课题申报书：新时代面向中小学生人工智能素养提升的STEM课程设计研究

教育科学规划2025年度重点课题申报书、课题设计论证求知探理明教育，创新铸魂兴未来。新时代面向中小学生人工智能素养提升的STEM课程设计研究课题设计论证研究现状：国内外人工智能素养教育发展迅速，各国纷纷出台政策推动。例如韩国计划从2025年起增加中小学信息课程学时至目前两倍，增设“人工智能基础”和“人工智能数学”作为高中选修课程；日本自2020年开始实施小学编程教育必修化，在现有的课程中加入编程元素。我国义务教育阶段信息科技课程标准中设置了“人工智能与智慧社会”模块，普通高中信息技术课程标准中也设置了“人工智能初步”选择性必修模块。国内中小学人工智能教育尚处于起步阶段，课程设置零散。目前，人工智能作为高中信息技术国家课程的组成部分，但在全国范围内开设状况不佳。我国中小学信息技术教育历经约四十年发展，早期以程序设计为主，后逐步发展到计算机应用意识与能力以及信息素养的培养。近五年，以计算思维培养为代表的新课程理念逐渐得到广泛认可。师资力量不足。目前中小学中具备人工智能专业知识和技能的教师数量较少，成为制约中小学人工智能教育发展的瓶颈。资源不均衡。不同地区、不同学校之间的教育资源存在差异，导致人工智能教育发展不均衡。例如人工智能教育实验室等软硬件资源建设并不均衡，今年2月，教育部公布了中小学人工智能教育基地名单，包括184所在人工智能课程教学、师资配备、实验环境建设等方面具有较好基础的中小学校。选题意义：适应人工智能时代需求，培养具备创新能力和跨学科知识的复合型人才。人工智能技术的快速发展对教育领域产生了深远影响，为教育带来了新的机遇和挑战。中小学阶段作为个体成长的关键期，对于培养学生的科技素养和创新意识具有重要意义。提升中小学生人工智能素养，有助于他们在未来社会中更好地适应科技发展和职业挑战。通过学习人工智能，学生可以了解人工智能的发展历程和未来趋势，从而更好地适应科技发展的需要；培养信息素养，提高信息获取、处理、分析和应用能力；培养解决问题的能力，锻炼逻辑思维、批判性思维和创新能力；激发创新精神，培养勇于探索、不断创新的品质；拓展思维方式，培养跨学科思维，更好地理解和应用不同领域的知识。研究价值：有助于提升学生综合素质，培养未来人才。人工智能教育能够提供丰富的知识内容，帮助学生拓宽知识视野，深入探究知识点，理解内在逻辑和原理，及时更新知识内容，跟上科技发展的步伐。同时，培养学生的创新思维、实践能力、动手能力、问题解决能力、逻辑思维、批判性思维和创造性思维等，促进学生知识、技能、思维、情感等方面的全面发展，提高学生的综合素质。促进教育公平，缩小城乡教育差距。通过推动中小学人工智能教育方案的教育公平与包容，有助于缩小教育差距，提升全体学生的科技素养。利用人工智能技术有助于实现个性化教育，扩大教育机会，提高教育质量，为学生提供公平的教育机会，缩小城乡、贫富之间的教育差距，提高整个社会的教育水平。为中小学人工智能教育提供理论支持和实践经验。总体介绍当前国内外中小学人工智能教育的现状，从人工智能素养、人工智能课程设计原则以及人工智能课程资源建设等维度，论述具体实施路径，为中小学人工智能教育的发展提供建议。二、研究目标、研究内容、重要观点研究目标：设计面向中小学生的人工智能素养提升的STEM课程体系，旨在为中小学生提供一个全面、系统且富有创新性的学习平台。通过精心设计的课程体系，使学生能够逐步掌握人工智能的基本概念、原理和应用方法，培养他们对人工智能的兴趣和好奇心。探索有效的教学方法和评价体系，以适应中小学生的认知特点和学习需求。教学方法应注重趣味性、互动性和实践性，例如采用项目式学习、探究式学习等方式，让学生在实际操作中深入理解人工智能知识。评价体系要全面、科学，涵盖学生的知识掌握、技能应用、创新能力等多个方面，为教学提供准确的反馈和指导。提高教师的专业素养和教学能力，通过组织教师培训、参与科研项目等方式，帮助教师不断更新知识结构，掌握先进的教学方法和技术手段。