前言：人工智能技术的发展越来越成熟，并普及在不同的行业领域中，发挥着不可替代的作用。对此，我国教育部门将人工智能相关知识纳入高中信息技术课程，全新颁布的《高中信息技术课程标准》也提出了“核心素养培养”的要求，要求教师创新性开展人工智能教学，满足高中生发展需求。同时，我国颁布的《高等学校人工智能创新行动计划》，要求高校全面开放相关学科资源，并组织各级学校教师参与人工智能培训。在此背景下，教师必须重视人工智能教学创新，全力培养学生的计算思维，落实“行动计划”。

一、相关概念

（一）人工智能教育

在教育领域中，不同的学者对人工智能教育的概念理解不同^[1]。彭绍东认为“人工智能教育主要指的是赋能教育与人工智能为主的知识教育。”人工智能与教育教学的融合能让整体过程充满“智能气息”。前者通过不同的人工智能技术应用，辅助教学实践；后者通过运用人工智能原理践行教育。刘俊波认为“人工智能教育是指学生学习人工智能知识与技术，并通过利用创新性地解决问题。”从实际的角度讲，人工智能教育也是人工智能课程，通过关于人工智能的多样要素整合，建立系统化教育体系，重点培养学生的计算思维和能力。

（二）计算思维

美国著名教授周以真广泛地定义了计算思维。张屹等学者从广义、狭义的角度划分了计算思维概念。从狭义角度上来讲，计算思维与特定学科之间存在一定联系，表现为：不同学科领域内涵不同。从广义的角度上来讲，计算思维属于构建解决问题方案的必要思维能力。2015年，国际教育技术协会定义计算思维是创造力、算法思维、批判性等思维的共同反映。经过学者长期的深度钻研，该定义最终为创造力、算法思维、问题解决、合作思维、批判性思维。依上所述，计算思维与人工智能教育的最终目标基本相同，人工智能教育与计算思维之间存在密切联系。

二、基于计算思维培养的人工智能教学活动可行性

要想实现培养学生计算思维的目标，高中信息技术教学必须跟上时代发展，做好应对“接轨世界”的挑战，抓住发展机遇。而高中人工智能教育的落实能切实满足时代发展要求，高度重视学生的计算思维培养。同时，人工智能教育的实施，是创新计算思维培养模式的重要途径^[2]。

首先，人工智能教育中以教会学生熟练运用智能设备为目标，指引学生探索人工智能、编程等原理，从而培养计算思维。从整体角度讲，人工智能教育能让学生脱离学科禁锢，实现思维发展。其次，人工智能教育内容多样化，涉猎范围较广，如开发硬件项目设计，即编程设计等，让学生在了解计算机知识的基础上进行灵活应用，使其通过计算思维解决问题。所以，人工智能教育有助于学生计算思维培养。最后，人工智能教学实施高度重视学生能力评价，评价包括“能力培养”与“学习者为中心”过程。因此，人工智能教育实施需要关注过程表现以及学生发展，进行增值性评价。综上，人工智能教育活动培养学生计算思维是具备一定可行性的。

三、高中信息技术人工智能教学原则

（一）实用性原则

该原则是指，设计教学活动期间，融合理论与实践，发挥理论的指导作用，通过实践验证理论。计算思维的培养目标为教会学生解决生活问题^[3]。对此，高中的人工智能教育实施应遵循实用性原则，通过情境设计等方法，让学生在特定情境中学习知识，将所学理论知识用于实践，扎实地掌握知识，实现能力发展，继而形成计算思维，做到有效的知识迁移与应用。

（二）系统性原则

该原则是人工智能教育必须遵循的重要原则，即教育设计中保证教学活动系统性、完整性、连续性，确保教育有效落实。具体活动中，计算思维是解决问题的基础，尤其在解决问题方案设计中，学生必须系统化地掌握问题，从而设计行之有效的解决方案。对此，人工智能教育需重视系统性原则，教师要保证教学流程的科学性，指引学生从整体视角出发，牢固掌握所学知识与技能，在解决复杂问题中形成正确思维。

