中国科学院院士褚君浩：人工智能在教育领域的应用，对学生意味着什么？

本文来源：光明社教育家 作者：王梓霖

一次全国科学大会上，中国科学院院士褚君浩现场演示“隐身术”引发全网热议，这是他科普工作的首次大范围“出圈”。

实际上，早在20世纪70年代，当他还是一名中学教师时，就开始向期刊投稿，进行科普传播。无论是科普、科研还是教学，他总是尤为强调科学精神的培养。2016年，想倒逼自己学点新东西的褚君浩在大学里开了一门“脑科学与人工智能”课程。

此后这些年里，他持续关注着智能化时代的技术态势，也有着关于未来学校、未来教育的思考。

具有科学精神的人

很难被人工智能取代

问

在智能化时代，该如何理解您所强调的“科学精神”？

褚君浩：科学精神是一种在实践和思维中逐渐形成的精神追求，我认为主要包括求实、创新、怀疑和宽容四个方面。求实精神要求我们尊重事实与规律，创新精神强调突破惯性思维，怀疑精神推动我们追问“为什么不是那样”，宽容精神指的是对不同观点的包容与验证。

实际上，无论是科研人员做实验、做培训，还是工人拧螺丝钉、开机床，在任何工种的实践和思维过程中，都能孕育科学精神。看似机械重复的工作中也有科学性，他们往往蕴含于“为什么要这样做？为什么不能那样做？如何把事情做得更好？”的不断追问中。

比如，德国的工人在拧螺丝钉时，通过反复尝试和总结，发现了“拧3圈再倒半圈”是最有效的方法。这就是我曾提到的“循规极致”，做任何事情都可以钻研其规律，只要做到极致，就是科学精神的体现。

在智能化时代，科学精神的重要性更加凸显。它是人工智能发展的基石，也是人类驾驭各种技术的关键。人工智能技术的发展依赖于动态感知和智慧分析这两个关键环节，其本身就是在模拟人类智能中的实事求是和理性思考，体现了对科学规律的探索和应用。

同时，科学精神是人们将各项日常事务做得“好一点”的内在要求。在生活和工作中，我们如果追求做得“好一点”，就必须持续地对自身的工作进行质疑和改进，并对自我及他人持有宽容的态度，允许更多可能的发生。

当前，不少人担忧人工智能会取代人类的许多工作，实际上，若是怀着科学精神来处理各项事务，我们很难被取代。

问

您曾提道：“我们每一个人都要学会如何在人工智能时代生活。”科学精神如何促进人类更好地运用人工智能技术，服务于我们的生活？

褚君浩：在技术变革缓慢的时代，人们或许可以依靠传统的方式开展各项工作，但如今人工智能技术正在深刻改变着我们的生产和生活方式。科学精神是人类在这一变革中保持主动性和创造力的关键。不同人群对人工智能的应用需求不同，拥有科学精神的人不会满足于对这些AI工具的简单使用，而会基于相关大模型提出一些新思路、新机制、新方法。因为拥有科学精神的人往往充满好奇心和探索欲，能够以开放、包容的态度去理解和学习各项新技术，从而更有效地利用这一工具提升生产效率、改善生活品质。

比如在科研领域，拥有科学精神的研究人员能更好地利用人工智能技术解决复杂问题：在“AI for Science”的研究中，利用人工智能分析海量数据，加速新材料的发现或药物研发；在“Science for AI”的研究中，通过科学思维推动人工智能技术本身的创新。无论从事哪一类研究，求实精神和创新精神都是不可或缺的驱动力。

又如，在教育领域，拥有怀疑和创新精神的师生能够更好地利用人工智能工具。教师可以通过科学思维设计个性化的教学方案，利用人工智能分析学生的学习数据，提供精准的学习建议；学生在与人工智能互动的过程中能够主动思考，而非被动接受知识，增强批判性思维和问题解决能力。

可以说，我们正处于智能化引发的“第四次工业革命”中，未来势必会涌现更多新技术和新变化。拥有科学精神不仅能帮助我们从容应对技术变革带来的挑战，还能让它更好地为我们所用，推动个人的成长和社会的进步。

