人工智能看教育

作者介紹

李德毅

CAAI名譽(yù)理事長(zhǎng)

中國(guó)工程院院士

歐亞科學(xué)院院士

個(gè)人簡(jiǎn)介：

軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院研究員，中國(guó)指揮控制學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)。中國(guó)改革開放以來第一位人工智能相關(guān)專業(yè)博士學(xué)位獲得者，指揮自動(dòng)化和人工智能領(lǐng)域?qū)＜摇ｉL(zhǎng)期致力于信息化和智能化工作，不確定性人工智能領(lǐng)域的主要開拓者，中國(guó)無(wú)人駕駛的積極引領(lǐng)者，人工智能產(chǎn)學(xué)研發(fā)展的重要推動(dòng)者，也是吳文俊人工智能最高成就獎(jiǎng)獲得者。

馬楠

CAAI副秘書長(zhǎng)

北京工業(yè)大學(xué)

智能感知與自主控制教育部

工程研究中心副主任、教授

個(gè)人簡(jiǎn)介：

研究方向?yàn)榻换フJ(rèn)知、機(jī)器視覺、無(wú)人駕駛、知識(shí)發(fā)現(xiàn)與智能系統(tǒng)。先后以第一完成人獲得中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)電子學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)【技術(shù)發(fā)明類】二等獎(jiǎng)，獲全國(guó)教育科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果二等獎(jiǎng)，主持多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金等國(guó)家、省部級(jí)項(xiàng)目。

摘要

人類智能始于語(yǔ)言，人工智能始于文字，人類最偉大的智慧是發(fā)明了教育，智能植根于教育，教育讓人類智能的發(fā)展從“現(xiàn)在進(jìn)行時(shí)”變?yōu)椤艾F(xiàn)在完成時(shí)”。智能機(jī)器里的物質(zhì)和能量是物理層面的真實(shí)存在，結(jié)構(gòu)和時(shí)間是認(rèn)知層面的抽象思維。結(jié)構(gòu)和時(shí)間寄生在物質(zhì)和能量上，構(gòu)成硬構(gòu)體；機(jī)器里的信息是大量的軟構(gòu)體，體現(xiàn)了精神世界可以寄生在硬構(gòu)體或者其他軟構(gòu)體之上，有虛有實(shí)，虛實(shí)結(jié)合，可自舉和自我復(fù)用，始終至少存在下一個(gè)時(shí)間周期，使得機(jī)器能再去“想”，其秩序顯示出維持自身思維和產(chǎn)生有序事件的能力。人的思維和機(jī)器的思維在數(shù)學(xué)上是同構(gòu)的，在物理上是同源的，靠能量支撐，賴負(fù)熵為生。智能機(jī)器的誕生沖擊教育的全方位、全要素，從教“書”，演進(jìn)到教“學(xué)”，再進(jìn)一步演進(jìn)到教“育”，從如何擁有知識(shí)，演進(jìn)到如何使用知識(shí)，進(jìn)而演進(jìn)到如何創(chuàng)造知識(shí)。智能時(shí)代教育的精髓是培育思維的想象力和創(chuàng)造力，人類思維的核心是抽象、聯(lián)想和交互，機(jī)器亦然。機(jī)器用軟構(gòu)體延伸和拓展了人的思維，更重要的是，機(jī)器可以暴力思維，人和機(jī)器互教互學(xué)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成迭代的智能。智能時(shí)代的教育改革問題已經(jīng)迫切地?cái)[在全人類的面前，讀書改變一個(gè)人，教育改變?nèi)祟?，讓我們迎接這場(chǎng)學(xué)習(xí)的革命吧！

關(guān)鍵詞

軟構(gòu)體 具身交互智能 記憶智能 暴力思維 迭代的智能

最近這幾年，許多教育工作者懷著極大的熱情，擁抱人工智能，討論人工智能如何賦能教育，尤其是用機(jī)器學(xué)習(xí)的成果來改善教學(xué)手段，提高學(xué)習(xí)效率，減輕教師負(fù)擔(dān)。作為人工智能領(lǐng)域的長(zhǎng)期工作者，作者想從另外一個(gè)角度，從人工智能的角度看教育，說清機(jī)器為什么能夠思維、如何思維，人類在有了智能機(jī)器（人）之后，如何推動(dòng)教育與時(shí)俱進(jìn)。

一、人類最偉大的智慧是發(fā)明了教育

1.自然進(jìn)化奠定了教育的生物學(xué)基礎(chǔ)

自然進(jìn)化并沒有過分關(guān)照人類，那人類是怎么在這么短的一個(gè)時(shí)期內(nèi)一下子就站到了全球的霸主地位了呢[1]？看看魚鷹如何捕魚的，蜜蜂如何筑巢的，蟻群如何挖穴的，蜘蛛如何織網(wǎng)的，老虎如何運(yùn)動(dòng)和捉拿的，黑猩猩如何創(chuàng)造和使用工具的，其智能都讓人類嘆為觀止。和其他生物智能相比，人眼只能看到可見光，人耳聽不到超聲波，寵物識(shí)別主人的能力亦或超過主人識(shí)別寵物，自然進(jìn)化的本質(zhì)是物種的多樣性，適者生存的進(jìn)化法則并沒有過分關(guān)照人類。那么，人類進(jìn)化的特別之處在哪里呢？

