沈继云

摘要：在信息化高度发展的今天，社会也正逐步向数据化和智能化方向发展，特别是人工智能地出现在一定程度上推动了社会产业结构变化的进程。在这一时代背景下，我们必须培养出更多的創造性人才，才能够满足社会发展的需求。所谓计算思维从本质上来说是一种让人获益匪浅的普适性思维技能，它对于培养学生的创造性思维来说，具有非常重要的意义。因此，有必要加强对学生计算思维的培养，使学生具备这项基本技能为学生今后的就业和求职奠定基础，使学生能够在日益激烈的社会竞争中实现自身的发展。

关键词：人工智能；计算思维；创新思维

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）10-0126-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

人工智能驱动下计算思维培养是信息化高度发展这一大环境背景下我们必须要考虑的问题。计算思维这一概念一经提出就引起了学界的广泛关注，本文以计算思维的概念为切入点，系统地阐述了人工智能驱动下的计算思维培养的必要性及路径，力求为培养学生的计算思维提供一点思路。

1计算思维

1.1计算思维的概念

现如今计算思维已经逐步发展成为关系计算机科学本质问题的基础性概念。计算思维最早的提出者为麻省理工学院的Seymour Papert教授，计算思维这一概念一经提出后，便引起了世界范围内的关注。周以真教授（美国国家自然基金会计计算与信息工程科学工程部助理部长）在美国计算机权威期刊上正式提出了有关于计算思维的定义，在他看来计算思维主要是通过灵活的运用计算机科学基础概念实现对相关问题的解决等系列的思维活动。计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。计算思维概念传入我国后，我国的相关学者也对计算思维进行了全面深入的研究。以李国杰教授为例，他认为计算思维是有关于问题描述、建模、并用最有效的办法实现问题求解。计算思维远远不只是计算机编程，它是抽象的、多个层次上的思维，与“读写算能力”一样，是人类的基本思维方式。除此之外，李国杰教授还认为计算机和计算机活动会促进计算思维的传播，而计算思维的传播也会反作用于计算活动。这一理论已经提出，旋即引起了国内外各领域的深入研究与探讨，并取得了一定的成绩。然而，长期以来，计算机科学技术被看成是一种高科技工具，这种“狭义工具论”认知对发展和普及计算思维极为不利。早在1972年，就有相关学者提出我们现在所拥有的工具对于我们的思维方式具有深远的影响，甚至在一定程度上直接影响着我们的思维能力，这种工具影响思维的论点，在当今社会得到了广大的推崇。所谓计算思维从本质上来说就是通过计算机等科学手段来影响思维方式，它是广大学者在审视计算机科学时提出的。现如今计算思维已经与理论思维和实验思维并驾齐驱，成为计算时代的最为直接的产物。

1.2 国内外研究现状

近些年来，计算思维的诸多方法包括关注点分离和抽象以及分解等内容逐步应用，在教学和培训活动中，取得了较好的成绩。以美国为例，在美国教育界中计算思维得到了广泛的应用，卡内基梅隆大学的专题讨论和美国计算机协会以及美国国家计算机科学技术教师协会等众多团体都参与到了计算思维的应用和传播活动中来。除了美国以外，英国的教育界也开展了对计算思维的全面探讨，并尝试着将计算思维应用到哲学和物理以及生物等诸多领域。BCS，全名British Computer Society是英国计算机学会，该协会组织了欧洲的相关专家学者对计算思维进行了全面深入的研讨，并创造性地提出了欧洲的行动纲领，这对于计算思维的全面适用来说具有非常重要的意义。

计算思维于20世纪初传入我国开始，进入了我国学者的研究视野当中。国内关于计算思维的研讨大部分都是在与计算机方法论一起研究的。2008，我国举办了相关研讨会，研究高等学校计算机教育和科学思维与科学方法在计算机学科教育中的应用等诸多内容，会议以计算思维领域的研究为重点内容。

想要在高等教育阶段实现学生计算思维能力的培养，潜移默化地影响学生解决问题的方式方法，是我国学者一直探究的重要领域之一。广大学者们认为计算思维在当今时代已经成为广大学生日常学习和生活中必须要掌握的基本思维能力，应将其列入高等教育课程体系当中，潜移默化地影响学生计算思维能力的培养，这是大学通识教育最为基础的内容之一。

1.3 计算思维的核心内容

对于纷繁复杂的、不确定的物质世界，人脑通过极大的冗余设计获得了计算机无法比拟的灵活性与适应性。然而在确定条件下的、简单而重复的工作上，计算机则表现出压倒性的可靠、高效等优势。运用计算思维就是为了把人从大量的机械性的、重复性的运算中解放出来，使人脑这样宝贵的资源能更多地运用到创造性的工作当中。在用计算思维解决问题时，人的分工是把生活中遇到的实际问题转化为计算机能够处理的可计算化问题，让计算机去执行具体的运算任务。计算机思维的根本要点是通过数学建模、映射、算法实现问题的可计算化，最终实现问题解的自动化。

