余燕芳 李 藝

（1.浙江廣播電視大學(xué) 教學(xué)中心，浙江杭州 310012；2.南京師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210097）

一、引言

近幾年，“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等新概念和新技術(shù)應(yīng)用層出不窮，技術(shù)的飛速發(fā)展正在引領(lǐng)著時(shí)代的思維脈絡(luò)。計(jì)算思維（Computational Thinking）與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維被并列為三大科學(xué)思維之一，已然成為這個(gè)時(shí)代人們需要具備的素質(zhì)與能力。與此同時(shí)，教育領(lǐng)域也同樣面臨著相應(yīng)的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維已成為社會(huì)和時(shí)代的迫切需求。

2017年，我國(guó)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出“三步走”戰(zhàn)略目標(biāo)和六大重點(diǎn)任務(wù)，同時(shí)配套發(fā)布了《資源配置方案》和《發(fā)展保障措施》，標(biāo)志著我國(guó)“人工智能+教育”的深度融合已開啟。在此背景下，教育部相應(yīng)開展了針對(duì)人工智能教育的改革措施。我國(guó)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（修訂稿）》（2017版），將計(jì)算思維作為主要學(xué)科思維融入核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)中。國(guó)際上，美國(guó)頒布的K-12科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)《新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》，也將“運(yùn)用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維”列入七大科學(xué)與工程實(shí)踐[1]。

那么，計(jì)算思維的內(nèi)涵是什么？該如何設(shè)計(jì)計(jì)算思維結(jié)構(gòu)框架？計(jì)算思維與課程設(shè)計(jì)應(yīng)如何融合？以及計(jì)算思維教學(xué)該如何實(shí)施、評(píng)價(jià)？都是本文將重點(diǎn)探討的問題。

二、計(jì)算思維結(jié)構(gòu)及在教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）計(jì)算思維的內(nèi)涵與特征

計(jì)算思維已引起全球關(guān)注，但目前與計(jì)算思維相關(guān)的研究大多源自不同領(lǐng)域的不同視角，有關(guān)計(jì)算思維內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)界定至今也未能統(tǒng)一。周以真教授首次給出的定義，將計(jì)算思維歸納為運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念，來(lái)進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[2]。為了更易理解，2010年周以真教授又將計(jì)算思維定義為形式化問題及其解決方案相關(guān)的思維過程。也就是通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看似困難的問題，闡釋成問題如何解決的方法。我們可把計(jì)算思維歸納為如下六大特征[3]（見圖1）：

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳國(guó)良將計(jì)算思維稱為構(gòu)造思維，認(rèn)為計(jì)算思維是以設(shè)計(jì)和系統(tǒng)架構(gòu)為特征，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表，運(yùn)用計(jì)算的基礎(chǔ)概念，去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法。它綜合了數(shù)學(xué)思維 （求解問題的方法）、工程思維（設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)大型復(fù)雜系統(tǒng)）和科學(xué)思維（理解可計(jì)算性、智能、心理和人類行為），其本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化。在科學(xué)教育領(lǐng)域，普遍將計(jì)算思維理解為現(xiàn)代STEM學(xué)科人才所應(yīng)具備的核心要素[4]。例如，有學(xué)者從科學(xué)的計(jì)算方法論出發(fā)，提出計(jì)算思維的內(nèi)在屬性：抽象思維、模擬思維和自動(dòng)化思維；與此對(duì)應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐分別是：建模與模擬、數(shù)據(jù)收集與分析及系統(tǒng)性思維[5]。

圖1 計(jì)算思維六大特征

相較而言，周以真教授給出的計(jì)算思維界定相對(duì)寬泛且不易操作，她認(rèn)為，計(jì)算思維是個(gè)很靈活的概念，人們不必拘泥于計(jì)算思維的準(zhǔn)確定義，應(yīng)重在開展計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐。的確，計(jì)算思維的思維本體是抽象和自動(dòng)化的，存在實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)難以有效結(jié)合的問題。按照詹姆士·格雷（James Gray）的觀點(diǎn)[6]，可以將計(jì)算思維分解為具體可操作的三個(gè)步驟：第一，問題能否用一個(gè)簡(jiǎn)單模型來(lái)表述，或能否被簡(jiǎn)單陳述；第二，問題的每一步解決方案都要有可測(cè)試性；第三，要將問題拆解成一個(gè)個(gè)小的步驟，使得每一步都清晰可見并且易于操作。也有學(xué)者將計(jì)算思維融入教育領(lǐng)域，如，張學(xué)軍認(rèn)為，計(jì)算思維可以讓學(xué)生以多元化的視角，用信息技術(shù)的學(xué)科思維方式，來(lái)理解信息世界，藉此解決學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)積極性不高的問題，以進(jìn)一步推動(dòng)信息技術(shù)課程的改革與重構(gòu)[7]。陳凱泉等則將計(jì)算思維作為學(xué)習(xí)者解決問題的能力特征，旨在推動(dòng)智能化社會(huì)培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)內(nèi)涵的轉(zhuǎn)型[8]。

對(duì)于如何將計(jì)算思維應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)，美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）認(rèn)為，計(jì)算思維應(yīng)廣泛應(yīng)用于課堂教學(xué)。具體來(lái)說，伴隨一系列的衍生問題，如，問題的復(fù)雜性如何？人與計(jì)算機(jī)的能力是否有局限性？如何解決問題？應(yīng)該用什么樣的計(jì)算策略等？這些問題首先為我們識(shí)別與結(jié)構(gòu)化問題提供了依據(jù)。

