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

摘 要：人工智能教育是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑。梳理國(guó)際與國(guó)內(nèi)人工智能教育的發(fā)展趨勢(shì)，明確計(jì)算思維的內(nèi)涵，對(duì)人工智能教育與計(jì)算思維培養(yǎng)的契合點(diǎn)進(jìn)行具體分析，并結(jié)合參與省級(jí)信息評(píng)優(yōu)活動(dòng)，對(duì)人工智能課程的建構(gòu)實(shí)施中提升計(jì)算思維的關(guān)鍵幀逐個(gè)進(jìn)行解析，有助于人工智能教育對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)和提升。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;人工智能教育;課程

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-8502（2022）02-0047-08

作者簡(jiǎn)介：周迎春，江蘇省蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)小學(xué)副校長(zhǎng)，江蘇省特級(jí)教師、正高級(jí)教師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教學(xué)、STEM教育及人工智能教育;烏斯日格，中國(guó)兒童中心科研部研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)閮和l(fā)展、校外教育。

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)。可見(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)。可見(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?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。

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。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/OL].（2017-07-20）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/ 2017-07/20/content_5211996.htm.

[2] 教育部.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》[EB/OL].（2017-10-30）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201710/t20171017_316616.html.

[3] 李鋒，柳瑞雪，任友群.確立核心素養(yǎng)、培養(yǎng)關(guān)鍵能力——高中信息技術(shù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)修訂的再思考[J].全球教育展望，2018，47（01）：46-55.

[4] WING J M.? Computational thinking [J]. Communications of the ACM，? 2006，49（03）： 33-35.

[5] Jeannette M. Wing. Computational Thinking： What and Why？ [EB/OL]. （2010-11-17）. http：//www.cs.cmu.edu/～CompThink/papers/TheLinkWing.pdf.

[6] 任友群，隋豐蔚，李鋒.數(shù)字土著何以可能？——也談?dòng)?jì)算思維進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教育的必要性和可能性[J].中國(guó)電化教育，2016（01）：2-8.

[7] 鐘柏昌，李藝.計(jì)算思維的概念演進(jìn)與信息技術(shù)課程的價(jià)值追求[J].課程·教材·教法，2015，35（07）：87-93.

[8] 教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的通知[EB/OL].（2017-04-18）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[9] 李海峰，王煒.國(guó)際領(lǐng)域“人工智能+教育”的研究進(jìn)展與前沿?zé)狳c(diǎn)——兼論我國(guó)“人工智能+教育”的發(fā)展策略[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2019（02）：63-73.

[10] 謝忠新，曹楊璐，李盈.中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計(jì)探究[J].中國(guó)電化教育，2019（04）：17-22.

[11] 高宏鈺，李玉順，代帥，等.編程教育如何更好地促進(jìn)早期兒童計(jì)算思維發(fā)展——基于國(guó)際實(shí)證研究的系統(tǒng)述評(píng)[J].電化教育研究，2021，42（11）：121-128.

[12] 張丹，崔光佐.中小學(xué)階段的人工智能教育研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2020，30（01）：39-44.

A Practical Exploration of AI Based on the Cultivation of Computational Thinking

ZHOU Ying-chun Wusirige

1. Luxiang Experimental Primary School; 2. China National Children’s Center）

Abstract： Artificial intelligence （AI） education is a vital channel to cultivate students’ computational thinking. This paper sorts out the development trend of AI education at home and abroad. Then， combining with the connotation of computational thinking， it makes a specific analysis of the convergence between AI education and computational thinking training. Finally， it includes the provincial-level information evaluation activities， and analyzes the key frames that promote computational thinking in the construction and implementation of AI curriculum.

Keywords： Computational Thinking; AI Education; Curriculum