經(jīng)歷了幾百萬(wàn)年，人類進(jìn)化的特別之處體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，人類從早期的爬行動(dòng)物進(jìn)化到直立行走的猿人的過程中，解放了雙手，學(xué)會(huì)制造工具并進(jìn)行勞動(dòng)，與其他生物相比人類有一雙靈巧的手；第二，人類的聲帶發(fā)音和耳蝸聽力精細(xì)神奇，語(yǔ)言能力強(qiáng)，還可以用復(fù)雜精致的語(yǔ)音區(qū)分是誰(shuí)在講話；第三，人類具有復(fù)雜的大腦，首先是腦干部分，它是整個(gè)身體調(diào)節(jié)的核心，并且有意識(shí)。待進(jìn)化到哺乳動(dòng)物的時(shí)候，高等生物有了情感，在意識(shí)區(qū)和情感區(qū)基礎(chǔ)上，大腦外皮層暴長(zhǎng)，體積約300cm3，其表面積為2200～2850cm2，含近千億個(gè)活動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞，九千億個(gè)膠質(zhì)量細(xì)胞，成為獨(dú)一無(wú)二的人類認(rèn)知特質(zhì)，如圖1所示。自然進(jìn)化給了教育的生物學(xué)基礎(chǔ)。人類基因中只有30億個(gè)堿基對(duì)，基因決定神經(jīng)元的連接規(guī)則或者模式，并不指定神經(jīng)元的連接強(qiáng)度，而人腦有大概860億個(gè)神經(jīng)元，平均每個(gè)神經(jīng)元有1000個(gè)左右的連接，因此基因沒法完全指定每個(gè)神經(jīng)元的連接方式和強(qiáng)度，這就為后天的可重塑留下了空間。教育，尤其是早期教育，塑造一個(gè)人的認(rèn)知。和其他生物相比，自然選擇、物競(jìng)天擇、適者生存[2]，形成了復(fù)雜精致的人類大腦，代價(jià)是需要漫長(zhǎng)時(shí)間來進(jìn)化，是千萬(wàn)年用生與死的世代更替，保存任何發(fā)生有利變異的個(gè)體，并毀滅在構(gòu)造上有任何不合宜偏離的個(gè)體。

圖 1 教育的生物學(xué)基礎(chǔ)：人類進(jìn)化的三個(gè)特別之處

2.人類智能始于語(yǔ)言，文字延伸到體外成為人工智能

人類學(xué)習(xí)的歷史幾乎與生命的歷史一樣漫長(zhǎng)，從猴科到人族經(jīng)歷了數(shù)千萬(wàn)年的進(jìn)化，人腦組織結(jié)構(gòu)不斷地適應(yīng)人的語(yǔ)言能力；人類的智能、知識(shí)、文化和文明靠后天習(xí)得，靠大腦皮層的支撐，人腦組織結(jié)構(gòu)的進(jìn)化和后天學(xué)習(xí)成就了人類智能，如圖2所示?，F(xiàn)代意義上的AI始于古典哲學(xué)家用機(jī)械符號(hào)處理的觀點(diǎn)解釋人類思考過程的嘗試。1956年達(dá)特茅斯會(huì)議之后，AI被正式啟用，會(huì)議上確立了人工智能的研究領(lǐng)域[3]。其實(shí)，人工智能的起源可以追溯到很久很久之前，計(jì)算機(jī)之前就有算盤、計(jì)算尺等，讓思想、思維、智能離開生命體而獨(dú)立存在，始于人類發(fā)明語(yǔ)言和文字，用語(yǔ)言和文字承載人的思維和智能，反過來人工智能又促進(jìn)了作為生物的人腦認(rèn)知能力的進(jìn)化，可用機(jī)器來模擬人的智能。

圖 2 人類智能的形成

人類智能始于語(yǔ)言，語(yǔ)言離不開語(yǔ)境、語(yǔ)用、語(yǔ)義和語(yǔ)法。文字的發(fā)明過程進(jìn)一步催生人類更多的想象力，尤其是抽象、聯(lián)想和交互。200萬(wàn)年前動(dòng)物人科中的直立人，創(chuàng)造了石頭文化，又經(jīng)過30萬(wàn)年前的智人和3萬(wàn)年前的現(xiàn)代人類文字誕生的漫長(zhǎng)演化，人類交流從模仿、姿勢(shì)、手勢(shì)、口語(yǔ)、圖畫，到文字。西亞出現(xiàn)最早的楔形文字[4]，古埃及最早的文字是象形文字，大約出現(xiàn)于6000年前，象形文字是表意的，后來演化為表音象形文字。古漢語(yǔ)起源于3000年前，在中國(guó)商朝遺址殷墟上發(fā)現(xiàn)的甲骨文，有豐富的發(fā)音體系，區(qū)分輔音與元音。