（二）計(jì)算思維的結(jié)構(gòu)研究

計(jì)算思維緣起于計(jì)算機(jī)科學(xué)，正因如此，這使得研究者容易忽略計(jì)算思維作為思維本體的結(jié)構(gòu)研究，而專注于“計(jì)算”特質(zhì)。有觀點(diǎn)認(rèn)為，研究人的思維，路徑之一是研究人腦，即腦科學(xué)；路徑之二是從人工智能、認(rèn)知心理學(xué)等認(rèn)知科學(xué)著手[9]。也有觀點(diǎn)認(rèn)為，計(jì)算思維屬于思維科學(xué)領(lǐng)域，一般思維科學(xué)的研究思路，同樣也適用于對(duì)計(jì)算思維的研究[10]。

1．林崇德的思維三棱結(jié)構(gòu)

拉塞爾（Russell）、戴斯（Days）、皮亞杰（Piaget）、斯騰伯格（Sternberg）、賽蒙（Simon）、林崇德等學(xué)者，在思維結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域有著杰出的成就，尤其是林崇德提出的思維三棱結(jié)構(gòu)，為思維科學(xué)研究奠定了理論基礎(chǔ)，該模型深刻闡述了思維各個(gè)要素之間的內(nèi)在屬性（詳見圖2）。

圖2 林崇德的思維的三棱結(jié)構(gòu)

2．計(jì)算思維的三棱結(jié)構(gòu)

根據(jù)林崇德給出的思維三棱結(jié)構(gòu)，再結(jié)合不同學(xué)者對(duì)計(jì)算思維的研究，我們可以建構(gòu)出計(jì)算思維的三棱結(jié)構(gòu)（詳見圖3）。

圖3 計(jì)算思維三棱結(jié)構(gòu)

在該模型中，各個(gè)要素的內(nèi)在屬性已發(fā)生變化?！坝?jì)算思維的目的”主要是解決問題；“計(jì)算思維的過程”是指在解決問題的過程中發(fā)生的分解、建模、抽象、設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)；“計(jì)算思維內(nèi)容”是指解決問題過程中需要接觸與選擇的各類信息；“計(jì)算思維的品質(zhì)”可以用于判斷計(jì)算思維能力水平高低的標(biāo)準(zhǔn)；“計(jì)算思維活動(dòng)的非認(rèn)知因素”主要表現(xiàn)為處理復(fù)雜問題時(shí)的自信、寬容以及與他人交流合作的能力和態(tài)度等；“計(jì)算思維的自我監(jiān)控”可表現(xiàn)為在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中的自我反思、自我調(diào)節(jié)、自我管理和自我評(píng)價(jià)等方面。

3．建構(gòu)信息技術(shù)課程的計(jì)算思維結(jié)構(gòu)

在“新版高中信息技術(shù)系列教材”中，計(jì)算思維更多指向了學(xué)習(xí)者運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)思想與方法，進(jìn)行問題求解的一系列思維活動(dòng)，李藝等[11]也將計(jì)算思維理解為信息技術(shù)學(xué)科思維，具體表現(xiàn)為六組平等且相互關(guān)聯(lián)的思維主題：（1）對(duì)象與管理；（2）規(guī)則與安全；（3）系統(tǒng)與工程；（4）設(shè)計(jì)與制作；（5）協(xié)作與交互；（6）倫理與道德。這六組思維主題是在問題解決過程中形成的，是一整套思考和解決問題的思維方法和價(jià)值觀。六組思維主題為課程設(shè)計(jì)與教材編寫提供了可操作性，并可從學(xué)科思維的角度來(lái)重新理解計(jì)算思維結(jié)構(gòu)，全面而清晰地刻畫計(jì)算思維內(nèi)涵；同時(shí)，也體現(xiàn)了計(jì)算思維在不同水平層級(jí)之間的關(guān)系。

并且，“新版高中信息技術(shù)系列教材”在內(nèi)容設(shè)計(jì)上，也對(duì)此計(jì)算思維意義理解做了再度確認(rèn)，即將其視作信息技術(shù)置于人的核心素養(yǎng)的主體部分，并將計(jì)算思維當(dāng)作“學(xué)科思維”進(jìn)行核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)，再將六組平行且互有關(guān)聯(lián)的思維類別，分布于教材的不同模塊。

在信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)結(jié)構(gòu)的四個(gè)核心要素中[12]，計(jì)算思維具有一定的獨(dú)特性，其他如信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任，具有一定的普適性。計(jì)算思維因數(shù)字化時(shí)代背景而顯現(xiàn)出最具本質(zhì)的學(xué)科屬性標(biāo)識(shí)[13]。因此，在“新版高中信息技術(shù)系列教材”中，特別深化了計(jì)算思維在教材設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，以體現(xiàn)信息技術(shù)課程的特色。特別是李藝等提出的六組思維觀，把計(jì)算思維當(dāng)作學(xué)科思維，并將其視為總攬學(xué)科核心素養(yǎng)的綜合體。在此基數(shù)上，將六組思維主題融入計(jì)算思維三棱結(jié)構(gòu)中，構(gòu)建了信息技術(shù)系列課程的計(jì)算思維三棱結(jié)構(gòu)圖[14]（詳見圖4）。

圖4 信息技術(shù)課程計(jì)算思維三棱結(jié)構(gòu)

