以下文章來源於中小學人工智能 ，作者CAAI中小學工委會
10月26日-27日，由陝西省委網信辦、陝西省工業和信息化廳、陝西省科學技術廳指導，中國人工智能學會主辦，西安市委網信辦、西安市科學技術局、西安國家民用航天產業基地管理委員會、京東雲共同承辦的2019第九屆中國智能產業高峰論壇在“硬科技之都”--西安舉辦。在27日舉辦的2019全國中小學人工智能教育大會上，北京師範大學心理學部教授劉嘉為我們帶來了題為“開創未來的核心能力——計算思維”的精彩演講。
劉嘉 北京師範大學心理學部教授
以下是劉嘉的演講實錄：
我給大家彙報的題目是《開創未來的核心能力—計算思維》，首先給大家分享一下我的心得。
如何讓孩子面向未來？教育的目的其實就是如何解決未來的問題。19世紀的公民必須具備三個R，即閱讀（Reading）、寫作（wRiting）和算術（aRithmetic）。如果這三個能力沒有，就是文盲。進入21世紀，世界經合組織OECD在2017年提出的21世紀公民必須具備的素質中，新加了一個R，即計算思維（algoRithm）。現在的社會是一個信息的社會，是一個人工智能的社會，信息變得尤其重要，只有具有四個R能力的學生，才能滿足社會的基本需求。
計算思維是什麼，不是什麼
那麼叫計算思維？從它的名字以及常識的思維來看，人們對它有很多誤解。有些人感覺數學好就是計算思維好，這是不對的。學好計算機就可以學好計算思維，這也是片面的。
我們看幾個簡單的誤解：
第一，計算思維就是計算機的思維？其實不是，它是人的一種思維的方式，一種隨著社會進步把過去的傳承加上現在新信息結合起來所產生的新的思維方式。
第二，計算思維一定要學代碼？答案不是，計算思維是學會邏輯性、創造性解決問題的一種思維方式。
我們曾做過研究，利用磁共振掃描儀觀察不同人們在判斷解決問題時，大腦的活動。被試者（學生）完成信息學奧賽題目的時，和計算思維題目的時候，可以看到大腦的激活模式基本是一樣的。研究結果說明，編程是我們學習計算思維的一種方式，但是不是唯一的方式。因此，人們應該挖到最底層的東西。
第三，學了計算思維只能當碼農嗎？計算思維是普世性的能力，每個職業都需要的。我們對世界上計算思維的研究進行了一些梳理，認為計算思維其實包含五種能力：
概括能力
分解能力
評估能力
抽象能力
算法思維
這五種能力共同組成人們的計算思維，我們在教學中間應該培養學生的這五種能力。
分解能力，就是將大問題拆解成小的可以解決的小問題的能力。比如說一個運動員馬拉松長跑，這個日本選手把每個路標記下來，每次想到不是跑一個40公里，而是每次想到跑一個小目標，不斷迭代至最終完成。
抽象能力，其核心是從大量信息中抽取關鍵信息的能力。比如現代遺傳學之父，奧地利生物學家孟德爾，對豌豆進行了長達8年的觀察，將大量無關的信息去除，從中發現了生物遺傳的分離定律和自由組合定律。
算法思維，這是五種能力中唯一一個與計算機密切相關的能力。設立一定的順序運行規則，逐步解決思維的能力。比如，美國生物學家克萊格·文特爾，用計算機科學的霰彈槍法解決了基因測序問題。
評估能力，也叫批判性思維，是考慮所有的情況，從不同的解決方案中挑出最佳的解決方案。現實生活中有很多問題並不是1加1等於2這種明確的解法，這個時候要對問題抽象，找到最優解。
最後一個是概括能力，這是我們說的創造性思維的過程，它是從過去問題中，抽取關鍵模式，舉一反三解決問題的能力。也就是常說的發散思維與創造性。
計算思維不是隻在計算機學科有用，而在生活、工作時都需要，是過去傳統的能力加上新的算法思維共同組成的一個核心的能面對未來人工智能發展的底層能力。
計算思維是非常普遍非常基礎的通用能力。為什麼要強調人工智能進入中小學教育呢？目的不是說我們要掌握一種新的技能，而是訓練學生們一種最底層能力。計算思維不僅僅對計算機、人工智能有幫助，對科學、數學、物理甚至環境科學等都有幫助，同時是我們培養創新的能力。計算思維與數學、語文一樣，是一個底層能力。