人類和動(dòng)物的最本質(zhì)的區(qū)別是人類發(fā)明了文字。地球上所有物種，都是依靠自然進(jìn)化的生物本能，加上自身生命期內(nèi)有限的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[5]。拓展智能唯有人類不同，一個(gè)人在完成了生育之后，他或她對(duì)人類這個(gè)物種智能的生物學(xué)貢獻(xiàn)就完成了，但實(shí)際上他或她在后來生命期內(nèi)的智能，如果延伸到體外形成人工智能，對(duì)人類的智能發(fā)展的貢獻(xiàn)依然存在，人類通過語(yǔ)言文字傳承知識(shí)。語(yǔ)言學(xué)家估計(jì)地球上有6900多種語(yǔ)言文字。文字的流變有類似的源頭，過后形成不同分支。無(wú)論圖畫文字、楔形文字、象形文字、拼音文字、甲骨文字等，不斷演化，直到各個(gè)學(xué)科專業(yè)的符號(hào)文字（如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和音樂），甚至發(fā)展到計(jì)算機(jī)編程的語(yǔ)言符號(hào)，把各種抽象概念用文字表達(dá)出來，把人類的思想、思維、見解、技巧、決策、問題求解等用文字符號(hào)表達(dá)出來，刻到介質(zhì)上，印到書本里，放到機(jī)器里。生命停止了，文字還存在，特定人的智能還在，群體的智能還在，成為人工智能，成為人類文明。人工智能是人類智能的體外延伸，始于文字。文字是連續(xù)語(yǔ)言的離散載體，言之無(wú)文，行而不遠(yuǎn)，行而不久。人類區(qū)別于其他生物最基本的特征是用文字表達(dá)人的思想、思維、情感，表達(dá)智能，成為我們靈魂的解釋者，文字可脫離生命體而長(zhǎng)期存在，成為環(huán)境的一部分，成為人類文化文明的生態(tài)，成為認(rèn)知空間數(shù)字化的基礎(chǔ)。

3.人類是地球上萬(wàn)千物種中最會(huì)學(xué)習(xí)的物種

教育始于史前時(shí)代，世界上最早的學(xué)校出現(xiàn)在兩河流域的古巴比倫文明中，公元前3500年在古巴比倫蘇美爾的蘇路珀古城遺址有大量的泥板學(xué)生課本和作業(yè)，證明兩河流域已有讀、寫、算等基本訓(xùn)練的“泥板書舍”，公元前2100年在兩河流域的馬里城遺址里一所由一條通道和兩個(gè)房間（分別可坐20人和45人）組成的學(xué)校，使用楔形文字教學(xué)。四大文明古國(guó)（古埃及、古巴比倫、古印度和中國(guó)）均出現(xiàn)最早的學(xué)校。公元前2500年的古埃及有宮廷學(xué)校，我國(guó)在公元前2000多年的夏朝就設(shè)有“序”“?！薄扳浴钡葘ｉT的公學(xué)，還有春秋時(shí)期孔子的私學(xué)。一個(gè)人一生的認(rèn)知能力發(fā)展，尤其是學(xué)習(xí)的能力，離不開他或她所浸染的教育環(huán)境。教育的傳播性和傳承性可以把人類的智能迅速在時(shí)空擴(kuò)散，這就讓人的認(rèn)知和智能躍上了快車道。在地球生命的歷史上，第一次產(chǎn)生了能夠利用群體智能和社會(huì)文明，通過語(yǔ)言、文字和教育，向后代傳播并傳承已有的人工智能的唯一物種。

人類不僅可以用語(yǔ)言和文字談?wù)摼唧w的、實(shí)在的事物，還可以在認(rèn)知空間創(chuàng)造出物理空間并不真實(shí)存在的抽象概念。人腦外皮質(zhì)復(fù)雜的神經(jīng)組織的可重塑能力，形成記憶，為人在本能基礎(chǔ)上的二次認(rèn)知擴(kuò)張奠定了基礎(chǔ)，充滿了想象力和創(chuàng)造力，具有學(xué)習(xí)的本能，知識(shí)依靠后天習(xí)得。因此，人類是地球上萬(wàn)千物種中最會(huì)學(xué)習(xí)的物種。

4.教育讓人的智能發(fā)展從“現(xiàn)在進(jìn)行時(shí)”到“現(xiàn)在完成時(shí)”