如圖4所示，信息技術(shù)課程計(jì)算思維三棱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于：首先，在新課標(biāo)中，將“合作與協(xié)作”調(diào)整為“協(xié)作與交互”，主要為了突出“人→計(jì)算機(jī)系統(tǒng)→人”之間的計(jì)算交互，這個(gè)修改是為了更好地適應(yīng)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境特點(diǎn)；其次，將數(shù)據(jù)與計(jì)算、對(duì)象與管理、設(shè)計(jì)與制作，作為能覆蓋信息技術(shù)課程計(jì)算思維內(nèi)容、計(jì)算思維目的及計(jì)算思維活動(dòng)相對(duì)應(yīng)的思維主題，構(gòu)成信息技術(shù)課程計(jì)算思維的核心要素，用三個(gè)不同層級(jí)的側(cè)面表示；第三，將倫理與道德作為計(jì)算思維活動(dòng)的非認(rèn)知因素模塊，置于三棱結(jié)構(gòu)的底層。三組思維主題分別是三角形的三條邊，相互關(guān)聯(lián)、相互調(diào)用。

值得注意的是，由于規(guī)則與安全、系統(tǒng)與工程、協(xié)作與交互三類思維兼具普適性與開放性，且涉及人的態(tài)度、意識(shí)及情感等非認(rèn)知因素，滲透于前三類思維主題中，我們用三棱錐的圓切面，來(lái)表示其貫穿于計(jì)算思維全過程，在于說明學(xué)科核心素養(yǎng)要素之間不是平行的，而是互有交叉的。其中，規(guī)則與安全思維主要指能夠遵守信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、基本規(guī)則以及信息活動(dòng)過程中安全性與規(guī)范性；系統(tǒng)與工程思維主要指能利用遞歸、迭代、結(jié)構(gòu)化、模塊化、測(cè)試及調(diào)試等方法，實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)與問題的自動(dòng)化處理，并能運(yùn)用成本效益思維，對(duì)方案進(jìn)行取舍的一種設(shè)計(jì)思想；協(xié)作與交互主要指基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境中的“人→計(jì)算機(jī)系統(tǒng)→人”之間的交互合作與協(xié)作。

計(jì)算思維的頂層能力即自我監(jiān)控能力，主要通過“對(duì)象與管理”“設(shè)計(jì)與制作”以及“數(shù)據(jù)與計(jì)算”等能力品質(zhì)的形成來(lái)展現(xiàn)。計(jì)算思維的自我監(jiān)控，包括管理、計(jì)劃、調(diào)節(jié)、檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)等方面，對(duì)計(jì)算思維結(jié)構(gòu)各要素及整個(gè)活動(dòng)過程具有監(jiān)控作用，從而使學(xué)習(xí)者的思維模式不斷得以完善。

六組思維主題之間仍保持著水平層級(jí)關(guān)系，在新課標(biāo)中，這種層級(jí)關(guān)系繼承了李藝等提出的核心素養(yǎng)“三層結(jié)構(gòu)”中關(guān)于人的思想發(fā)展層級(jí)，這種層級(jí)結(jié)構(gòu)解決了課程設(shè)計(jì)中的可操作性問題。在新版課標(biāo)中，對(duì)于計(jì)算思維的理解，我們更傾向于將它視為一種特定的思維活動(dòng)或是思維方式；在實(shí)施上，更注重將計(jì)算思維作為核心素養(yǎng)實(shí)踐的一個(gè)主要途徑來(lái)實(shí)施。因此，也可將計(jì)算思維理解成是基于學(xué)科知識(shí)的知識(shí)、技能和態(tài)度等的綜合體。由此，計(jì)算思維的三層結(jié)構(gòu)，即基礎(chǔ)能力層、專項(xiàng)能力層及思維方法層已然形成[15]。

三、計(jì)算思維在高中《人工智能初步》課標(biāo)模塊中的體現(xiàn)

高中《人工智能初步》課程有其明顯的計(jì)算機(jī)科學(xué)特性，計(jì)算思維體現(xiàn)了《人工智能初步》的內(nèi)在價(jià)值，成為了人工智能教學(xué)研究的一塊重要內(nèi)容。將上述計(jì)算思維結(jié)構(gòu)框架應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)與教學(xué)，需要我們?cè)谥贫ㄕn程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)融入該思維模式，并在后續(xù)的課程與教學(xué)設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化其可操作性。

1.舊版高中《人工智能初步》教材存在的問題

對(duì)教材的分析一般可以從內(nèi)容、編排、難度、特色等幾個(gè)維度指標(biāo)開展[16]，其中，教材內(nèi)容是課程標(biāo)準(zhǔn)得以實(shí)施的載體，內(nèi)容的選取及表達(dá)方式的組織都必須遵從學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)事物和學(xué)習(xí)認(rèn)知的規(guī)律。教材內(nèi)容分析，是對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)及要求的覆蓋面與擴(kuò)展性的分析，可從教材內(nèi)容的容量、內(nèi)容涉及的核心概念、內(nèi)容的重點(diǎn)、使用的主要工具等方面進(jìn)行分析。教材的編排情況是衡量教材質(zhì)量的重要因素。教材的適用對(duì)象是學(xué)生，編排情況是否適合當(dāng)前年齡段的學(xué)生進(jìn)行閱讀、使用，是教材編寫者必須考慮的問題。教材編排分析，可以從教材的整體結(jié)構(gòu)（宏觀層指向教材的整體框架布局）、圖文的編排（中觀層指向教材每個(gè)章節(jié)內(nèi)容的整體呈現(xiàn)方式）、拓展知識(shí)的編排 （微觀層指向教材中拓展知識(shí)的呈現(xiàn)方式）、練習(xí)題的編排（微觀層指向教材中練習(xí)題的呈現(xiàn)方式）等方面進(jìn)行分析。教材的難易程度是影響教材實(shí)施效果的重要因素。

