人工智能时代教师与学生关系研究成果

在教学领域实现人机合作，除了明确人机分工之外，还需要提高教师对人工智能理解与应用能力，其中计算思维与数字素养尤其重要。

计算思维不是数学计算的能力，也不是运用计算机的能力。计算思维最先由美国卡内基梅隆大学的周以真教授于2006年在美国计算机协会会刊上提出。根据周以真教授的观点，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。国际教育技术协会和美国国家计算机科学技术教师协会通过分析700多名计算科学教育工作者、研究人员和计算机领域的实践者的调研结果，于2011年联合发布了计算思维操作性定义，认为计算思维作为问题解决的过程，包括以下步骤：①界定问题，该问题应能运用计算机和其他工具帮助解决；②要符合逻辑地组织和分析数据；③通过抽象（例如模仿、仿真等方式）再现数据；④通过算法思想形成内动化解决方案；⑤识别、分析和实施可能的解决方案，从而找到能有效结合过程和资源的最优方案；⑥将该问题的求解过程进行推广并移植到广泛的问题中。

由此可见，计算思维是一种思维过程，可以脱离电脑、互联网、人工智能等技术而独立存在于人的大脑；计算思维能力展示遵循基本问题解决过程，而这一过程需要被人类的技术工具（计算机）所理解并有效执行。换言之，人类通过计算思维控制计算机，从而高效、快速地解决单纯靠人力无法完成的任务，故计算思维是未来世界认知、思考的常态思维方式，教师凭借运算思维，可以更好地解决班级教学中的共性问题。

周以真教授认为，计算思维将渗透到每个人的生活之中，到那时诸如“算法”和“前提条件”这些词汇将成为每个人日常语言的一部分。她对计算思维做了基于常识性解释：当你女儿早晨去学校时，她把当天需要的东西放进背包，就是预置和缓存；当你儿子弄丢他的手套，你建议他沿走过的路寻找，就是回退；在何时停止租用滑雪板而为自己买一副，这就是在线算法；在超市付账时，应当去排哪个队，这就是多服务器系统的性能模型。

计算思维的七类方法：①计算思维是通过嵌入、转换和仿真等方法，把一个看起来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决问题的思维方法；②计算思维是一种递归思维，可以进行并行处理，既能把代码译成数据又能把数据译成代码，是多维分析推广类型检查方法；③计算思维是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注点分离的方法；④计算思维是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；⑤计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，从最坏情况进行系统恢复的思维方法；⑥计算思维是利用启发式推理寻求解答，也就是在不确定情况下进行规划、学习和调度的思维方法；⑦计算思维是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行调节的思维方法。

技术赋能的人类社会在快速发展的过程中，对人类的思维模式也提出了新要求。智能时代，教师可以不用负责机器运营、养护与维修（这些自有专业的人士去做），但是教师与其人工智能助手进行对话时，需掌握计算思维。教师在洞悉社会、洞悉学习者方面有着比机器更为全息、深刻、复杂的视角，若教师能够掌握计算思维，无论是对人类学习还是机器学习都大有裨益。(www.xing528.com)

与计算思维一样，数字素养也是教师在智能时代必备的能力。数字素养不同于信息素养，其涵盖的能力要素更为多样与复杂。1994年，以色列的约拉姆·艾希特-阿尔卡莱教授首次提出了数字素养的概念，认为数字素养应该包括五个领域：图片/图像素养、再创造素养、分支素养、信息素养、社会情感素养。此后，数字素养出现在多个国家、地区、国际组织的政策框架中。如欧盟认为，数字素养是从其他素养中提取出的新概念，主要涵盖信息素养、媒介素养、网络素养以及计算机信息通信技术素养。联合国教科文组织将数字素养定义为：面向就业、获得体面工作及创业，使用数字技术安全且合理地访问、管理、理解、整合、呈现、评估和创建信息的能力。这些能力就是所谓的计算机素养、信息通信技术素养、信息素养和媒介素养。在众多有关数字素养的框架中，清晰界定教师数字素养框架的，当数欧盟。2017年，欧盟委员会联合研究中心在《政策科学报告》中提出了欧盟教育工作者数字素养框架，内含6个领域、22种能力，详细阐释了教育工作者应具备的数字化教学能力，为各级各类教育工作者发展数字素养提供了方向与指引。

欧盟教育工作者数字素养框架并没有完全抛弃教师的传统角色，“专业发展”“教与学”“评估”“增强学习者能力”维度下的大部分能力一直都是教师作为专业工作者需要的能力，如组织沟通、专业合作、指导学习者、培养学生的积极性和创造性等。这一数字素养框架还结合时代背景，对教师提出了若干新的能力要求。例如，“增强学习者能力”中要求教师结合数字化转型，促进教育公平（可达性），尊重多样性（包容性），授予学习者必要的技能，避免数字鸿沟；“数字资源”“提高学习者数字素养”更是直接对接新的教学环境与育人目标，并与教师教、学、评、专业发展维度发生互动，带动教师角色的系统变革。再比如，“数字交流与协作”更新了学习者协作学习的形式与途径；“数字内容创作”与“培养学生积极性和创造性”之间会形成能力迁移。需注意的是，“提高学习者数字素养”是建立在前五个能力融会贯通的基础之上的。只有教师具备了数字素养，即学会运用、创造数字资源，掌握信息和媒体素养，与其教、学、评以及个人与团队发展相结合，才能有效地培养学生的数字素养。

显然，处于不同专业发展阶段的教师，其数字素养掌握程度有所不同。欧盟委员会联合研究中心呈现了欧盟教育工作者数字素养发展的六个阶段：新手—探索—整合—专家—领导—创新。以“赋能学习者”这一领域为例，就数字素养而言，教师处于新手阶段仅需要“基本了解，基础使用”；探索阶段需要“探索以学习者为中心的教学”；整合阶段需要“增强学习者能力”；专家阶段需要“战略性地使用技术来增强学习者能力”；领导阶段需“全面授权学习者”，即使用数字技术促使学习者主动且有创意地参与到主题学习中，通过数字技术与教学策略相结合，促使学习者获得通用技能，并在新的现实环境中进行开放式学习；创新阶段需“提高学习者参与度”，即让学习者在实践活动、科学探究、解决复杂问题以及其他过程中提高主动性，并创造性地进行表达。

智能时代，教师可通过计算思维促进数字资源的开发，教师也可以通过数字素养为计算思维寻找更多的材料。然而这一切，并不是一个教师的单打独斗，需要教师专业共同体的互相扶持，以此推进未来有更多的教师进入专家、领导乃至创新的阶段。