运用计算思维进行问题求解的一般过程如下。

第一步：定义问题，建立数学模型。使用抽象能力，将人对实际问题的理解过程用数学的语言描述出来。

第二步：完成映射，编写算法。将数学模型中的所有变量及运算规则等，用相应的特定符号替换，将完整的解题思路编写成程序代码，用以指挥计算机进行计算。

第三步：执行算法、解模，获得符合人类习惯的答案。根据算法，计算机完成相应指令，自动求出问题的解。

在运用计算机进行问题求解的过程中，计算思维的作用是分析如何将复杂的实际问题演化成可计算的问题，其关键特征是抽象及自动化。计算思维让人能够利用计算机的基本运行机制创造性地使用新的思想、新的方法去解决问题。

2人工智能高速发展的背景下计算思维培养的必要性

学习过程大致分为四个层次：知识，理解，意识，悟性。传统的教学基本上仅仅处于第一个层次，目光和精力均放在了知识的要点上，不重视人的独立思维和批判性思维的开发，培养出的学生思维狭窄，缺乏创造、创新的精神和能力。人工智能时代，随着互联网的高度发展，学生获得知识及能力、素养的提升途径更加多元化。知识是开放的，随时随地都可以检索，知识的记忆、复述、再现等基本认知技能的重要性将会逐步降低，而创造知识的意识及悟性将会是最需要的。

但要让学生做到知识的融会贯通，形成意识，也就是培养出计算思维，甚或达到知识创造这一悟性层次，还任重道远。

在信息化高度发展的今天，未来的一切会变得更加数据化和智能化，人工智能技术会促进整个社会产业结构的变化，社会的发展需要更多创新型人才来推动。而计算思维是解决问题的方法论，是一种创新思维能力，是人工智能时代的素质教育。当下教育缺乏培养创新型人才的意识和方法，在人工智能时代，不仅需要强调高阶认知能力的培养，更加需要增加和突出计算思维的培养，教育的改革应以“思维教育”为主方向，

计算思维是一种问题解决的方式，这种思维将将问题分解成大小不同的部分，并逐一处理解决，最终进行总结归纳以解决整体问题，这是一种让人受益的技能。如果我们掌握了计算思维技能，不仅能成为技术创新者，还能通过创造性地解决重要问题而造福社会。

3计算思维培养的路径

计算思维具有强大的创新能力，培养计算思维能力的最终目的就是为了创新。但是，目前缺少具有指导性的使用计算思维进行创新的经验总结、甚或相关方法论。在创新思维培养方面，英国一直致力于使学生掌握“创造性思维和创造性想象”的基本方法和技能，并训练其拥有“灵活性、独创性”等创造性的智能品质。计算思维应当是所有学校所有课堂教学都应当采用的一个工具，培养学生主动使用计算机解决问题的意识和能力，提高他們对计算可以影响学科发展的认识。然而我国目前的培养路径中存在着功利主义课程价值观、错误的技术化取向问题：只见技术不见人。

如何进行计算思维的培养，目前缺乏相应的培养体系和教育标准，但我们可以将“学生创新意识的形成和创新能力的培养”作为计算思维训练及培养的着手点，可从下面几个方面入手。

第一点，修正教师定位，帮助学生去发现问题，激发学生在兴趣引领下探索。

在信息大爆炸时代，教师不是知识的简单传递者，而是做一个引导学生的导师，教会学生如何学习，如何发掘信息而不是简单的记忆，正视好奇与激情相比于智商的重要性。教师不应是某一个理论的复读机或重复验证者，而应阐述这个理论提出的原因，以及这个理论所能够解决的问题，激发学生好奇心及进一步探究的激情，推动学生创新意识的形成。

第二点，高度重视基础教育阶段的学生创造力培养。

目前，我国中小学阶段的教育基本重视低阶的认知技能的培养，普遍认为创造力培养是大学阶段、研究生阶段的任务。但大量的实验证明这种观点是错误的，必须从小培养创造力，同时应重视对拥有特殊才能的孩子的培养。

第三点，培养具有创新思维的教师，修正激励体系与评价体系。

培养学生创造力，需要创新型教师，教师既可能是学生创造潜能转化现实的助力手，也可能是学生创造力培养道路上的杀手，如果老师仅仅充当知识的传递者，就会扼杀学生创造的热情与能力；如果教师是学生的同行者、引导者，鼓励学生大胆探索问题，自由地表达思想，会提高学生创造热情及能力。培养学生的创造性，要给学生创造性评价；要减少标准化考试，重视学生全面发展和学生个体差异能力培养。

4 结语

总而言之，对于广大学生来说实现计算思维能力的提升，具有非常重要的意义，它可以帮助学生解决问题，树立创新意识。当然，我们也应当充分意识到在人工智能背景下，培养学生的计算思维能力并非一蹴而就的，它是一个系统的过程，需要广大教师不断探索。

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【通联编辑：光文玲】