課題申報書：新時代面向中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)提升的STEM課程設(shè)計研究

教育科學(xué)規(guī)劃2025年度重點課題申報書、課題設(shè)計論證求知探理明教育，創(chuàng)新鑄魂興未來。新時代面向中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)提升的STEM課程設(shè)計研究課題設(shè)計論證研究現(xiàn)狀：國內(nèi)外人工智能素養(yǎng)教育發(fā)展迅速，各國紛紛出臺政策推動。例如韓國計劃從2025年起增加中小學(xué)信息課程學(xué)時至目前兩倍，增設(shè)“人工智能基礎(chǔ)”和“人工智能數(shù)學(xué)”作為高中選修課程；日本自2020年開始實施小學(xué)編程教育必修化，在現(xiàn)有的課程中加入編程元素。我國義務(wù)教育階段信息科技課程標(biāo)準中設(shè)置了“人工智能與智慧社會”模塊，普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準中也設(shè)置了“人工智能初步”選擇性必修模塊。國內(nèi)中小學(xué)人工智能教育尚處于起步階段，課程設(shè)置零散。目前，人工智能作為高中信息技術(shù)國家課程的組成部分，但在全國范圍內(nèi)開設(shè)狀況不佳。我國中小學(xué)信息技術(shù)教育歷經(jīng)約四十年發(fā)展，早期以程序設(shè)計為主，后逐步發(fā)展到計算機應(yīng)用意識與能力以及信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。近五年，以計算思維培養(yǎng)為代表的新課程理念逐漸得到廣泛認可。師資力量不足。目前中小學(xué)中具備人工智能專業(yè)知識和技能的教師數(shù)量較少，成為制約中小學(xué)人工智能教育發(fā)展的瓶頸。資源不均衡。不同地區(qū)、不同學(xué)校之間的教育資源存在差異，導(dǎo)致人工智能教育發(fā)展不均衡。例如人工智能教育實驗室等軟硬件資源建設(shè)并不均衡，今年2月，教育部公布了中小學(xué)人工智能教育基地名單，包括184所在人工智能課程教學(xué)、師資配備、實驗環(huán)境建設(shè)等方面具有較好基礎(chǔ)的中小學(xué)校。選題意義：適應(yīng)人工智能時代需求，培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力和跨學(xué)科知識的復(fù)合型人才。人工智能技術(shù)的快速發(fā)展對教育領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠影響，為教育帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。中小學(xué)階段作為個體成長的關(guān)鍵期，對于培養(yǎng)學(xué)生的科技素養(yǎng)和創(chuàng)新意識具有重要意義。提升中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)，有助于他們在未來社會中更好地適應(yīng)科技發(fā)展和職業(yè)挑戰(zhàn)。通過學(xué)習(xí)人工智能，學(xué)生可以了解人工智能的發(fā)展歷程和未來趨勢，從而更好地適應(yīng)科技發(fā)展的需要；培養(yǎng)信息素養(yǎng)，提高信息獲取、處理、分析和應(yīng)用能力；培養(yǎng)解決問題的能力，鍛煉邏輯思維、批判性思維和創(chuàng)新能力；激發(fā)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)勇于探索、不斷創(chuàng)新的品質(zhì)；拓展思維方式，培養(yǎng)跨學(xué)科思維，更好地理解和應(yīng)用不同領(lǐng)域的知識。研究價值：有助于提升學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)未來人才。人工智能教育能夠提供豐富的知識內(nèi)容，幫助學(xué)生拓寬知識視野，深入探究知識點，理解內(nèi)在邏輯和原理，及時更新知識內(nèi)容，跟上科技發(fā)展的步伐。同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐能力、動手能力、問題解決能力、邏輯思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維等，促進學(xué)生知識、技能、思維、情感等方面的全面發(fā)展，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。促進教育公平，縮小城鄉(xiāng)教育差距。通過推動中小學(xué)人工智能教育方案的教育公平與包容，有助于縮小教育差距，提升全體學(xué)生的科技素養(yǎng)。利用人工智能技術(shù)有助于實現(xiàn)個性化教育，擴大教育機會，提高教育質(zhì)量，為學(xué)生提供公平的教育機會，縮小城鄉(xiāng)、貧富之間的教育差距，提高整個社會的教育水平。為中小學(xué)人工智能教育提供理論支持和實踐經(jīng)驗?？