同时，鼓励教师积极开展教学研究，探索适合中小学生的人工智能教学模式，为推动中小学人工智能教育的发展贡献力量。研究内容：分析中小学生人工智能素养现状，通过问卷调查、课堂观察等方式，了解中小学生对人工智能的认知程度、兴趣爱好、学习需求等方面的情况。同时，分析当前中小学人工智能教育中存在的问题和不足，为课程设计提供依据。设计STEM课程框架与内容，结合人工智能的特点和中小学生的认知水平，构建一个涵盖科学、技术、工程和数学等多学科领域的课程框架。课程内容应包括人工智能基础知识、编程实践、数据分析、智能机器人制作等方面，注重培养学生的跨学科思维和实践能力。探索教学方法与策略，积极尝试多种教学方法，如项目式学习、小组合作学习、在线教育等，激发学生的学习兴趣和主动性。同时，注重培养学生的创新思维和问题解决能力，引导学生在实践中不断探索和创新。构建评价体系，借鉴国内外先进的教育评价理念和方法，构建一个科学、合理的人工智能素养评价体系。评价体系应包括知识与技能、思维能力、创新能力、实践能力等多个维度，采用多元化的评价方式，如考试、作品评价、实践操作考核等，全面、客观地评价学生的学习成果。开展教师培训，组织教师参加人工智能专业培训和教学方法培训，提高教师的专业素养和教学能力。同时，鼓励教师开展教学研究和实践探索，不断改进教学方法和策略，提高教学质量。重要观点：人工智能素养提升应注重跨学科融合、实践操作和创新能力培养。人工智能是一个跨学科的领域，涉及到计算机科学、数学、物理学、生物学等多个学科。因此，在提升中小学生人工智能素养的过程中，应注重跨学科融合，将不同学科的知识有机地结合起来，培养学生的综合素养。同时，实践操作是学习人工智能的重要环节，通过实际操作，学生可以更好地理解人工智能的原理和应用方法，提高实践能力。此外，创新能力培养也是人工智能素养提升的重要方面，鼓励学生在学习过程中勇于探索、敢于创新，培养他们的创新思维和创新能力。STEM课程设计应以学生为中心，结合人工智能技术，培养学生的综合素养。STEM课程强调学生的主体地位，注重培养学生的自主学习能力和创新能力。在设计STEM课程时，应充分考虑学生的兴趣爱好和学习需求，以学生为中心，设计丰富多彩的教学活动。同时，结合人工智能技术，将人工智能融入到STEM课程中，让学生在学习过程中感受人工智能的魅力，提高学生的综合素养。三、研究思路、研究方法、创新之处1.研究思路本研究将按照以下步骤进行：首先，通过文献研究了解国内外中小学人工智能素养提升与STEM课程融合的现状，包括发展历程、挑战与对策等。然后，开展实证研究，设计面向中小学生的人工智能素养提升的STEM课程体系，涵盖课程框架、内容、教学方法与策略等方面。接着，进行教学实践，在中小学选择试点学校实施课程体系，观察学生的学习效果和反馈。最后，根据教学实践的结果进行效果评估，不断优化课程设计，以实现提升中小学生人工智能素养的目标。2.研究方法文献研究法：全面收集与中小学人工智能教育及STEM教育相关的国内外研究成果，深入分析现有课程体系和教学实践，为后续研究提供理论支撑。问卷调查法：针对中小学教师和学生开展问卷调查，了解他们对人工智能教育的需求、期望和困难，为课程设计提供参考依据。实证研究法：在合作小学开展人工智能教育的试点课程，评估教学效果，收集师生反馈，优化课程内容和教学方法。案例分析法：分析国内外中小学人工智能与STEM教育融合的成功案例，总结经验教训，为课程设计和教学实践提供借鉴。3.创新之处跨学科融合与实践创新：将人工智能素养提升与STEM课程设计相结合，打破学科界限，构建涵盖科学、技术、工程和数学等多学科领域的课程框架。注重实践操作，通过项目式学习、小组合作学习等方式，让学生在实际操作中深入理解人工智能知识，培养跨学科思维和实践能力。例如，在课程中可以设计智能红绿灯的设计项目，让学生运用声、光等传感器及编程知识解决实际问题。多元化评价体系构建：构建多元化评价体系，关注学生的综合素养发展。