人工智能基础第二版(计算思维与人工智能基础)
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近日，由北京大学教育学院、北京大学基础教育研究中心、中关村互联网教育创新中心联合主办，北京大学于越教育基金支持的2021北京大学基础教育论坛顺利召开。会上，北京大学教育学院教育技术系长聘副教授、研究员，北京大学教育学院学习科学实验室执行主任，北京大学基础教育研究中心副主任，尚俊杰博士以《AI教育与计算思维培养》为主题，分享了人工智能教育发展背景、个人理解和实践经验。
（文章根据尚俊杰教授演讲内容整理）
01
人工智能教育：发展背景
关于人工智能教育，其实全社会已经讨论得很热烈，2015年出版的《面向未来21世纪核心素养教育的全球经验》报告中，就提出了面向未来的七大核心素养。其中就包括了，沟通与合作素养、信息素养、创造性与问题解决、自我认识与自我调控、学会学习于终身学习、批判性思维、公民责任与社会参与。其中信息素养跟人工智能密切相关。
我国家各级教育部门也非常重视，现在各种文件规划里边都提出，要把人工智能应用到教育中。
人工智能应用到教育中，主要有三种方式：
第一类是工具性的辅助教学，比如，利用基于人工智能的教育软件帮助学生学习；
第二类是智慧校园管理，例如很多学校都在用的刷脸进校园、刷脸买饭等等；
第三类是人工智能学科教育，这一部分相对而言更加重要。
教育部陈宝生部长在国际人工智能教育大会上就讲到，要普及人工智能教育，让人工智能新技术、新知识，进学科、进专业、进课程、进教材、进课堂、进教案，进学生头脑，让学生对人工智能有基本的意识，基本的概念、基本的素养和基本的兴趣。教育部教师工作司任友群司长也谈到，人工智能课程教育注重三方面。第一，要从人工智能基础知识教学入手，了解经验领域发展情况，进行人工智能启蒙教育。第二，要让每个学生学会与智能工具打交道，体验日常生活中的人工智能的产品。第三，要分学段实施不同层次的编程教学，学习用编程去解决实际问题，然后培养计算思维、创新思维等信息时代的基本素养。
2006年3月，美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任，周以真教授提出了计算思维的概念，指运用计算机科学的基本概念及思想和方法去求解问题，设计系统和理解人类行为。她认为这个不仅仅是计算机科学家需要学习的，也是我们每个人都需要去掌握的基本的技能。其中包括计算概念、计算实践、计算观念三大类。
我们国家对计算思维也特别重视，在2017年颁布的《普通高中信息技术课程标准》中明确了信息技术学科的4个核心素养：信息意识、计算思维、数字化学习创新、信息社会责任。并对计算思维给了个定义：计算思维是指利用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案过程中产生的一系列思维活动。具备计算思维的学生在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式，界定问题抽象特征，建立结构模型，合理组织数据，通过判断分析综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案，总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题中。
概而言之，如今人工智能教育非常重要，那么在人工智能教育中计算思维又更加被重视。
02
人工智能教育：个人理解
下面我想谈谈自己关于人工智能的理解，首先来看几个问题：
互联网小常识：DNS服务器配置的主要参数：正向查找区域、反向查找区域、资源记录和转发器。
1、有关人工智能教育的人才培养目标是什么？究竟是要提升全面素质，还是培养人工智能方面的拔尖创新人才？
2、人工智能教育的课程教学目标是什么？目前我们很重视计算思维，但是除了计算思维外，创造性思维、设计思维可能也很重要，另外，虽然我们说重在培养计算思维，但是编程知识的学习是否也很重要。事实上，是先有编程后有计算思维的。
3、人工智能教育的课程的内容体系怎么安排？当然，大中小学都在努力开展人工智能教育，很多时候大家讲的内容都差不多，但是未来这个课程越来越普及后，小学讲什么，初中讲什么，高中讲什么，需要好好考虑一下？
4、人工智能的教学方式？现在大家很注重项目式学习，确实很重要，但是讲授式学习也很重要。因为也需要进行系统的知识讲授。
5、人工智能教育课的支持服务模式？学校最初开信息技术课程的时候，一般都是有一个单机版的软件，安装到每一台计算机中，然后开始教学；后来有的软件就提供了网络版，比如Scratch，就可以在线编程设计；未来可能需要提供一体化的支持，包括网络版的软件，包括教学管理系统，或许可以称之为云教学支持。
总而言之，我认为：
人才培养目标方面，提升全民素质基础上，要特别重视创新人才培养。
课程教学目标上，我们要重在培养计算思维，但是编程教育也很重要，创新思维，设计思维，包括曲靖刚才讲的批判性思维都需要关注。
课程内容体系方面，需要尽快研究完整的课程内容体系，考虑基于信息技术课程的关系，并且要和编程课程、STEM、创客、机器人等课程有机的协调。
教学方式方法，要重视项目式学习，但是也要重视知识的系统讲授。如果过于强调项目式学习，忽视了知识系统解讲解也不行。
支持服务模式，要采用云教学支持软硬件结合，让老师以最小的成本和代价去讲这些课。
在开展人工智能教育的时候有四大注意事项。
第一，注重维护学习的好奇心，别打击学生对于人工智能兴趣，特别是小学生。
第二，在注重计算思培养的同时，要注重编程知识的教学。
第三，在注重项目式学习过程中，一定要注重知识的系统性。
互联网小常识：路由器的可靠性与可用性表现在：设备冗余、热拔插组件、无故障工作时间、内部时钟精度等方面。路由器的冗余表现在：接口冗余、电源冗余、系统板冗余、时钟板冗余、整机设备冗余等方面。
第四，注重研究教学内容恰当安排，别让学生吃夹生饭。
03
人工智能教育：实践经验
近些年，我们和智能火花合作，努力探索究竟应该如何开展人工智能教育。
首先，我们提出了人工智能教育目标的模型，以计算思维为重要目标，在基础知识和基本技能的支撑下，进行文化理解，兴趣培养和创新能力。感知AI、理解AI、应用AI、创造AI。
小学阶段是兴趣启蒙、玩中学，初中阶段是兴趣培养、做中学，高中阶段是兴趣引导、创中学。
另外，我们认为游戏化教学在人工智能教育中，会发挥很好的作用。游戏化教学可以利用游戏导课激发兴趣，抽象模型解决问题。游戏任务自主设计，自主探究编程实现，然后课堂总结思维提升。例如，40分钟的课程，首先用一个游戏引进来有几分钟，然后带着学生去抽象出问题解决模型，然后让学生去完成一些任务，自主探究，最后教师引导课堂进行总结。
计算思维测评也很重要。计算思维总结性评价测试，计算思维的形成性迭代测试，计算思维基本应用的测评等。北京大学教育学院学习科学实验室推出了测评网站（http://pkuls.pku.edu.cn ），针对学校和学生免费开放。
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编辑 | 姜浡
美编 | 嘉晨
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