基于計(jì)算思維培養(yǎng)的人工智能實(shí)踐探索

周迎春 烏斯日格

隨著科技的不斷發(fā)展，人工智能時(shí)代悄然來(lái)臨。自然語(yǔ)言理解、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、智能檢索、機(jī)器人技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域陸續(xù)開(kāi)發(fā)出實(shí)用系統(tǒng)，很多領(lǐng)域的發(fā)展甚至超出我們的預(yù)期。2017 年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確我國(guó)新一代人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)：到2020 年，人工智能總體技術(shù)和應(yīng)用與世界先進(jìn)水平同步，人工智能產(chǎn)業(yè)成為新的重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，人工智能技術(shù)應(yīng)用成為改善民生的新途徑；到2025 年，人工智能基礎(chǔ)理論實(shí)現(xiàn)重大突破，部分技術(shù)與應(yīng)用達(dá)到世界領(lǐng)先水平，人工智能成為我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的主要?jiǎng)恿Γ悄苌鐣?huì)建設(shè)取得積極進(jìn)展；到2030 年，人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心[1]。由此可見(jiàn)，人工智能的發(fā)展是未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要的一環(huán)。

人工智能是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力、社會(huì)建設(shè)的新機(jī)遇、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)。人才是發(fā)展的重要基礎(chǔ)，人工智能教育是人工智能發(fā)展的關(guān)鍵幀。

一、當(dāng)前人工智能教育國(guó)際與國(guó)內(nèi)趨勢(shì)一覽

人工智能作為信息技術(shù)發(fā)展的重要體現(xiàn)，與編程等信息技術(shù)的相關(guān)方面密不可分。同樣地，人工智能教育往往會(huì)融入編程教育和信息技術(shù)教育，二者相輔相成。為適應(yīng)和引領(lǐng)人工智能技術(shù)發(fā)展，各國(guó)在義務(wù)教育階段先后開(kāi)始人工智能和編程教育。以色列自2000 年開(kāi)始要求學(xué)生學(xué)習(xí)編程；2016 年，日本將人工智能編程教育列入中小學(xué)必修課；2017 年，新加坡開(kāi)始實(shí)施國(guó)家人工智能計(jì)劃，包括中學(xué)“AI for Student”和小學(xué)“AI for Kid”；同年，芬蘭發(fā)布《芬蘭的人工智能時(shí)代》，提出尋求教育創(chuàng)新以滿(mǎn)足人工智能應(yīng)用領(lǐng)域的人才需求；2018 年，英國(guó)提出為兒童學(xué)習(xí)和應(yīng)用人工智能做好充分準(zhǔn)備；同年，美國(guó)啟動(dòng)K-12 人工智能教育行動(dòng)并制定中小學(xué)人工智能教育的指導(dǎo)意見(jiàn)?？梢?jiàn)，人工智能和編程教育在國(guó)際上受到廣泛重視，且重視程度逐漸加深。

我國(guó)也十分重視信息技術(shù)和人工智能的教育。早在20 世紀(jì)90 年代，鄧小平就提出“計(jì)算機(jī)要從娃娃抓起”，吹響我國(guó)開(kāi)展計(jì)算機(jī)教育的號(hào)角，為我國(guó)21 世紀(jì)初IT 技術(shù)的迅猛發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。2017 年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育[1]。教育部印發(fā)《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》，強(qiáng)調(diào)對(duì)大數(shù)據(jù)、人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)的合理利用[2]。2018 年，教育部對(duì)十三屆全國(guó)人民代表大會(huì)和全國(guó)政協(xié)會(huì)議中有關(guān)加強(qiáng)小學(xué)編程教育的提案給予積極回復(fù)，提出采取多方面措施推動(dòng)教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式的改革，在中小學(xué)階段推廣編程教育。2019 年，教育部啟動(dòng)對(duì)義務(wù)教育課程的修訂工作，建議根據(jù)需要將人工智能教育納入課程標(biāo)準(zhǔn)。其間，中央電化教育館也適時(shí)啟動(dòng)人工智能教育實(shí)驗(yàn)學(xué)校的申報(bào)評(píng)審工作，全國(guó)先后成立一批開(kāi)展兒童編程教育的相關(guān)機(jī)構(gòu)?？梢?jiàn)，在我國(guó)，人工智能和編程教育日益受到社會(huì)、學(xué)校、學(xué)生和家長(zhǎng)的重視。

