4 月底，由華東師范大學(xué)慕課中心、商湯科技、上海知名高中優(yōu)秀教師共同編著的全球第一本人工智能教材 “《人工智能基礎(chǔ)（高中版）》” 正式發(fā)布。本文是這部教材的親歷者，編委會執(zhí)行主編、商湯科技聯(lián)合創(chuàng)始人、香港中文大學(xué) - 商湯科技聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任林達(dá)華教授講述的編著歷程。

商湯科技聯(lián)合創(chuàng)始人

香港中文大學(xué) - 商湯科技聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任

林達(dá)華教授

2018 年 4 月 28 日，華東師范大學(xué)逸夫樓。

禮堂里座?虛席，?家翹首以待。隨著舞臺上的 “書” 被翻開，全球首部專為中學(xué)教學(xué)編寫的?工智能教科書終于面世了。對于參與編寫的每?個(gè)?來說，這是?個(gè)值得向至親分享的時(shí)刻。

這部教科書的影響與意義也許需要更長的時(shí)間才能看清楚。但是，?群年輕?在?起去完成?件前?沒有做過的事情，這樣的經(jīng)歷肯定是值得銘記的。本文記述了這段充滿挑戰(zhàn)的歷程，以及教材編寫中的?次關(guān)鍵選擇。

“這是一個(gè)開創(chuàng)歷史的機(jī)會”

2017 年 9 月，在?次研究會議后，我收到海龍（尚海龍，商湯科技香港公司總經(jīng)理兼教育事業(yè)部總經(jīng)理）的電話，他提到商務(wù)印書館希望和商湯科技合作編寫?部中學(xué)版?工智能教材。不久后，湯老師（湯曉鷗，商湯科技創(chuàng)始人，香港中文大學(xué)信息工程系教授）也找到我商量編寫教材的事情。這讓我感到非常意外，也非常糾結(jié)。??面，教科書的編寫對我??是?項(xiàng)全新的?作，我沒有任何經(jīng)驗(yàn)；另??面，實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)研究正在進(jìn)?關(guān)鍵階段，哪有余?開展這樣?個(gè)?項(xiàng)目呢?？墒?，湯老師的?句話給了我很?的影響：

“人工智能進(jìn)中學(xué)教材，這是歷史上第?次。

這是?個(gè)開創(chuàng)歷史的機(jī)會。”

確實(shí)，這樣的機(jī)會是難以抗拒的。?番天人交戰(zhàn)后，躍躍欲試的雄?戰(zhàn)勝了對困難的顧慮，我接下了這個(gè)任務(wù)。

艱難的開始

2017 年 10 月 10 日，第?次教材工作會議在上海舉?。商務(wù)印書館，華東師范大學(xué)慕課中?，以及商湯科技的同事在華東師?商討教材的編寫計(jì)劃。主持會議的是華東師范大學(xué)慕課中心主任陳玉琨教授。陳教授已經(jīng)在基礎(chǔ)教育耕耘數(shù)十載，桃李滿天下，在教育界威望極?。我剛到會議室，陳教授主動起來到門口歡迎，這份尊重和禮遇讓我頗為感動。

可是，接下來的會議并不順利。

在會前，我準(zhǔn)備了?份關(guān)于教材的大綱——那基本是?學(xué)機(jī)器學(xué)習(xí)教材的簡化版。這份以知識為導(dǎo)向的大綱列出了我認(rèn)為需要講授的基礎(chǔ)知識，包括分類，回歸，無監(jiān)督學(xué)習(xí)，和增強(qiáng)學(xué)習(xí)等?向。

這份大綱在會上受到了上海的中學(xué)老師們禮貌卻又強(qiáng)烈的批評。?家認(rèn)為，這些知識點(diǎn)過于艱深，根據(jù)這樣的大綱編寫的教材是無法在中學(xué)課堂講授的。有部分老師提出，教材可以以科普為主，主要介紹基本概念和展示應(yīng)用，不涉及背后的數(shù)學(xué)和算法。對于這種方式，我不能認(rèn)同——這和參觀展覽館有什么區(qū)別呢。