（三）主体性原则

该原则是指教学实践中融入“以生为本”的理念，将该理念作为学习活动的设计原则。计算思维属于较强的逻辑能力，是学生解决实际问题的基础。所以，人工智能教育应遵循“主体性”原则，优化课堂环境，鼓励学生表达、操作，保护学生自尊心、自信心。同时，教师应了解学生的真实水平、兴趣喜好等，将实践作为主要手段，将课堂作为知识传授渠道，把控好学生的学习时间，积极与学生互动，实现计算思维培养目标。

四、基于创新人工智能教学的高中生计算思维培养

（一）精准定位目标，奠定计算思维培养基础

高中信息技术教材中的“数据与计算”单元中包含“数据分析与人工智能”、“探秘人工智能教学设计”模块。该单元属于新增的必修课程，要想通过该课程教学培养学生的计算思维，必须精准定位课程目标。通过整体目标分析得知，该课程目标为提升学生信息素养，让学生初步了解人工智能，培养学生正确的价值观念和态度等。所以，教学实践中，教师应从宏观角度出发，切实考虑课程增加的意义和背景，确定该课程定位。

从整体视角看，人工智能课程的目标定位为：学习人工智能知识与技术，促进思维能力发展，了解人工智能内容与应用领域，分析实际的应用案例，感知信息技术的先进性，掌握人工智能技术的实际应用情况，学习专家系统、问题求解等知识，感知人工智能对生活、学习的影响，激发学生学习人工智能技术的兴趣和欲望。通过精准定位目标，为培养学生计算思维奠定扎实的基础。

（二）采用PBL模式，培养高中生计算思维

PBL模式的应用有助于强化学生解决问题能力，是当今教育领域应用效果良好的一种教学方法^[4]。信息时代背景下，网络资源的传输渠道越来越丰富，且传递速度比较快，对PBL模式实施来讲是有力支撑。同时，也为高中生的计算思维发展建造广阔空间。PBL模式构成要素包含学生、问题以及教师等。要求教师切实解决关于教学的问题，保证教学也贴近生活，建造应用情境，通过师生的双向互动解决问题。

例如，教学“数据分析与人工智能”的过程中，教师可以通过以下环节完成教学目标，培养学生计算思维。具体环节如下：

第一环节：创设情境，收集资料。基于授课内容及课程目标，创设有助于辅助教学的情境，结合生活要素设计问题。比如，“超市购物”是大部分学生经历过的，场景是学生所熟悉的，联合场景设计“智能机器人超市购物”问题，通过问题调动欲望。在此期间，教师要适当的提供资料，让学生全面了解智能机器人。

第二环节：建立模型，解析问题。鼓励学生解析问题，并根据问题答案建立相关模型。具体流程为：细致观察图片，解读图片信息，提取视频中关键信息，绘制机器人的行走路线图，在脑海中建立模型，完成任务要求，完善机器人的行走路程图。

第三环节：实践操作，精准解题。要求学生实践操作，探寻解题之法。具体实践中，围绕课程资源、学生实况，组建学习小组，让小组成员推选组长，通过合作的方式探究，基于上述环节绘制的流程图，编写相关程序，让机器人完成商品购买的任务，以此加深学生体验，学会如何操控机器人，并适当的调整，确保程序的科学性、完整性，从而选择最合理的方案。在此过程中，教师要时刻关注学生小组的学习情况，了解学生课堂参与度，鼓励小组学生沟通、交流等，找出不足和错误，让学生通过共同学习改正错误、提高自我。

第四环节：总结归纳，提炼算法。该环节中，教师应组织学生展示学习成果，相互交流、分享学习经验和方法，总结、归纳所学技术和知识，汇报学习中遇到的问题以及问题解决方法等，让小组相互之间启发、借鉴，从而总结经验，提炼关键算法，形成良好计算思维。

第五环节：不断拓展，创新思维。结束环节中，鼓励学生创新，根据新奇想法制作作品，整合学习的知识、技能等，不断完善作品，并积极查阅相关资料，实现知识拓展。在此期间，教师需要呈现相关图片以及视频等，让学生清晰看到机器人装卸货过程，提升机器人的购物效果和准确性。要求学生尝试在现有作品的基础上不断完善，借助网络平台、课程技术等实现自身想法。