人工智能發(fā)展進(jìn)入新階段。人工智能教育的開(kāi)展和普及是時(shí)代需要，是發(fā)展需要。然而，縱觀國(guó)內(nèi)外人工智能教育現(xiàn)狀，尚存在硬件、課程資源及師資不足等障礙。目前我國(guó)中小學(xué)義務(wù)教育階段的課程綱要中也尚未出現(xiàn)“人工智能教育”這一關(guān)鍵詞。

二、計(jì)算思維與人工智能教育

目前，人工智能尚未成為中小學(xué)的一門(mén)獨(dú)立學(xué)科，與之關(guān)系最緊密的是信息技術(shù)學(xué)科。我國(guó)最新修訂的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》將計(jì)算思維融入核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)中，作為核心素養(yǎng)的核心要素，并設(shè)置如“人工智能初步”等綜合應(yīng)用模塊，旨在推進(jìn)和培養(yǎng)智能時(shí)代學(xué)生的編程能力、計(jì)算思維等核心素養(yǎng)[3]?？梢?jiàn)，計(jì)算思維及其培養(yǎng)越來(lái)越受重視，其重要性不言而喻。

（一）計(jì)算思維的內(nèi)涵

2006 年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授（Jeannette M. Wing）提出，“計(jì)算思維是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)行為的方式，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域廣度的一系列思維工具”[4]。2010 年，周以真教授補(bǔ)充，“計(jì)算思維是一種問(wèn)題解決的思維過(guò)程，能夠清晰和抽象地將問(wèn)題及其解決方案用信息處理代理（機(jī)器或者人）能夠有效執(zhí)行的方式表述出來(lái)”[5]。自此后，關(guān)于計(jì)算思維的討論逐漸展開(kāi)，計(jì)算思維的培養(yǎng)也日益受到重視。

盡管研究者對(duì)計(jì)算思維的定義不甚相同，但都強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維解決問(wèn)題的能力特征。由此可見(jiàn)，計(jì)算思維被普遍認(rèn)為是反映計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本思想方法，是一種獨(dú)特的解決問(wèn)題的過(guò)程。通過(guò)計(jì)算思維的運(yùn)用，人們更好地理解、分析更復(fù)雜的問(wèn)題，并形成自動(dòng)化、模塊化、系統(tǒng)化等具有計(jì)算特征的問(wèn)題解決方案[6]。

大體而言，計(jì)算思維的結(jié)構(gòu)可概括為：對(duì)象化思維和過(guò)程思維，兼具認(rèn)識(shí)世界和改造世界的功能；抽象思維和可視化思維，分別指向世界的內(nèi)在本質(zhì)（內(nèi)容）和外在形態(tài)（形式）；工程思維和自動(dòng)化思維，分別指向改造世界的必然性和自由性[7]?？偠灾?，計(jì)算思維聚焦于問(wèn)題解決，是解決問(wèn)題的過(guò)程。

（二）數(shù)字時(shí)代培養(yǎng)計(jì)算思維的重要意義

21 世紀(jì)以來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，人們進(jìn)入數(shù)字時(shí)代。如今，人工智能等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，社會(huì)向更智能的時(shí)代邁進(jìn)，因而，計(jì)算思維成為當(dāng)前時(shí)代背景下的必備素養(yǎng)之一。

如同數(shù)學(xué)思維一樣，計(jì)算思維有一個(gè)完整的內(nèi)容體系，是普適性的，是支持其他學(xué)科發(fā)展的思維工具和方法。同時(shí)，它又具有普遍的生活和社會(huì)意義，是關(guān)乎人類(lèi)生存的基本思維方式之一[7]。