這次會議上的爭論讓我認(rèn)識到人工智能研究和基礎(chǔ)教育之間橫亙著?道鴻溝。要把人工智能的知識和理念傳遞給中學(xué)的同學(xué)們，需要在鴻溝上架設(shè)?座橋梁。這是?個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，也是我們工作的意義所在。

會議開了整整?天，從早上 9 點(diǎn)到下午 5 點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)深?的溝通，雙方在教材設(shè)計(jì)原則上達(dá)成了基本共識：

中學(xué)人工智能教學(xué)的目的不是把所有同學(xué)培養(yǎng)成人工智能專家，而是傳遞人工智能的基本思想和理念，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)造力，使得同學(xué)們在以后進(jìn)入各行各業(yè)能自覺運(yùn)用人工智能解決問題。

興趣與知識并重。通過生活中的應(yīng)用發(fā)展同學(xué)們對人工智能的興趣，并由此引入適合中學(xué)生接受的基礎(chǔ)知識和基本算法。

以實(shí)踐為導(dǎo)向。在每個(gè)章節(jié)，以具體的應(yīng)用為主線，把相關(guān)知識貫穿起來。為教材提供配套的實(shí)驗(yàn)平臺和任務(wù)包。

這次會議的另?個(gè)重要成果是把團(tuán)隊(duì)建立起來，并確立了在編寫過程中的合作方式。具體來說，就是商湯科技和香港中文大學(xué)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)教材專業(yè)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和撰寫，由上海六所重點(diǎn)中學(xué)老師組成的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)從教學(xué)的角度提出反饋并對教學(xué)語?的運(yùn)用提供指導(dǎo)意見。最后雙方合作統(tǒng)稿。

從 0 到 1

從上海回來后，我開始擬定教材的大綱。大綱的設(shè)計(jì)思路源于海龍?zhí)岢龅陌藗€(gè)字：“耳聰目明，心靈手巧”。最初的大綱把教材分為七個(gè)章節(jié)：

一. 總論：人工智能概述

二. 經(jīng)典圖像分類（目明）

三. 深度學(xué)習(xí)（目明）

四. 音樂風(fēng)格分類（耳聰）

五. 相冊聚類

六. 自然語?理解（心靈）

七. 生成模型（手巧）

從機(jī)器學(xué)習(xí)的角度，這個(gè)大綱涵蓋了三種重要的學(xué)習(xí)方式：監(jiān)督學(xué)習(xí)（第二 - 四章），非監(jiān)督學(xué)習(xí)（第五 - 六章），和生成模型（第七章）。

在實(shí)驗(yàn)室其他教授的支持下，我在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部組建了編寫團(tuán)隊(duì)。第?章總論由我撰寫，其余六章各由?位實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)負(fù)責(zé)。他們根據(jù)我發(fā)出的每章細(xì)則來進(jìn)行具體的內(nèi)容編寫。湯老師指出，這部教材的編寫是開創(chuàng)歷史的工作。因此，我們在教材編寫之初就訂立了?條鐵律：

堅(jiān)持原創(chuàng)。

每?段話都必須自?撰寫，

每?幅教學(xué)示意圖都必須自?設(shè)計(jì)。

從 2017 年 10 月中開始，同學(xué)們就開始了各自的編寫工作，在這個(gè)過程中，我們和上海的老師們保持了密切的溝通。2018 年 1 月 15 日，教材的初稿完成。

波瀾再起

2018 年 1 月 20 號，由商湯團(tuán)隊(duì)和上海老師參與的全體會議再次舉行，集體對初稿進(jìn)行審議。

初稿的完成使大家備受鼓舞?？墒?，隨著會議的進(jìn)?，我們發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)高興得太早了。在這次會議上，波瀾再起。雙?爭論的焦點(diǎn)落在了第?章（經(jīng)典圖像分類）和第三章（深度學(xué)習(xí)）。這兩章是全書的知識基礎(chǔ)，它們的成敗決定了全書的成敗。雖然負(fù)責(zé)這兩章的編委付出了很大的努力以盡可能通俗的方式講授，可是效果還是不能令人滿意。