人類智能形成的科學(xué)技術(shù)成為學(xué)校傳承學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，不僅僅是有監(jiān)督學(xué)習(xí)，更是有指導(dǎo)的學(xué)習(xí)和學(xué)生集體的學(xué)習(xí)，還有強(qiáng)化學(xué)習(xí)。知識(shí)是認(rèn)知力的食糧，學(xué)習(xí)培育了人類的繼承力、認(rèn)知力和創(chuàng)造力。沒有哪一個(gè)物種能像人類一樣把一生四分之一的時(shí)間用來接受課堂教育，教育的優(yōu)勢(shì)是任何地方、任何民族、任何國(guó)家所取得的任何新的知識(shí)和智能，可以很快成為全人類的共同認(rèn)知，知識(shí)的傳播、交流和后天灌輸效率高，無(wú)需親自實(shí)踐，學(xué)了就用，迅速共享。這些知識(shí)是在地球上生活過的一千多億人在幾萬(wàn)年中形成的社會(huì)文明，通過教育把人類創(chuàng)造的累積性知識(shí)與精神財(cái)富跨代、跨多代傳承下去，擺脫了智能單純通過基因逐代進(jìn)化的單一渠道，原本依靠生物進(jìn)化智能的“現(xiàn)在進(jìn)行時(shí)”被添加了一個(gè)新的、而且占主導(dǎo)地位的認(rèn)知渠道，即依靠教育發(fā)展智能的“現(xiàn)在完成時(shí)”。

讀書可以改變一個(gè)人，而教育可以改變?nèi)祟悾悄苤哺诮逃?。人類認(rèn)知革命的起點(diǎn)是發(fā)明語(yǔ)言、文字和符號(hào)，開創(chuàng)了文化和文明，這些認(rèn)知是“想象的現(xiàn)實(shí)”，使得智能可以脫離生命體而獨(dú)立存在，進(jìn)而發(fā)明了教育。人類第二次認(rèn)知革命是探究客觀世界、探究物質(zhì)和能量，發(fā)明各種各樣的動(dòng)力工具、傳感工具和智力工具。當(dāng)前人類正進(jìn)入到人工智能時(shí)代，即第三次認(rèn)知革命，到21世紀(jì)中葉，運(yùn)用腦科學(xué)研究成果，研發(fā)無(wú)意識(shí)的類腦智能，形成可交互、會(huì)學(xué)習(xí)、能進(jìn)化的新一代人工智能，按照人類賦予的意圖，一以貫之地服務(wù)人類，人類發(fā)明能夠思維的機(jī)器，機(jī)器可以被教育，拓展了智能。未來的智慧人類和智能機(jī)器迭代發(fā)展，要改變環(huán)境，改造自己。人類未來也許還會(huì)有第四次認(rèn)知革命，那將是認(rèn)知生命，涉及到生命倫理，把人工智能反作用到自然界各類生命體之中，進(jìn)而重新塑造生命，包括人類自身。

二、教育的精髓是促進(jìn)思維的想象力和創(chuàng)造力

1.與時(shí)俱進(jìn)的教育變革：培養(yǎng)和孕育學(xué)生創(chuàng)新的內(nèi)生動(dòng)力

人類何以為人類？應(yīng)該說和其他物種的最大不同，是人類順應(yīng)自然的人腦的進(jìn)化，形成最偉大的發(fā)明——教育，并與時(shí)俱進(jìn)地改革教育[6]。文字是思維活動(dòng)的載體，知識(shí)是群體智能的結(jié)晶，教育是傳承學(xué)習(xí)的手段，個(gè)體智能通過教育獲得群體智能，通過傳承學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)反復(fù)迭代個(gè)體和群體智能，積累下來，使得人類進(jìn)入了高速發(fā)展的智能時(shí)代。教育包括傳承學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)用自然語(yǔ)言和各種專業(yè)語(yǔ)言思維的能力。傳承學(xué)習(xí)是培養(yǎng)接受知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力，運(yùn)用顯知識(shí)，適應(yīng)生態(tài)文明，由外向內(nèi)，外施內(nèi)效，帶強(qiáng)制性，帶引導(dǎo)性；自主學(xué)習(xí)是通過自己實(shí)踐生成經(jīng)驗(yàn)、技巧和知識(shí)的能力，運(yùn)用隱知識(shí)，反復(fù)實(shí)踐，成為本能，由內(nèi)向外，孕育而生，形成記憶，主體性強(qiáng)[6]。教育中傳承學(xué)習(xí)加自主學(xué)習(xí)，有監(jiān)督學(xué)習(xí)加無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)，個(gè)體學(xué)習(xí)加集體學(xué)習(xí)，這才培育出一個(gè)個(gè)單體的通用智能，具備思考、分析、解釋、解決一般問題的方法和能力，培育了人類的繼承力、想象力和創(chuàng)造力。教書是使學(xué)生擁有知識(shí)，教學(xué)是使用知識(shí)，教育則是創(chuàng)造知識(shí)。