评价维度包括知识技能、思维能力、参与度和学习态度等方面，采用笔试、操作考核、课堂观察、作品展示、过程性评价、问卷调查和交流讨论等多种评价方式。例如，通过对学生掌握人工智能基础知识和实操技能的程度进行笔试和操作考核，评价学生的知识技能水平；通过课堂观察和作品展示评价学生运用STEM知识分析和解决问题的创新思维能力。个性化学习与智能辅导：利用人工智能技术，根据学生的学习习惯、能力、兴趣等因素，提供个性化的学习资源和指导，提高学习效果。例如，通过分析学生的学习数据，人工智能可以识别学生的学习需求和弱点，推荐相应的学习资源和方法，还可以根据学生的进度和能力，动态调整学习计划和任务，实现个性化学习。同时，人工智能可以辅助教师进行作业批改、题目推荐等工作，减轻教师负担，提高教学效率。四、研究基础、条件保障、研究步骤研究基础：已有相关研究成果提供理论支持，目前已有众多关于中小学人工智能教育与STEM教育融合的研究，如“基于STEM的小学人工智能教育课程构建与实践研究”“基于STEM理念的初中人工智能课程项目活动设计与实践研究”“中小学人工智能教育与STEM教育的融合”等课题，为我们的研究提供了丰富的理论支撑和实践经验借鉴。研究团队具备相关专业背景和实践经验，团队成员涵盖了计算机科学、教育技术学、数学、科学等多个学科领域，具备扎实的专业知识和丰富的教学实践经验，能够为课题的研究和实施提供有力的保障。条件保障：学校提供场地和设备支持，学校拥有现代化的教学设施和设备，如计算机教室、人工智能实验室、创客空间等，为开展人工智能素养提升的STEM课程提供了良好的硬件条件。与企业合作获取资源，与相关企业建立合作关系，获取人工智能教育资源和技术支持，如寓乐湾公司提供的教育资源平台，为课程的实施提供了丰富的教学资源和工具。教育部门政策支持，国家和地方政府出台了一系列支持中小学人工智能教育和STEM教育的政策，如教育部发布的《教育信息化“十三五”规划》《义务教育小学科学课程标准》《新一代人工智能发展规划》等，为课题的研究和实施提供了政策保障。研究步骤：第一阶段，文献研究和现状调查。全面收集与中小学人工智能教育及STEM教育相关的国内外研究成果，深入分析现有课程体系和教学实践，为后续研究提供理论支撑。同时，针对中小学教师和学生开展问卷调查，了解他们对人工智能教育的需求、期望和困难，为课程设计提供参考依据。第二阶段，课程设计和教学方法探索。基于STEM教育理念，设计面向中小学生的人工智能素养提升的STEM课程体系，涵盖课程框架、内容、教学方法与策略等方面。积极尝试多种教学方法，如项目式学习、小组合作学习、在线教育等，激发学生的学习兴趣和主动性。第三阶段，教学实践和效果评估。在中小学选择试点学校实施课程体系，观察学生的学习效果和反馈。采用多元化的评价方式，如考试、作品评价、实践操作考核等，全面、客观地评价学生的学习成果。根据评估结果，不断优化课程设计和教学方法。第四阶段，总结成果和推广应用。总结课题研究的成果和经验，形成可推广的教学模式和方法。通过举办研讨会、培训等方式，将研究成果推广应用到更多的学校，为中小学人工智能教育的发展做出贡献。（全文共4736字）课题评审意见：本课题针对教育领域的重要问题进行了深入探索，展现出了较高的研究价值和实际意义。研究目标明确且具体，研究方法科学严谨，数据采集和分析过程规范，确保了研究成果的可靠性和有效性。通过本课题的研究，不仅丰富了相关领域的理论知识，还为教育实践提供了有益的参考和指导。课题组成员在研究中展现出了扎实的专业素养和严谨的研究态度，对问题的剖析深入透彻，提出的解决方案和创新点具有较强的可操作性和实用性。此外，本课题在研究方法、数据分析等方面也具有一定的创新性，为相关领域的研究提供了新的思路和视角。总之，这是一项具有较高水平和质量的教科研课题，对于推动教育事业的发展和进步具有重要意义。课题评审标准：1、研究价值与创新性评审关注课题是否针对教育领域的重要或前沿问题进行研究，是否具有理论或实践上的创新点，能否为相关领域带来新的见解或解决方案。2、研究设计与科学性课题的研究设