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中科院院士张景中正在重庆试点:用小学知识解决高中数学题

中国科学院院士、数学家张景中

人工智能和高中生做高考数学题,谁更厉害?如何让数学学起来更简单?近日,中国科学院院士、数学家张景中在接受上游新闻专访时,畅谈了数学教育和数学在人工智能领域的应用。

“让数学学起来、用起来都变得容易,这本身就是一个高度困难的问题。”张景中说,要想“解题”,首先要改造数学本身。只要改得好,用小学的知识也能解决高中的问题。

A 人工智能

人工智能最缺人才 缺口达七成

“阿尔法狗火了,也带火了人工智能。”张景中说,人工智能与数学教育关系密切。

张景中表示,人工智能是让机器实现感知、思考和行动。目前,感知和行动已经做得比较好,甚至能够超过人,但是思考却很难,与人还相距较远。

“人工智能1.0是逻辑推理+专家系统,人工智能2.0是概率统计+深度学习。这两者本质上都是数学,如何更好的发展,还是要靠教育,特别是数学教育。”

张景中介绍,目前教育+人工智能刮起了一股旋风,但实际上我国从上世纪八十年代开始就在做教育信息化,只不过并未取得预期效果。但在近几年,人工智能又被推上了热点。

“我国的人工智能发展最缺的是什么?最缺的是人才!”张景中自问自答。“假如需要100个人的话,我们现在只有30个人,缺口是70%。”

在张景中看来,一方面,人工智能可以促进教育发展,构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系;另一方面,人工智能也需要教育来推动其发展,通过教育培育出更多人工智能领域的人才。

做高考数学题 人工智能比不过十几岁娃娃

张景中认为,数字教学资源的开发、应用、获取、共享和优化升级,都要在一定的操作环境中实现,智能化的操作环境一是能让开发者事半功倍,轻松实现教学设计;二是所开发的资源交互性强,易于管理和传送;三是还有利于资源的可持续优化发展。

另外,数字教学资源的智能化,不同学科的侧重点不同,要更好地推进,一定要深入学科,把人工智能和学科结合起来。他以数学为例,通过自主研发的智能教育平台——超级画板,展示了如何通过动态数学操作环境,来实现解题和判题,并进一步从几何解题研究发展到高考机器人研究。

“下围棋,人工智能可以赢世界冠军,但做高考数学题,人工智能还比不过十几岁的娃娃。150分的数学题,人工智能断网计算只能做到115分,联网计算也才130多分。”他说,其实,研究高考机器人这类的解题机器人有很重要的意义,从辅导学习、批改作用甚至到评价学术成果,可以为老师、学生和学者提供辅助。

所以,在科研教育领域,人工智能是人类的助手,而不是人类的对手。在他看来,教育+人工智能,我国有基础、有条件、有发展空间,将产生巨大效益,但也任重道远。

B 数学教育

用小学知识也能解决高中的问题

张景中展示自己的研究成果

“数学教育不是只让学生背公式,学会用就可以了。还要让学生们懂得其中的道理。”张景中说,不少人觉得数学学起来很难。实际上,这不只是数学教育方法的问题,还是数学本身的问题。

只有改造数学本身,把数学本身变容易了,数学教育自然就容易了。

“如果知识本身不是最优的,那你用任何教育方法都不可能达到最优的效果。”张景中举例说,比如用罗马数字做加减乘除,就算你用最好的教育方法,也比不上用阿拉伯数字做加减乘除,用“最笨”的十进制教出来的效果好。

为了进一步证明自己的说法,张景中现场出题,分享了自己的一个研究程果:通过改变正弦定理的常规定义方式,让三角函数学起来更简单。

他把矩形中一个角为A的单位菱形面积叫做sinA,然后用矩形面积公式算出带有sinA的面积值;取其一半,就得到了三角形的面积公式;再通过简单的推理,就得出了正弦定理。

“只要改造好数学本身,用小学的知识也能解决高中的问题。”张景中说,30多年来,他一直在研究如何通过改造数学本身,来提高数学教育质量。

更多研究成果将在重庆试点

张景中的这些研究,最终的效果如何?

30多年前,张景中用新的方法来定义正弦定理后,曾做过小范围的实验。“我们让学不懂三角函数的学生用这个新的定义来学习三角函数,他们都很快学懂了。”张景中说,虽然实验的效果很好,很多老师也觉得这个方法很有道理,但是他们都不敢用在实际的教学中。

“数学教育的改变是非常难的,因为老师也是按照原来的方法学习的。如果要用新的方法,首先很多老师就想不通。”张景中说,自己研究出的这个新方法,直到7年前才在广州的一所中学进行实验,结果非常成功。

“有两个班一百多名学生参加实验,他们的数学成绩原本都是中等或者差的水平,但是到了中考的时候,他们的数学成绩都达到了优秀。”最让张景中高兴的是,学生们不仅成绩变得优秀,学得也非常开心。

后来,张景中还研究出了让向量、微积分等数学知识学起来更简单的方法。目前,他正带领团队着手编写教材,已经改变了近90节数学课的教学方法。

张景中透露,自己的部分研究成果已经在重庆启动了实验,而且效果不错。未来,还有更多的研究成果将在重庆进行试点。

上游新闻·重庆晨报记者 罗薛梅 刘波 摄影 任君

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20191119A0EZ2000?refer=cp_1026
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