什么是數(shù)據(jù)？什么是特征？

什么是權(quán)重？什么是卷積？

參與審稿的老師們在會議上直?指出，初稿中對這些最基礎(chǔ)的概念沒有講清楚。編委們在日常的研究工作中對這些非?；镜拿~可以說是習(xí)以為常，可是真要向零基礎(chǔ)的同學(xué)講清楚它們的涵義卻并不容易。兩個(gè)多月辛苦得到的是尖銳的批評。今天回想起來，我依舊能感受到編委同學(xué)在當(dāng)時(shí)的苦悶和委屈。可是，?部高質(zhì)量的教科書，不經(jīng)錘煉又如何能出來呢。

在會議上，老師們還指出，第?章?下子引入了太多基礎(chǔ)概念，擔(dān)心同學(xué)們難以接受，希望把眾多概念在全書中循序漸進(jìn)地展開，讓學(xué)習(xí)曲線變得平緩?點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)這?點(diǎn)意味著第?章和第三章整個(gè)需要推倒重來，重新設(shè)計(jì)。

會議結(jié)束后，我讓相關(guān)的編委組成攻關(guān)小組重新設(shè)計(jì)編寫這兩個(gè)基礎(chǔ)章節(jié)，并且把我的?個(gè)博士后研究員王若暉調(diào)進(jìn)來支援這項(xiàng)任務(wù)。在新的設(shè)計(jì)中，我們調(diào)整了章節(jié)內(nèi)容：在第?章只講模式識別的?門知識和基本的分類器，使用的應(yīng)用例子改用可以直觀說明的簡單屬性特征，并把圖像處理的知識移到第三章，從而降低了第?章的概念密集度。在第三章中把圖像濾波的知識和卷積特征提取進(jìn)行有機(jī)融合，使得對卷積的介紹獲得更具體的應(yīng)用背景支撐。此外，大家還?起對所有的基本概念以及它們的銜接關(guān)系進(jìn)行梳理，并且在教材中加入大量具體的例子和圖表，讓讀者可以更形象地理解它們。這些工作取得了明顯的成效，后來參與審稿的同事和老師都表示新修訂的章節(jié)更容易讀懂了。

第三章的修訂過程中，編委們對于如何處理生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系也進(jìn)行了深入討論。傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大學(xué)教材往往是從生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)說起，然后引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。我們認(rèn)為這種講授方式很容易讓讀者產(chǎn)生 “仿生學(xué)” 的聯(lián)想，這顯然是不科學(xué)的，也不符合現(xiàn)代主流的設(shè)計(jì)和研究思路。討論后，我們決定依照當(dāng)代研究領(lǐng)域的主流觀點(diǎn)，主要從特征學(xué)習(xí)的角度講述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的意義，淡化它和生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，以避免讀者形成不恰當(dāng)?shù)睦斫狻?/p>

爭分奪秒，二度大改

二月初，對初稿的修訂完成后，我把第?稿發(fā)給湯老師重新審閱。湯老師看過后，認(rèn)為仍然有很大的改進(jìn)空間，并提出了三個(gè)重要的意見：

這?稿在圖文并茂上仍然不足，需要提高插圖的數(shù)量和質(zhì)量。

加入視頻理解和 AlphaGo 相關(guān)的章節(jié)，這代表人工智能發(fā)展的新高度。

科普部分需要加強(qiáng)，不僅要講好基礎(chǔ)知識，對于人工智能的最新發(fā)展也要進(jìn)行概要性的介紹，培養(yǎng)同學(xué)們對人工智能更大的興趣。

實(shí)施這些意見對于提高整個(gè)教材的水平是十分有幫助的?？墒?，這時(shí)候離原定四月份的發(fā)布時(shí)間只剩下兩個(gè)月了，還來得及嗎？為了做出決定，我給喬宇，海龍與戴娟等幾位兄弟實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)部分的負(fù)責(zé)同事都打了電話，尋求他們的意見，得到了堅(jiān)決的支持。我們決定，拿出商湯使命必達(dá)的決心，把我們的教材打造成?部精品。于是，公司和各聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室更廣泛地動員起來：各聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室再調(diào)集五位博士加入編委團(tuán)隊(duì)，商湯設(shè)計(jì)部調(diào)來了三位設(shè)計(jì)師加班加點(diǎn)為教材制作插圖，研發(fā)，工程，和商務(wù)團(tuán)隊(duì)的多位同事參與審閱和提出修訂意見。參與教材相關(guān)工作的同事和同學(xué)迅速增加到接近三十?。

