年級至六年級共四套,涵蓋了16個人工智能前沿研究領域知識點,每一節課都設有場景引入、讀一讀、看一看、試一試4個模塊。小學《人工智能讀本》作為闡述新興科技的讀本,以親切的場景對話和可愛幽默的插畫等形式吸引了眾多小學生的興趣,不僅可作為學校科學課讀本,也可以應用于課外場景。本文則以小學《人工智能讀本》為例,對HPS教育進行初步摸索與實踐,以期對小學科學教育帶來教益。
二、HPS教育理念融入小學科學的典型案例
《人工智能讀本》作為HPS教育理念融入小學科學實踐的典型案例,側重引導學生多維度、科學辯證地認識人工智能,內容包括機器學習、決策職能和類腦智能,以及人工智能的不同發展階段,帶領學生思考人工智能帶來的倫理問題以及其他挑戰,培養學生正確的世界觀、人生觀和價值觀。本研究將以《人工智能讀本》六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰”為例,分析HPS教育理念融入小學科學的實踐。
(一)科學史:提升課程趣味性
小學科學教育作為培養具有科學素養公眾的重要步驟,提升過程的趣味性則十分重要。過去傳統的小學科學教育注重知識的傳遞而忽略了學習過程,填鴨式教學導致學生失去對科學的興趣與探索欲,不利于公民科學素養的整體提高。而科學史作為研究科學(包括自然科學和社會科學)和科學知識的歷史,已經逐漸滲透到科學教育中來。科學史常常介紹科學家的事跡,某一知識誕生所面臨的困難和曲折過程,而將科學史融入課程可以帶學生重回知識誕生的時刻,切身體會科學。讀本作為在小學科學教育中不可或缺的工具,利用科學史內容,以敘事方式可以將科學哲學與科學社會學的思想融入教學過程中,在讀本中融入歷史,可以提升課程趣味性,幫助學生更加容易探求科學本質,感受科學家不懈努力、敢于質疑的精神,提升科學素養。例如《人工智能讀本》六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰”引入部分即以時間順序展開,介紹人工智能的發展與面臨的困境。在“看一看”中機器人索菲亞是否可以結婚的故事不僅為本章節提供了豐富的內容,提升了課程的趣味性,而且還融入了科學與哲學,引發讀者對于人工智能的思考。
(二)科學社會學:提升課程社會性
科學社會學是研究一切科學與社會之間的聯系與影響,包含科學對社會的影響和社會對科學的影響。科學是一種社會活動,同時也受到政治、經濟、文化等多方面影響,比如蒸汽機的誕生表明科學促進社會的發展。在科學教育的課堂中融入科學社會學不僅可以幫助學生理解科學問題,還可以通過介紹科學與社會之間的復雜關系,培養學生靈活、批判看待科學問題的思維能力。如六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰”中,在介紹個人與技術的基礎上引入了政府和環境這兩個要素,使學生在更宏觀的背景下,獲得這樣一種認知:環境與技術之間有一把“雙刃劍”,個人與技術、政府與技術之間是相互促進的主客體關系。《人工智能讀本》并不全是說教性質的文字,在“試一試”中的辯論賽環節讓同學通過親身實踐,更加了解人工智能對于社會的多方面影響。通過對于科技是一把“雙刃劍”這一事實的了解,同學們可以更好地將學習知識與社會的背景聯系在一起,深刻體會科學中的人文素養,增強社會責任感。
(三)科學哲學:提升課程思辨性
以往研究發現,國內學科教材中關于科學史和科學社會學內容較多而且呈顯性,而對于科學哲學的融入內容不夠,且不鮮明。[3]科學哲學融入科學教育無疑可以提升學生的思辨性,幫助學生建立起對于科學正確而全面的認識。例如,《人工智能讀本》六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰”中,引入人工智能倫理,通過介紹人工智能面對的挑戰、人工智能的具體應對策略,讓小學生了解人工智能技術發展的同時也要重視可能引發的法律和倫理道德問題,明白人與人工智能之間的關系以及處理這些關系的準則。通過“讀一讀”先讓學生明白倫理概念,再用一幅畫讓學生思考在算法的發展下,人類與機器人的關系如何定義,向學生傳遞樹立人類與人工智能和諧共生的技術倫理觀。通過這種方式,可以幫助學生逐步建立完整的科學觀,全面且思辨地看待科學,提升學生思辨性,進而提升科學素養。
三、HPS教育理念融入小學科學課程的實踐建議
《人工智能讀本》作為一套理論與實踐相結合,具有知識性與趣味性的兒童科普讀物,著重引導小學生培養科學創新意識,提升人工智能素養,產生求知探索欲望。但《人工智能讀本》作為HPS融入小學科學課程的初始,仍存在教育資源不充分、內容結合較淺等不足,為了將HPS教育更好融入小學科學課程,可從以下三方面加以改進。
(一)開發HPS教育資源
HPS教育需要教育資源的支撐。HPS教育資源來源廣泛,無論是學生的現實生活,還是歷史資料,都可以提供契機和靈感。《人工智能讀本》中收集了大量與人工智能相關的故事和現實案例,都可以作為教育資源,從各個角度達到科普的目的。在新媒體時代,進行HPS教育資源開發時,應當注意借助最新的信息與通信技術增強資源的互動性,如互動多媒體技術、虛擬現實技術、增強現實技術、科學可視化技術等。在傳統的科學課堂教學中,主要是通過圖片文字講解,實驗演示及互動來開展。這種形式對于現實中能接觸到的實驗內容,如常見的動植物、可操作的物理化學實驗等,比較容易開展。而對于地球與宇宙科學領域的知識,或者一些已經不存在的動植物,則只能通過圖片視頻進行展示,不容易進行實驗展示。通過虛擬現實技術、增強現實技術等,則可以虛擬出世界萬物,如不易操作的物理化學實驗、已消失的動植物等都可以通過虛擬現實的手段得以呈現。這些技術或能使教學內容變得生動形象,或通過營造沉浸感以使學生有更佳的情境體驗,或讓學生與教學資源進行交互從而自定義內容,服務于學生科學素養提升的終極目的。
(二)對小學科學教師進行培訓