傮w介紹當(dāng)前國內(nèi)外中小學(xué)人工智能教育的現(xiàn)狀，從人工智能素養(yǎng)、人工智能課程設(shè)計原則以及人工智能課程資源建設(shè)等維度，論述具體實施路徑，為中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展提供建議。二、研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、重要觀點研究目標(biāo)：設(shè)計面向中小學(xué)生的人工智能素養(yǎng)提升的STEM課程體系，旨在為中小學(xué)生提供一個全面、系統(tǒng)且富有創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)平臺。通過精心設(shè)計的課程體系，使學(xué)生能夠逐步掌握人工智能的基本概念、原理和應(yīng)用方法，培養(yǎng)他們對人工智能的興趣和好奇心。探索有效的教學(xué)方法和評價體系，以適應(yīng)中小學(xué)生的認知特點和學(xué)習(xí)需求。教學(xué)方法應(yīng)注重趣味性、互動性和實踐性，例如采用項目式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等方式，讓學(xué)生在實際操作中深入理解人工智能知識。評價體系要全面、科學(xué)，涵蓋學(xué)生的知識掌握、技能應(yīng)用、創(chuàng)新能力等多個方面，為教學(xué)提供準確的反饋和指導(dǎo)。提高教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力，通過組織教師培訓(xùn)、參與科研項目等方式，幫助教師不斷更新知識結(jié)構(gòu)，掌握先進的教學(xué)方法和技術(shù)手段。同時，鼓勵教師積極開展教學(xué)研究，探索適合中小學(xué)生的人工智能教學(xué)模式，為推動中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展貢獻力量。研究內(nèi)容：分析中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)現(xiàn)狀，通過問卷調(diào)查、課堂觀察等方式，了解中小學(xué)生對人工智能的認知程度、興趣愛好、學(xué)習(xí)需求等方面的情況。同時，分析當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育中存在的問題和不足，為課程設(shè)計提供依據(jù)。設(shè)計STEM課程框架與內(nèi)容，結(jié)合人工智能的特點和中小學(xué)生的認知水平，構(gòu)建一個涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的課程框架。課程內(nèi)容應(yīng)包括人工智能基礎(chǔ)知識、編程實踐、數(shù)據(jù)分析、智能機器人制作等方面，注重培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和實踐能力。探索教學(xué)方法與策略，積極嘗試多種教學(xué)方法，如項目式學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)、在線教育等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。同時，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題解決能力，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中不斷探索和創(chuàng)新。構(gòu)建評價體系，借鑒國內(nèi)外先進的教育評價理念和方法，構(gòu)建一個科學(xué)、合理的人工智能素養(yǎng)評價體系。評價體系應(yīng)包括知識與技能、思維能力、創(chuàng)新能力、實踐能力等多個維度，采用多元化的評價方式，如考試、作品評價、實踐操作考核等，全面、客觀地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。開展教師培訓(xùn)，組織教師參加人工智能專業(yè)培訓(xùn)和教學(xué)方法培訓(xùn)，提高教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力。同時，鼓勵教師開展教學(xué)研究和實踐探索，不斷改進教學(xué)方法和策略，提高教學(xué)質(zhì)量。重要觀點：人工智能素養(yǎng)提升應(yīng)注重跨學(xué)科融合、實踐操作和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。人工智能是一個跨學(xué)科的領(lǐng)域，涉及到計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等多個學(xué)科。因此，在提升中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)的過程中，應(yīng)注重跨學(xué)科融合，將不同學(xué)科的知識有機地結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。同時，實踐操作是學(xué)習(xí)人工智能的重要環(huán)節(jié)，通過實際操作，學(xué)生可以更好地理解人工智能的原理和應(yīng)用方法，提高實踐能力。