基于人工智能背景下学生计算思维能力的培养研究
吕绮霞
摘 要： 强化信息意识，提高信息敏感力及甄别力；启迪计算思维，增强自动化形式化模块化系统化处理能力；并通过具体实例的分析，说明核心素养的培育是有径可循的，是可以采用适当的教学方法、选取生动的学习素材、调动学生的主观努力来实现的。本文中除了陈述现有内容的同时要体现这个研究目的是为了提高学生学科核心素养，其实计算思维的培养也是为了提高学生信息技术素养，提高学生运用信息技术的知识和技能解决社会生活实际问题的能力；所以作为信息技术教师有必要通过信息技术教学来培养学生的核心素养，积极开展信息技术环境下学生核心素养的研究，是培养全面发展人才的有效途径。
关键词： 人工智能；计算思维；能力培养；高中信息技术
由于前几年我国信息技术发展较为缓慢，特别是在教育行业中，因高中生课业压力较大，面临升学考试等一系列的难题，所以在信息技术教育教学方面留下了很大的空白与缺口。随着我国信息技术的不断发展，特别是近些年迅速崛起的人工智能技术在人们生活中广泛普及之后，高中的信息技术教育迎来了一个新的发展机遇。
一、计算思维与人工智能的关系
在信息技术教学中，利用人工智能的广大平台可以有效提高学生对计算思维能力的养成，且可以让学生对计算机的概念、问题、系统、设计等方面进行一系列的思考与求证。而且利用人工智能还可以简化、转换、解释计算思维中所遇到的种种问题，可以有效帮助学生提高对信息技术课程的认识与理解。在人工智能的背景下，高中生学习信息技术课程，养成计算思维能力可从六个特点上体现出来。第一，关于问题的制定，教师可以帮助学生利用外界工具，特别是计算机信息技术以及人工智能所设计的内容来解决课堂上遇到的相关问题；第二，教师要组织学生进行问题数据的分析和讨论，并且要严格按照信息技术课程的严密逻辑按步实施；第三，教师可通过模拟的方式或者抽象的方式，也可以是仿真的方式给学生重现计算机信息技术以及人工智能所承载的数据；第四，要利用完整的步骤计划引导学生进行算法上的培养，让学生在大脑里形成一种算法思想，从中寻找解决问题的方法，逐渐形成计算思维能力的养成；第五，教师要教会学生辨别与分析可应用的问题解决方案，从中寻找最有效的关键点打通问题脉络，结合信息技术课程中的计算思维对问题资源进行处理；第六，教师要把问题的解答过程展开分析，同时要大力推广，并且将之融合在其他问题中，以促进学生计算思维能力的提前养成。
所以，笔者将高中信息技术课堂中利用人工智能培养学生计算思维能力的方法区分为五个方面，即算法思维、评估、分解、抽象与概括。对此，我们可以明白计算思维不仅是对信息技术的思考与分析，还是对当今社会科技发展状况的参悟与理解。电子本身没有思维，是人的智慧使之体现出思维的概念。
二、在人工智能的背景下培育学生计算思维能力的方法
之前提到，计算思维的五个方面分别是算法思维、评估、分解、抽象以及概括。在高中信息技术课堂教学过程中，教师怎样引导学生，让学生养成计算思维的能力，是当前高中信息技术教师要重点思考的问题。信息技术课程对于高中生的思维锻造有很大的作用，教师在开展教学的时候要结合程序设计教学。而且在信息技术课程大纲中明确规定，算法与程序设计是高中生学习信息技术的一大重点，也是必修模块，此环节是引导学生进一步感受计算思维作用的一个版块。从根本上来分析，算法思维就是计算思维的一个分支，在高中信息技术课堂教学中，教师不但要通过算法与程序设计模块对学生进行引导与培养，还要在信息技术法思维到底能给自己带来什么。通过教师的严谨设计与精心组织安排，方可带动学生的学习积极性，使学生主动的参加到课堂活动与学习中，而且也可以积极推动学生计算思维能力的养成。这其中的关键在于教师是如何挖掘与分析信息技术课程内容的，是如何将信息技术课程、人工智能时代、人工智能平台、计算思维能力这些内容相结合的。
[34] Robert Sutter, Chin-Hao Huang, “China-Southeast Asia Relations: South China Sea, Economic Issues”, Comparative Connections, April 2009.