綜合上述指標(biāo)分析，我們發(fā)現(xiàn)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，舊版高中人工智能教材存在著一些不合時(shí)宜的問題（詳見表1）。從表1中不難看出，這些問題都與計(jì)算思維息息相關(guān)，并且隨著時(shí)間的推移與技術(shù)的快速迭代，這些問題越來(lái)越顯現(xiàn)。因此，在重新設(shè)計(jì)本模塊時(shí)，首先需要考慮如何解決上述問題。

表1 舊版人工智能教材存在的問題

2.新課標(biāo)下 《人工智能初步》教材的定位及其與信息技術(shù)各學(xué)科之間的邏輯關(guān)系

人工智能作為當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科，有其獨(dú)特的核心概念、表達(dá)方式和邏輯結(jié)構(gòu)。隨著其重要性的不斷提升，人工智能課程在整個(gè)高中信息化教育中的定位也在發(fā)生變化，其性質(zhì)由原來(lái)的選擇性變?yōu)檫x擇性必修?！靶掳娓咧行畔⒓夹g(shù)系列教材”包括必修、選擇性必修及選修三類共十個(gè)模塊。圖5呈現(xiàn)了新版高中信息技術(shù)各學(xué)科模塊的依賴關(guān)系及課程改編實(shí)施策略。

從圖5中可以看出，《人工智能初步》對(duì)《數(shù)據(jù)與計(jì)算》與《算法初步》來(lái)說起到承上啟下的銜接作用，橫向則與《數(shù)據(jù)管理與分析》有著密切的聯(lián)系，畢竟大數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)分析是人工智能發(fā)展的基礎(chǔ)。本次教材修訂選擇Python作為整個(gè)學(xué)科的主要編程語(yǔ)言。由于各個(gè)地方、學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件、師資及學(xué)生的具體情況有很大差異，Python語(yǔ)言并非唯一選擇，其它編程環(huán)境，包括 C/C++、JavaScript、Blockly、App Inventor、R語(yǔ)言等，也適合作為人工智能的編程語(yǔ)言。

3．計(jì)算思維三層結(jié)構(gòu)與人工智能課標(biāo)及課程設(shè)計(jì)模塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖5 高中信息技術(shù)學(xué)科模塊依賴關(guān)系及實(shí)施策略

在計(jì)算思維的三層結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)能力層主要描述人工智能的概念、基本特征、發(fā)展歷程、典型應(yīng)用與趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的課程模塊包括“認(rèn)識(shí)人工智能”和“人工智能的辯證思考與挑戰(zhàn)”。專項(xiàng)能力層主要通過案例剖析、了解人工智能核心算法，熟悉人工智能技術(shù)應(yīng)用基本原理，了解特定領(lǐng)域（如，專家系統(tǒng)）人工智能系統(tǒng)的開發(fā)工具、應(yīng)用模式及其局限性，對(duì)應(yīng)課程模塊為“知識(shí)的表示及其應(yīng)用”。思維方法層主要搭建簡(jiǎn)單的人工智能應(yīng)用模塊，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行環(huán)境配置、參數(shù)修改及調(diào)試運(yùn)行等，并能將模塊遷移至不同的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)課程模塊包括“機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”和“體驗(yàn)人工智能應(yīng)用”。

4．六組計(jì)算思維主題在人工智能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及其內(nèi)涵

將六組思維主題融入課程設(shè)計(jì)是本次教材改版的核心思想，表2顯示了六組計(jì)算思維主題在《人工智能初步》教材部分模塊內(nèi)容中的展現(xiàn)。人工智能具有較強(qiáng)的跨學(xué)科性和綜合性，又是一門處在發(fā)展中的學(xué)科，具有一定的特殊性。正如錢學(xué)森老先生說的，人工智能本身就是研究人的思維的最好選擇。正因如此，將計(jì)算思維融入本學(xué)科的教學(xué)，更具研究?jī)r(jià)值。

表2 六組思維主題在人工智能課程中的內(nèi)涵

表2所述的六組思維主題在人工智能中的主要內(nèi)涵，其具體體現(xiàn)如下：

（1）對(duì)象與管理：指根據(jù)教材給定活動(dòng)方案，能選用適當(dāng)?shù)臄?shù)字化學(xué)習(xí)工具與方法，獲取信息和分析問題的能力。教材中的知識(shí)點(diǎn)都是通過任務(wù)和活動(dòng)的形式開展。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，需要老師根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用數(shù)字化學(xué)習(xí)工具開展教學(xué)。比如，在完成了“圖靈測(cè)試”活動(dòng)后，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了聊天機(jī)器人的簡(jiǎn)單原理，這時(shí)可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用時(shí)下流行的各種聊天工具等，進(jìn)一步體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)工具的特點(diǎn)。

（2）系統(tǒng)與工程：對(duì)給定任務(wù)的管理與分析有系統(tǒng)觀與工程觀。如，在設(shè)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)模塊中的項(xiàng)目活動(dòng)方案時(shí)，要求學(xué)生通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理的學(xué)習(xí)，理解深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)過程，并在活動(dòng)中通過優(yōu)化項(xiàng)目的參數(shù)設(shè)置、代碼拆解與調(diào)試，以及模型優(yōu)化等方式完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)，在過程中不斷培養(yǎng)整體思考與分析問題的能力。