人類智能通過教育不斷提升、學(xué)習(xí)新知識(shí)，形成新認(rèn)知。學(xué)校和教師要從以傳承學(xué)習(xí)、傳授知識(shí)為主，拓展到培養(yǎng)人腦認(rèn)知能力。授人以魚，不如授人以漁，智能時(shí)代的教育，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)校學(xué)習(xí)、乃至終身學(xué)習(xí)能力、提升人類認(rèn)知水平，駕馭機(jī)器人“新人類”的能力。在這個(gè)過程中，教師也在踐行終身學(xué)習(xí)。從教“書”到教“學(xué)”再到教“育”，實(shí)際上是從擁有知識(shí)到使用知識(shí)再到創(chuàng)造知識(shí)的過程，這是時(shí)代對(duì)教育提出的變革要求。此外，在智能時(shí)代，終身學(xué)習(xí)也會(huì)作為一種特性，賦予人類制造的機(jī)器，機(jī)器如人類一樣會(huì)不斷學(xué)習(xí)并且服務(wù)于人類，這也正是新一代人工智能的核心。學(xué)習(xí)的形態(tài)是交互；學(xué)習(xí)的核心是理解，即可解釋可證明；學(xué)習(xí)的結(jié)果是記憶，鞏固或微重構(gòu)已有的記憶網(wǎng)絡(luò)；學(xué)習(xí)成為新一代人工智能解釋、解決現(xiàn)實(shí)問題的基礎(chǔ)。當(dāng)一個(gè)個(gè)虛擬名師機(jī)器人、教練機(jī)器人參與到教育活動(dòng)中，人與機(jī)器的協(xié)同發(fā)展，將有效促進(jìn)社會(huì)文明的進(jìn)步。

2.思維的核心是抽象、聯(lián)想和交互

教育培養(yǎng)了我們的思維，思維的核心是抽象、聯(lián)想和交互。在人的認(rèn)知空間中，通過計(jì)算智能和記憶智能培養(yǎng)認(rèn)知思維能力，也是我們常說的“精神”；在物理空間中，通過感知智能和行為智能，實(shí)現(xiàn)具身交互能力。物理空間與認(rèn)知空間之間不斷循環(huán)往復(fù)，如圖3所示。在物理空間中包括兩個(gè)重要的感知，即時(shí)空識(shí)別和目標(biāo)（模式）識(shí)別，時(shí)空識(shí)別代表位置、導(dǎo)航和時(shí)間同步；目標(biāo)（模式）識(shí)別包括目標(biāo)識(shí)別、人臉識(shí)別等，是直接感知。學(xué)習(xí)是解釋、解決預(yù)設(shè)問題的能力。預(yù)設(shè)問題是現(xiàn)實(shí)問題的一個(gè)子集，是得到公認(rèn)的，當(dāng)問題得到解決后就形成了知識(shí)，在學(xué)校傳承給下一代。機(jī)器可以接受指導(dǎo)學(xué)習(xí)，同時(shí)自主學(xué)習(xí)，把未知變?yōu)榭芍墙忉?、解決新問題的基礎(chǔ)，解釋、解決現(xiàn)實(shí)問題是學(xué)習(xí)的目的，兩者相互促進(jìn)。只有解釋、解決預(yù)設(shè)問題后，解決、解釋現(xiàn)實(shí)問題的能力才會(huì)增強(qiáng)，因此要解決在哪里、怎么做、為什么、是什么這四個(gè)問題，認(rèn)知空間不僅是記憶知識(shí)的倉(cāng)庫(kù)，更是放飛想象力的天空。

圖 3 認(rèn)知空間與物理空間的關(guān)系圖

3.機(jī)器可作為思維的載體，提升人類思維和認(rèn)知的想象力

薛定諤提出活細(xì)胞的物理觀[7]，那么如果機(jī)器作為生命，就有機(jī)器的生命觀，我們把它叫作認(rèn)知的物理學(xué)。相對(duì)應(yīng)地，生命的物理層對(duì)應(yīng)機(jī)器的物質(zhì)；生命的生化層對(duì)應(yīng)機(jī)器的能量和時(shí)鐘；生命的生理層對(duì)應(yīng)機(jī)器的電子電路和機(jī)器指令；生命的心理層對(duì)應(yīng)機(jī)器的操作系統(tǒng)和中間件；生命的認(rèn)知層對(duì)應(yīng)機(jī)器的高層軟件和數(shù)據(jù)。生命賴負(fù)熵為生，機(jī)器里有物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)和時(shí)間，時(shí)鐘依賴能量，時(shí)間依賴時(shí)鐘，秩序依賴時(shí)間，時(shí)間是機(jī)器認(rèn)知的奠基石。結(jié)構(gòu)和時(shí)間寄生在物質(zhì)和能量上，構(gòu)成硬構(gòu)體，填補(bǔ)了物質(zhì)、能量和信息（結(jié)構(gòu)和時(shí)間）之間的鴻溝，使得信息和物質(zhì)難舍難分；而結(jié)構(gòu)和時(shí)間是認(rèn)知空間中虛擬的存在，我們稱之為軟構(gòu)體，軟構(gòu)體是思維的要素，支撐形象思維、邏輯（語(yǔ)言）思維和直覺思維，體現(xiàn)人的想象力和創(chuàng)造力。機(jī)器自舉實(shí)現(xiàn)思維自動(dòng)化，自我復(fù)用實(shí)現(xiàn)認(rèn)知自成長(zhǎng)，機(jī)器運(yùn)行靠程序，程序靠時(shí)序，軟件靠交互，時(shí)序和交互產(chǎn)生負(fù)熵。時(shí)鐘不停，與外界交互不息，思維和認(rèn)知不息。人的思維和機(jī)器的思維，在數(shù)學(xué)上是同構(gòu)的，在物理上是同源的，靠能量支撐，賴負(fù)熵為生。因此，機(jī)器可以作為思維的載體。