HPS教育的關鍵是從社會、歷史、哲學等角度對自然科學內容進行重新編排,并不是將大量的內容或學科知識簡單相加,這對教師能力也提出了更高要求。目前,人工智能教學領域常常出現“學生不會學、老師不會教”的狀況,《人工智能讀本》作為內容翔實有趣的讀本可以彌補一部分缺失。但與此同時,也需要提升教師的教學能力與知識儲備。HPS教育理念不僅僅針對歷史中的科學人物,所有的學生主體也是歷史中的主體,他們也身處于社會中,并且對于生活中的各種科學現象有著自己的思考。所以教師身為引導者,需要注意到學生的思考,深入挖掘,鼓勵他們對所思內容進行反思并付諸實踐。科學史和科學哲學應當成為科學教師教育項目中的一部分,這能讓科學教師更好地理解他們的社會責任。為此,對職業科學教師進行HPS培訓便是必要的。
(三)多場景開展小學科學教育
科學素養不是空洞的,它來自學生的認識體驗,并從中獲得生動、具體的理解和收獲。《人工智能讀本》作為方便攜帶的讀本,不僅可以在小學科學課堂中作為教材使用,也可以應用在其他場景,如研學旅行、科技館等場所。課堂學習只是小學科學教育中的一個環節,家庭、科技館等也可以進行科學教育。例如,科技館與博物館可以以科學家和歷史科學儀器為主題舉辦展覽,展覽中融入HPS教育理念,學生在參觀和學習過程中學習有關科學內容。一些歷史上大型的科學實驗,學校教室或實驗室無法滿足條件,但在大型的場館中可以實現。例如,研學旅行作為目前科學教育中最受歡迎的方式之一,已被納入學校教育教學計劃,列為中小學生的“必修課”,正逐漸成為學生獲得科學知識的另一個途徑。研學旅行作為一種集知識性、教育性、趣味性和娛樂性為一體的旅游形式,通常伴隨著知識教育的過程,包括科學知識的普及,所以也是開展小學科學教育的重要場所。在該場景下,運用《人工智能讀本》等新興手段進行科學教育往往取得事半功倍的效果。
結語
目前,HPS教育理念已經積極嘗試運用到小學科學教育中,包括學校內的正式學習以及學校外如科技館、博物館、研學旅游中的非正式學習之中。其中,科技史以時間維度為線索創造豐富資源的同時也可以提升課程趣味性;科學社會學以科學與社會之間的相互關系幫助學生理解科學本質,提升科學素養;科學哲學則以哲學的視域審視科學的誕生提升學生思辨能力。未來,HPS教育結合小學科學則需要更深入,在資源開發、教師培訓以及應用場景等方面加以改進,為提升國民科學素養做出努力。
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[3]丁邦平.HPS教育與科學課程改革[J].比較教育研究,2000(06):6-12.
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首屆世界智能大會6月28日至6月30日在天津舉行。6月29日,馬云、李彥宏、柳傳志等行業大咖分享了對于人工智能等最新科技的觀點。同時,在開幕式演講中,全國政協副主席、科技部部長萬鋼透露,最近新一代人工智能發展規劃已編制完成,該規劃對直到2030年的中國人工智能產業進行系統部署,包括與此相關的人工智能重大科技項目。規劃將于近日向全社會公布。
點評:公開信息顯示,目前我國人工智能已上升到國家戰略,并于今年3月首次寫入政府工作報告。據預測,2020年全球人工智能市場規模將超過1000億美元,年均增速約為20%,我國人工智能市場規模也將達到百億美元量級,年均增速超過50%,行業發展前景極為廣闊。近幾年,智能制造被不斷的提及,而隨著互聯網、智能科技與傳統行業融合創新發展,智能科技更是在除制造業外的,教育、醫療、農業等各個領域發揮重要功效。在此基礎上,世界智能大會旨在打造世界級先進智能科技成果平臺、創新合作平臺、產業聚集平臺和投融資對接平臺,展現全球領先的前沿科技新成果。此次大會的專題活動覆蓋了深度學習、智能制造、人工智能、智能駕駛、智慧安防等多領域。近期A股市場上,受世界智能大會舉行的利好影響,A股市場人工智能概念板塊表現活躍,關注標的股:科大訊飛、恒生電子、東方網力、佳都科技、工大高新等。
6月份信貸增量以及M2同比增速等成為市場關注的焦點。對此,機構普遍認為,6月份新增信貸增量或超萬億元,M2同比增速或繼續回落將至9%。華泰證券首席宏觀研究員李超認為,5月份信貸增量維持不變的情況下,社融出現了邊際減緩跡象。監管趨于嚴格的背景下,銀行的表外業務回歸表內將會是未來一大趨勢,同時居民按揭韌性強,融資利率繼續上行大背景下,銀行也樂于擴張表內業務。6月份這一趨勢將會繼續延續,預計6月份的新增貸款在12000億元左右,與之對應的社融新增則在13000億元左右,整個社會融資更多的依賴銀行表內貸款。當然,也有部分機構較為悲觀。交通銀行金融研究中心近日的報告稱,總體來看,居民房貸的回落以及金融機構主動調降跨季前資產增速,將很大程度主導6月份貸款增量回落。
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中國電子信息產業發展研究院總工程師烏寶貴參加了本次大會并代表主辦方致辭。烏寶貴回顧了人工智能的歷史,肯定了人工智能60年來的發展成績,并指出,中國人工智能產業正步入一個嶄新的階段。從科學研究角度來看,中國在深度學習等領域的學術研究水平,已經走在世界前列;從龍頭企業發展角度來看,阿里等國內企業在人工智能領域已經具備和國際巨頭抗衡的實力;從創新創業角度來看,人工智能已經成為國內“雙創”最活躍的領域之一;從應用創新角度來看,制造、交通、家居、教育、金融、大健康等眾多領域的應用正全面展開;從產業鏈角度來看,從智能芯片到IT基礎設施,從底層架構到模型算法,從大數據到云平臺,從智能終端到智能應用,國內在各個層面均取得了突破性進展。他表示,人工智能不僅僅是一個概念,而是下階段技術創新、應用創新的新焦點,是市場發展的新熱點,也是我國推動產業轉型升級的重要支點。