（3）設(shè)計(jì)與制作：借助各種機(jī)器學(xué)習(xí)框架和各類人工智能開放平臺(tái)，將抽象信息對(duì)象加工成可視化的視覺對(duì)象，并充分利用各種Python工具包，開發(fā)出簡(jiǎn)單實(shí)用的人工智能應(yīng)用模塊。例如，在文本挖掘模塊的“體驗(yàn)文本分類”活動(dòng)中，通過了解谷歌的新聞服務(wù)分類實(shí)現(xiàn)原理，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用jieba、wordcloud和matplotlib等不同的Python工具包，以及開源的機(jī)器學(xué)習(xí)框架sklearn等，將自己熟悉的文檔進(jìn)行分類。

（4）規(guī)則與安全：指在數(shù)字化學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該注意的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和信息安全問題。例如，在體驗(yàn)人工智能開放平臺(tái)應(yīng)用模塊，及應(yīng)用人工智能領(lǐng)域的機(jī)器學(xué)習(xí)框架開放API等進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，需要遵循相關(guān)的協(xié)議，并注意上傳下載分析數(shù)據(jù)的合法性與安全性。

（5）協(xié)作與交互：主要是指在完成項(xiàng)目活動(dòng)過程中，小組間的協(xié)作交互及其學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。

（6）倫理與道德：對(duì)應(yīng)于計(jì)算思維三棱結(jié)構(gòu)中的非認(rèn)知因素，在人工智能發(fā)展過程中可能會(huì)碰到的倫理道德問題。比如，當(dāng)自動(dòng)駕駛汽車在遇到危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)該先考慮保護(hù)車內(nèi)人的安全還是路上行人的安全等。

四、基于計(jì)算思維的人工智能課程設(shè)計(jì)

（一）課程知識(shí)模塊與六組計(jì)算思維主題的對(duì)應(yīng)關(guān)系

課程知識(shí)模塊構(gòu)建以新課標(biāo)為依據(jù)，根據(jù)高中《人工智能初步》定位，及其與信息技術(shù)課程之間的邏輯關(guān)系確定，主要包括認(rèn)識(shí)人工智能、知識(shí)表示與應(yīng)用、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能應(yīng)用及人工智能發(fā)展的哲學(xué)思辨等幾大模塊。每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的計(jì)算思維主題的側(cè)重點(diǎn)有所不同，如圖6所示。

圖6 知識(shí)模塊與六組計(jì)算思維主題對(duì)應(yīng)關(guān)系

“認(rèn)識(shí)人工智能”知識(shí)模塊主要內(nèi)容以人工智能相關(guān)概念為主，教學(xué)中以網(wǎng)絡(luò)檢索等數(shù)字化學(xué)習(xí)為主，涉及網(wǎng)絡(luò)安全與協(xié)作學(xué)習(xí)居多，對(duì)應(yīng)的思維主題以規(guī)則與安全、協(xié)作與交互為主；“知識(shí)表示與應(yīng)用”知識(shí)模塊涉及邏輯推理等知識(shí)點(diǎn)，要求學(xué)生有一定的邏輯設(shè)計(jì)能力，設(shè)計(jì)與制作是本模塊的思維主題；“機(jī)器學(xué)習(xí)”模塊技術(shù)性較強(qiáng)，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的系統(tǒng)與工程思維，并能完成相關(guān)課題的設(shè)計(jì)與制作；“人工智能應(yīng)用”模塊涉及人工智能應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，需要學(xué)生具備對(duì)象與管理、系統(tǒng)與工程等項(xiàng)目開發(fā)與管理思維。

在本課程中，基于人工智能的跨學(xué)科特性，系統(tǒng)與工程主題體現(xiàn)的較為突出，旨在引導(dǎo)學(xué)生用系統(tǒng)與工程觀理解并改造世界，并能運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法，制訂、實(shí)施并評(píng)估問題整體解決方案；而在新課標(biāo)中，規(guī)則與安全、協(xié)作與交互以及倫理與道德這三組主題的發(fā)展程度和水平，有相當(dāng)大一部分是在核心素養(yǎng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息意識(shí)以及信息化社會(huì)責(zé)任中予以界定和描述的。在特定的情境下，這幾組思維有時(shí)也會(huì)根據(jù)需要，獨(dú)立于課程的某一主題，或被單獨(dú)設(shè)置成一個(gè)單元。

上述六組思維主題并非割裂于不同知識(shí)模塊中，與各知識(shí)模塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不是一成不變，圖6中標(biāo)出的只是每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的主要思維主題。通常六組思維主題都以不同重要程度，融入所有的知識(shí)細(xì)節(jié)，比如，對(duì)于“認(rèn)識(shí)人工智能”及“機(jī)器學(xué)習(xí)”兩個(gè)模塊的六組思維主題在各知識(shí)點(diǎn)中的體現(xiàn)，如表3所示。

新版教材基本框架的設(shè)計(jì)，緊緊圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)的四要素展開，并將六級(jí)計(jì)算思維主題融入教學(xué)模塊設(shè)計(jì)中。表3所示為基于學(xué)科核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)體系的高中人工智能教材基本框架?？蚣苤辛谐隽苏n程中所有模塊內(nèi)容對(duì)應(yīng)的核心素養(yǎng)，其中計(jì)算思維已經(jīng)細(xì)化為六組思維主題。