當(dāng)今社會(huì)，數(shù)字技術(shù)無(wú)處不在并快速發(fā)展和普及，“計(jì)算”在很多領(lǐng)域表現(xiàn)出變革性的意義。因此，若想適應(yīng)計(jì)算強(qiáng)度日益增加的信息社會(huì)，人們必須深入感知生活中的計(jì)算，發(fā)展計(jì)算思維。然而，目前仍有很多人對(duì)計(jì)算的理解較為淺薄，停留于數(shù)值計(jì)算和工具操作層面，也少有機(jī)會(huì)接觸計(jì)算機(jī)處理非數(shù)值型數(shù)據(jù)的過(guò)程和方法，因此，更難獲得對(duì)計(jì)算的基本理解，無(wú)法形成基于此的計(jì)算思維[6]。長(zhǎng)此以往，缺乏計(jì)算思維的人無(wú)法緊跟時(shí)代的發(fā)展，終將成為時(shí)代的“棄兒”。

目前，中小學(xué)校對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)仍處于初級(jí)階段。盡管學(xué)界和部分一線教師廣泛關(guān)注計(jì)算思維的培養(yǎng)，但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)活動(dòng)較少。毋庸置疑，這不利于學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。因此，如何培養(yǎng)計(jì)算思維，成為目前亟待解決的問(wèn)題。

（三）計(jì)算思維的培養(yǎng)與人工智能課程

計(jì)算思維是指向問(wèn)題解決的思維方式，且與信息技術(shù)的發(fā)展密不可分。因此，有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，需結(jié)合信息技術(shù)和問(wèn)題解決情境進(jìn)行。人工智能課程創(chuàng)設(shè)了信息技術(shù)與問(wèn)題解決相融合的情境，為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了空間。

從政策要求看，目前我國(guó)中小學(xué)實(shí)行的《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012 版）》和《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 版）》均設(shè)置了人工智能相關(guān)模塊。2018 年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》，明確要求完善課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，使中小學(xué)人工智能和編程課程內(nèi)容充分適應(yīng)信息時(shí)代、智能時(shí)代發(fā)展需要[8]。由此可見(jiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是中小學(xué)人工智能課程的一項(xiàng)重要任務(wù)。

從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，人工智能課程一般以項(xiàng)目為引領(lǐng)，讓學(xué)生在真實(shí)的情境中解決問(wèn)題，這與培養(yǎng)計(jì)算思維的要求不謀而合。人工智能課堂的項(xiàng)目可以激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，從而解構(gòu)較為復(fù)雜的問(wèn)題，進(jìn)行模式識(shí)別與歸納，最后進(jìn)行算法開(kāi)發(fā)，并對(duì)相似問(wèn)題的解決方案進(jìn)行歸納泛化。其間，需要個(gè)體對(duì)知識(shí)的“差集”進(jìn)行補(bǔ)充完善，也需要利用互聯(lián)網(wǎng)等工具處理相關(guān)信息，反復(fù)調(diào)適問(wèn)題的解決方案。

2010 年以來(lái)，人工智能教育進(jìn)入發(fā)展階段[9]。但目前，人工智能教育課程仍是以人工智能教育為主題的泛在課程系列，主要依托信息技術(shù)課程、STEM 課程、創(chuàng)客課程等開(kāi)展，尚缺少完善的課程內(nèi)容體系和課程資源，且存在重視技能訓(xùn)練、輕視計(jì)算思維培養(yǎng)的問(wèn)題[10]。因此，探析適合計(jì)算思維發(fā)展的人工智能課程顯得尤為重要。

三、基于計(jì)算思維培養(yǎng)的人工智能課程創(chuàng)設(shè)與實(shí)踐

綱要未有，實(shí)踐先行。由于學(xué)生的年齡和認(rèn)知水平不同，中小學(xué)人工智能課程在不同階段有不同要求。

（一）小學(xué)階段，感悟生活中的人工智能，培養(yǎng)興趣

小學(xué)階段，學(xué)生的認(rèn)知能力和生活經(jīng)驗(yàn)均有限。因此，可以從生活入手，引導(dǎo)學(xué)生感悟人工智能技術(shù)在生活中的應(yīng)用，層層遞進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心。