中國科學院自動化研究所復雜系統管理與控制國家重點實驗室主任王飛躍參加了本次論壇并發表演講。王飛躍以《邁向人機混合虛實互動的平行智能》為主題,追溯了智能的本源,探討了平行時代的智能基礎設施X5.0,并展望了智能產業和智能社會。王飛躍認為,陽為智能,陰為情報,相輔相成,智能是開放的情報,情報是封閉的智能,智能的本質是利用已知解決未知,從已知到未知只能依靠想象。王飛躍提出,物理世界與心理世界、人工世界共同構成平行世界,平行世界需要平行智能。開放智能算法,開發人工世界,最終消除“智力的不對稱”是新智能時代的歷史任務。人機混合、虛實互動的平行智能,是“激活”的人工智能,是未來人、組織、各種類的智能機器、裝置、過程、系統所必備的“生存”形式,是智能產業的基礎設施。X5.0 時代的智能體系包括:一個核心――平行,兩個支撐――ACP 和CPSS,三個主題――智能系統、智慧管理和社會智能。平行智能各種各類的虛實互動X5.0 系統是智能社會的基礎設施,不久的將來,一個個體的實力,很大程度上可能并不取決于其本身,而取決于與其伴生的軟件定義的人工映像。
中國電子信息產業發展研究院電子信息產業所副所長溫曉君參加了本次大會,并以《電子信息產業新興熱點及趨勢――人工智能與虛擬現實》為主題發表演講。溫曉君指出,泛在、互聯、融合、智能成為產業發展新趨勢,技術創新是國內經濟新舊動能轉換,經濟結構轉型升級的核心推動力量之一,是從根本上打開增長之鎖的鑰匙。溫曉君重點解讀了人工智能和虛擬現實的發展現狀和趨勢。溫曉君分享了智能感知、人腦芯片、深度學習、大數據等人工智能前沿技術,移動社交、智能搜索、機器人、無人駕駛等人工智能前沿應用,指出“基礎資源+技術+應用”的人工智能產業生態逐步形成。我國人工智能產業需構建開放生態體系、合作搭建基礎資源、促進產業鏈深度合作、開拓可持續應用需求 。在虛擬現實方面,溫曉君判斷,消費端市場早期一定爆發于歐美等發達國家,國內市場短期內以產業鏈布局蓄力和消費者提升消費認知為主;行業應用一定從高附加值行業或價值鏈的高端環節興起,應用成本與效率提升必須首先得到權衡。他指出,虛擬現實的趨勢為:消費市場的普及化、行業需求的明晰化、投資熱潮的全球化、基礎平臺的開放化、技術創新的協同化。他建議,強化頂層設計,面向行業需求規劃應用路徑;加強重點攻關,盡快突破行業應用技術瓶頸;制定標準規范,開展行業應用聯合測試驗證;推進試點示范,以點帶面擴大行業應用范圍和影響力。
搜狗、英特爾、陌上花(衣+)等企業代表分別從各自的領域出發,分享了人工智能的實踐與思考。
北京搜狗科技有限公司CTO楊洪濤分享了關于互聯網產品自然交互的經驗。他指出,人機之間交互的學習成本在不斷降低,變得越來越接近人的自然能力,語音正在成為最自然的交互形式。在他看來,自然交互= 技術 + 計算力 + 數據 + 產品。技術是擴散的,計算力穩步增長, 只有數據和產品才是私有財產,將成為競爭的壁壘。要想做好自然交互,需要充分利用“產品+數據”。會上,楊洪濤還分享了搜狗輸入法即將推出的智能回復功能。
英特爾中國研究院院長宋繼強博士就《人工智能驅動的智能交互,推進個人機器人產業化》發表演講。他說,人工智能與人機交互推動科技進步,人工智能應用的終極平臺是自主系統。他分析,個人自主服務機器人理想與現實的差距在于智能組合的實現難度,其中運動不易,認知更難。人工智能聯手智能交互,通過商業化成功帶動人工智能的發展和成本下降。宋繼強分享了幾種人工智能驅動智能交互的應用模式,并提出了個人機器人的智能度分級建議,展望了個人機器人的商業化迭代 ,即在用戶需求推動下,由能力達標到價格達標,再到可靠性達標。
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關鍵詞:人工智能計算機技術
一、人工智能的定義
“人工智能”(ArtificialIntelligence)一詞最初是在1956年Dartmouth學會上提出的。人工智能是指研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支,它企圖了解智能的實質,并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器。目前能夠用來研究人工智能的主要物質手段以及能夠實現人工智能技術的機器就是計算機,人工智能的發展歷史是和計算機科學與技術的發展史聯系在一起的。
人工智能理論進入21世紀,正醞釀著新的突破,人工智能的研究成果將能夠創造出更多更高級的智能“制品”,并使之在越來越多的領域超越人類智能,人工智能將為發展國民經濟和改善人類生活做出更大貢獻。
二、人工智能的應用領域
1.在管理系統中的應用
(1)人工智能應用于企業管理的意義主要不在于提高效率,而是用計算機實現人們非常需要做,但工業工程信息技術是靠人工卻做不了或是很難做到的事情。在《談談人工智能在企業管理中的應用》一文中劉玉然指出把人工智能應用于企業管理中,以數據管理和處理為中心,圍繞企業的核心業務和主導流程建立若干個主題數據庫,而所有的應用系統應該圍繞主題數據庫來建立和運行。換句話說,就是將企業各部門的數據進行統一集成管理,搭建人工智能的應用平臺,使之成為企業管理與決策中的關鍵因子。
(2)智能教學系統(ITS)是人工智能與教育結合的主要形式,也是今后教學系統的發展方向。信息技術的飛速發展以及新的教學系統開發模式的提出和不斷完善,推動人們綜合運用超媒體技術、網絡基礎和人工智能技術區開發新的教學系統,計算機智能教學系統就是其中的典型代表。計算機智能教學系統包含學生模塊、教師模塊,體現了教學系統開發的全部內容,擁有著不可比擬的優勢和極大的吸引力。
2.在工程領域的應用
