基于人工智能發(fā)展的小學(xué)編程教育

梁海玲

摘 要：人工智能發(fā)展趨勢進(jìn)一步加劇，一方面，一些低端行業(yè)會被人工智能取代，另一方面，對創(chuàng)新有了更大的渴求，我國對人工智能的編程語言也重視起來。少兒編程作為開發(fā)學(xué)生邏輯思維的最佳工具，編程思維也將成為每個人的基本技能。筆者作為信息技術(shù)教師，在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)當(dāng)中就開展了編程語言課程，因此筆者就對小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中編程語言教學(xué)相關(guān)概念和特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并對其教學(xué)策略進(jìn)行探討，希望能夠?yàn)樾W(xué)信息技術(shù)教師提供借鑒與幫助。

關(guān)鍵詞：人工智能;編程語言;少兒編程;編程思維

如今我們正身處信息化的大潮中，信息技術(shù)正在改變世界，正在改變我們的學(xué)習(xí)和生活，要想在信息社會中有更大的作為，編程學(xué)習(xí)無疑是一個不錯的選擇。2017年下半年以來，國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》、教育部《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動課程指導(dǎo)綱要》和《普通高中信息課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》先后發(fā)布。2019年3月13日教育部發(fā)布的《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》中明確表示，2019年將啟動對2萬名中小學(xué)生信息素養(yǎng)測評，并推動在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，還將編制《中國智能教育發(fā)展方案》。從國家出臺的這一系列政策中不難發(fā)現(xiàn)，我們國家對編程教育的重視，編程已經(jīng)以迅雷不及掩耳之勢，扎根在學(xué)生的學(xué)業(yè)中，真正成為“基礎(chǔ)學(xué)科的一部分”。

一、編程學(xué)習(xí)即培養(yǎng)編程思維

什么是編程思維？它是我們解決問題的一種方法，是邏輯思維的一種，就是利用我們已有的知識和工具，將自身的思路轉(zhuǎn)化成邏輯運(yùn)算的步驟，從而完成復(fù)雜的任務(wù)。主要由分解、模式識別、抽象、算法四個步驟組成。

（一）分解

分解，就是把大問題分成若干個小問題，然后分別解決，它能鍛煉學(xué)生拆解復(fù)雜問題的能力。將很難直接解決復(fù)雜問題，但如果把它拆解成很多小問題，再一一解決，就容易得多。

以廣東省信息技術(shù)教材五年級下冊第6課《快樂兒童節(jié)——玩轉(zhuǎn)摩天輪》為例，當(dāng)筆者在課堂上展示圖1中的摩天輪時，學(xué)生都不約而同地說：“好復(fù)雜??！”這時教師就需要指導(dǎo)學(xué)生拆解這個“摩天輪”：將“摩天輪”分解成圖2、圖3、圖4這三個圖，問題就變得簡單多了。

要實(shí)現(xiàn)這三個圖，可以具體用到GoC編程中的畫直線、畫圓和顯示座艙圖片這些程序代碼，將每一個代碼寫好后，這個“摩天輪”也就畫出來了。

分解是在編程學(xué)習(xí)中最常用到的，學(xué)生常常需要把復(fù)雜問題逐步拆解成若干簡單問題，分別解決。

（二）模式識別

模式識別，就是“找規(guī)律”。需要學(xué)生觀察問題，根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，找出以往的類似問題，舉一反三琢磨出規(guī)律，這些具有較高模式識別能力的學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)和總結(jié)規(guī)律，腦袋里裝載各種規(guī)律的方法庫，遇到相似的問題就直接套用。

還是以第6課為例，當(dāng)學(xué)生編寫GoC程序代碼實(shí)現(xiàn)圖5的效果后，懂得總結(jié)規(guī)律的學(xué)生就會很快發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)最終如圖6的效果，其實(shí)可以通過編寫for循環(huán)語句，讓計(jì)算機(jī)去重復(fù)執(zhí)行，這樣既省事又快速。

（三）抽象

抽象這個詞看似難以理解，其實(shí)我們在工作中也一直在用這種方法，只是沒有意識到這就是抽象。在《代碼大全》一書中我們可以看到對編程思維中抽象相關(guān)概念。書中舉了一個很簡單的例子，我們在想到房子的時候已經(jīng)在一定程度上對房子進(jìn)行了抽象。

我們會想到房間的門、玻璃、窗戶等等，但是我們很少會把房子想象成是由一個個原子按照一定規(guī)律排列組成的，這其實(shí)就是抽象。由于信息量太大也太復(fù)雜，我們無法接收房子完整的原子排列信息，只好對原子進(jìn)行次的抽象，鐵門、木門、桌子、椅子、地板、墻都是在一定形式上對原子的抽象。房子又是對門、墻的更高一級的抽象?？梢园l(fā)現(xiàn)，有了抽象概念以后，房子對我們來說就簡單得多了。所以說，抽象就是只關(guān)注重點(diǎn)和必要細(xì)節(jié)的表達(dá)而忽略不必要的細(xì)節(jié)部分。

編程的世界里就包含“子系統(tǒng)、模塊、包、類、方法和語句”等不同層級的抽象，學(xué)編程能鍛煉學(xué)生不斷抽象、聚焦關(guān)鍵信息的能力。編程思維中抽象思維能力的訓(xùn)練，在學(xué)語文課文和英語閱讀理解時也有很大的幫助。

（四）算法

算法就是根據(jù)之前一系列對于問題的分析，再設(shè)計(jì)出每一步的解決步驟，執(zhí)行并解決問題。在具體解決問題的過程中，會涉及兩個非常重要的能力，那就是邏輯思維能力和調(diào)試糾錯能力。計(jì)算機(jī)程序都需要很強(qiáng)的邏輯性，邏輯順暢才能正常運(yùn)行。

