人工智能在教育中的机遇与挑战

李德毅
(中国电子系统工程研究所，北京　100141)

［摘　要］人工智能的发展改变了人类的认知方式和生活方式，人工智能延伸了人类的体力和脑力，将会让人类更加有尊严、更加优雅、更加智慧地生活。人工智能给人类带来的影响将远远超过计算机、互联网在过去几十年对世界的改变，也为教育带来了前所未有的机遇和挑战。北京联合大学在全国率先成立机器人学院，突破传统教学的边界，采取科学任务带动创新人才培养的模式，致力于培养面向先进机器人、智能汽车及无人系统等领域的高素质、应用型专门人才。

［关键词］人工智能;智能机器人;产学研合作;人才培养

DOI:10.16255/j.cnki.ldxbz.2016.03.001

人工智能可望成为人类社会发展的一个新时代印记。北京联合大学成立机器人学院可突破传统教学的边界，实现跨界创新，将分隔的垂直学科划分，转变为交叉、协作式的科学研究，采取科学任务带动创新人才培养的模式，注重能力导向、科研训练、应用创新的递进式教学过程，为教育带来了前所未有的机遇和挑战。

1.1　大数据和云计算成就了人工智能

目前，人工智能已经成为家喻户晓的事情，当前最热门的人工智能是深度学习。如将“互联网+”比作一个大鹏鸟，云计算和大数据构成双翼，而骑在这只大鹏鸟上的就是人工智能，它成为全人类关注的焦点，人工智能有望成为人类社会发展的一个新时代印记。当前更多研发的应不止是人型机器人，而是云机器人。云机器人依托云计算优势，重在认知，体现在端设备上是感知和行动，先研发语言和图像丰富、认知复杂、动作相对简单的特定认知域的云机器人，如导航机器人，其智商和情商容易取得小众的共识。研发云机器人成为人工智能的又一个突破口。在云计算数据中心，用成千上万台的CPU+GPU服务器架构，通过大数据样本做混合大规模深度学习的并行训练，可确定几十亿个参数的人工神经网络。利用云+端的形态和深度学习，涌现出大量的云机器人雏形，它们和自然人相比神似形不似，太多的记忆认知和计算认知可从云上获得，当前的感知、交互、认知、行为控制和协调在云端，有自主学习和主动寻求帮助的能力，能够满足移动生活中的人群对特定领域工作机器人的迫切需求。

1.2　对人工智能要有点敬畏之心——“AlphaGo”引起的思考

当前人工智能的两个亮点，一个是“围棋脑”，一个是“驾驶脑”。谷歌机器人阿尔法围棋(AlphaGo)战胜了世界围棋冠军李世石;汽车自主驾驶上路行驶，都已成为事实。围棋因为其巨大的搜索空间和困难的棋局态势表达被认为“千古无同局”，历来是人工智能的最大挑战。围棋脑和驾驶脑虽然不是一回事，但是架构均采用双总线。在这一次的人机大战中并未看到有“天外来客”下着“不食人间烟火”的奇招，学习总线在其中起到很大的作用，说明机器人还是在向人类学习(见图1所示)。所以，在全世界一片震动之后，有以下4个问题值得思考:第一，如果让AlphaGo与李世石再下一次复盘，让李世石原来怎么下还怎么下，AlphaGo是否能够复盘，能下出跟原来一样的棋盘吗?第二，在比赛之前以及比赛之后，这个程序变了没有，还是原来的程序吗?如果我们的手机坏了，实在不行就重新启动，还是原来的。而AlphaGo的程序还是原来的吗?它与李世石下了5盘棋学到了什么东西?第三，与李世石下棋之前，AlphaGo与别人下过，如果用相同的版本对比的话，结局如何，还有没有意义，能不能提高 AlphaGo的水平?第四，让AlphaGo从此以后不再与水平高的棋手下棋，AlphaGo的程序水平会不会降低?

