基于人工智能背景下學生計算思維能力的培養研究

摘 要：強化信息意識，提高信息敏感力及甄別力;啟迪計算思維，增強自動化形式化模塊化系統化處理能力;并通過具體實例的分析，說明核心素養的培育是有徑可循的，是可以采用適當的教學方法、選取生動的學習素材、調動學生的主觀努力來實現的。本文中除了陳述現有內容的同時要體現這個研究目的是為了提高學生學科核心素養，其實計算思維的培養也是為了提高學生信息技術素養，提高學生運用信息技術的知識和技能解決社會生活實際問題的能力;所以作為信息技術教師有必要通過信息技術教學來培養學生的核心素養，積極開展信息技術環境下學生核心素養的研究，是培養全面發展人才的有效途徑。

關鍵詞：人工智能;計算思維;能力培養;高中信息技術

由于前幾年我國信息技術發展較為緩慢，特別是在教育行業中，因高中生課業壓力較大，面臨升學考試等一系列的難題，所以在信息技術教育教學方面留下了很大的空白與缺口。隨著我國信息技術的不斷發展，特別是近些年迅速崛起的人工智能技術在人們生活中廣泛普及之后，高中的信息技術教育迎來了一個新的發展機遇。

一、 計算思維與人工智能的關系

在信息技術教學中，利用人工智能的廣大平臺可以有效提高學生對計算思維能力的養成，且可以讓學生對計算機的概念、問題、系統、設計等方面進行一系列的思考與求證。而且利用人工智能還可以簡化、轉換、解釋計算思維中所遇到的種種問題，可以有效幫助學生提高對信息技術課程的認識與理解。在人工智能的背景下，高中生學習信息技術課程，養成計算思維能力可從六個特點上體現出來。第一，關于問題的制定，教師可以幫助學生利用外界工具，特別是計算機信息技術以及人工智能所設計的內容來解決課堂上遇到的相關問題;第二，教師要組織學生進行問題數據的分析和討論，并且要嚴格按照信息技術課程的嚴密邏輯按步實施;第三，教師可通過模擬的方式或者抽象的方式，也可以是仿真的方式給學生重現計算機信息技術以及人工智能所承載的數據;第四，要利用完整的步驟計劃引導學生進行算法上的培養，讓學生在大腦里形成一種算法思想，從中尋找解決問題的方法，逐漸形成計算思維能力的養成;第五，教師要教會學生辨別與分析可應用的問題解決方案，從中尋找最有效的關鍵點打通問題脈絡，結合信息技術課程中的計算思維對問題資源進行處理;第六，教師要把問題的解答過程展開分析，同時要大力推廣，并且將之融合在其他問題中，以促進學生計算思維能力的提前養成。

所以，筆者將高中信息技術課堂中利用人工智能培養學生計算思維能力的方法區分為五個方面，即算法思維、評估、分解、抽象與概括。對此，我們可以明白計算思維不僅是對信息技術的思考與分析，還是對當今社會科技發展狀況的參悟與理解。電子本身沒有思維，是人的智慧使之體現出思維的概念。

二、 在人工智能的背景下培育學生計算思維能力的方法

之前提到，計算思維的五個方面分別是算法思維、評估、分解、抽象以及概括。在高中信息技術課堂教學過程中，教師怎樣引導學生，讓學生養成計算思維的能力，是當前高中信息技術教師要重點思考的問題。信息技術課程對于高中生的思維鍛造有很大的作用，教師在開展教學的時候要結合程序設計教學。而且在信息技術課程大綱中明確規定，算法與程序設計是高中生學習信息技術的一大重點，也是必修模塊，此環節是引導學生進一步感受計算思維作用的一個版塊。從根本上來分析，算法思維就是計算思維的一個分支，在高中信息技術課堂教學中，教師不但要通過算法與程序設計模塊對學生進行引導與培養，還要在信息技術法思維到底能給自己帶來什么。通過教師的嚴謹設計與精心組織安排，方可帶動學生的學習積極性，使學生主動的參加到課堂活動與學習中，而且也可以積極推動學生計算思維能力的養成。這其中的關鍵在于教師是如何挖掘與分析信息技術課程內容的，是如何將信息技術課程、人工智能時代、人工智能平臺、計算思維能力這些內容相結合的。