（二）基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)確定，是建立在計(jì)算思維主題及其內(nèi)涵之上，對(duì)于每個(gè)知識(shí)模塊都需要有明確的計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)。如圖7所示為基于三層計(jì)算思維結(jié)構(gòu)的課程定位與目標(biāo)設(shè)定。

培養(yǎng)計(jì)算思維，提升核心素養(yǎng)是本次新課標(biāo)制定的主要目標(biāo)，對(duì)應(yīng)于計(jì)算思維三層結(jié)構(gòu)，人工智能模塊的各層級(jí)定位與培養(yǎng)目標(biāo)如下所示：

（1）基礎(chǔ)能力層定位與目標(biāo)：了解人工智能的發(fā)展歷程及基本概念，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣；具備網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)，并能在學(xué)習(xí)過程中處理好協(xié)作與交互。

（2）專項(xiàng)能力層定位與目標(biāo)：能描述典型人工智能算法的實(shí)現(xiàn)過程，開發(fā)簡(jiǎn)單的智能技術(shù)應(yīng)用模塊；能完成基本的數(shù)據(jù)收集與分析任務(wù)，完成模型的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整。

表3 《人工智能初步》教材基本框架（以初識(shí)人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)兩個(gè)模塊為例）

圖7 基于計(jì)算思維教學(xué)目標(biāo)與課程定位

（3）思維方法層定位與目標(biāo)：能親歷設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)典型人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的基本過程與方法。

（4）計(jì)算思維的自我監(jiān)控目標(biāo)：增強(qiáng)利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感，全面提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

（三）教學(xué)組織與實(shí)施

以計(jì)算思維為培養(yǎng)目標(biāo)的課程在知識(shí)傳授過程中，不再以傳統(tǒng)的概念記憶與知識(shí)點(diǎn)的講授為主，計(jì)算思維重在抽象思維、計(jì)算思維、工程思維以及協(xié)作能力等的培養(yǎng)。基于計(jì)算思維的教學(xué)方法有很多，其中，項(xiàng)目式教學(xué)是目前被普遍認(rèn)可的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)法。項(xiàng)目式教學(xué)要求在教學(xué)過程中，將知識(shí)模塊組織成完整的項(xiàng)目，再將項(xiàng)目拆分成不同的任務(wù)，以任務(wù)為單位設(shè)計(jì)活動(dòng)，活動(dòng)過程通常需要教師與學(xué)生共同參與，活動(dòng)的組織與開展成為整個(gè)教學(xué)實(shí)施的重點(diǎn)，活動(dòng)是教學(xué)最重要的部分，也是計(jì)算思維形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，活動(dòng)過程同時(shí)，還包含成果共享與展示以及教學(xué)評(píng)價(jià)。

（四）基于計(jì)算思維的多元教學(xué)評(píng)價(jià)方法與原則

過程性評(píng)價(jià)與形成性評(píng)價(jià)是目前理論界討論最多的兩種評(píng)價(jià)方法，也是國(guó)內(nèi)外在教學(xué)過程中使用最普遍的兩種評(píng)價(jià)方法。形成性評(píng)價(jià)是新課改語(yǔ)境下評(píng)價(jià)改革的重要內(nèi)容，兩者在理念上仍有本質(zhì)的差異。前者屬于目標(biāo)取向，不太關(guān)注過程本身；后者注重動(dòng)機(jī)態(tài)度、過程和效果三位一體評(píng)價(jià)，比較關(guān)注學(xué)習(xí)過程。

評(píng)價(jià)必須突出促進(jìn)作用，要弱化對(duì)學(xué)生的歸類與甄別，最大限度減輕學(xué)生壓力。如何發(fā)揮教師在評(píng)價(jià)過程中的主導(dǎo)作用，以及如何引導(dǎo)學(xué)生自我反思、自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià)，具有重要意義。要重視評(píng)價(jià)信息的統(tǒng)計(jì)、歸納與反饋，在評(píng)價(jià)過程中要充分考慮學(xué)生的個(gè)別差異，鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展與發(fā)揮創(chuàng)造性。

五、基于計(jì)算思維的“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三層結(jié)構(gòu)項(xiàng)目式教學(xué)組織與實(shí)施

（一）基于“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三層結(jié)構(gòu)項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是在教師引導(dǎo)下，以解決問題為目的，開展實(shí)踐探索與方案設(shè)計(jì)等具有創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)模式[16]。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在一定程度上體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，它能在真實(shí)的情境中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的掌控力和對(duì)問題的敏感性等能力的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生積極思考。人工智能學(xué)科注重培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境下的創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力，例如，利用人工智能開源框架在真實(shí)環(huán)境中開發(fā)應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行探討。因此，在教學(xué)中應(yīng)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，利用項(xiàng)目活動(dòng)創(chuàng)設(shè)各種學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)，利用人工智能技術(shù)開展項(xiàng)目實(shí)踐，切實(shí)解決一些具體問題，并形成完整的學(xué)習(xí)作品，讓所學(xué)知識(shí)和技能得到充分展現(xiàn)，從而促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展和計(jì)算思維的形成。為此，新教材在課程設(shè)計(jì)中納入了 “項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中加深對(duì)原理性內(nèi)容的理解，促進(jìn)學(xué)生對(duì)信息科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的遷移。