图1　李世石和机器人(AlphaGo)下十九路围棋
Fig.1　Li Shishi and robot(AlphaGo) under the nineteen way go

上述4个问题对人工智能工作者的学习研究很有帮助。人工智能的深度学习也有局限性:首要的问题是有多少个卷积和参数选取，随意性太大;第二，不能保证收敛性;第三，缺少大反馈;第四，对样本的学习没有累积性。故深度学习不可能是人工智能的终结者。

人类的发展史就是人类学会拥有工具、制造工具、发明机器的历史，机器使人类更强大，曾经的很多工作岗位将会被智能机器人所替代，当然，被机器人替代后还会涌现出许多新的工作，所以人类将会更加有尊严、更加优雅、更加智慧。今天，机器人一定会让人类自身更智能。人类始终是人与机器人当中的灵魂。不能简单地认为人类是强智能，机器人是弱智能，对人工智能要有敬畏之心。

1.3　驾驶脑:驾驶认知的形式化

与下围棋相比，驾驶活动更多的是技巧，是记忆或经验，而不是知识、推理和计算，这和AlphaGo很不一样。而驾驶脑的差异，反映个人智力和运动协调能力的差异，世界上没有两个完全相同的驾驶脑，从汽车到自动汽车再到轮式机器人，这个历程比从围棋手发展到围棋脑要困难得多。人脑中最重要的有记忆认知、计算认知和交互认知，尤其在记忆认知中有长期记忆、工作记忆和瞬间记忆，都是不一样的，这一点在驾驶脑中得到了充分的应用。而驾驶认知的形式化，强调如何用人工智能技术代替驾驶员的感知、认知和行为，确保车辆自主行驶，不必纠结于机器驾驶脑和驾驶员脑是否在微观上具有相似性。三路传感器能让汽车自主驾驶: GPS北斗+IMU、雷达、摄像头，来解决定位、路权检测和导航问题。在已有认知(路口地图和路段地图)的协助下，类比人的视觉通道，三路传感器各负其责，不仅做基于视觉的感知深度神经网络学习(也叫做先视后觉)，尤其感兴趣的是视而不觉、边视边觉和先觉后视，特点是利用已有的认知帮助当前感知，强调3种记忆的不同形态。

当今，深度学习正站在全球人工智能的风口，普遍把卷积神经网络用于点云图像识别、完成感知阶段的自学习，把卷积神经网络用于形式化之后的、基于可用路权的驾驶态势图和反映驾驶操作全部内容的认知箭头生成碎片化的“驾驶态势－认知箭头”图对，用于认知阶段的深度学习，大大减少、简化了实时处理的数据量。

机器驾驶脑在驾驶员开车时应该能“悄悄地”自学习，将“脑和机器融合在一起”，实现这样一个可望而不可及的人类梦想!驾驶脑数据流程见图2所示。世界上没有两个完全相同的驾驶脑，所以我们不希望路上跑的是完全相同的车。

图2　驾驶脑数据流程图
Fig.2　Driving data flow chart

2.1　人工智能给人类带来的影响将远远超过计算

机和互联网在过去几十年对世界的改变(www.xing528.com)

工业机器人、农业机器人、医疗康复机器人、服务机器人、国防机器人等将会改变整个社会的运作方式。可以做一个设想，到2030年，争取我国每一万名产业工人拥有的工业机器人数量达到300台左右。农村城镇化导致了一个非常重要的问题，农民进城了。日本的新一代农民平均年龄65岁，美国的新一代农民平均年龄60岁，估计中国下一代农民平均年龄50岁。怎么办?“黄牛退休，铁牛耕地”，那就是无人拖拉机、农用无人机、农用无人收割机等，所以我们希望“农民进城，专家种田”。此外，能不能把全国大中医院的微创手术机器人有一半国产化，在全社会普及使用形形色色的服务机器人?我国的老年人、残疾人和儿童如能拥有形态各异的服务机器人，社会市场将很大。我们的教育应考虑这个事情。在我们这个星球上将会迎来有个性、有行为能力甚至还有情感的机器人，机器人给人类带来的影响将远远超过计算机、互联网在过去几十年已经对世界的改变。

2.2　机器人学院成立的意义

加快从要素驱动到创新驱动发展的转变，人工智能是一个重要的解决方案。机器人是人工智能的实际载体，是集新材料、新工艺、新能源、机械、电子、通信、自动化、人工智能、互联网、云机算、大数据、语言学、认知科学、脑科学乃至人文艺术类的多学科交叉融合，它将成为人类社会走向智慧社会的重要发展要素，将给教育带来重大的机遇与挑战。

