中国人工智能学会

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CIIS 2019 演讲实录丨刘嘉：开创未来的核心能力——计算思维

发布时间：2019-11-29

10月26日-27日，由陕西省委网信办、陕西省工业和信息化厅、陕西省科学技术厅指导，中国人工智能学会主办，西安市委网信办、西安市科学技术局、西安国家民用航天产业基地管理委员会、京东云共同承办的2019第九届中国智能产业高峰论坛在“硬科技之都”——西安举办。在27日举办的2019全国中小学人工智能教育大会上，北京师范大学心理学部教授刘嘉为我们带来了题为“开创未来的核心能力——计算思维”的精彩演讲。 

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刘嘉

北京师范大学心理学部教授

以下是刘嘉教授的演讲实录： 

我给大家汇报的题目是《开创未来的核心能力—计算思维》，首先给大家分享一下我的心得。 

如何让孩子面向未来？教育的目的其实就是如何解决未来的问题。19世纪的公民必须具备三个R，即阅读（Reading）、写作（wRiting）和算术（aRithmetic）。如果这三个能力没有，就是文盲。进入21世纪，世界经合组织OECD在2017年提出的21世纪公民必须具备的素质中，新加了一个R，即计算思维（algoRithm）。现在的社会是一个信息的社会，是一个人工智能的社会，信息变得尤其重要，只有具有四个R能力的学生，才能满足社会的基本需求。 

计算思维是什么，不是什么

那么叫计算思维？从它的名字以及常识的思维来看，人们对它有很多误解。有些人感觉数学好就是计算思维好，这是不对的。学好计算机就可以学好计算思维，这也是片面的。 

我们看几个简单的误解：

第一，计算思维就是计算机的思维？其实不是，它是人的一种思维的方式，一种随着社会进步把过去的传承加上现在新信息结合起来所产生的新的思维方式。 

第二，计算思维一定要学代码？答案不是，计算思维是学会逻辑性、创造性解决问题的一种思维方式。 

我们曾做过研究，利用磁共振扫描仪观察不同人们在判断解决问题时，大脑的活动。被试者（学生）完成信息学奥赛题目的时，和计算思维题目的时候，可以看到大脑的激活模式基本是一样的。研究结果说明，编程是我们学习计算思维的一种方式，但是不是唯一的方式。因此，人们应该挖到最底层的东西。 

第三，学了计算思维只能当码农吗？计算思维是普世性的能力，每个职业都需要的。我们对世界上计算思维的研究进行了一些梳理，认为计算思维其实包含五种能力：

概括能力

分解能力

评估能力

抽象能力

算法思维

这五种能力共同组成人们的计算思维，我们在教学中间应该培养学生的这五种能力。 

分解能力，就是将大问题拆解成小的可以解决的小问题的能力。比如说一个运动员马拉松长跑，这个日本选手把每个路标记下来，每次想到不是跑一个40公里，而是每次想到跑一个小目标，不断迭代至最终完成。 

抽象能力，其核心是从大量信息中抽取关键信息的能力。比如现代遗传学之父，奥地利生物学家孟德尔，对豌豆进行了长达8年的观察，将大量无关的信息去除，从中发现了生物遗传的分离定律和自由组合定律。 

算法思维，这是五种能力中唯一一个与计算机密切相关的能力。设立一定的顺序运行规则，逐步解决思维的能力。比如，美国生物学家克莱格·文特尔，用计算机科学的霰弹枪法解决了基因测序问题。 

评估能力，也叫批判性思维，是考虑所有的情况，从不同的解决方案中挑出最佳的解决方案。现实生活中有很多问题并不是1加1等于2这种明确的解法，这个时候要对问题抽象，找到最优解。 

最后一个是概括能力，这是我们说的创造性思维的过程，它是从过去问题中，抽取关键模式，举一反三解决问题的能力。也就是常说的发散思维与创造性。 

计算思维不是只在计算机学科有用，而在生活、工作时都需要，是过去传统的能力加上新的算法思维共同组成的一个核心的能面对未来人工智能发展的底层能力。 

计算思维是非常普遍非常基础的通用能力。为什么要强调人工智能进入中小学教育呢？目的不是说我们要掌握一种新的技能，而是训练学生们一种最底层能力。计算思维不仅仅对计算机、人工智能有帮助，对科学、数学、物理甚至环境科学等都有帮助，同时是我们培养创新的能力。计算思维与数学、语文一样，是一个底层能力。 