2018 年 2 月 25 號，全體會議又?次在上海舉行。除了原編委團(tuán)隊(duì)外，多位新加入的商湯同事以及華東師大出版社的同仁也出席了會議。會議進(jìn)行了?天，逐個(gè)章節(jié)進(jìn)行審議。這次會議進(jìn)展比較順利，第三稿終于得到了老師們和出版社的認(rèn)可。會議決定，抓緊時(shí)間根據(jù)會上提出的具體建議進(jìn)行最后修訂，在 3 月 5 日定稿交付出版。

付梓前后

雖然 2-25 會議決定基于第三稿進(jìn)行最后定稿，但是編委們都明白，這只是確定了結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，但是這?稿在圖文細(xì)節(jié)上還存在很多問題。行百里者半九十，我們必須在細(xì)節(jié)上精益求精，才能打造出?部讓我們引以為豪的教科書。

從 2 月 26 號到 3 月 5 號的八天時(shí)間里，整個(gè)編委團(tuán)隊(duì)處于沖刺狀態(tài)，為教材的定稿日夜不息地進(jìn)行最后的努?。每?個(gè)章節(jié)都會有三位編委進(jìn)行交叉檢驗(yàn)，再交到我手上審閱。我們仔細(xì)檢查了每個(gè)知識點(diǎn)，每個(gè)公式，每個(gè)圖表，對不滿意的表述反復(fù)討論修改，對不滿意的圖表重新進(jìn)行制作。

3 月 6 日凌晨 3 點(diǎn)，我們把第四稿作為定稿發(fā)給了出版社。

定稿交付后，我對比了第三稿和第四稿，雖然內(nèi)容結(jié)構(gòu)沒有重大變化，但是很多段落都經(jīng)過了重寫，?部分圖表都被重新繪制，整部教材再?次脫胎換骨。定稿交付了，可是編委們似乎并沒有特別?興。大家覺得這個(gè)交付的稿子是有遺憾的——很多地方其實(shí)可以做得更好，但是來不及在截止日期前完成了。

我們不甘心留下遺憾。

在和出版社的交流中，我們發(fā)現(xiàn)還有?次修訂的機(jī)會。按照?般的出版流程，出版社在排版完成后，會把排好版的書稿發(fā)給我們，并給我們?nèi)鞎r(shí)間校驗(yàn)，在書稿上標(biāo)示出需要修正的地方。于是，定稿交付后，我們繼續(xù)進(jìn)行未竟的修訂工作，并把后補(bǔ)的修訂?處處記錄下來。最后修訂完成時(shí)，我們在第四稿上又進(jìn)行了?千多處局部修改。

3 月下旬，出版社給我們發(fā)來了排好版的書稿，我們在三天內(nèi)把這?千多處修改逐?標(biāo)示在書稿上。收到我們的反饋后，出版社震驚了。他們說，排版要重做了……

發(fā)布

2018 年 4 月 25 日，在商湯人工智能峰會上，同事曉菊把?本出版社印好的教材交給我。我翻著書，眼前浮現(xiàn)的都是這大半年來艱辛的編寫歷程，書中的內(nèi)容卻沒有仔細(xì)看進(jìn)去了。海龍說，這是 “十月懷胎，?朝分娩” 的感覺。

4 月 28 日，華東師范大學(xué)逸夫樓，在多位領(lǐng)導(dǎo)，上百位重點(diǎn)中學(xué)校長，以及各方媒體的共同見證下，全球首部中學(xué)版人工智能教材發(fā)布。

全書共有九章：

第一章.?人工智能：新時(shí)代的開啟

第二章. 牛刀小試：察異辨花

第三章. 別具慧眼：識圖認(rèn)物

第四章. 耳聽八方：析音賞樂

第五章. 冰雪聰明：看懂視頻

第六章. 無師自通：分門別類

第七章. 識文斷字：理解文本

第八章. 神來之筆：創(chuàng)作圖畫

第九章. 運(yùn)籌帷幄：圍棋高手