人工智能教學與計算思維培養(yǎng)

任育杭

摘 要：隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化技術(shù)也快速發(fā)展。智能化技術(shù)在實踐中的應用越來越廣發(fā)和深刻，逐漸成為未來發(fā)展的一個重要的趨勢。在進行計算機專業(yè)教育的過程中，需要順應趨勢進行課程內(nèi)容的改革與創(chuàng)新，就人工智能、計算思維進行培養(yǎng)，結(jié)合有效的教學方式，不斷推進計算機教學的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：人工智能;計算思維;創(chuàng)新思維

1 前言

在教育理念的不斷發(fā)展下，教育的過程中，不再只是重視對于相關(guān)的知識與技能進行傳授，同時還需要更加注重對于學生自我精神的喚醒，不斷激發(fā)學生自我思考、自我創(chuàng)造的思維。這一現(xiàn)象反饋到計算機行業(yè)，反饋到人工智能教學，就需要在進行基礎(chǔ)的計算機知識教學、技能訓練的過程中，對計算思維進行培養(yǎng)。當然，由于傳統(tǒng)教育思想等影響，目前在計算思維的培養(yǎng)相對弱化，本文針對這一問題，探討相關(guān)的針對性解決策略。

2 人工智能與計算思維培養(yǎng)相關(guān)概念

探索人工智能教學，就需要結(jié)合相關(guān)的理念、技術(shù)以及實踐進行分析，就計算思維涉及的方面進行討論，進而為推進計算思維的發(fā)展而不斷的作出創(chuàng)新。

2.1 計算思維概念

所謂的計算思維，就是運用電子計算機運行的一個基本的原理、規(guī)則來對問題進行分析解決，將人的思維轉(zhuǎn)化為計算機語言，通過計算機運算來高效的解決問題，然后又轉(zhuǎn)換為人類語言，以供人類使

用[1]。在這一過程中，計算思維本身是一種計算機的運算準則的體現(xiàn)，但是最本質(zhì)的還是人類思維的體現(xiàn)，只是借用了計算機這一更加高效的運算機器來實現(xiàn)問題解決過程中的計算、選擇問題，幫助人腦完成大量的計算。在計算思維的奠定下，解決問題的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)人與計算機共同存在的問題，在解決問題的過程中實現(xiàn)人幾互存。自動化則體現(xiàn)在問題計算過程中，利用判斷語句等完成對于結(jié)果方式的選擇，代替人類去作判斷選擇，同時滿足人類的最終需求。

2.2 人工智能教學與計算思維教學的關(guān)系

隨著計算機技術(shù)的不斷提升，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷升級，以及工農(nóng)業(yè)等升級轉(zhuǎn)型的需求，人工智能的發(fā)展前景極為可觀，人工智能的教學也正是在這一基礎(chǔ)上進行的，主要包含的教學內(nèi)容，主要如下：

1）知識的表達、運算。人工智能，需要實現(xiàn)人與機器的互動，才能讓計算機幫助人類完成人類想要完成的任務，這就需要知識的表達，在發(fā)展的過程中，需要轉(zhuǎn)化人類知識為計算機語言，讓計算機明確自身計算的任務。再者，就是需要實現(xiàn)運算，在運算的過程中，需要面對的是問題是什么，運算過程是什么，根據(jù)運算結(jié)果怎么判定和做出選擇等。2）計算機搜索技術(shù)。在利用計算機的過程中，由于計算機的表達方式的問題，加上問題答案的多樣性，在進行相關(guān)問題的答案選擇的過程中，可能需要面對特別多的問題。在這一過程中，搜索技術(shù)能夠很好的面對，通過相對應的搜索方式，能夠?qū)崿F(xiàn)人類對于計算機的快速訪問。3）機器學習技術(shù)。智能化的使用過程中，常常需要反復處理一類事物，這類事物存在很多的共性，這就要求機器的使用過程中同時具備學習功能，通過對相應問題進行總結(jié)、歸納、類比等，實現(xiàn)學習功能，更加高效的解決問題。

3 人工智能主要教學內(nèi)容

人工智能的教學過程中，教學內(nèi)容的選擇是一項極為重要的工作，對于學生的發(fā)展極為重要。為了推進計算思維的發(fā)展，就需要對人工智能主要的理論與計算思維之間的聯(lián)系進行探究，理清關(guān)系，進而確定教學過程中的相關(guān)內(nèi)容。人工智能包含的命題、符號化、賦值等，都是實際教學中關(guān)鍵的教學內(nèi)容，如何做好與計算思維的聯(lián)系是一項非常重要的事情[2]。