智能機(jī)器最重要的一個(gè)長(zhǎng)項(xiàng)就是暴力思維。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，公元前200年，阿基米德把1700年前的圓周率精度從3.1提升到3.14，公元500年，祖沖之求得π值為3.141592，總計(jì)用了2400年，用圖靈可計(jì)算模型設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)去算，把圓周率提升到小數(shù)點(diǎn)后1012位，僅僅用了70年，如圖4所示。機(jī)器暴力用足夠大替代無(wú)窮大，用足夠小替代無(wú)窮小，可用皮秒（10-12秒）作為時(shí)間精度，控制時(shí)序周期，遞歸執(zhí)行，而作為生物人的大腦，只有毫秒（10-3秒）的生理響應(yīng)精度，解算指數(shù)爆炸的復(fù)雜性問題力不能及。如果一張紙可寫60行，每行寫17位，要10億張紙才能寫完，紙疊在一起，疊高要10萬(wàn)米！所以，機(jī)器有超過人的算力，是很正常的，蛋白質(zhì)折疊預(yù)測(cè)也好，AlphaGo圍棋程序賽過人也好，ChatGPT超強(qiáng)的語(yǔ)言理解能力也好，都沒有必要大驚小怪。由此看來，機(jī)器暴力思維可與人互補(bǔ)，大大幫助人類提升思維和認(rèn)知的想象力。

圖 4 機(jī)器暴力思維幫助人類提升思維和認(rèn)知想象力

三、人工智能沖擊教育的全方位、全要素

人工智能對(duì)社會(huì)的沖擊是全方位的，但對(duì)行業(yè)的沖擊首當(dāng)教育[8]。人工智能沖擊胎教和幼兒教育，沖擊中小學(xué)教育和職業(yè)教育，沖擊所有門類專業(yè)的通識(shí)通修課程教育[9]，沖擊工作之后的再教育，沖擊教育的全方位，無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不在。

人工智能還沖擊教育的全要素，包括施教者、施教環(huán)境和手段、施教對(duì)象。在智能時(shí)代教育則出現(xiàn)了很大的變化，對(duì)于施教者，我們可以用虛擬名師機(jī)器人替代教師，老師不再需要為了上課來回奔波；對(duì)于施教環(huán)境和手段，課本和教室可變?yōu)樘摂M教室和個(gè)性化教學(xué)平臺(tái)，每個(gè)人可以在里面做不同的事情；至于施教對(duì)象，也發(fā)生變化，學(xué)生可以是機(jī)器人，增加了機(jī)器學(xué)生——虛擬數(shù)字人和實(shí)體機(jī)器人，怎樣培養(yǎng)機(jī)器人與時(shí)俱進(jìn)，我們教育工作要不要培養(yǎng)一個(gè)銀行的機(jī)器出納員或海關(guān)的某個(gè)崗位人。如果50年之后，50%的課程都是分身的虛擬名師數(shù)字人在授課，課堂里有50%的學(xué)生和50%的機(jī)器人在聽課，其余50%的學(xué)生在線上聽課，那是什么情景啊？所以，人工智能沖擊教育是全要素的。

人類認(rèn)知的歷史不是直線發(fā)展的，是一個(gè)螺旋式周而復(fù)始的演進(jìn)過程。人類的認(rèn)知和人工智能迭代推進(jìn)，協(xié)同發(fā)展，學(xué)習(xí)怎樣學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)怎樣思考[10]，人類社會(huì)才被鑄成了今天的樣子。教育改變著全人類的命運(yùn)，科學(xué)和技術(shù)是人類活動(dòng)的第一推動(dòng)力。隨著人類智能和人工智能的迭代發(fā)展，教育有了新的內(nèi)涵。

語(yǔ)文素養(yǎng)即思維素養(yǎng)，是超學(xué)科的。人首當(dāng)其沖的是語(yǔ)言智能，人類用語(yǔ)言、文字、符號(hào)等軟構(gòu)體作為思維載體，讓思維脫離生命體植入機(jī)器，模擬生命體簡(jiǎn)單但煩瑣的遞歸計(jì)算，形成歷史、精神、科技、文化和文明；在文字的錘擊下，還鍛造出哲學(xué)、宗教、法律和人權(quán)、國(guó)家與政治?？萍己腿宋耐?，把語(yǔ)文教學(xué)放在文科實(shí)在是一個(gè)誤解。語(yǔ)文承載思維，語(yǔ)文進(jìn)步思維才提升，人人終身讀書，終身語(yǔ)文，拓展思維，放飛想象，知識(shí)分子尤甚。