(1)醫學專家系統是人工智能和專家系統理論和技術在醫學領域的重要應用,具有極大的科研和應用價值,它可以幫助醫生解決復雜的醫學問題,作為醫生診斷、治療的輔助工具。事實上,早在1982年,美國匹茲堡大學的Miller就發表了著名的作為內科醫生咨詢的Internist2Ⅰ內科計算機輔助診斷系統的研究成果,由此,掀起了醫學智能系統開發與應用的。目前,醫學智能系統已通過其在醫學影像方面的重要作用,從而應用于內科、骨科等多個醫學領域中,并在不斷發展完善中。
(2)地質勘探、石油化工等領域是人工智能的主要作用發揮領地。1978年美國斯坦福國際研究所就研發制成礦藏勘探和評價專家系統“PROSPECTOR”,該系統用于勘探評價、區域資源估值和鉆井井位選擇等,是工業領域的首個人工智能專家系統,其發現了一個鉬礦沉積,價值超過1億美元。
3.在技術研究中的應用
(1)在超聲無損檢測(NDT)與無損評價(NDE)領域中,目前主要廣泛采用專家系統方法對超聲損傷(UT)中缺陷的性質、形狀和大小進行判斷和歸類;專家運用超聲無損檢測儀器,以其高精度的運算、控制和邏輯判斷力代替大量人的體力與腦力勞動,減少了任務因素造成的無擦,提高了檢測的可靠性,實現了超聲檢測和評價的自動化、智能化。
(2)人工智能在電子技術領域的應用可謂由來已久。隨著網絡的迅速發展,網絡技術的安全是我們關心的重點,因此我們必須在傳統技術的基礎上進行網絡安全技術的改進和變更,大力發展數據挖掘技術、人工免疫技術等高效的AI技術,開發更高級AI通用和專用語言,和應用環境以及開發專用機器,而與人工智能技術則為我們提供了可能性。
三、人工智能的發展方向
1.專家系統是目前人工智能中最活躍、最有成效的一個研究領域,它是一種具有特定領域內大量知識與經驗的程序系統。近年來,在“專家系統”或“知識工程”的研究中已出現了成功和有效應用人工智能技術的趨勢。人類專家由于具有豐富的知識,所以才能達到優異的解決問題的能力。那么計算機程序如果能體現和應用這些知識,也應該能解決人類專家所解決的問題,而且能幫助人類專家發現推理過程中出現的差錯,現在這一點已被證實。
2.智能信息檢索技術的飛速發展。人工智能在網絡信息檢索中的應用,主要表現在:(1)如何利用計算機軟硬件系統模仿、延伸與擴展人類智能的理論、方法和技術。(2)由于網絡知識信息既包括規律性的知識,如一般原理概念,也包括大量的經驗知識這些知識不可避免地帶有模糊性、隨機性、不可靠性等不確定性因素對其進行推理,需要利用人工智能的研究成果。
3.SOAr是一種通用智能體系結構,其始終處在人工智能研究的前沿,已顯示出強大的問題求解能力,它認為機器人的開發是人工智能應用的重要領域。在它的研究中突出4個概念:(1)所處的境遇機器人不涉及抽象的描述,而是處在直接影響系統的行為的境地。(2)具體化機器人有軀干,有直接來自周圍世界的經驗,他們的感官起作用后會有反饋。(3)智能的來源不僅僅是限于計算裝置,也是由于與周圍進行交互的動態決定。(4)浮現從系統與周圍世界的交互以及有時候系統的部件間的交互浮現出智能。目前,國內外不少學者都對機器人足球系統頗感興趣,足球機器人涉及機器人學、人工智能以及人工生命、智能控制等多個領域。足球機器人系統本身既是一個典型的多智能體系統,是一個多機器人協作自治系統,同時又為它們的理論研究和模型測試提供一個標準的實驗平臺。
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【關鍵字】人工智能;課程改革;高中;信息技術;課程實施
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097 (2008) 10―0043―04
教育部在2003年頒布的高中信息技術新課程標準中,首次把“人工智能初步”設置為選修模塊,與多媒體、網絡、程序設計、數據庫技術等一起列入信息技術課程體系[1]。此舉曾被視作信息技術課程改革的亮點之一。然而,在如今高中信息技術新課改已經全面鋪開之際,人工智能選修課程的推進仍然舉步維艱,面臨諸多困難和問題。
一 高中人工智能課程的現狀分析
自2004年我國部分省級實驗區開始推進高中新課程改革以來,信息技術課程改革已經開展了四年之久。從目前的總體情況來看,信息技術課程的基礎模塊與多媒體技術、網絡技術、算法與程序設計三個選修模塊的實施情況較好,而數據庫技術與人工智能初步兩個選修模塊的推進情況相對不佳。特別是人工智能課程,至今在全國范圍內正式開設該課程的學校寥寥可數,少數高中展開了一定的探索和實驗,而大多數學校仍持有觀望態度。以下分別從實施取向和實施層次的角度分析該課程的現狀:
(1) 課程實施的取向
由于我國長期以來實行的是全國統一的課程與教材,按照統一規定執行教學計劃,對學校和學生的評價也是按照統一標準與方式實施的,因此我國以往的課程實施基本上都采用了忠實觀的取向[2]。本次新課改中信息技術課程的實施過程難免受到這種取向的影響。然而,新課程標準中對信息技術技術各個模塊的具體實施并沒有明確而詳細的規定,從而使教師對包括人工智能模塊在內的課程實施缺乏長期慣于依賴的參照和依據,增加了課程實施的難度,造成部分模塊的課程難以開設的情況。
(2) 課程實施的層次
課程實施包括五個層面的變化,即教材的改變、組織方式的改變、角色和行為的改變、知識與理解的改變、價值的內化[3]。目前高中人工智能課程在教材改變的層面已經做出了一定的努力。在課程標準的指導下,現已出版的五套教材在體例、版面、學習活動、評價等方面進行了多樣化的設計,基本上貫徹了新課標所倡導的課程目標和理念。在組織方式的層次,少數已經開設人工智能課程的學校結合學生的興趣與學校的實際情況,有針對性地開展了課程的組織。然而,仍然有一些地區或學校不愿或不習慣打破原有的課程組織方式,而是采用硬性規定的方式,人為指定兩三門課程,將選修變為必修,限制學生的自由選擇,依然維持原有的固定班級授課的形式。教材的改變僅僅是課程實施的開始,在組織方式、角色或行為、知識與理解、價值等層次,大部分學校還未發生變化或變化還很小。
(3) 課程實施的典型個案
