人工智能支持小学生个性化学习的路径与效能评估研究-开题报告

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人工智能支持小学生个性化学习的路径与效能评估研究开题报告摘要本课题针对小学生个性化学习中个体差异难以稳定识别、适配资源难以持续供给、学习效果难以有效评估的突出问题，以云溪县城关小学三至六年级为研究现场，研究人工智能支持下小学生个性化学习的实现路径并对其效能作出评估。研究采用文献研究、问卷调查、设计研究、准实验研究与案例研究相结合的方法，拟在中高年级学生、任课教师与部分家长中开展现状调研，构建含学业基础、学习偏好、认知风格倾向、学习节奏、学习情绪状态、兴趣指向六个维度的学习画像框架；开发四维标签支持的自适应资源推送机制与基础巩固、能力发展、拓展挑战三层任务设计框架，形成实施手册；建立含学习过程、学习结果与学习体验三个维度的效能评估指标体系与配套测量工具；在14个实验班612名学生中开展为期两年的实践检验，并以4个对照班176名学生作参照。预期形成调研报告、画像框架、资源标签体系、实施手册、效能评估工具、学科课例集与典型案例集等成果，为县域小学落实因材施教提供可操作、可复制的校本方案。关键词：人工智能；个性化学习；学习画像；分层任务；学习效能评估一、课题基本情况项目内容课题名称人工智能支持小学生个性化学习的路径与效能评估研究关键词人工智能；个性化学习；学习画像；分层任务；学习效能评估课题类别一般资助课题学科分类基础教育（小学·跨学科）研究类型应用研究课题主持人吴桂芳主持人所在单位云台市云溪县城关小学联系电子邮箱：yxcgxx@163.com课题组主要成员方晓婷、洪志强、袁媛、葛立新、邹雅雯、崔建华、宋美玲、贾鹏飞研究起止时间2027年1月—2028年12月预期成果形式研究报告、调研报告、工具与量表、实施手册、课例集、案例集、研究论文是否参照选题指南√是（选题指南编号18）二、研究背景与问题提出（一）政策背景与实践背景《教育信息化2.0行动计划》要求推动信息技术与教育教学深度融合，实现从专用资源向大资源转变、从提升学生信息技术应用能力向提升信息技术素养转变，其实质是要求技术具备服务于学习者个体发展的能力。《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》在课程实施建议中明确要求关注学生个性化、多样化的学习和发展需求，各学科课程标准也分别提出根据学生差异设计分层作业、提供可选择的学习任务等要求。2025年印发的《中小学人工智能通识教育指南（2025年版）》进一步提出推动人工智能与教育教学的融合应用，强调技术应用应服务于学生的学习与发展，并关注学习数据的规范使用。三项文件的要求可归纳为：技术必须落到学习者个体的具体需要上；个性化是课程标准对教学实施的基本要求；技术应用须有数据与评价的规范保障。云溪县在推进教育数字化转型过程中把因材施教作为基础教育质量提升的关键抓手。县教育科学研究所2026年发布的《县域小学教学质量分析报告》显示，全县小学三至六年级学生同一学科内的成绩标准差逐年扩大，五年级数学标准差由2023年的12.6扩大至2025年的15.1，学生之间的学习分化正在加剧。云溪县城关小学作为县域城区学校，三至六年级共32个教学班、学生1468人，班额普遍在45人左右，2023年以来陆续配置了智能终端、课堂互动设备与网络教学平台，硬件条件在县域内相对完备，学校的智能技术应用也已具备一定基础，这些构成了本课题开展的现实条件。（二）现实问题课题组在2026年秋季学期开展的前期观察中发现，学校智能技术的实际用途长期停留在演示工具层面：教师用其播放课件、随机点名、统计答题正确率，而对学生学习差异的判断仍主要依靠个人经验与考试分数。教学常规检查的数据显示，同年级同学科各班平均分差距可达9.4分，班内学生完成同一份作业的用时差距在三倍以上，教师在一节课内可分配给单个学生的注意力时间平均不足1分钟。