喬布斯曾說：“我覺得每個人都應該學習一門編程語言。學習編程教你如何思考，就像學法律一樣。學法律並不一定要為了做律師，但法律教你一種思考方式。學習編程也是一樣，我把計算機科學看成是基礎教育，每個人都應該花一年時間學習編程。”這句話到現在具有啟發意義。學習編程並不是當碼農，而是將它視為一種基礎教育，一種新的思維方式。
如何開展針對計算思維的培養
中國計算機正式的教育始於1984年。當時，鄧小平參觀上海一個博覽會的時候，提出計算機的普及要從娃娃抓起。可是當時中國的計算機教學並沒有真正的解決方案，大家都不知道怎麼去教。教育部委託北京師範大學心理系的陳琦老師，讓他去看看美國是怎麼教計算機的。陳琦老師在美國見到了美國編程教育的先驅Roy Pea教授。Roy Pea教授後來在中國的上海開展了計算機培訓，這就是中國計算機教師培訓的起點。我去年專門去了斯坦福大學參加看人工智能與教育的大會，正好碰到Roy Pea教授，他跟我分享了上述的佳話。
如今人工智能的崛起，重新把計算機編程當成核心課程放到我們臺上，應該怎麼做？首先應該是兩點，之前一些領導和老師談到現在人工智能教學的一個困境，就是沒有一個標準。語文、數學在什麼年齡段應該學習什麼樣的知識，既不超前，也不落後，這個是一個關鍵點。教學以學生為中心，需要了解學生個體差異，還有學生的心理認知能力發展到什麼地步，首先我們要有一把尺子，能對學生的能力進行衡量，對他的學習效果進行第三方的評價，而不是簡單解決一個什麼數學問題。
基於此，我們開發了世界上的第一套關於計算思維的測量工具。比如，其中一個題目是計算思維中關於模式識別的。大家可以看到題目裡面沒有涉及任何關於計算機語言的，但是本身底層反映學生關於計算思維的能力。
做完這種測評之後，我們給每個學生關於這五大能力的結果。比如說小學四年級的某位同學，在概括能力上相比班上同學差一些，但是批判性思維遠高於其它同學。此時，就可以開展千人千面，以學生為中心的教學，針對短板和長板有針對性的開展教學。
有了這個評估之後還是不夠的。下一步要開發出一套關於人工智能的教學方案。我們的理念就是認為人工智能的教學應該是一個全方位的，不僅僅應該是關於計算機的編程。除了計算機之外，還包含設計、能力、生涯規劃等等，這是我們開發的關於人工智能中小學的課程，包含認識人工智能的基本概念。
人工智能不僅僅是計算機的代碼，它的形象應該是怎麼樣子？怎麼讓它最好的和人進行交互？我們前一段時間和某公司合作研究某事故產生的原因，最後發現既不是人工智能系統出現問題，也不是駕駛員的問題，而是人機交互出現了問題，人機共同爭奪控制權。
人工智能對我們有什麼影響，涉及將來選擇什麼職業，怎麼融入到社會里面，更好的發展。關於人工智能的能力，老師擔心會不會被替代。它是否是將來的新夥伴，怎麼和它交往？哪些能力是人們應該授權給它，哪些是應該約束它，不讓它擁有的，這一系列是全方位的。不僅僅是教會簡單的編程理念，而是讓學生全方位的擁抱新的事物。
我今天希望跟大家分享的是，計算思維其實是非常美好的事情，中小學包括我們家長應該非常好的去擁抱這個很好的事情，因為不是一個枯燥的寫代碼。寫程序是核心的能力，但是不是唯一。人工智能要培養數理邏輯思維、創新意識和批判精神等優秀的品質，這是非常好的抓手。
我非常榮幸參與此次大會。我們認為在新的時代下面有新的使命，在新的使命下，必然要求有新的能力和新的決心和新的態度。今天我們這個會議可以說是關於人工智能在中小學教育裡面一個里程碑的事件，非常榮幸參與，希望為這件事情的發展做出自己的努力。
（本報告根據速記整理）
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