新教材采用具有特色的基于 “項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三層結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)架構(gòu)?！绊?xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三級(jí)架構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)的思路在于：設(shè)定一個(gè)項(xiàng)目，將其拆解成不同的任務(wù)，每個(gè)任務(wù)又通過多個(gè)活動(dòng)逐步完成?；谌?jí)架構(gòu)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，很好地將計(jì)算思維落實(shí)到教學(xué)的不同環(huán)節(jié)中，并印證了前面我們提到的詹姆士·格雷（James Gray）的計(jì)算思維應(yīng)用研究法。

該項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主要是圍繞項(xiàng)目的規(guī)劃與確認(rèn)，通過項(xiàng)目任務(wù)的完成，展開一系列活動(dòng)。該結(jié)構(gòu)不是一個(gè)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，它反映了學(xué)生知識(shí)建構(gòu)與思維生成的過程。其中，“項(xiàng)目”要注意構(gòu)建真實(shí)問題的情境，任務(wù)重點(diǎn)要規(guī)劃學(xué)生學(xué)習(xí)的步驟；“活動(dòng)”主要檢測(cè)學(xué)生實(shí)踐的過程?！绊?xiàng)目”和“任務(wù)”主要定位在“他主”，而“活動(dòng)”主要定位在“我主”?！盎顒?dòng)”應(yīng)該基于學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)、思維發(fā)展乃至核心素養(yǎng)在特定情境中圍繞活動(dòng)而自然生成，以引導(dǎo)學(xué)生通過問題解決活動(dòng)的多次經(jīng)歷，深化對(duì)學(xué)科思維的不同程度認(rèn)識(shí)，逐漸形成與發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。如圖8所示，基于“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”式結(jié)構(gòu)的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程。對(duì)于課程中的每個(gè)關(guān)鍵概念，都要通過任務(wù)設(shè)計(jì)、活動(dòng)實(shí)現(xiàn)、結(jié)果測(cè)試等步驟，完成整個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。

圖8 基于“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”式結(jié)構(gòu)的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程

要將人工智能模塊作為必修模塊的繼承，并進(jìn)行自然延伸和拓展，廣泛納入復(fù)雜算法（編程）、行業(yè)大數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)基本要素，通過人工智能處理或解決較復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題，讓學(xué)生能切實(shí)體驗(yàn)到信息系統(tǒng)開發(fā)流程。在此基礎(chǔ)上，要利用學(xué)科特點(diǎn)，加深學(xué)生利用計(jì)算思維（特別是抽象、模塊化及分解等問題求解方法），具備設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)解決方案的能力。圖9為人工智能課程的“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三層課程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)。從圖中我們可以看出，這個(gè)過程很好地展現(xiàn)了“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三層課程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程。例如，在搭建基于工智能開源框架應(yīng)用任務(wù)時(shí)，可以先行設(shè)定一個(gè)主要任務(wù)，然后通過活動(dòng)的形式完成被拆解的多個(gè)子任務(wù)。在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生通過分解、抽象、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、協(xié)作等學(xué)習(xí)方法，依次體驗(yàn)基于計(jì)算思維的整個(gè)求解過程。

圖9 基于“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三層架構(gòu)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)流程

（二）項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)的實(shí)例

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的具體應(yīng)用，這里我們以“機(jī)器學(xué)習(xí)”模塊為例。對(duì)于本模塊的設(shè)計(jì)，通過“了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器學(xué)習(xí)”項(xiàng)目，圍繞人工智能關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用案例開展學(xué)習(xí)。為此，需要完成以下任務(wù)：

任務(wù)一：體驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)，了解機(jī)器學(xué)習(xí)的概念及其發(fā)展歷程，對(duì)應(yīng)的活動(dòng)包括：活動(dòng)1，通過Flappy-Bird小游戲體驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)；活動(dòng)2，通過數(shù)字化學(xué)習(xí)了解機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展歷程。

任務(wù)二：了解機(jī)器學(xué)習(xí)的原理及應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)應(yīng)的活動(dòng)包括：活動(dòng)1，機(jī)器是怎么學(xué)習(xí)的，以感知器為例；活動(dòng)2，借助決策樹設(shè)計(jì)“等人”決策；活動(dòng)3，了解機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域，拓展活動(dòng)練習(xí)，了解基于OpenCV庫(kù)的人臉識(shí)別庫(kù)應(yīng)用。

任務(wù)三：了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，體驗(yàn)簡(jiǎn)單人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程及深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)的活動(dòng)包括：活動(dòng)1，了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；活動(dòng)2，體驗(yàn)簡(jiǎn)單人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程；活動(dòng)3，了解深度學(xué)習(xí)；活動(dòng)4，體驗(yàn)TensorFlow深度學(xué)習(xí)應(yīng)用——識(shí)別手寫體數(shù)字，拓展活動(dòng)練習(xí)，體驗(yàn)基于BP算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

本項(xiàng)目的“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”三層架構(gòu)圖如圖10所示。我們以“機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”模塊的教學(xué)項(xiàng)目為例，從左到右依次是項(xiàng)目、任務(wù)和活動(dòng)。其中，項(xiàng)目統(tǒng)領(lǐng)所有任務(wù)，每個(gè)任務(wù)又根據(jù)其性質(zhì)和難易度拆分成不同的活動(dòng)。在設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，除了需要綜合考慮前后知識(shí)點(diǎn)的邏輯性，最重要的是要將計(jì)算思維的不同主題融入活動(dòng)設(shè)計(jì)中。

根據(jù)六組計(jì)算思維主題框架設(shè)計(jì)模型，引導(dǎo)學(xué)生拓展思維深度，讓學(xué)生在模仿中學(xué)習(xí)，在模仿中創(chuàng)新。