更值得关注的是差异处理方式的趋同。课题组随机抽取12个班的备课记录与作业记录作分析，发现教师对差异的处理高度集中于简单量化调整，即对学业水平较高的学生增加题量、对学习困难的学生减少题量，而调整任务类型、呈现方式或支持程度的情况不足两成。2027年1月的一项小样本测试更能说明问题：四年级某班在单元练习后按分数把学生分为三组，各组发不同数量的练习卷，一周后的复测显示减题组学生成绩并未提高，其中5人对练习的抵触情绪反而增强。任课教师在与课题组交流时提到："我知道他基础不行，所以就少留一点，但这样一年下来，他落下的知识点反而越来越多。"课题组进一步访谈了46名任课教师与30名学生家长，问题的轮廓逐渐清晰。教师反映的主要困难是缺少判断学生差异的可靠依据，只能看到结果看不到过程，无法确定学生究竟卡在哪个环节；家长反映的主要问题是作业难度与孩子水平不匹配，其中12名家长明确提到孩子"作业经常太简单"或"经常太难"。学生方面，自评经常在别人做完后才做完的占比较高，而自评更愿意通过动手做来学习的比例明显高于课堂中动手类任务的实际占比。这些问题共同指向一个判断：个性化学习难以落地，主要不是教师缺乏意愿，而是缺少可靠的特征识别、可用的适配机制与可信的效果判断工具。（三）拟解决的关键问题第一个关键问题是小学生的学习差异如何被稳定、连续地识别。传统差异识别依赖考试分数与课堂印象，前者只有结果没有过程，后者只有感受没有证据。本课题要解决的是把差异从模糊判断转化为可采集、可追踪、可解释的结构化信息，并保证数据采集量与采集负担在小学阶段可以承受，避免为了识别差异而给师生增加过重负担。第二个关键问题是适配的学习资源与任务如何被持续供给。资源供给的关键不是数量而是匹配。同一知识点上的资源在难度、呈现方式与任务时长上差异很大，若无匹配机制，资源越多学生的选择负担越重。本课题要解决的是建立资源与学习者特征之间的对应规则，使学习任务的分层发生在任务设计环节而非学生分组环节，并让对应关系能够在学习进程中动态调整。第三个关键问题是人工智能支持下的个性化学习效果如何被有依据地判断。个性化学习在实践中容易陷入教师觉得好、学生觉得累的评价困境，也很容易把学生更忙误读为学生学得更好。本课题要解决的是建立一套既含学习结果也含学习过程与学习体验的评估框架，明确各指标的观测方式与数据来源，并区分哪些变化可归因于干预、哪些属于常规教学改进带来的自然增长。三、研究目标与研究内容（一）研究目标本课题的总目标是：以云溪县城关小学为研究现场，构建人工智能支持下小学生个性化学习的实现路径，形成可操作的学习画像框架、资源推送机制、分层任务设计框架与效能评估工具，并通过两年的实践检验验证其有效性，为县域小学推进个性化学习提供可复制的校本方案。具体目标包括四项：一是建立小学生学习画像的维度框架与数据采集方式，使学习差异可被结构化描述并能在日常教学中持续更新；二是形成以资源标签体系为基础的自适应资源推送机制，使适配资源可被持续供给且不增加学生的选择负担；三是开发基础巩固、能力发展、拓展挑战三层任务设计框架，使个性化要求能够落到每一节课的任务设计中而不显著增加教师备课负担；四是建立含学习过程、学习结果与学习体验三个维度的效能评估指标体系与测量工具，使个性化学习的效果可被有依据地判断。（二）研究内容第一项内容是小学中高年级学生个性化学习现状与需求的调研。研究以云溪县城关小学三至六年级学生、任课教师与部分家长为对象，编制《小学生个性化学习需求与体验问卷（学生卷）》与《教师个性化教学实施情况问卷（教师卷）》，设计学生、教师、家长三类访谈提纲，围绕学生如何看待自己的学习特点、教师如何判断学生差异、现有资源与任务是否满足差异需要、学生希望以什么方式学习四个主题展开调研。数据采集采用问卷与访谈结合的方式，问卷用于把握总体分布，访谈用于解释分布形成的原因。