數(shù)字名師機(jī)器人講課，教師轉(zhuǎn)為教練、輔導(dǎo)員。有的學(xué)科，幾十年認(rèn)知進(jìn)展不大，趨于成熟和穩(wěn)定；有的學(xué)科，幾位杰出人物的認(rèn)知大大活躍了學(xué)科的前沿和發(fā)展。因此，幾百年來固定時(shí)間、地點(diǎn)、人員的學(xué)校課堂教育形態(tài)受到?jīng)_擊，各學(xué)科教材知識(shí)點(diǎn)可靈活裝入機(jī)器，課堂講課標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，虛擬機(jī)器人教師分身教學(xué)名師，弱化了學(xué)校和學(xué)科的時(shí)空圍墻，涌現(xiàn)“金課”，普及“微課”，淘汰“水課”，虛擬課堂、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)規(guī)模可超大也可超小，虛擬名師講課將呈現(xiàn)快速普及趨勢(shì)，一竿子插到底，節(jié)省教育成本，促進(jìn)教學(xué)資源均衡化，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自主選擇權(quán)大大增加。

教機(jī)器學(xué)習(xí)，培訓(xùn)機(jī)器接替人的工作崗位。以我們研究無(wú)人駕駛為例[11,12]，有如下三個(gè)循序漸進(jìn)的環(huán)節(jié)，如圖5所示。首先是駕駛員操作、機(jī)器人學(xué)習(xí)，這是有指導(dǎo)學(xué)習(xí)；然后是機(jī)器人作業(yè)、駕駛員干預(yù)，這是半/弱指導(dǎo)學(xué)習(xí)；再是機(jī)器人作業(yè)、機(jī)器人自學(xué)習(xí)，這是自主學(xué)習(xí)，且從后往前的反饋是多次反復(fù)的，轉(zhuǎn)換帶有不確定性，有時(shí)回到有指導(dǎo)學(xué)習(xí)，有時(shí)回到半/弱指導(dǎo)學(xué)習(xí)。有指導(dǎo)的學(xué)習(xí)包含先入為主、賦予任務(wù)、引導(dǎo)、釋疑、解惑、交互認(rèn)知、監(jiān)督等；自主學(xué)習(xí)是把指導(dǎo)學(xué)習(xí)的結(jié)果轉(zhuǎn)為長(zhǎng)期記憶的重要環(huán)節(jié)。由此可見，培訓(xùn)機(jī)器接替人的工作崗位不是一個(gè)輕松的任務(wù)。前幾年無(wú)人駕駛被過分關(guān)注L0到L5的自動(dòng)化等級(jí)，把自動(dòng)駕駛看作是自動(dòng)化工程，卻忽視了機(jī)器駕駛腦的自學(xué)習(xí)和自成長(zhǎng)，只有不斷地學(xué)習(xí)和迭代，它才會(huì)成為好的機(jī)器駕駛員。

圖 5 培訓(xùn)機(jī)器接替人的工作崗位的學(xué)習(xí)過程——以無(wú)人駕駛為例

考試、考核、評(píng)估的圖靈測(cè)試[13]常態(tài)化、個(gè)性化。人工智能促進(jìn)了傳統(tǒng)考試、考核、評(píng)估的模式變革，以商湯“元蘿卜”機(jī)器人為例的圖靈測(cè)試，內(nèi)置了26關(guān)難度的棋力對(duì)戰(zhàn)，設(shè)有100多個(gè)殘局應(yīng)對(duì)，自主觀察棋局變化，推算走棋招數(shù)，取棋落子，擁有毫米級(jí)操作精度，秒級(jí)時(shí)間響應(yīng)，“手眼”協(xié)同，走法干凈，節(jié)奏緊湊，是一個(gè)非常好的對(duì)手和陪練，可用來為人類棋手評(píng)級(jí)，擁有國(guó)家體育總局中國(guó)象棋協(xié)會(huì)權(quán)威認(rèn)證，支持16-13級(jí)象棋等級(jí)評(píng)測(cè)，而社會(huì)未來的各類職業(yè)資格考試，都將要發(fā)生改變，包括全民關(guān)注的高考。