（三）基于計(jì)算思維的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)多元評(píng)價(jià)

圖10 “機(jī)器學(xué)習(xí)”模塊的項(xiàng)目設(shè)計(jì)架構(gòu)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑，通過對(duì)學(xué)生項(xiàng)目型實(shí)踐活動(dòng)的評(píng)價(jià)，可以較為全面地了解學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展水平。

評(píng)價(jià)作為一種價(jià)值判斷的過程，能夠反映出教育價(jià)值理解的多元性[17]。課程評(píng)價(jià)作為課程設(shè)計(jì)的一部分，是教學(xué)的有機(jī)組成部分，對(duì)教學(xué)具有較強(qiáng)的導(dǎo)向作用；同樣，也是促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的工具。為了全面評(píng)價(jià)學(xué)生計(jì)算思維能力的提升，可采用基于計(jì)算思維的多元評(píng)價(jià)模式，通過自我評(píng)價(jià)與小組互評(píng)等多種方式收集學(xué)習(xí)信息，判斷學(xué)習(xí)情況，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提供不同的學(xué)習(xí)支持?；谟?jì)算思維的評(píng)價(jià)習(xí)題設(shè)計(jì)，從學(xué)生的認(rèn)知出發(fā)，圍繞人工智能學(xué)科特點(diǎn)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，從評(píng)價(jià)原則、評(píng)價(jià)方式、評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)的組織與實(shí)施，對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面考查。

在評(píng)價(jià)的組織與實(shí)施過程中，評(píng)價(jià)方式的選擇，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況和具體評(píng)價(jià)目標(biāo)，凸顯針對(duì)性和效益性；同時(shí)，要充分利用信息技術(shù)，提高評(píng)價(jià)效率，并加強(qiáng)教師團(tuán)隊(duì)合作，不斷提升教師教學(xué)評(píng)價(jià)的專業(yè)技能。

在課程設(shè)計(jì)中，模塊學(xué)習(xí)主要以單元學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的方式體現(xiàn)，例如，對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)模塊的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。上述學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與計(jì)算思維評(píng)價(jià)層級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表4所示。一個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目往往對(duì)應(yīng)幾個(gè)不同層級(jí)的評(píng)價(jià)水平。

表4 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與計(jì)算思維評(píng)價(jià)層級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

六、總結(jié)與展望

計(jì)算思維已成為當(dāng)下學(xué)習(xí)者思考和理解世界的一個(gè)必備基礎(chǔ)，也是智能時(shí)代學(xué)習(xí)者應(yīng)該具備的核心素養(yǎng)。應(yīng)對(duì)科技發(fā)展帶來(lái)的日益復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力，成為了教育領(lǐng)域面臨的新問題[18]。我們基于新課標(biāo)設(shè)計(jì)的高中《人工智能初步》教材，在計(jì)算思維三層結(jié)構(gòu)框架基礎(chǔ)上，將六組計(jì)算思維主題很好地融入整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，并通過項(xiàng)目式教學(xué)使計(jì)算思維培養(yǎng)得以實(shí)現(xiàn)，充分體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的落地與實(shí)施?？梢哉f，基于計(jì)算思維和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的人工智能課程設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

新教材與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的融合具有以下特點(diǎn)：（1）突顯前瞻性：活動(dòng)設(shè)計(jì)靈活，每個(gè)階段都能緊跟人工智能發(fā)展的前沿和典型應(yīng)用；（2）體現(xiàn)政策性：體現(xiàn)人工智能與基礎(chǔ)教育的有機(jī)銜接，落實(shí)國(guó)家《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》政策精神；（3）加強(qiáng)可操作性：實(shí)踐過程以“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”來(lái)落實(shí)人工智能原理應(yīng)用體驗(yàn)，學(xué)生不但能掌握基礎(chǔ)知識(shí)，還能通過親自實(shí)踐，增強(qiáng)利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感；（4）注重可擴(kuò)展性：除了基礎(chǔ)知識(shí)與基本操作能力的培養(yǎng)，課程增加了拓展練習(xí)模塊，讓學(xué)生在課堂基本知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，還可以通過課外自主拓展練習(xí)，得以獲得知識(shí)與能力的提升與擴(kuò)展，促進(jìn)個(gè)性化發(fā)展。

人工智能還是一個(gè)發(fā)展中的學(xué)科，雖然近年來(lái)我國(guó)的不同教育層次都開始注重人工智能的學(xué)科教育，但其具有的跨學(xué)科性強(qiáng)且技術(shù)更迭快等特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)隊(duì)伍的專業(yè)素質(zhì)的提升帶來(lái)了艱巨的挑戰(zhàn)，多數(shù)學(xué)校面臨師資困難問題。相對(duì)而言，高校的師資較充足些，能否融通高校和中學(xué)的師資隊(duì)伍建設(shè)成為值得關(guān)注的課題。在教學(xué)實(shí)踐中，如何將計(jì)算思維融入到人工智能教學(xué)，還需要我們從教材標(biāo)準(zhǔn)框架出發(fā)，圍繞計(jì)算思維的內(nèi)涵、價(jià)值、培養(yǎng)策略與教學(xué)模式等，將智能時(shí)代的思維范式與技能培養(yǎng)更好地融入到課程設(shè)計(jì)中。總之，在智能時(shí)代，我們的教育不能僅僅局限于人工智能技術(shù)的知識(shí)內(nèi)容傳授，更要向智能時(shí)代的思維范式與技能培養(yǎng)擴(kuò)散延展[19]。