目前國內開展人工智能課程教學或實驗的典型學校如表1所示。總體來看,這兩所學校都地處東南沿海地區,且學校本身比較積極參與高中新課改的實踐探索,屬于“敢于吃螃蟹”的類型。考慮到課程本身的要求較高,兩所學校都選取了基礎較好的學生開展教學。到目前為止,兩所學校均已開展了三期的教學或實驗探索,任課教師及時總結教學心得體會,并在相關教學刊物或課程研修活動中與廣大一線教師分享教學經驗。
二 高中人工智能課程的影響因素
根據Snyder的研究,可以把課程實施的影響因素歸納為四個方面:課程改革自身的性質、校區的整體情況、學校的水平以及外部環境[4]。結合高中人工智能課程的現狀,本文分別從以上四個方面來探討影響該課程的主要因素。
(1) 課改自身的性質
課程改革本身的性質是影響課程實施的第一要素。它包括課程改革的必要性及其相關性、改革方案的清晰程度、改革內容的復雜性以及改革方案的質量與實用性。結合信息技術新課程改革的相關調查研究,廣大信息技術教師和教研人員對課改的必要性應該認識得比較到位,然而他們對信息技術課程中是否有必要單獨開設人工智能模塊存有疑惑。其次,不少教師對課程改革方案(課程標準)的認識并不是非常清晰。他們認為新課程標準中的教學理念、實施建議等內容相對抽象,不易把握和理解,缺乏具體的針對性,可操作性不強。再次,人工智能課程的實用性相比其他模塊并不明顯,課程內容也相對難度較高。這些因素造成課程設置的必要性不強、實施難度大、實用性不高,直接影響人工智能課程在學校的順利設置。
(2) 校區的整體情況
校區的整體情況主要包括地區的適應性、地方管理部門的支持、教學隊伍的培養、教學研討和交流等等。各地區對課程改革的需要程度會直接影響人們實施課程的積極性和主動性。我國東西部地區的學校對課程改革的需求程度不同,從而造成了課程實施的地區差別。從目前開設人工智能課程或教學實驗的學校來看,均分布于東南沿海較為發達的地區。這些學校的共同特點是基礎條件較好,對課程改革的積極性高,敢于進行教學嘗試和革新。此外,地方管理部分的支持對課程實施也有很大影響,如廣東省為了推動信息技術課程改革,專門出臺了關于課程標準的教學指導意見[5]。其中強調“要特別注意人工智能初步”,并針對人工智能課程提供了較為具體的教學建議,從而促使該省出現了全國最早正式開設人工智能課程的學校。師資隊伍也是影響課程的因素之一。目前大多數高中缺乏熟悉人工智能課程內容和教學方法的專業教師,使得學校無法開設該課程。因此,有關人工智能課程的研討和學習交流顯得尤為重要,然而目前這些方面的活動總體上相對缺乏。
(3) 學校的水平
學校水平對課程實施的影響因素包括校長的作用、教師的個人特征和教師集體的行為取向。學校是課程改革的基本單位,校長和教師是學校課程改革的動因。校長對課改理念的理解,以及對課改的支持、參與程度都會影響課程的順利實施。校長通常會根據上級主管部門的意見,結合本校的實際情況,權衡課程改革可能對學校形成的各種影響。在高考的影響下,信息技術課程在高中各科中長期存在地位“低人一等”的現象,甚至出現課時常被“侵占”的現象。如果校長對信息技術課程本身不重視,那么要求學校開設人工智能選修課無疑是一種奢望。此外,一所學校教師個人和集體的改革意識的強弱也會影響課程的實施。從人工智能課程的現狀來看,恰好印證了這一點:改革意識強的教師個人或教研組即使沒有上級的硬性指令,也能積極展開各選修模塊的教學嘗試和探索,并自覺地從教學者成長為研究者,而思想保守的學校即使具備了課程實施的基本條件,也不愿積極開設相關的選修課程,長期停留于課程的“忠實執行者”的層次。
(4) 外部環境
外部環境因素主要包括政府部門的重視、外部機構的支持以及社區與家長的協助。各國課程改革的經驗表明,教育行政部門和相關機構的態度在很大程度上影響到新課程的順利實施。特別是我國長期以來受到前蘇聯教育模式的影響,課程改革通常是自上而下的模式,新課程的實施主要依靠各級政府教育行政部門的政策和指令的推動。本次新課程改革同樣繼承了這一模式,但是整個教育體制和評價體系未能及時進行相應的調整,因此在某些方面造成各級教育部門的政策抵觸,出現“上有政策、下有對策”的情況。此外,社區與家長對新課改的認識和態度也影響到人工智能課程的實施。研究表明,社區與家長更加關心的是新課改是否有助于提高學生的學業成績,是否會給學生造成更大的負擔,而對學生能力的全面發展和個性的培養則是其次的考慮。因此,要使社區與家長認識和了解課程改革的意義和目標,引導其關心新課程、支持新課程才能更好的促進新課改的健康發展,進而才可能使得包括人工智能在內的高中各科選修模塊得以全面開設與實施。
三 高中人工智能課程的反思
通過調查訪談以及與相關授課教師的交流,筆者了解到高中人工智能課程的教學情況和教師的經驗體會。總體來說,該課程的推進情況不如預期理想,需要從課程的設計、管理、教學以及評價等方面進行反思。
(1) 課程設計
本次高中信息技術課程改革將原來的一門課程分解為1個必修模塊和5個選修模塊,從而給學生提供多樣化的選擇。“人工智能初步”選修模塊是作為智能信息技術處理專題設置的,以反映信息技術學科的發展趨勢,體現教育的時代性要求。課程設置的目的在于使學生在技術掌握與使用的過程中,逐漸領會信息技術在現代社會中的應用以及對科學技術和人類發展的深遠意義[6]。然而,以上的描述更多是該模塊的隱性價值,相比其他模塊該課程的顯性價值并不是很直觀。而一線的信息技術教師較多關注的是該課程的顯性價值:課程能給學生帶來些什么?學生的實踐能力能否有較大提高?教師們在沒有找到一個合理的價值依托之前,一般不會貿然開課。這一點值得課程設計者和教研人員的深刻思考。
通過網絡問卷調查,不少教師認為人工智能課程在高中開設是有一定必要性的[7],但并不意味著所有的學生都需要學習該課程。課程應面向對人工智能有一定興趣的學習者,且最好有一定的基礎。事實上,相對于其他選修模塊,選擇人工智能課程的學生并不是很多。因此,結合我國目前的情況,可以考慮優先在發達地區條件較好的部分學校開設,再進一步利用其示范作用,以點帶面,逐步鋪開培訓、指導、交流的規模和影響面,積極穩妥地推進高中人工智能課程的建設。