人與機(jī)器互教互學(xué)，協(xié)同創(chuàng)新。思維的核心是抽象、聯(lián)想和交互，更多的是軟構(gòu)體的創(chuàng)立和連接。機(jī)器越來越多地取代人類曾經(jīng)的許多智力和技巧工作。教機(jī)器學(xué)習(xí)、作業(yè)，和機(jī)器一同學(xué)習(xí)、作業(yè)，將成為人們生活和工作的常態(tài)。學(xué)習(xí)的結(jié)果是去微調(diào)機(jī)器里的長(zhǎng)期記憶，即微調(diào)人工智痕元胞的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，自主學(xué)習(xí)是把工作記憶轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期記憶的重要環(huán)節(jié)，可喜的是機(jī)器可以大批量復(fù)制，而且機(jī)器自身又可以持續(xù)學(xué)習(xí)。與機(jī)器交互，人教機(jī)器，機(jī)器教人，協(xié)同創(chuàng)新，總有一天會(huì)大范圍出現(xiàn)機(jī)器名師數(shù)字人分身人類教師，機(jī)器工程師創(chuàng)造出新材料配方，機(jī)器科學(xué)家提出新的假設(shè)，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

四、結(jié)論

讀書改變一個(gè)人，教育改變?nèi)祟?。我們從曾?jīng)的人工智能符號(hào)主義學(xué)派[14]那里發(fā)展了“抽象”，從連接主義學(xué)派那里發(fā)展了“聯(lián)想”，從行為主義學(xué)派那里發(fā)展了“交互”，創(chuàng)造能思維的機(jī)器。于是，智能機(jī)器之于人類智能，如同曾經(jīng)的書籍之于思想家、望遠(yuǎn)鏡之于天文學(xué)家、顯微鏡之于生物學(xué)家，機(jī)器用軟構(gòu)體延伸和拓展了人的思維（記憶智能和計(jì)算智能），不但把人從繁重的重復(fù)性勞動(dòng)中解脫出來，更好地符合相應(yīng)工作崗位規(guī)范化要求（具身智能），更重要的是可以暴力思維，人與機(jī)器互教互學(xué)，人機(jī)交互協(xié)同創(chuàng)新，機(jī)器和科學(xué)家、工程師可一同做出發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造，至于是不是機(jī)器做出的創(chuàng)造，人們已經(jīng)不再計(jì)較。智能時(shí)代的教育改革問題已經(jīng)很迫切地?cái)[在全人類的面前了，讓我們迎接這場(chǎng)學(xué)習(xí)的革命吧！

（致謝：本文撰寫過程中, 得到教育部副部長(zhǎng)陳杰院士，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)戴瓊海院士，北京工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)喬俊飛教授，北京聯(lián)合大學(xué)原副校長(zhǎng)鮑泓教授，北京聯(lián)合大學(xué)外語(yǔ)部主任張殿恩教授，首都師范大學(xué)原副校長(zhǎng)周建設(shè)教授和中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)中小學(xué)工作委員會(huì)秘書長(zhǎng)袁中果特級(jí)教師的支持和幫助, 在此表示最誠(chéng)摯的感謝。北京聯(lián)合大學(xué)汪成、吳祉璇，北京工業(yè)大學(xué)許根寶等參與論文資料整理，在此一并感謝。）

參考文獻(xiàn)

[1]尤瓦爾·赫拉利. 人類簡(jiǎn)史:從動(dòng)物到上帝[M].林俊宏，譯.北京:中信出版社，2017:3-4.

[2]查理·達(dá)爾文. 物種起源[M].韓安，韓樂理，譯.北京:新星出版社，2020:55-69.

[3]李德毅. 人工智能導(dǎo)論[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2018:2.

[4]喬治·讓. 文字與書寫:思想的符號(hào)[M].曹錦清，馬振聘，譯.上海:上海書店出版社，2001:17.

[5]CANNON W B.The wisdom of the body[M].New York:W W Norton&company，inc.，1939:23-24.

[6]李德毅，馬楠. 智能植根于教育[J].高等工程教育研究，2019(6):1-3+43.

[7]埃爾溫·薛定諤. 生命是什么[M].北京:商務(wù)印書館，2018:1-30.

[8]李德毅，馬楠. 智能時(shí)代新工科——人工智能推動(dòng)教育改革的實(shí)踐[J].高等工程教育研究，2017(5):8-12.

[9]李德毅，馬楠，秦昆. 智能時(shí)代的教育[J].高等工程教育研究，2018(5):5-10.

[10]珍妮特·沃斯，戈登·德萊頓. 學(xué)習(xí)的革命:通向21世紀(jì)的個(gè)人護(hù)照[M].顧瑞榮，陳標(biāo)，許靜，譯.上海:上海三聯(lián)書店，1998:73.

[11]MA N，LI D，HE W，et al.Future vehicles:interactive wheeled robots[J].Science China information sciences，2021，64(5):212-214.

[12]LI D，MA N，GAO Y.Future vehicles:learnable wheeled robots[J].Science China information sciences，2020，63(9):255-262.

[13]李德毅. Interactive Cognition——從圖靈測(cè)試的漏洞談開去[J].機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，2016(5):12-22.

[14]羅素，諾維格. 人工智能:一種現(xiàn)代的方法(第三版)[M].殷建平，祝恩，劉越，等譯.北京:清華大學(xué)出版社，2013:16-25.