以“非标准化”的实践涵育科学精神

问

智能化代表“第四次工业革命”，而目前很多教育者仍在采用诞生于第二次工业革命时期的传统教学模式。您认为当下的教育者应该有什么样的警醒？

褚君浩：人工智能对教育的冲击可以从三个方面来看。

对教师而言，主要是教学方法的冲击。任何体现重复性、需要大量数据积淀的工作，都可能被人工智能取代。比如，在学生可以随时随地使用人工智能开展精准、个性化的学习时，教师的角色该如何定位？这是教育者需要思考的问题。

对学生而言，主要是学习方法的冲击。在信息爆炸的时代，学生的知识来源多元化，时间趋于碎片化。传统的课堂讲授方式难以满足他们的个性化需求。人工智能为学习提供了新的可能性。例如，学生可以通过AI工具实现个性化学习，但这也要求他们具备更强的自主学习能力和信息辨别能力。

对学校而言，主要是教育体制的冲击。许多职业可能会随着技术进步而消失，学校当前的专业设置是否能适应未来的需求？我们曾在一些大学进行过全校范围的讨论，得出的共识是：学校的价值不仅在于传授知识或培养能力，更在于塑造学生的价值观。教育的目标应更为注重培养具有健全人格、创新思维、全球视野和社会责任感的新一代人才。

标准化教育重视知识传授，智能化时代则更需培养学生解决问题的能力。教育者要从三个方面突破：一是强化实践，如更多地让学生通过实验验证假设；二是鼓励跨学科思维，如将物理大数据分析与AI模型相结合；三是注重“隐性评价”，不以分数为唯一标准，而是重视学生的探究热情与创新韧性。

问

人工智能技术的教育应用对学生科学精神的培养意味着什么？教育者应如何涵育学生的科学精神？

褚君浩：人工智能技术的发展对于科学精神的培养既是机遇，也是挑战。机遇在于，人工智能可以提供个性化的学习资源，激发学生的好奇心和探索欲，例如通过虚拟实验和智能问答系统帮助他们理解复杂的科学概念。挑战在于，过度依赖人工智能可能导致学生缺乏独立思考能力，甚至出现学术造假等问题。人工智能生成的信息未必完全准确，学生如果缺乏足够的辨别能力，可能会被误导。

为应对技术的挑战，教育者应培养学生的人机协作思维，让他们既善用技术工具，又保有质疑、联想和跨学科整合的能力。

一方面，要引导学生明确地认识到，AI只是辅助工具，而非替代思考的手段。自己应具有实证精神，通过各种实践手段验证它们生成的内容。

另一方面，教师应注重培养学生的批判性思维，帮助他们形成独立判断的能力。

在这个过程中，科学精神的核心——求实、创新和怀疑，依然是不可替代的。只有通过不断地实践和反思，学生才能真正驾驭AI，使其服务于自己的学习目标。

科学精神作为一种内在的个体追求，通过具体的行为和实践得以体现，教育者可以在日常生活中有意识地引导。比如目前刷题仍是中小学生常见的学习方式，同样是做题，如果学生能通过解题掌握知识的内涵、思考调用知识的方式，而非单纯追求题目的数量，效果会更好。做完题后，还应总结和反思，分析解题中的“得失”并尝试不同的方法。这种开放的心态和探究精神，正是科学精神的具体体现。实际上，学生不同的学习效率的背后，也反映了他们思维方式的差异。

此外，科学精神的培养要使学生具备坚毅的态度，教师应鼓励他们向身边的人学习，通过持续地学习和实践，吸收、内化优秀的思想和方法。

在基础教育阶段

点燃科学精神的火把

问

您曾有过十余年在中学从教的经历，您认为基础教育阶段的教师在实践中应该秉持什么样的原则，才能更好地培养学生的科学精神和创新能力？

褚君浩：我当初教的是物理，那时叫“工业基础”。为了让学生更好地将理论联系实际，我从周边的农村借了一台手扶拖拉机开到学校，用它来给学生们上课。手扶拖拉机的设计中包含了杠杆原理，开动时涉及摩擦力等运动学知识，气缸的运作则涉及热力学规律。当时学生们很兴奋，学得也很认真，一些学生还尝试开了开那台拖拉机。

我不敢说那时教学中有多少科学精神的培养，不过我相信，基础教育阶段是学生认知能力、学习兴趣和科学思维形成的关键期，教师的引导一定是至关重要的。在实践中，教师们或许可以秉持以下原则——