3.1 理論教學部分

在教學過程中，知識表達、推理需要利用符號表示、邏輯思維、抽象思維等各種計算思維，這些技術(shù)的應用能夠帶動智能化技術(shù)的發(fā)展，同時也是課堂教學的重要內(nèi)容。人工智能的相關(guān)內(nèi)容為計算思維的培養(yǎng)，可以提供許多實際的案例進行分享，而計算思維則可以為人工智能化理念、人工智能化技術(shù)提供更多的發(fā)展，促進人工智能行業(yè)的發(fā)展。

1）與對象相匹配的知識表示方法。機器與人的互動是人工智能理解人類命令、準確執(zhí)行命令的基礎(chǔ)，在這一過程中，就需要一套與對象相匹配的只是表達方式[3]。這一表示方法，在編程語言基礎(chǔ)上，起著人類與機器溝通的翻譯官角色，能夠?qū)⑷祟惖乃季S、命令等很好的轉(zhuǎn)化為機器語言，機器語言根據(jù)自身的識別做出相對應的動作，實現(xiàn)智能化系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。2）搜索功能的教學。在進行教學的過程中，關(guān)于搜索的教學是一項非常重要的教學內(nèi)容。在面對人類傳達的任務的時候，需要機器對知識庫進行搜索，找出相對應的知識，根據(jù)知識線索決定解決問題的推理路徑，在盡快地時間完成人類下達的命令。搜索是一項重要的智能化技術(shù)，同時也是計算機教學的一個重要內(nèi)容，在教學過程中，涉及模擬退火、遺傳算法、粒子群優(yōu)化等多種計算機搜索技術(shù)，通過對與搜索功能的相關(guān)教學，提升計算思維的培養(yǎng)。

3.2 人工智能實驗課程

人工智能作為一門應用學科，除開理論教學，人工智能實驗課程也是必須重視的另一方面。為了對學生的計算思維進行培養(yǎng)，需要通過加強實踐的方式來推進。在實驗的過程中，需要根據(jù)人工智能技術(shù)與原理，設(shè)定相關(guān)問題的約束問題、問題結(jié)構(gòu)以及完成建模，利用計算機完成過程的運算。為了實現(xiàn)這一層面的發(fā)展，在實踐中，必須不斷增加相關(guān)的實驗課程，并且引導學生進行新思維的創(chuàng)造，探討新方向。在這一過程中，將大力推進學生的解決問題能力、創(chuàng)新發(fā)展能力、科研鉆研能力的發(fā)展。在實驗過程中，需要滿足以下要求：

1）掌握人工智能優(yōu)點并加以運用。知識學習的最終目的，還是用于指導實踐，人工智能學習的目的，也是為了在實際應用中進行運用。為了能夠推進對于人工智能化運用，就需要相關(guān)學習者在過程中明確人工智能的優(yōu)點，根據(jù)其優(yōu)點選擇合適的運用場景，更好地發(fā)揮人工智能優(yōu)勢，推進問題的解決。我們在進行教育的過程中，需要引導學生對智能化技術(shù)進行實際的應用，讓學生們在動手的同時區(qū)思考，明確各種人工智能技術(shù)的優(yōu)點缺點，然后加以利用。實驗課程是學生了解和學習的最重要的場所之一，在實驗課堂上，通過有趣的實驗的設(shè)計，引導學生進行實踐，通過引導，讓學生主動觀察和思考，更好的發(fā)展。2）進行建模人工智能問題教學。建模是人工智能的一個重要的實踐內(nèi)容，也是人工智能實現(xiàn)的一個重要基礎(chǔ)工作。在大學階段，可以將這一過程作為畢業(yè)論文的研究方向進行引導，因此將課程實驗、設(shè)計與學生興趣相結(jié)合，適當引導和改進，將細化和形成學生的畢業(yè)課題和課外研究方向，能夠在較好的作用下，推進學生創(chuàng)新思維、解決問題能力的發(fā)展，通過課程中對涉及的人工智能算法的研究等，不斷的推進發(fā)展。這樣，在鼓勵學生學習以探索未知的同時，不斷為學生提供尋找高峰體驗的機會，無形中培養(yǎng)學生的計算思維和創(chuàng)新思維能力。

4 結(jié)束語

隨著計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推動下，人工智能是一個重要的未來趨勢，這就要求在計算機教學的過程中，對計算思維的培養(yǎng)需要加強重視。在進行計算思維的培養(yǎng)的過程中，可以從理論部分的教學和實驗方面的教學兩個方面進行，幫助學生了解人工智能技術(shù)，對自身的理論、技術(shù)以及創(chuàng)新能力進行不斷地提升。

參考文獻

[1]教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導委員會.高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

[2]董榮勝.計算思維與計算機導論[J].計算機科學，2019，36（4）：50-52.

[3]董榮勝，古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學，2017，36（1）：1-4.