如果開(kāi)始就在教室中學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識(shí)，可能會(huì)令學(xué)生感到難以理解，從而破壞其學(xué)習(xí)興趣。因此，教師可從學(xué)生喜歡和熟悉的大自然入手，在組織戶(hù)外活動(dòng)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生使用人工智能App 識(shí)別所見(jiàn)植物。例如，“形色”“微軟識(shí)花”等App 均可識(shí)別植物花卉?！靶紊盇pp 在識(shí)別各類(lèi)植物花卉時(shí)，偶爾還會(huì)“詩(shī)興大發(fā)”賦詩(shī)一首，App 的這一“舉動(dòng)”在兒童的意料之外，可引發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣?；蛘哂脙?nèi)嵌植物圖片數(shù)據(jù)庫(kù)的“xDing”AI 軟件設(shè)計(jì)識(shí)圖人物程序，疊加個(gè)性化的設(shè)計(jì)創(chuàng)意，讓學(xué)生在使用App 時(shí)體驗(yàn)到不同的樂(lè)趣。

在此基礎(chǔ)上，教師鼓勵(lì)學(xué)生嘗試使用識(shí)別植物的App 識(shí)別其他事物，如美食、人臉等，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)這類(lèi)App 的局限性，并鼓勵(lì)學(xué)生討論，提出解決辦法——使用其他功能更強(qiáng)大的人工智能App，例如“百度識(shí)圖”等。在使用這些App 時(shí)，一方面引導(dǎo)學(xué)生盡可能多地識(shí)別各類(lèi)圖片；另一方面，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——有時(shí)百度AI 由于角度、亮度等原因會(huì)“開(kāi)小差”，把五年級(jí)學(xué)生誤判為30 多歲，孩子們?nèi)炭〔唤耐瑫r(shí)，也感受到目前人工智能的局限性。

在學(xué)生感受到人工智能App 的局限性后，教師可以和學(xué)生一起討論解決的辦法。例如，啟用百度的“EasyDL”定制貓狗識(shí)別的圖像分類(lèi)模型，通過(guò)校驗(yàn)不同數(shù)據(jù)量的模型，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)“訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量越大，圖像的識(shí)別正確率越高”的規(guī)律，體會(huì)大數(shù)據(jù)的妙處，并得出結(jié)論：機(jī)器學(xué)習(xí)是以數(shù)據(jù)為中心的問(wèn)題求解方式。通過(guò)在生活中感悟人工智能的妙用，發(fā)現(xiàn)人工智能的局限，可以強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用智能工具處理信息的意識(shí)，數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力也得到同步提升。同時(shí)，因?yàn)椴粩喟l(fā)現(xiàn)人工智能App 的局限所在，并探討解決辦法，學(xué)生的計(jì)算思維能力得到初步發(fā)展。

（二）中學(xué)階段，學(xué)習(xí)人工智能原理，實(shí)戰(zhàn)編程

編程教育是將問(wèn)題解決模式自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此也是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑。課堂是培養(yǎng)思維的主陣地，在編程課堂中，在不斷解決問(wèn)題的過(guò)程中，計(jì)算思維得到培養(yǎng)和提升。

圖1 所示的“智能識(shí)別垃圾箱”是《AI 機(jī)器人創(chuàng)意搭建與mBlock5 慧編程》中的一課。該案例融合了工程、電子、編程、環(huán)保、圖像識(shí)別等諸多跨學(xué)科的知識(shí)技能，是一個(gè)典型的STEM 案例。