(2) 課程管理
課程的有效管理有助于提高課程實施的質量。上個世紀90年代以來,我國的中小學課程由原來的中央集權管理體制逐步轉變為國家、地方、學校的三級管理體制。國家負責課程的總體規劃,省級教育部門結合本地區實際制定課程計劃或實施方案,而學校也將有權根據學校傳統或學生興趣開發適合本校的課程。目前人工智能課程雖然已被列入國家課程標準,但在地方管理層面并未得到應有的認可。部分地區考慮到高考因素,直接將人工智能模塊排除在學生的選擇范圍之外,無疑成為阻礙該課程順利實施的一個重要原因。
目前我國高中了解熟悉人工智能教學內容、方法的教師十分缺乏,相關教育主管部門需加強該課程的師資培養,邀請教材編寫人員和相關專家,積極開展各級培訓、研討和交流活動,以務實的態度來聽取學科教師的意見,為他們提供一些明確的、可操作的指導和建議。也可以開展優秀教學案例的征集和評獎,通過公開課的觀摩和點評活動,或吸納中學教師參與有關課程改革和教學研究的課題,以此提高教師參與改革的積極性。此外,國內高等師范院校信息技術相關專業應該對新課改作出及時的反應,針對高中信息技術各選修模塊為師范生開設相關的課程,為課改的成功實施提供后備師資力量的支持。
(3) 課程教學
從已開展的人工智能課程教學或實驗情況來看,主要的教學體會包括:教學對象選取時要有針對性,不宜硬性指定,應結合學習者自己的興趣和學習基礎供其自由選擇;由于課程的理論和技術的要求較高,不宜大量采用“講授法”進行教學,應設計一些有挑戰性的活動供學生實踐;為保證教學進度有序進行,可通過課堂小測及時鞏固所學內容;應提供良好的網絡條件和計算機設備以支持課程教學和實踐的順利開展。
國外一些高校通過遠程網絡的手段與中學合作開展人工智能教學,加快了課程建設的步伐,并提高了教學質量。大學負責教學網站的建設維護,主持與中小學的討論答疑,中學則負責課程教學的具體實施。文中個案也印證了這種做法的有效性:讓一些致力于高中人工智能課程研究的高校和部分條件較好的中學建立共同體,協作推動課程的實施。一方面,高校研究人員能為中學提供教學指導建議、技術和資源的支持;另一方面,中學的教學實踐也為高校進行課程教學研究提供了材料和依據。
(4) 課程評價
研究表明,評價目前已成為影響高中信息技術新課程實施的一個重要問題[8]。從本次課改的動因來看,針對我國現行教育體制下的高考選拔制度在很多方面呈現的弊端,新課改力圖在一定程度上改變這一局面,努力使學習者能夠真正獲得全面的發展。但是,在目前情況下以高考為“指揮棒”的評價體系短期內仍然無法發生質的變化。高中新課改實施以來,部分省份相繼將信息技術課程納入了高考的范疇,以往信息技術課程不受重視的情況逐漸得到了一些改善。然而,高考是否解決信息技術課程評價問題的一劑良藥,進而為人工智能課程的實施及其評價帶來新的希望,目前仍是值得懷疑和思考的問題。特別是當前高考科目已經較多,再增加科目無疑會加重學習者的負擔,且很容易回到應試教育的老路上。
其次,雖然新課程標準中提供了關于課程評價的建議,但是其中的內容仍然比較抽象,可操作性不夠。如在信息技術課程標準的評價建議中,提倡評價主體的多元化,關注學生的個別差異,綜合應用多種過程性評價方式,適當滲透表現性評價的理念,等等。這些內容從理念上來講都是很好的,但是如何在教學實踐中加以操作實施,對一線教師而言仍是不夠明確和難以把握的問題。而且,信息技術課程的每個模塊各有特色,然而課程標準并未就此提供專門的評價建議。因此,一套科學合理、適合人工智能課程的評價體系和方法仍需要教研人員在實踐中不斷摸索總結。
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“每個人都很愿意講話;同時往往各執己見,誰也無法說服誰。”來自英國惠靈頓公學的校長朱利安·托馬斯聳肩一笑,話鋒一轉:“要讓他們達成一致,那幾乎是奇跡。”
托馬斯口中的奇跡,卻真實地發生了。不久前,在天津惠靈頓國際學校舉辦的一場主題為“如何培養21世紀人才”的論壇上,來自中、英、韓三國知名中學的校長坐在了一起,就人才培養達成了共識:技術正在迅速地改變著這個時代,教育也必須與時俱進地變革,才能培養出未來需要的人才。
在瞬息萬變的大數據和信息時代中,在不斷融合的全球化大趨勢里,到底什么才是未來人才最重要的品質?這個話題成為與會者討論的焦點。
死記硬背的知識記憶已經過時
“我大學畢業的時候,學校只有一臺電腦,有整整一間屋子那么大。而今天,技術在突飛猛進。”托馬斯說,目前的教育和考試系統都是源自于過去的時代,當時對于大多數學習者來說,最重要的學習技能是記憶力。”但這種強調記憶力的教育僅適合過去的時代,而今天,應該是改變的時候了。
“讓每個孩子在離開學校后,保持一種非常積極的狀態,他們不僅是愿意學習的,并且對自己所做的事情很感興趣。”這是托馬斯理解的“好的教育”。
他理想中的教室,并不是鴉雀無聲、秩序井然的樣子,“在一個非常安靜的教室里,老師給學生傳授知識,這并不是最好的學習方法。”他認為,一個在未來有持續學習能力的人,首先要學會自主學習,因此課堂上老師不應是僅僅灌輸知識,而是要讓學生學會獨立學習。基于興趣的學習,能讓學習者不會淺嘗輒止,而愿意在某個領域進一步鉆研和探索,不斷深入。
托馬斯認為,教育的本質在于釋放孩子各方面的天性。在中學階段,應該給孩子們留下更多可以伴隨一生的良好品格,即積極、慎思、獨立、個性和包容這五大特質。
人工智能時代,教育能給孩子什么
“我想先跟大家講一講圍棋的事兒。”天津韓國國際學校校長姜聲奉開門見山地提到今年3月韓國棋手李世石多次敗給人工智能“阿爾法狗”的故事。顯然,這次人機大戰給教育者帶來更多思考——學生是不是可以完全依賴技術而不再學習?