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教師在進行高中信息技術課程教學的時候，要注意課堂教學方式的設計，結合課程內容與大綱要求對學生進行計算思維的引導與培養。而設計課堂教學內容的時候，教師要多結合計算思維單個方面的思維發展進行思考與研究。

例如：教師可以通過課堂所學的內容設計整個課堂教學方案與活動計劃。在開展教學活動的時候，多關注學生對計算思維的認知程度與理解深度，并且要及時從中尋找問題，制定出解決方案，以求強化學生個人學習能力以及解決問題的能力和計算思維能力的同步提升。

（一） 基于計算思維中分析思維培養的單個課堂活動設計

利用計算思維中的算法思維、分解、抽象、概括與評估等內容，教師可在高中信息技術課堂活動中針對算法思維中的分析思維進行深度的闡述與解析。按照課程規定內容進行獨立的課堂活動設計，并且將之深刻的體現在分析思維上。

在高中信息技術課堂教學中，利用算法思維所打造的信息技術課堂教學活動。例如：教師在進行《算法與程序設計》這一模塊的教學時，可以拿出《算法的初步認識》這一小節對學生進行深度講解。同時，為了有效提高學生的興趣與課堂參與熱情，教師可以在計算機上設計一個“猜數字”的游戲。如計算機自動生成1～100這些數字，然后自動選取一個數字，隨后讓用戶猜測。此時，學生自然無法猜出計算機所設定的數字是多少。此時，根據游戲規則，學生可以有20次機會向計算機發起提問，而計算機在被學生提問的過程中，只能體現出“錯”與“對”兩種答案，且每一名學生只有一次可以提問教師的機會。

首先，計算機在1～100中所選取的數字有很大的隨機性，此時就要求學生同樣利用隨機性來猜測數字是多少。其次，計算機在1～100中所選取的數字最直接，也是最有效的猜測方法就是讓學生從1開始依次猜測，或者從100開始反向猜測。這樣成功的概率自然要大于隨機猜測的概率。再次，教師可以給學生解釋，這種猜測方法為“線形查找法”。最后，計算機在1～100中所選取的數字被學生猜測時，在猜測之前學生已知的內容是該數字大于1且小于100。所以，教師可以給學生提出一些參考意見，如可以讓學生像計算機發起提問，如：“需要猜測的數字是否小于50呢？需要猜測的數字是否小于30呢？”等。此時計算機軟件系統會給學生進行反饋，可能為：“需要大家猜測的數字大于25，且小于40。”通過這樣的方法，計算機便幫助學生制定出來一個可猜測的半徑，在這個半徑之內，學生會計算通過怎樣的方法才能有效提高猜測的正確率。最后，學生自然能利用有限的機會準確的猜到計算機自動設定的數字。游戲結束之后，教師可以告訴學生，第三種方法屬于“二分查找法”。

當學生進行完對1～100數字的三種方法猜測過后，教師可以引導學生進行交流討論，主題為“三種猜測方法哪一種更加有效更加快捷”。經過交流討論，學生自然會選擇第三種方法。隨后，教師可以對計算機游戲系統進行設計，擴大數字范圍，如1～1000之間隨機選取一個數字，讓學生用同樣的方法猜測，以觀效果如何。

通過這一課堂游戲活動，可以讓學生深刻領悟到利用分析思維來處理問題可以有效降低問題的難度，提高解決的效率。而且通過學生與計算機軟件系統的游戲互動，還能讓學生明白，在解決一個問題的時候，不僅僅只有一種方法，可以將之從多個角度進行分析，從中尋找最適合、最簡單的方法進行操作。經過學生的歸納與總結，可以讓學生自己從中摸索出計算機、信息技術、人工智能、計算思維之間的相互關系與共通之處，還可以讓學生更好的了解什么是算法、什么是計算思維。

（二） 基于計算思維培養的課堂整體教學活動設計

三、 結束語

在高中信息技術教學中，教師在利用人工智能培養學生計算思維的時候，要注意將課堂內容與計算機知識進行準確的結合，把握信息技術工具的操作原則。以此為法，可有效培養學生的高階思維，亦可讓學生深入學習到復雜多變的信息技術知識。

參考文獻：

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[2]付利強.人工智能領域中計算機的應用及存在的問題[J].信息與電腦（理論版），2019（12）：119-120+123.

作者簡介：

呂綺霞，廣東省廣州市，廣東省廣州市白云藝術中學。