圖1 智能識(shí)別垃圾箱

項(xiàng)目實(shí)施時(shí)首先需引導(dǎo)學(xué)生明確目標(biāo)的場(chǎng)域邊界，然后分解問(wèn)題，將看似龐大的問(wèn)題拆分成三個(gè)子問(wèn)題：垃圾箱3D 建模打印；光環(huán)板外圍驅(qū)動(dòng)裝置搭建；mBlock5 編程自動(dòng)化。有時(shí)，子問(wèn)題還需進(jìn)一步分解，例如mBlcok5 編程需先完成訓(xùn)練模型，系統(tǒng)需預(yù)先拾取相關(guān)垃圾的圖像信息，然后依次完成圖像識(shí)別——說(shuō)出分類(lèi)（1.0 版）、光環(huán)板LED 顯示分類(lèi)（2.0 版）、驅(qū)動(dòng)舵機(jī)自動(dòng)翻蓋（3.0 版）。在子問(wèn)題的解決過(guò)程中，通過(guò)對(duì)版本的升級(jí)改造，學(xué)生汲取人工智能的前沿知識(shí)技能，勇于創(chuàng)新、不斷迭代，使“產(chǎn)品”更趨完美實(shí)用。在拓展環(huán)節(jié)，學(xué)生產(chǎn)生更大膽的創(chuàng)意：只需將垃圾放入傳送帶，系統(tǒng)即會(huì)自動(dòng)完成分揀及入箱的動(dòng)作。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，相信創(chuàng)意很快會(huì)變成現(xiàn)實(shí)。

學(xué)生通過(guò)完整地經(jīng)歷解決問(wèn)題的過(guò)程，并動(dòng)手實(shí)操，對(duì)人工智能形成更深刻的理解。在實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生不斷提出問(wèn)題并解決問(wèn)題，深入探索問(wèn)題解決的路徑，計(jì)算思維得到有效鍛煉。

四、對(duì)培養(yǎng)計(jì)算思維的人工智能課程實(shí)踐的思考

（一）小學(xué)階段夯實(shí)基礎(chǔ)，在感悟中培養(yǎng)計(jì)算思維

已有大量研究表明，計(jì)算思維在兒童早期就得以發(fā)展[11]。但與較年長(zhǎng)的兒童不同，年齡較小的兒童的計(jì)算思維需要在非認(rèn)知層面下功夫。小學(xué)階段，學(xué)生的思維發(fā)展更依賴(lài)具體形象性的內(nèi)容，因此，這一階段的人工智能教育更需注重體驗(yàn)和感悟，課程設(shè)計(jì)也應(yīng)和兒童的日常生活相關(guān)。

小學(xué)階段的人工智能課程重在讓學(xué)生感悟人工智能，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣[12]。在這一階段，除鼓勵(lì)學(xué)生使用各種人工智能的工具外，還可以讓學(xué)生適當(dāng)接觸圖形編程的工具，例如ScratchJr、KIBO 和“小世界”等，讓學(xué)生初步窺見(jiàn)人工智能背后的秘密。需要注意的是，無(wú)論是教學(xué)還是實(shí)踐活動(dòng)，都應(yīng)以激發(fā)學(xué)生興趣為主，因此，在教學(xué)活動(dòng)中，教師要特別注意學(xué)生的接受能力及自己的教學(xué)方式。

另外，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，要格外注意對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。注重體驗(yàn)和感悟，不等于簡(jiǎn)單地教孩子用人工智能App，而是在活動(dòng)中引導(dǎo)兒童發(fā)現(xiàn)人工智能App 的特點(diǎn)和局限性，并引導(dǎo)兒童通過(guò)各種方式找到相應(yīng)的解決辦法。教師要時(shí)刻記住，課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，并在活動(dòng)中融入解決問(wèn)題的元素，為下一階段學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（二）初中階段加深理解，在學(xué)習(xí)中發(fā)展計(jì)算思維

初中階段，學(xué)生的認(rèn)知能力進(jìn)一步發(fā)展，抽象邏輯思維開(kāi)始萌芽。這時(shí)，僅依靠小學(xué)階段的感悟式學(xué)習(xí)方法是有局限的，對(duì)學(xué)生建立完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)和進(jìn)一步理解人工智能的內(nèi)涵不利，阻礙學(xué)生的進(jìn)步。因此，在這一階段，教師可以逐漸讓學(xué)生從“感悟者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸谱髡摺薄?/p>