【案例4】某游戏公司由于经营不善，通过搬迁公司办公地点、减员来降低公司的经营成本。公司财务人员对于政策法规了解不全面，在公司搬迁时，一些冗余的、提足折旧的固定资产进行处置时，进行了一并处置(即没有明确标注各个资产的处置价格)，处置价款为2.3万元。但公司组织审计时，却发现该企业财务人员没有就这一行为进行专项申报，只是做了一些简单的分录。
当学生进行完对1～100数字的三种方法猜测过后，教师可以引导学生进行交流讨论，主题为“三种猜测方法哪一种更加有效更加快捷”。经过交流讨论，学生自然会选择第三种方法。随后，教师可以对计算机游戏系统进行设计，扩大数字范围，如1～1000之间随机选取一个数字，让学生用同样的方法猜测，以观效果如何。
本工程天窗采用2条彩带状双曲面玻璃天窗，若直接采用双曲面玻璃，现阶段的加工工艺还无法满足施工要求，且生产周期长，施工成本大。施工过程中采用部分玻璃选用三角形玻璃圆滑过渡的施工技术，优质、高效、安全地完成了本工程的所有施工任务。
在此以一例图来表示：
(一) 基于计算思维中分析思维培养的单个课堂活动设计
首先，计算机在1～100中所选取的数字有很大的随机性，此时就要求学生同样利用随机性来猜测数字是多少。其次，计算机在1～100中所选取的数字最直接，也是最有效的猜测方法就是让学生从1开始依次猜测，或者从100开始反向猜测。这样成功的概率自然要大于随机猜测的概率。再次，教师可以给学生解释，这种猜测方法为“线形查找法”。最后，计算机在1～100中所选取的数字被学生猜测时，在猜测之前学生已知的内容是该数字大于1且小于100。所以，教师可以给学生提出一些参考意见，如可以让学生像计算机发起提问，如：“需要猜测的数字是否小于50呢？需要猜测的数字是否小于30呢？”等。此时计算机软件系统会给学生进行反馈，可能为：“需要大家猜测的数字大于25，且小于40。”通过这样的方法，计算机便帮助学生制定出来一个可猜测的半径，在这个半径之内，学生会计算通过怎样的方法才能有效提高猜测的正确率。最后，学生自然能利用有限的机会准确的猜到计算机自动设定的数字。游戏结束之后，教师可以告诉学生，第三种方法属于“二分查找法”。
在高中信息技术课堂教学中，利用算法思维所打造的信息技术课堂教学活动。例如：教师在进行《算法与程序设计》这一模块的教学时，可以拿出《算法的初步认识》这一小节对学生进行深度讲解。同时，为了有效提高学生的兴趣与课堂参与热情，教师可以在计算机上设计一个“猜数字”的游戏。如计算机自动生成1～100这些数字，然后自动选取一个数字，随后让用户猜测。此时，学生自然无法猜出计算机所设定的数字是多少。此时，根据游戏规则，学生可以有20次机会向计算机发起提问，而计算机在被学生提问的过程中，只能体现出“错”与“对”两种答案，且每一名学生只有一次可以提问教师的机会。
2.2.2 人际沟通能力 调查显示，102名调查对象与同事谈话氛围和工作氛围都较好，氛围“很好”和“好”的比例较高，分别为97.06%、99.04%。不过，调查对象与患者之间关系“不太好”及“不好”的比例较高，总计达到了39.21%。其中有13名调查对象曾发生过医疗纠纷(占总人数的12.75%)，其原因为：技术性3名，占23.08%；责任性10名，占76.92%，见表2。
例如：教师可以通过课堂所学的内容设计整个课堂教学方案与活动计划。在开展教学活动的时候，多关注学生对计算思维的认知程度与理解深度，并且要及时从中寻找问题，制定出解决方案，以求强化学生个人学习能力以及解决问题的能力和计算思维能力的同步提升。
利用计算思维中的算法思维、分解、抽象、概括与评估等内容，教师可在高中信息技术课堂活动中针对算法思维中的分析思维进行深度的阐述与解析。按照课程规定内容进行独立的课堂活动设计，并且将之深刻的体现在分析思维上。
教师在进行高中信息技术课程教学的时候，要注意课堂教学方式的设计，结合课程内容与大纲要求对学生进行计算思维的引导与培养。而设计课堂教学内容的时候，教师要多结合计算思维单个方面的思维发展进行思考与研究。
通过这一课堂游戏活动，可以让学生深刻领悟到利用分析思维来处理问题可以有效降低问题的难度，提高解决的效率。而且通过学生与计算机软件系统的游戏互动，还能让学生明白，在解决一个问题的时候，不仅仅只有一种方法，可以将之从多个角度进行分析，从中寻找最适合、最简单的方法进行操作。经过学生的归纳与总结，可以让学生自己从中摸索出计算机、信息技术、人工智能、计算思维之间的相互关系与共通之处，还可以让学生更好的了解什么是算法、什么是计算思维。
(二) 基于计算思维培养的课堂整体教学活动设计
通过二进制协议设计传输信息的教学活动图表
三、结束语
在高中信息技术教学中，教师在利用人工智能培养学生计算思维的时候，要注意将课堂内容与计算机知识进行准确的结合，把握信息技术工具的操作原则。以此为法，可有效培养学生的高阶思维，亦可让学生深入学习到复杂多变的信息技术知识。
参考文献：
[1]郭蕊，朱涛.人工智能对现代服务业的创新发展研究[J].市场研究，2019(7)：62-63.
[2]付利强.人工智能领域中计算机的应用及存在的问题[J].信息与电脑(理论版)，2019(12)：119-120+123.
作者简介：
吕绮霞，广东省广州市，广东省广州市白云艺术中学。
标签：人工智能论文; 计算思维论文; 能力培养论文; 高中信息技术论文; 广东省广州市白云艺术中学论文;