人工智能时代青少年创新能力的培养

1、人工智能时代青少年创新能力的培养引言三次工业革命分别将人类带进了蒸汽时代、电气时代和信息时代，随着科技的不断 发展，第四次工业革命已悄然来临。2016年召开的第46届世界经济论坛以“掌控第四次 工业革命”为主题，在这次会议上，参会者们热议的话题之一便是人工智能很可能成为第 四次工业革命的核心驱动力，彻底改变有学者们的 生活。每一次工业革命都将为人类社会带来巨大的变革，人工智能的发展对人类社会的 影响不容 小觑，美国莱斯大学计算机工程教授Moshe Vardi给出了这样的预测：在未来30年内， 人工智能将取代口前世界上50%的工作。与此同时，科技界与企业界也掀起了人工智能 创业热潮，越来越多的人

2、工智能产品问世，如智能物 联网系统，利用人工智能算法实时监 控人流与车流，可以进行更为高效的社会资源管理；基于人工智能算法的自动驾驶技术也 将为人们的出行方式带来极大地便利。除此以外，如图1,人工智能技术与如教育、医疗与 农业等各行各业的关系日益紧密，为人类的生活方式与科技发展带来革命性的改变。但人 工智能领域面临的人才困境也相当严峻相关研究指出人工智能技术发展的关键是科技创新 能力的培养。科技创新在人类发展历史中起着不可估量的作用，人类发展的历程，实际就 是科技创新不断进行的过程。在当代，科技创新已经成为时代的主旋律，以人工智能为代 表的信息技术带动社会飞速发展，而创新乂使这个速度不断加快，

3、国 家中长期人才发展 规划纲要（20102020年）明确指出：突出培养造就创新型科技人才需要探索并推行创 新型教育方式方法，突出培养学生的科学精神、创造性思维和创新能力，加强对青少年科 技创新能力的研究，培养一大批合格的科技创新人才。作为未来的科技重要的发展方向，及时帮助青少年了解人上智能的相关概念，培养青 少年对人上智能技术与相关应用的兴趣，引导青少年用创新性的思维去探究人工智能在发 展过程中对人类社会的影响，对青少年科技意识的培养与人工智能领域的人才储备，都大 有裨益。1青少年创新能力的培养方法在创新能力的研究领域，国内外的学者从创新能力对应的领域特定性，即科技知 识的本质 和内涵以及科技

4、活动的特点出发，对青少年科学创造力和青少年技术创造力开展了相关的 理论和实践研究，其研究成果对青少年科技创新能力的研究有着积极的借鉴价值耳。科技 领域追求创新能力绝大部分都以解决实际的生活实际问题为出发点，如互联网的诞生初衷仅仅是为了实现较远距离的文档传输，但如今这一极 富创造力 的发明极大地改变了人类世界。在本质上，科技是创造力的一种展现形 式，创造力具有特 定领域的特性，科学领域的创造力必须建立在科学知识背景与研 究方法上。在人工智能领 域，除计算机科学外，其他学科也为其发展提供了相当大 的作用，图2给出了各学科与人 工智能研究的相关度。图2各学科与人工智能的相关度山图2有学者们可以看到，

5、随着人工智能技术的发展，各个学科、各个领域对其发展 起到的作用也日益均衡，山于涉及的领域广，技术细节抽象，对青少年而言最为关键的培 养内容在于帮助青少年了解人工智能的概念及其在未来的人类生活中起到的作用，激发青 少年对人工智能的兴趣。近年来，学者们对青少年科学创造力的培养方式有比较充分的理论与实验研究，首先 可以确认的是，科学创造力是可以通过一定的培养方式提升的，相关文献表明，对青少年科 技创新能力的培养大都从两个方面出发：（1）选择适宜青少年性格特征的教学培养模式， 如创造性问题解决法、基于互联网的创造性问题解决法、技 术设汁教育与计算机实践活动 开发青少年的创新潜力；（2）通过设置合理的具

6、有针对性的课程培养青少年的创新能力， 如针对某个具有代表性课题的深入挖掘与调查研究课程。本文将基于这两种最为有效的培养模式，探讨基于人工智能的青少年创新能力的培养 理念与培养方法。2基于人工智能的青少年创新能力培养体系设计整体而言，人工智能技术的基础是神经网络与深度学习，这两种技术的所要求的技术背景非常抽象，需要深厚的数学、逻辑与计算能力理解其背后的实现原理，这对于青少年的知识体系与积累来说是不适宜的，也容易打击青少年的学习积极性口。兴趣是最好的老师，成就感是最好学习动力，脱离具体技术的实现背景，着眼于前沿技术在生活与的紧密连接与应用，对青少年而言是激发其学习兴 趣的有效 方法勺。人工智能的背

7、后隐藏者极为复杂的技术难度，但通过工程实现 的人工智能产品在 青少年眼里却代表着新潮与酷炫，从这些已经实际应用的产品出发，为青少年量身定制教 学方案与课程，同时对人工智能领域非常关键的实现途径，即编程语言，进行适度的引导 与教学，让青少年获得一定的成就感，从而激发其探索未知世界的求知欲。2.1编程语言的选取编程语言数字连接数字世界与实际生活的桥梁，也是将人上智能从抽象的理论具体 实现为有学者们可感知产品的基石引。在教学活动中适度开展编程教育对 培养青少年的学 习成就感，是激发其持续学习的动力。表1给出了 LI前国内外青 少年编程教育中典型的 编程语言。表1国内夕卜流行的青少年编程语言! 口国别

8、年份特点Logo美国1968接近自然语言，通过绘图让初学者学习编程C美国1972编译方式简易，运行不需要任何预装环境C+美国1983C语言的超集，具有面向对象特性Python荷兰1991脚本本语言，因大数据、机器学习广泛应用Java加拿大1995面向对象的编程语言功能强大，简单易用Scratch美国2008拖拽式编程语言，适合初学者其中，C语言、C+与Java等传统的编程语言与计算机的思维方式具有类似的表 征，其实现方式比较抽象，广泛应用于工业界与高学段学生群体中。可视化编程语言 Logo. Scratch等，因其使用图形化界面以及易操作，越来越受到较低学段 学生的欢迎, 但其缺陷在于与当下较为流行的人工智能理论结合度不高，难以适应人 工智能领域的编程 语言需求。相比较而言，Python语言山于其语法简单，同时P