在初中階段，人工智能課程應(yīng)當(dāng)注重人工智能技術(shù)的體驗(yàn)，學(xué)生可以完成簡(jiǎn)單的人工智能作品[12]。結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，本階段學(xué)生的編程是基于人工智能某一點(diǎn)的編程，在編程的過(guò)程中，一方面鞏固所學(xué)人工智能知識(shí)，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維及實(shí)踐能力[10]。需警惕的是，由于涉及較為系統(tǒng)的新知識(shí)，教師易過(guò)多使用講授法進(jìn)行教學(xué)，忽略學(xué)生的自主實(shí)踐。誠(chéng)然，通過(guò)教師講授的方式學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生高效地掌握知識(shí)，但是，在以培養(yǎng)計(jì)算思維為教學(xué)目的的人工智能課堂中，這種方法存在局限。因此，教師可嘗試采用講授和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，并且尤其注重項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的應(yīng)用。在學(xué)生掌握編程基本知識(shí)的前提下，教師可在課堂中營(yíng)造問(wèn)題情境，讓學(xué)生嘗試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，以促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的進(jìn)一步發(fā)展。

（三）高中階段深入分析，在實(shí)踐中運(yùn)用計(jì)算思維

高中階段，學(xué)生的抽象思維得到較大發(fā)展，認(rèn)知發(fā)展接近成人水平。因此，在這一階段，不僅要培養(yǎng)，更要鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維，在人工智能課程中進(jìn)行創(chuàng)造性的活動(dòng)。

高中階段的人工智能課程重在讓學(xué)生初步探索人工智能，并設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜的人工智能作品[12]。高中學(xué)生具有一定的信息化基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)內(nèi)容方面，可以讓學(xué)生了解人工智能的基本概念、人工智能的歷史與技術(shù)、人工智能的基本過(guò)程及實(shí)現(xiàn)人工智能的典型算法和主要實(shí)現(xiàn)手段[10]。這一階段的人工智能課程，教師要著重運(yùn)用項(xiàng)目式的方式教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并運(yùn)用人工智能技術(shù)創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。

此外，在這一階段，教師可鼓勵(lì)學(xué)生走出課堂，拓展眼界。例如，教師可通過(guò)校企合作的方式，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，和企業(yè)的工程師交流，真正走近人工智能軟件開(kāi)發(fā)；或者走進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生切身體會(huì)到“像科學(xué)家一樣思考”的含義；還可以鼓勵(lì)學(xué)生參加各類(lèi)競(jìng)賽活動(dòng)，尤其是對(duì)人工智能特別感興趣的學(xué)生，在和同齡人切磋的過(guò)程中，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢(shì)和不足，這對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展和個(gè)體的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有積極作用。

五、結(jié)語(yǔ)

人工智能教育對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維有重要作用。數(shù)字時(shí)代，計(jì)算思維是不可或缺的能力。因此，人工智能教育應(yīng)將培養(yǎng)計(jì)算思維作為重要的課程目標(biāo)之一，從感悟、理解、分析到應(yīng)用，逐步加深學(xué)生對(duì)人工智能相關(guān)知識(shí)的掌握。目前，人工智能教育尚處于發(fā)展階段，有效推進(jìn)人工智能教育政策的落實(shí)、創(chuàng)設(shè)優(yōu)秀的人工智能教育課程，需政府、中小學(xué)校、社會(huì)各方的共同努力和進(jìn)一步的教學(xué)實(shí)踐研究。然而，盡管人工智能教育沒(méi)有統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)，各中小學(xué)校仍可結(jié)合兒童發(fā)展規(guī)律以及學(xué)校的實(shí)際情況，分層次設(shè)計(jì)各學(xué)段的課程內(nèi)容，開(kāi)展人工智能教育，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展。