积极的认可，激发学生的好奇心和内生动力。我上小学时功课一直不好，初二突然对数学产生了兴趣，理工科成绩才突飞猛进。升初三那年，我转学到另一所学校。听同学说，在我来之前，班主任曾在班上公开表扬了我，这让我感到非常自豪。可以说，这是我人生中一个非常重要的节点，老师的表扬极大地激发了我向上的热情，自此之后，我越发积极地投入学习。而现在不少学生只是在师长的要求下才去学习，这显然很难持久。

此外，教师可以通过有趣的案例或设计“问题链”等方式使教学更具吸引力，比如从“太阳光有几种颜色”的简单提问出发，引导他们思考红外线探测原理，再延伸至对气象卫星应用的思考。这种层层递进的方式有利于学生不断追问“为什么”，进而培养他们的探究精神。

注重实践，让学生通过动手实践理解科学原理。如引导学生制作科技作品或参与科研项目，当他们看到红外成像揭示苹果内部腐烂时，更容易理解“不可见数据”的价值；与机器人真实互动时，能更好地体会“感知—分析—反应”的智能逻辑。实践是连接现象与规律的桥梁，这类体验比课本更直观，他们也更容易产生对“为什么”的自发追问。

减少标准答案的束缚，鼓励独立思考。鼓励学生大胆提出自己的见解，并通过逻辑推理验证其正确性。在这一过程中，要允许他们提出“荒诞”的假设并尝试验证，因为即使失败了，他们也有可能从实践中提炼出科学的方法，增强创新能力。

引导学生树立远大志向，将个人兴趣与国家需求相结合。基础教育阶段是学生价值观和志向形成的关键时期，教师应激励学生融入时代潮流，将个人兴趣与国家需求相结合，促使他们为科技进步贡献力量。

问

您长期从事科普工作，主编“科学起跑线”丛书并入驻各大网络平台。您认为科普阅读对于培养科学精神、促进科学发展发挥着什么样的作用？

褚君浩：科普阅读对培养青少年科学精神的作用非常重要，这一点我深有体会。小时候，家里的书架上有很多天文学和气象学的书籍，以及《科学画报》《科学大众》等杂志。虽然当时年纪小，有些专业名词看不懂，但这些书激发了我对科学的好奇心。初二之后，我开始阅读数学类书籍，逐渐对那个神秘而无穷的世界产生了浓厚的兴趣。阅读科普书籍不仅让我学到了知识，还让我学会了思考，提出了许多问题，这种思考进一步加深了我的探究兴趣。

科普工作对科学家本身和公众都有重要意义。对科学家来说，做好科普工作是一种能力的体现。比如，在学术交流中，我们要用通俗易懂的语言向非同行介绍自己的研究，这有助于促进学科交叉与合作。记得一次在上海浦江学科交叉论坛上，我作了关于红外技术的科普报告，生命科学领域的一位研究员作了生命科学的报告。我们互相听懂了对方的内容，后来还合作申请了“863项目”。可以说，这是科普带来的直接影响。

对公众来说，科普能帮助他们理解科学，提高科学素养。在担任全国人大代表期间，我曾提出过许多关于太阳能技术发展的议案。受益于此前的科普工作，这些议案因具有科普的视角，指向公民科学素质的提高，更容易被理解和采纳。

科普不仅仅是知识的传播，更是科学精神的弘扬。通过阅读，青少年可以了解科学家们奋斗的故事，感受科学技术对社会进步和生产力发展的推动作用。

这种潜移默化的影响，往往能激发他们对科学的兴趣，甚至为他们未来的职业选择指明方向。此外，因为科普阅读，青少年更有可能通过透视日常生活现象、天地自然规律以及前沿科学技术，掌握科学知识，产生探究兴趣，养成科学思考的习惯。这种习惯将伴随他们一生，成为他们应对未来挑战的重要能力。

注：本文授权转载自“光明社教育家”（ID：jyjzzwx）作者王梓霖，文中图片由光明社教育家提供。光明社教育家”是《光明日报》旗下《教育家》杂志官方微信公众号，以“因思考而不同”为办刊特色，努力助推教育家成长。

往期荐读