此外，創(chuàng)新能力培養(yǎng)也是人工智能素養(yǎng)提升的重要方面，鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中勇于探索、敢于創(chuàng)新，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。STEM課程設(shè)計應(yīng)以學(xué)生為中心，結(jié)合人工智能技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。STEM課程強調(diào)學(xué)生的主體地位，注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。在設(shè)計STEM課程時，應(yīng)充分考慮學(xué)生的興趣愛好和學(xué)習(xí)需求，以學(xué)生為中心，設(shè)計豐富多彩的教學(xué)活動。同時，結(jié)合人工智能技術(shù)，將人工智能融入到STEM課程中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感受人工智能的魅力，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。三、研究思路、研究方法、創(chuàng)新之處1.研究思路本研究將按照以下步驟進行：首先，通過文獻研究了解國內(nèi)外中小學(xué)人工智能素養(yǎng)提升與STEM課程融合的現(xiàn)狀，包括發(fā)展歷程、挑戰(zhàn)與對策等。然后，開展實證研究，設(shè)計面向中小學(xué)生的人工智能素養(yǎng)提升的STEM課程體系，涵蓋課程框架、內(nèi)容、教學(xué)方法與策略等方面。接著，進行教學(xué)實踐，在中小學(xué)選擇試點學(xué)校實施課程體系，觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和反饋。最后，根據(jù)教學(xué)實踐的結(jié)果進行效果評估，不斷優(yōu)化課程設(shè)計，以實現(xiàn)提升中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)的目標(biāo)。2.研究方法文獻研究法：全面收集與中小學(xué)人工智能教育及STEM教育相關(guān)的國內(nèi)外研究成果，深入分析現(xiàn)有課程體系和教學(xué)實踐，為后續(xù)研究提供理論支撐。問卷調(diào)查法：針對中小學(xué)教師和學(xué)生開展問卷調(diào)查，了解他們對人工智能教育的需求、期望和困難，為課程設(shè)計提供參考依據(jù)。實證研究法：在合作小學(xué)開展人工智能教育的試點課程，評估教學(xué)效果，收集師生反饋，優(yōu)化課程內(nèi)容和教學(xué)方法。案例分析法：分析國內(nèi)外中小學(xué)人工智能與STEM教育融合的成功案例，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為課程設(shè)計和教學(xué)實踐提供借鑒。3.創(chuàng)新之處跨學(xué)科融合與實踐創(chuàng)新：將人工智能素養(yǎng)提升與STEM課程設(shè)計相結(jié)合，打破學(xué)科界限，構(gòu)建涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的課程框架。注重實踐操作，通過項目式學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)等方式，讓學(xué)生在實際操作中深入理解人工智能知識，培養(yǎng)跨學(xué)科思維和實踐能力。例如，在課程中可以設(shè)計智能紅綠燈的設(shè)計項目，讓學(xué)生運用聲、光等傳感器及編程知識解決實際問題。多元化評價體系構(gòu)建：構(gòu)建多元化評價體系，關(guān)注學(xué)生的綜合素養(yǎng)發(fā)展。評價維度包括知識技能、思維能力、參與度和學(xué)習(xí)態(tài)度等方面，采用筆試、操作考核、課堂觀察、作品展示、過程性評價、問卷調(diào)查和交流討論等多種評價方式。例如，通過對學(xué)生掌握人工智能基礎(chǔ)知識和實操技能的程度進行筆試和操作考核，評價學(xué)生的知識技能水平；通過課堂觀察和作品展示評價學(xué)生運用STEM知識分析和解決問題的創(chuàng)新思維能力。個性化學(xué)習(xí)與智能輔導(dǎo)：利用人工智能技術(shù)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、能力、興趣等因素，提供個性化的學(xué)習(xí)資源和指導(dǎo)，提高學(xué)習(xí)效果。例如，通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，人工智能可以識別學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和弱點，推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源和方法，還可以根據(jù)學(xué)生的進度和能力，動態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)計劃和任務(wù)，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。