1)机器人教育对制造业的贡献

我国将成为机器人最大的制造市场，机器人是制造业皇冠顶端的明珠，故机器人教育要先行。机器人学院的教育必须从多角度、多层次进行跨界合作，弥补当前“教师奇缺、教材奇缺、教具奇缺”的短板，培养具有跨界创新能力的优秀人才。机器人学院教育应该有明确的载体，轮式机器人系、无人机系和特种机器人系，都会有明确的载体，选择载体常常比确定科学问题更难。载体不必是当前产品的再开发，也未必有巨大的工程量，载体要体现学科研究的基础性和前瞻性。多做实践中的研究，少做研究中的实践;做有用的研究，做有影响的研究，争取得到政府、企业或社会的稳定支持。不必太在意传统学科的边界，问题导向常常导致跨界越界，产生新的交叉学科。机器人实践创新中心设有系所合一的创新工场，本科生、研究生们在此碰撞思想火花、施展才华，是实现理想的实验基地。

2)机器人对教育的改革问题

随着机器人革命的到来，机器换人首先不是换掉理发师之类的劳动者，而可能是产业工人、文秘人员、医生、服务员，甚至士兵，他们将如何升级转型成为机器人的创造者和使用者。培养懂得集成、维修、管理机器人的人才，跨界渗透和跨界创新诞生的智能机器人教育，是我国教育改革抓住时代机遇的一个亮点，而由教育机器人引发的教育转型也许是教育改革的另一个亮点。云计算和大数据成就了人工智能，也为教育自身的改革带来机遇，慕课、微课、翻转课堂和个性化教学等交互认知手段，将逐渐把教师转型为教练，今后的大学里也许会出现更多的教练机器人替代人类教师。教学，就是教和学的交互互动，教育的本质是交互认知和交互认知的方法学。

人工智能带给教育最核心的精神是“改变”，在云计算、大数据和人工智能技术的支撑下，教育资源的优化和集中使用，教学内容的碎片化和多媒体重构，可即时灵活产生新的聚焦和新的知识点，十分有利于培养受教育者随时随地的知识获取能力，特定问题的决策能力，以及解决现实问题的能力，以明确的载体汇聚不同学科，培养研究中国智能机器人产业人才。

(责任编辑　李亚青)

The Developing of Artificial Intelligence and the Opportunities and Challenges of Education——The Speech on the Seminar of BUU Intelligent Robots University-industry Cooperation and Talent-cultivation Innovation and Development and the Founding Conference of the Robotics College

LI De-yi
(Institute of Electronic System Engineering，Beijing　100141，China)

Abstract：The development of artificial intelligence has changed the cognitive style and life style of human beings，extended our physical and mental power，and brought us a more decent，graceful，andsapiential life.The influence of artificial intelligence is far beyond the changes brought by computer and internet to the world in the past decades，and it also brings unprecedented challenges and opportunities to education.BUU takes the lead to establish Robotics College，breaks through the boundary of traditional teaching，adopts the new mode of“science task driving the cultivation of innovative talents”，and strives for the cultivation of high-quality，applicationoriented professionals dealing with advanced robots，intelligent vehicles，and unmanned system.

Key words：Artificial intelligence;Intelligent robot;University-industry cooperation;Talent-cultivation

［中图分类号］TP 18

［文献标志码］A

［文章编号］1005-0310(2016)03-0001-04

［收稿日期］2016－07－04

［作者简介］李德毅(1944－)，男，江苏泰县人，中国工程院院士，国际欧亚科学院院士，博士生导师，计算机工程及人工智能专家，清华大学、国防大学兼职教授，北京联合大学特聘教授，现任中国指挥与控制学会名誉理事长，中国人工智能学会理事长，国家信息化专家咨询委员会委员。

*本文根据李德毅院士2016年5月19日在“北京联合大学智能机器人产学研合作与人才培养创新发展研讨会暨机器人学院成立大会”上的报告整理，整理人:马楠、袁娇娇、佟晓露，经作者本人审阅。