例如在GoC編程中，如何畫出一個邊長是50步的正方形呢？用我們?nèi)粘５恼Z言可以這樣表達(dá)：

前進(jìn)50步;右轉(zhuǎn)90度;

前進(jìn)50步;右轉(zhuǎn)90度;

前進(jìn)50步;右轉(zhuǎn)90度;

前進(jìn)50步;右轉(zhuǎn)90度;

如果換成GoC編程語言，我們就應(yīng)該這樣編寫：

p.fd（50）; p.rt（90）;

p.fd（50）; p.rt（90）;

p.fd（50）; p.rt（90）;

p.fd（50）; p.rt（90）;

這時學(xué)生就需要按照一定的編碼規(guī)則，把解決問題的步驟編輯成計(jì)算機(jī)可以識別的語言。在這個過程中，學(xué)生的邏輯思維能力能夠得到很好的鍛煉。

而調(diào)試糾錯，就是當(dāng)出現(xiàn)結(jié)果與預(yù)期不符時，就需要查找算法中的漏洞。此時需要把設(shè)計(jì)的程序步驟一步一步地走一遍，再觀察每一步做的結(jié)果。

還是以上面的正方形為例，在課堂上經(jīng)常會有一些粗心的學(xué)生不小心把程序?qū)懗蛇@樣：

p.fd（50） p.rt（90）

p.fd（50） p.rt（90）

p.fd（50） p.rt（90）

p.fd（50） p.rt（90）

當(dāng)他們編譯的時候程序就會提示出錯，這時他們需要耐心檢查語句。通過反復(fù)檢查，他們最終會發(fā)現(xiàn)原來自己編寫的每個語句后面由于粗心大意而漏了分號。這樣的過程極好地鍛煉了學(xué)生的耐心和細(xì)心。除此之外，程序的調(diào)試糾錯過程，也能很好地鍛煉學(xué)生的抗挫能力。

二、編程能力在人工智能時代的重要性

（一）面對未來，創(chuàng)造力是必不可少的

編程學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生源源不斷的創(chuàng)造力。新技術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用，同樣也會創(chuàng)造新的就業(yè)崗位。人們將會從事更有創(chuàng)意、更有創(chuàng)造、更有體驗(yàn)的工作。通過編程學(xué)習(xí)，一方面，可以掌握與計(jì)算機(jī)交流溝通的思維方式，使學(xué)生獲得邏輯思維能力、創(chuàng)造力的提升;訓(xùn)練學(xué)生耐心和專注力，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)獨(dú)立思考與解決問題的能力，掌握AI時代必備技能與素養(yǎng)。另一方面，在編程的過程中因解決問題的目的方法不同，需要提出一些新的、巧妙的算法思路或設(shè)計(jì)一個獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來支持和實(shí)現(xiàn)算法，需要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，而創(chuàng)新精神也正是學(xué)生面對未來社會不可缺少的條件之一。

（二）編程思維將成為未來標(biāo)配

在這個人工智能高速發(fā)展的時代，編程思維是每個人的基本技能。

早在2006年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Jeannette Marie Wing教授，就已經(jīng)提出“人人都需要培養(yǎng)編程思維”。Scratch創(chuàng)始人，Mitch Resnick教授說過編寫一個計(jì)算機(jī)程序，跟做一道菜，完成一個項(xiàng)目，管理一家公司，本質(zhì)上都具有相同的目標(biāo)——就是要有序地解決問題。

其實(shí)自2007年開始，各地信息技術(shù)教材自小學(xué)開始就接觸了編程，比如廣東省信息技術(shù)教材在六年級下冊中設(shè)置了Logo語言，近兩年廣東省信息技術(shù)教材進(jìn)行了很大的改革，在五年級教材中設(shè)置了GoC語言，六年級設(shè)置了Scratch語言。這些程序語言無論是在操作的易用性、程序的可讀性、內(nèi)容的豐富性，還是在共享的便捷性上，都更具有優(yōu)勢。而在今年的教材中除去Scratch的內(nèi)容外，新教材中更體現(xiàn)了機(jī)器人、人工智能、3D打印等概念。可見不管國家文件也好還是教材設(shè)置也好，只要信息技術(shù)教師有這個能力，就已經(jīng)開始給學(xué)生灌輸“編程”理念。

可以預(yù)見，在未來，編程思維和編程能力，會逐漸成為大眾需要掌握的能力標(biāo)配，就像目前一門外語在人才市場上所處的地位一樣，編程能力將被納入未來職場基本技能之一。

三、結(jié)語

編程教育的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、實(shí)踐能力、解決問題的能力等綜合素質(zhì)。編程需要培養(yǎng)的是一種思維，其目的不在于結(jié)果，而是使學(xué)生領(lǐng)悟編程的思想和方法。編程的過程是邏輯思考和分析問題的過程，是發(fā)現(xiàn)問題、思考問題并改進(jìn)程序的過程，是培養(yǎng)學(xué)生的專注力和堅(jiān)韌不拔的毅力的過程。

參考文獻(xiàn)

[1]中國少兒編程網(wǎng).大家說的編程思維是什么？[EB/OL].http：//www.Kid scode.cn/article/detail/id/5548.html.（2018-03-25）（2021-02-06）.

[2]智宇科技.一文看懂中國編程教育政策大全[EB/OL].https：//www.sohu.com/a/353436173_1203213362019-11.（2019-11-23）（2021-02-06）.

[3]博客園.少兒編程是如何培養(yǎng)孩子的編程思維的？[EB/OL].https：//www.cnblogs.com/scratch3/p/10920279.html.（2019-05-04）（2021-02-06）.

（廣東省茂名市江濱小學(xué)，茂名525000）