姜聲奉認為,既要看到人工智能給人類帶來的巨大便利,也應該透過這場人機大戰看到人工智能代替不了的人類能力。比如李世石的拼搏精神,面對失敗尋求突破的創造力和耐心,以及帶領團隊分析的領導力,“這些能力是今后我們應該對學生培養的重點”。
他以一份對外公布的聯合國報告舉例,未來很多工作都會被人工智能取代。不僅是簡單的、初級的勞動,甚至也包括一些專業性較強的工作,比如會計、醫生等。那么,在人工智能時代,教育的方向又應該是怎樣的呢?他認為,教育應該關注的是那些不能被人工智能取代的能力。如感知能力、創造力和洞察力,以及與人合作的能力等。
天津惠靈頓國際學校校長邁克爾·希金斯舉起手機說,現在我們每個人在使用智能手機,它的計算能力都具備了上世紀六七十年代把人帶到月球的水平,甚至這種能力還在不斷增強,“那么對教育而言,除了傳統的數學、英語等必不可少的課程學習之外,我們更應關注一個人的能力和品質”。
更重要的教育在課堂之外
“考什么才學什么,一定要警惕這種功利傾向。”托馬斯舉例說,如何修理自來水管,這種跟實際生活關系很密切的技能,也是不應忽視的教育內容。
“學習不僅是上課、寫作業,還有很重要的一點是‘軟實力’的培養。”希金斯解釋說,軟技能是與人互動的能力。比如學校要準備一場足球賽,在準備的過程中首先會激發學生對足球的興趣,而過程中鍛煉學生的領導力、團隊協作力,并且學會共同承擔風險,這些都是軟實力。
天津南開中學第六任校長、天津南開翔宇學校總校長康岫巖也表示,一個在未來有競爭力的人才,首先要有國際理解力,也就是說,不僅能夠植根于本民族的文化,還能夠客觀看待、理解并尊重外國的歷史文化和歷史傳統,主動參與多元文化的交流。
不約而同的,來自三國的中學校長都提到了,要想讓教育方式徹底轉變,考試模式必須隨之變化。
托馬斯說,通過考查記憶力的方式評判一個人能否勝任某一項職業的時代已經成為歷史。應該在教育中識別出哪些是希望學生學習的內容,并通過考試體現出來,“要讓考試和教育緊密結合”。
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關鍵詞:人工智能 情感 約束
中圖分類號:TP18 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)001-085-03
1引言
人工智能(Artificial Intelligence,AI)自從20世紀50年代產生,經過長期發展,已經有了長足的進步,并且已經深入到社會生活的諸多領域,如語言處理、智能數據檢索系統、視覺系統、自動定理證明、智能計算、問題求解、人工智能程序語言以及自動程序設計等。隨著科學技術的不斷發展,現在的人工智能已經不再是僅僅具有簡單的模仿與邏輯思維能力,人們也越來越期待人工智能能夠幫助或者替代人類從事各種復雜的工作,加強人的思維功能、行為功能或是感知功能。這就要求人工智能具有更強的情感識別、情感表達以及情感理解能力。通俗的說,為了使得人工智能對外界的變化適應性更強,需要給它們賦予相應的情感從而能夠應對這個難以預測的世界。
在賦予人工智能“情感”的過程中,面臨著許多的問題,有科技層面上的,也有社會學層面的。本文在這里只討論其中一個比較基本的社會學問題:“人工智能情感約束問題”,即關注于如何約束賦予給人工智能的情感,不至于使其“情感泛濫”。情感指的是一種特殊的思維方式,人工智能具有了情感后的問題是:人工智能的情感是人類賦予的,人工智能自身并不會創造或者控制自己的情感。如果賦予人工智能的情感種類不合理,或者是賦予的情感程度不恰當,都有可能造成“情感泛濫”并導致一些災難性的后果。例如,當人工智能具有了情感之后,如果人類自身管理不恰當,有可能導致人工智能反過來傷害人類。盡管目前我們只能在一些科幻作品中看到這種情況發生,但誰也不能保證未來有一天會不會真的出現這種悲劇。
本文第二章對人工智能情感研究進行了概要性回顧,第三章對如何約束人工智能情感進行了嘗試性探討,最后一章對全文進行了總結。
2人工情感發展情況概述
隨著科學家對人類大腦及精神系統深入的研究,已經愈來愈肯定情感是智能的一部分。人工情感是以人類自然情感理論為基礎,結合人工智能、機器人學等學科,對人類情感過程進行建模,以期獲得用單純理性思維難以達到的智能水平和自主性的一種研究方向。目前,研究者的研究方向主要是人工情感建模、自然情感機器識別與表達、人工情感機理等四個方面的內容。其中,尤以人工情感機理的研究困難最大,研究者也最少。
目前人工情感在很多領域得到了應用和發展,比較典型的是在教育教學、保健護理、家庭助理、服務等行業領域。在教育教學方面比較典型的例子是德國人工智能研究中心發展的三個方案:在虛擬劇場、虛擬市場和對話Agent中引入情感模型和個性特征來幫助開發兒童的想象力及創造力。在保健護理方面比較典型的是家庭保健與護理方向,如Lisetti等人研制的一個用于遠程家庭保健的智能情感界面,用多模態情感識別手段來識別病人的情感狀態,并輸入不同媒體和編碼模型進行處理,從而為醫生提供關于病人簡明而有價值的情感信息以便于進行有效的護理。服務型機器人的典型例子是卡內基梅隆大學發明的一個機器人接待員Valerie。Valerie的面孔形象的出現在一個能夠轉動方向的移動屏幕上時可以向訪問者提供一些天氣和方位方面的信息,還可以接電話、解答一些問題;并且Valerie有自己的性格和愛好,情感表達較為豐富。當然這些只是人工情感應用領域中的幾個典型的例子,人工智能情感的潛力仍然是巨大的。
盡管關于人工情感的研究已經取得了一定的成果,給我們帶來了很多驚喜和利益,但由于情緒表現出的無限紛繁以及它與行為之間的復雜聯系,人們對它的運行機理了解的還不成熟,以致使得目前人工情感的研究仍面臨著諸如評價標準、情感道德約束等多方面問題。所以必須清楚的認識到我們目前對于人工情感的計算乃至控制機制并沒有一個成熟的體系。
3對人工智能的情感約束
正如上文所述,如果放任人工智能“情感泛濫”,很有可能會造成嚴重的后果。為了使人工智能技術更好的發展,使智能與情感恰到好處的結合起來,我們有必要思考如何對賦予人工智能情感進行引導或者約束。