乔布斯曾说：“我觉得每个人都应该学习一门编程语言。学习编程教你如何思考，就像学法律一样。学法律并不一定要为了做律师，但法律教你一种思考方式。学习编程也是一样，我把计算机科学看成是基础教育，每个人都应该花一年时间学习编程。”这句话到现在具有启发意义。学习编程并不是当码农，而是将它视为一种基础教育，一种新的思维方式。 

如何开展针对计算思维的培养

中国计算机正式的教育始于1984年。当时，邓小平参观上海一个博览会的时候，提出计算机的普及要从娃娃抓起。可是当时中国的计算机教学并没有真正的解决方案，大家都不知道怎么去教。教育部委托北京师范大学心理系的陈琦老师，让他去看看美国是怎么教计算机的。陈琦老师在美国见到了美国编程教育的先驱Roy Pea教授。Roy Pea教授后来在中国的上海开展了计算机培训，这就是中国计算机教师培训的起点。我去年专门去了斯坦福大学参加看人工智能与教育的大会，正好碰到Roy Pea教授，他跟我分享了上述的佳话。 

如今人工智能的崛起，重新把计算机编程当成核心课程放到我们台上，应该怎么做？首先应该是两点，之前一些领导和老师谈到现在人工智能教学的一个困境，就是没有一个标准。语文、数学在什么年龄段应该学习什么样的知识，既不超前，也不落后，这个是一个关键点。教学以学生为中心，需要了解学生个体差异，还有学生的心理认知能力发展到什么地步，首先我们要有一把尺子，能对学生的能力进行衡量，对他的学习效果进行第三方的评价，而不是简单解决一个什么数学问题。 

基于此，我们开发了世界上的第一套关于计算思维的测量工具。比如，其中一个题目是计算思维中关于模式识别的。大家可以看到题目里面没有涉及任何关于计算机语言的，但是本身底层反映学生关于计算思维的能力。

做完这种测评之后，我们给每个学生关于这五大能力的结果。比如说小学四年级的某位同学，在概括能力上相比班上同学差一些，但是批判性思维远高于其它同学。此时，就可以开展千人千面，以学生为中心的教学，针对短板和长板有针对性的开展教学。 

有了这个评估之后还是不够的。下一步要开发出一套关于人工智能的教学方案。我们的理念就是认为人工智能的教学应该是一个全方位的，不仅仅应该是关于计算机的编程。除了计算机之外，还包含设计、能力、生涯规划等等，这是我们开发的关于人工智能中小学的课程，包含认识人工智能的基本概念。 

人工智能不仅仅是计算机的代码，它的形象应该是怎么样子？怎么让它最好的和人进行交互？我们前一段时间和某公司合作研究某事故产生的原因，最后发现既不是人工智能系统出现问题，也不是驾驶员的问题，而是人机交互出现了问题，人机共同争夺控制权。 

人工智能对我们有什么影响，涉及将来选择什么职业，怎么融入到社会里面，更好的发展。关于人工智能的能力，老师担心会不会被替代。它是否是将来的新伙伴，怎么和它交往？哪些能力是人们应该授权给它，哪些是应该约束它，不让它拥有的，这一系列是全方位的。不仅仅是教会简单的编程理念，而是让学生全方位的拥抱新的事物。 

我今天希望跟大家分享的是，计算思维其实是非常美好的事情，中小学包括我们家长应该非常好的去拥抱这个很好的事情，因为不是一个枯燥的写代码。写程序是核心的能力，但是不是唯一。人工智能要培养数理逻辑思维、创新意识和批判精神等优秀的品质，这是非常好的抓手。

我非常荣幸参与此次大会。我们认为在新的时代下面有新的使命，在新的使命下，必然要求有新的能力和新的决心和新的态度。今天我们这个会议可以说是关于人工智能在中小学教育里面一个里程碑的事件，非常荣幸参与，希望为这件事情的发展做出自己的努力。

（本报告根据速记整理）

CAAI原创 丨 作者刘嘉教授
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