同時，人工智能可以輔助教師進行作業(yè)批改、題目推薦等工作，減輕教師負擔(dān)，提高教學(xué)效率。四、研究基礎(chǔ)、條件保障、研究步驟研究基礎(chǔ)：已有相關(guān)研究成果提供理論支持，目前已有眾多關(guān)于中小學(xué)人工智能教育與STEM教育融合的研究，如“基于STEM的小學(xué)人工智能教育課程構(gòu)建與實踐研究”“基于STEM理念的初中人工智能課程項目活動設(shè)計與實踐研究”“中小學(xué)人工智能教育與STEM教育的融合”等課題，為我們的研究提供了豐富的理論支撐和實踐經(jīng)驗借鑒。研究團隊具備相關(guān)專業(yè)背景和實踐經(jīng)驗，團隊成員涵蓋了計算機科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)、科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，具備扎實的專業(yè)知識和豐富的教學(xué)實踐經(jīng)驗，能夠為課題的研究和實施提供有力的保障。條件保障：學(xué)校提供場地和設(shè)備支持，學(xué)校擁有現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)施和設(shè)備，如計算機教室、人工智能實驗室、創(chuàng)客空間等，為開展人工智能素養(yǎng)提升的STEM課程提供了良好的硬件條件。與企業(yè)合作獲取資源，與相關(guān)企業(yè)建立合作關(guān)系，獲取人工智能教育資源和技術(shù)支持，如寓樂灣公司提供的教育資源平臺，為課程的實施提供了豐富的教學(xué)資源和工具。教育部門政策支持，國家和地方政府出臺了一系列支持中小學(xué)人工智能教育和STEM教育的政策，如教育部發(fā)布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等，為課題的研究和實施提供了政策保障。研究步驟：第一階段，文獻研究和現(xiàn)狀調(diào)查。全面收集與中小學(xué)人工智能教育及STEM教育相關(guān)的國內(nèi)外研究成果，深入分析現(xiàn)有課程體系和教學(xué)實踐，為后續(xù)研究提供理論支撐。同時，針對中小學(xué)教師和學(xué)生開展問卷調(diào)查，了解他們對人工智能教育的需求、期望和困難，為課程設(shè)計提供參考依據(jù)。第二階段，課程設(shè)計和教學(xué)方法探索。基于STEM教育理念，設(shè)計面向中小學(xué)生的人工智能素養(yǎng)提升的STEM課程體系，涵蓋課程框架、內(nèi)容、教學(xué)方法與策略等方面。積極嘗試多種教學(xué)方法，如項目式學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)、在線教育等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。第三階段，教學(xué)實踐和效果評估。在中小學(xué)選擇試點學(xué)校實施課程體系，觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和反饋。采用多元化的評價方式，如考試、作品評價、實踐操作考核等，全面、客觀地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。根據(jù)評估結(jié)果，不斷優(yōu)化課程設(shè)計和教學(xué)方法。第四階段，總結(jié)成果和推廣應(yīng)用?？偨Y(jié)課題研究的成果和經(jīng)驗，形成可推廣的教學(xué)模式和方法。通過舉辦研討會、培訓(xùn)等方式，將研究成果推廣應(yīng)用到更多的學(xué)校，為中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展做出貢獻。（全文共4736字）課題評審意見：本課題針對教育領(lǐng)域的重要問題進行了深入探索，展現(xiàn)出了較高的研究價值和實際意義。研究目標(biāo)明確且具體，研究方法科學(xué)嚴謹，數(shù)據(jù)采集和分析過程規(guī)范，確保了研究成果的可靠性和有效性。通過本課題的研究，不僅豐富了相關(guān)領(lǐng)域的理論知識，還為教育實踐提供了有益的參考和指導(dǎo)。課題組成員在研究中展現(xiàn)出了扎實的專業(yè)素養(yǎng)和嚴謹?shù)难芯繎B(tài)度，對問題的剖析深入透徹，提出的解決方案和創(chuàng)新點具有較強的可操作性和實用性。此外，本課題在研究方法、數(shù)據(jù)分析等方面也具有一定的創(chuàng)新性，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的思路和視角?？傊?，這是一項具有較高水平和質(zhì)量的教科研課題，對于推動教育事業(yè)的發(fā)展和進步具有重要意義。課題評審標(biāo)準：1、研究價值與創(chuàng)新性評審關(guān)注課題是否針對教育領(lǐng)域的重要或前沿問題進行研究，是否具有理論或?qū)嵺`上的創(chuàng)新點，能否為相關(guān)領(lǐng)域帶來新的見解或解決方案。2、研究設(shè)計與科學(xué)性課題的研究設(shè)