3.1根據級別賦予情感
可以根據人工智能級別來賦予其情感,如低級別人工智能不賦予情感、高級別人工智能賦予其適當的情感。眾所周知,人工智能是一門交叉科學科,要正確認識和掌握人工智能的相關技術的人至少必須同時懂得計算機學、心理學和哲學。首先需要樹立這樣的一個觀點:人工智能的起點不是計算機學而是人的智能本身,也就是說技術不是最重要的,在這之前必須得先解決思想問題。而人工智能由于這方面沒有一個嚴格的或是量度上的控制而容易出現問題。從哲學的角度來說,量變最終會導致質變。現在是科學技術飛速發展的時代,不能排除這個量變導致質變時代的人工智能機器人的到來,而到那個時候后果則不堪設想。因此,在現階段我們就應該對人工智能的情感賦予程度進行一個約束。
根據維納的反饋理論,人工智能可以被分成高低兩個層次。低層次的是智能型的人工智能,主要具備適應環境和自我優化的能力。高層次的是情感型的人工智能,它的輸入過程主要是模仿人的感覺方式,輸出過程則是模仿人的反應情緒。據此我們可分別將機器人分為一般用途機器人和高級用途機器人兩種。一般用途機器人是指不具有情感,只具有一般編程能力和操作功能的機器人。那么對于一般用途的機器人我們完全可以嚴格的用程序去控制它的行為而沒必要去給他賦予情感。而對于高級層面的情感機器人來說,我們就適當的賦予一些情感。但即使是這樣一部分高層次的情感機器人,在賦予人工情感仍然需要考慮到可能會帶來的某些潛在的危害,要慎之又慎。
3.2根據角色賦予情感
同樣也可以根據人工智能機器人角色的不同選擇性的賦予其不同類型的情感。人類與機器合作起來比任何一方單獨工作都更為強大。正因為如此,人類就要善于與人工智能機器合作,充分發揮人機合作的最大優勢。由于計算機硬件、無線網絡與蜂窩數據網絡的高速發展,目前的這個時代是人工智能發展的極佳時期,使人工智能機器人處理許多以前無法完成的任務,并使一些全新的應用不再禁錮于研究實驗室,可以在公共渠道上為所有人服務,人機合作也將成為一種大的趨勢,而他們會以不同的角色與我們進行合作。或作為工具、顧問、工人、寵物、伴侶亦或是其他角色。總之,我們應該和這些機器建立一種合作互助的關系,然后共同完任務。這當然是一種很理想的狀態,要做到這樣,首先需要我們人類轉變自身現有的思維模式:這些機器不再是一種工具,而是平等的服務提供人。
舉例來說,當機器人照顧老人或是小孩的時候,我們應該賦予它更多的正面情緒,而不要去賦予負面情緒,否則如果機器人的負向情緒被激發了,對于這些老人或者小孩來說危險性是極大的;但是,如果機器人是作為看門的保安,我們對這種角色的機器人就可以適當的賦予一些負向的情緒,那么對于那些不按規則的來訪者或是小偷就有一定的威懾力。總之,在我們賦予這些智能機器人情感前必須要周到的考慮這些情感的程度和種類,不要沒有顧忌的想當然的去賦予,而是按分工、作用賦予限制性的情感約束,達到安全的目的。
3.3對賦予人進行約束
對人工智能情感賦予者進行約束,提高賦予者的自身素質,并定期考核,并為每一被賦予情感的人工智能制定責任人。
縱觀人工智能技術發展史,我們可以發現很多的事故都是因為人為因素導致的。比如,首起機器人殺人案:1978年9月的一天,在日本廣島,一臺機器人正在切割鋼板,突然電腦系統出現故障,機器人伸出巨臂,把一名工人活生生地送到鋼刀下,切成肉片。
另外,某些研究者也許會因為利益的誘惑,而將人工智能運用在不正當領域,或者人工智能技術落入犯罪分子的手中,被他們用來進行反對人類和危害社會的犯罪活動。也就是用于所謂的“智能犯罪”。任何新技術的最大危險莫過于人類對它失去控制,或者是它落入那些企圖利用新技術反對人類的人的手中。
因此為了減少這些由于人而導致的悲劇,我們需要對這些研究者本身進行約束。比如通過相應的培訓或是定期的思想政治教育、或是理論知識的學習并制定定期的考核制度來保證這些專家自身的素質,又或者加強對人工智能事故的追究機制,發生問題能立即查詢到事故方等等,通過這樣一系列強有力的硬性指標達到減少由于人為因素導致悲劇的目的。
3.4制定相應的規章制度來管理人工智能情感的發展
目前世界上并未出臺任何一項通用的法律來規范人工智能的發展。不過在1939 年,出生在俄國的美籍作家阿西莫夫在他的小說中描繪了工程師們在設計和制造機器人時通過加入保險除惡裝置使機器人有效地被主人控制的情景。這就從技術上提出了預防機器人犯罪的思路。幾年后, 他又為這種技術裝置提出了倫理學準則的道德三律:(1)機器人不得傷害人類,或看到人類受到傷害而袖手旁觀;(2)在不違反第一定律的前提下,機器人必須絕對服從人類給與的任何命令;(3)在不違反第一定律和第二定律的前提下,機器人必須盡力保護自己。這一“機器人道德三律”表現了一種在道德憂思的基礎上,對如何解決人工智能中有害人類因素所提出的道德原則,雖然得到很多人的指責,但其首創性還是得到公認的。盡管這個定律只是小說家提出來的,但是也代表了很多人的心聲,也是值得借鑒的。
那么對于人工智能情感的約束呢?顯然,更加沒有相應的法律法規來規范。那么,我們就只能在賦予人工智能情感的道理上更加的小心翼翼。比如,我們可以制定一些應急方案來防止可能導致的某些后果,也即出現了問題如何及時的處理之。另外我們在操作和管理上應更加慎重的去對待。也希望隨著科學技術的發展,能夠在不久的將來出臺一部相應的規章制度來規范人工智能情感的管理,使之更加精確化、合理化。
4結束語
人工智能的情感研究目的就是探索利用情感在生物體中所扮演的一些角色、發展技術和方法來增強計算機或機器人的自治性、適應能力和社會交互的能力。但是現階段對這方面的研究雖然在技術上可能已經很成熟,但是人工智能情感畢竟是模擬人的情感,是個很復雜的過程,本文嘗試性的在人工智能發展中可能遇到的問題進行了有益的探討。但是不可否認仍然有很長的道路要走,但是對于人工智能的發展勁頭我們不可否認,將來“百分百情感機器人”的問世也許是遲早的事情。
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