（三）基于课程内容，助推计算思维发展

“数据分析与人工智能”是高中信息技术中关于人工智能的基础课程^[5]。主要目标为激发学生的人工智能学习兴趣，促进学生基础知识理解，使其具备良好的信息素养以及计算思维。为此，教学实践中，教师应基于课程内容，做好课前准备，精心设计教学流程，选用合适助教工具、软件等，构建生动课堂环境，引用有助于学生学习的案例，逐步启发学生，促进学生的算法探究，从而完成课程教学目标。

例如，新课导入环节，教师应适当提示学生，让学生思考“人工智能究竟是什么？”并播放相关的视频，即《人工智能展示》，利用停顿的空隙简单讲解，继续提出问题：“你是怎样理解人工智能的？”该环节能激发学生兴趣，使学生带着目的观看视频，逐渐走进人工智能情境。授课环节中，展示教学课件，让学生通过课件了解人工智能在生活中的应用，要求学生围绕话题“人工智能与人类的关系”探讨，总结探讨结果，由教师进行总结性讲解，以此促进学生深度思考，培养解决问题的能力，提高交流能力。之后，选用高中生容易理解的算法例子，如决策树、神经网络等，用易懂的语言为学生讲述算法机理，或者指引学生探索其他算法，进行算法对比，掌握人工智能算法的技巧和优势。课堂结束环节中，组织学生尝试启动五子棋游戏程序，为学生提供“玩”的时间，讲解五子棋的游戏规则，以此了解“人机博弈”。课程结束后，教师应为学生布置课后复习任务，通过复习强化学生的计算思维。比如，根据所学知识，以及相关的网络资料，尝试围绕某一种人工智能算法绘制思维导图，设计简单的游戏。通过上述教学过程，学生能对人工智能形成深层次的了解，有助于培养、发展学生的计算思维，保证教学目标得到有效实现。

（四）应用UMU平台，有效优化教学评价

人工智能教育目标除了要帮助学生了解、掌握基础的人工智能技术与原理，解读人工智能应用案例，还重视学习过程中学生的能力、思维、素养等发展。对此，为优化教学评价，以评价促进学生计算思维发展，教师应合理运用互动学习平台，建立电子学档（如图1）。通过数字化技术搜集管理数据和学习数据，提取真实的学习数据，根据目标整理、展示，为过程性评价提供支持。

图1

例如，教学“认识人工智能”的过程中，教师可以利用UMU平台建立学生的电子档案。该平台的教学互动模块丰富，能满足线上、面授等多样化授课需求，学生登录平台所用的账号和密码通过教师建立班级提供，正确输入账号和密码就能登录。具体应用中，融合不同模块，关注面对面教学形式，基于此进行评价设计。收集的评价数据包含分析文本、拍摄照片、搭建模型以及流程设计，以及平台学习时间、项目参与情况等。最后，按照计算思维测量表、人工智能课程学习兴趣表等进行对比分析，综合数据实施教学评价。

结论：综上所述，信息时代下，人工智能技术的普及度越来越高，使用率得到提升，融入人们的生活、工作、学习，改变了人们的思维模式。基于高中信息技术课堂实施人工智能教育具备重要意义，人工智能教育实践不仅能帮助学生了解更多的信息技术和知识，还有利于提高学生的信息素养和技术水平，使培养学生计算思维的目标得到有效实现。为此，教师应重视人工智能教育，创新教育模式，采取多样教学模式，发挥人工智能教育价值与作用。

参考文献：

[1]张岩，罗旭，国玉霞,张辉.智能技术具身下审美教育锚定人工智能素养的理路演进[J].中国电化教育,2024,(05):120-127.

[2]李雪，战德臣，聂兰顺,张丽杰.基于KT-SQEP的课程设计与课程建设——以“101计划”计算概论（计算机科学导论）课程为例[J].计算机教育,2024,(05):1-8.

[3]付睿云,白庆春.成人数字化转型需要关注的要点：计算思维——基于486名成人学习者的调查[J].中国职业技术教育,2024,(09):38-49.

[4]沈忱忱.人工智能课程中培养小学生计算思维的策略研究[J].中国现代教育装备,2024,(04):66-69.

[5]聂茹,李政伟.以计算思维培养为目标的大学计算机基础教学改革与实践研究[J].电脑知识与技术,2024,20(03):142-144.