基于计算思维的人工智能启蒙 教育研究探索
目录
01
实验室简介
研究背景
02
03
课程设计
实施成果
04
05
未来展望
02
PART 02
第二部分 基于计算思维培养的人工智能 启蒙教育研究背景
人工智能背景
新华社推出了全球首个AI合成女主播——新小萌，两会期间，由电脑生成的这名主播将与新华社现有的 AI合成男主播一起工作。“新华社对其男主播进行了一系列升级。该主播已从过去的坐着播新闻升级成结 合肢体动作的站立式播报，并且使用更有表现力的肢体语言”
Systematic processing of information
效率与性能约束
Efficiency and performance constraints
计算概念 计算实践 计算观念
儿童的心理特点
好奇： 想方法激发人们的好奇心
好胜： 孩子天性好玩，让 其在玩中学
好动： 设计动态过程，让孩子不 断尝试
计算思维的定义
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的过程中产 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。
未来的孩子需要什么，教育部办公厅关于印发《2019年教育信息化和
网络安全工作要点》的通知，再次要求推动在中小学阶段设置人 工智能相关课程，逐步推广编程教育。
计算思维研究背景
Google、美国人工智能发展协会(AAAI)、美国计算机 教师协会（ CSTA ）将计算思维列为人工智能时代的 独特能力要求。 中华人民共和国教育部制定《普通高中信息技术课程标 准（2017年版) 》，明确了信息技术学科的核心素养。 计算思维是信息素养的四大核心要素之一。
人工智能背景
原教育部副部长杜占元在《人工智能与未来教育变革》的报告中指出： 有人把智能时代叫做第四次工业革命或第二次机器革命，也有人认为智能时代是信息时代的自 然延伸与发展。实际上，二者有本质不同。 （1）信息主要是物理概念，智能则是拟生物概念，不在一个层面。 （2）信息革命包括之前的农业革命、工业革命，主要是解决人的体力问题，替代和扩展了人 的体能，而人工智能将主要替代和扩展人的脑力。 （3）信息技术堪称工业革命的顶峰，人工智能则可能超越这个顶峰，成为一个新的革命的起 点，可以称其为“零点革命”。从生物学意义上讲，人从动物中分离出来的主要标志是人有了 智能，人从动物中分离出来的那一刻可以称为“零点”，“智人”正是人类的起点，这是人类 第一次革命，它是自然产生的；而人工智能将在人的智能上引发第二次革命，这一次则是人为 发展产生的。
挑战： 目标明确，难度恰当， 逐步升级
规则： 玩法规则明确
合作： 组成团队，合理分配任务
游戏化的计算思维培养模式
Mitchel Resnick （Scratch创始人，终身幼儿园项目发起人， MIT 媒体实验室教授）
4P模型 ：Project、Passion、Peers、Play
创造性学习螺旋
基于Scratch创始人Resnick教授提 出的4P模型和创造性学习螺旋生成 了本土化的游戏化小学人工智能启 蒙教育课堂教学模式。
信息意识 计算思维
数字化学 信息社会 习与创新 责任
人工智能教育面临的问题
01 缺乏科学体系化的
课程
02 缺乏有针对性的
评测手段
03 缺乏具备相应专业能
力的师资
4大难题
04 缺乏配套的学习资
源支撑
经调查研究，我国实施儿童青少年人工智能教育普遍存在的4大问题。
03
PART 03
第三部分
课程设计基础
计算思维的定义
2006 年 3 月，曾任美国卡内基•梅隆大学计算机科学系主 任的周以真在美国计算机权威刊物 Communications of the ACM 上发表 Computational Thinking 一文。
2010定义：计算思维是一种解决问题的思维过程， 能够清晰、抽象地将问题和解决方案用信息处理代 理（机器或人 ）所能有效执行的方式表达出来。
-《普通高中课程标准（2017年版）》
计算思维的核心能力要素
K12阶段计算思维的核心能力要素
Selby, C. & Woollard,J. 2013. Computational Thinking: The Development Definition
计算思维培养
计算思维培养，Computational Thinking in K–12: A Review of the State of the Field （Shuchi Grover & Roy Pea） 广泛认可的组成计算思维和形成支持计算思维学习目标与评价计算思维发展的课程基础的要素 :
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
课堂总结 思维提升
进阶拓展
研A究I课基程础— 总结—设计理念
中国学生发展核心素养
中国学生发展核心素养包括包括实 践创新、科学精神等6大素养。
终身幼儿园4P模型
MIT 媒体实验室Mitchel Resnick教授 提出的4P模型，包括Project、Peer、
Passion、Play。
流程控制的算法概念
Algorithmic notions of flow of control
条件逻辑
Conditional logic
迭代递归与平行思维
Iterative, recursive, and parallel thinking
结构化问题分解（建模）
Structured problem decomposition (modularizing)
调试与系统化错误检测
Debugging and systematic error detection
抽象和模式概括（包括 模型与仿真）
Abstractions and pattern generalizations
符号系统与表征
Symbol systems and representations
系统化处理信息