产出为《小学生个性化学习现状调研报告》，报告须回答差异在哪里、差异有多大、差异被回应的程度如何三个问题。第二项内容是学习画像维度框架与数据采集方式的构建。研究依据调研结论并结合学习分析的已有成果，确定学业基础、学习偏好、认知风格倾向、学习节奏、学习情绪状态、兴趣指向六个维度，为每个维度设置若干可观测、可采集、可解释的观测点，并明确各观测点的数据来源与采集频次。考虑到小学生的书面自评能力有限，研究拟对抽象自评题作情境化改造，并采用学生自评与教师观察交叉校验的方式提高数据可信度。框架须经两轮实践迭代，剔除在小学阶段采集信度不足的观测点，最终形成《小学生学习画像维度框架与观测点说明》，并确定画像报告的呈现方式，使教师能在两分钟内读懂并用上。第三项内容是自适应资源推送机制与分层任务设计框架的开发。资源方面，研究拟建立覆盖三至六年级六个学科、180个以上知识点的微资源库，为每条资源标注知识点、难度层级、呈现方式、任务时长四个维度的标签，形成资源与学习特征的匹配规则，并设计推送后的动态调整规则。任务方面，研究拟设计三层任务框架，明确三层任务在目标指向、材料复杂度、支持程度与评价标准上的差异，并开发配套的任务单模板与设计流程，使差异体现在任务单而非学生分组上。产出为《人工智能支持下小学生个性化学习路径实施手册》，含完整流程、操作要点与教师决策规则。第四项内容是个性化学习效能评估指标体系与工具的建立。研究拟从学习过程、学习结果与学习体验三个维度出发，分解为学习参与度、学习自主性、学习策略运用、学业质量、能力发展、学习成果质量、学习兴趣、学习获得感、学习负担感受九个二级指标，并细化为可观测的三级观测点。研究据此编制《小学生个性化学习效能量表》，在正式施测前完成信效度检验，同时开发课堂个性化学习观察表与学习负担感受调查表作为补充工具。评估安排为每学期两次过程性评估，前后测分别安排在实践检验阶段的起始与结束。产出为《个性化学习效能评估指标体系》与配套工具包。（三）研究重点与难点研究重点有两个。第一是学习画像框架的可用性，即画像既要刻画得准，又要让教师用得起来。前期观察发现，教师最需要的不是完整的数据报告，而是明确的下一步教学建议，因此画像的呈现方式与建议生成规则是本课题的核心着力点，需要通过多轮实践迭代才能稳定。第二是分层任务的减负设计，即在落实差异的同时不显著增加教师备课负担。若分层设计使教师备课时长大幅增加，做法在县域学校中便难以持续，因此"一备三层"的材料共用机制与操作流程是本课题必须解决好的重点问题。研究难点同样有两个。第一是学生自评数据的可靠性。小学生的作答易受社会赞许倾向影响，学习偏好与兴趣指向两个维度的自评可能存在系统性偏高，如何在有限的问卷长度内通过情境化题目与交叉校验提高数据可信度，是本课题的技术难点。第二是干预效果的归因。两年间学校自身的教学改进与学生的自然发展都会带来成绩变化，如何通过设置对照班、控制前测差异与采集多类证据，把干预的净效应从常规因素中分离出来，是本课题在方法上的难点。四、研究方法与技术路线（一）研究方法及其操作设计文献研究法用于研究全程。研究拟按个性化学习的理论谱系、学习分析与学习者建模、自适应学习与资源推送、分层教学与差异化教学、学习效能评价五个专题分组检索，重点使用2023年至2025年的中文期刊论文与近五年外文文献，形成文献摘要卡并按技术应用、教学改进、评价研究三条线索分类整理，为画像维度确定与评估指标设计提供依据。问卷调查法用于现状调研与效能评估两个环节。现状调研阶段拟编制《小学生个性化学习需求与体验问卷（学生卷）》，含学习兴趣、学习方式偏好、任务难度感受、资源使用体验、自主学习习惯5个维度共28题，采用5点计分；拟编制《教师个性化教学实施情况问卷（教师卷）》，含差异识别方式、教学调整方式、资源使用方式、评价方式4个维度共24题。学生卷拟先在四年级2个班约90名学生中开展预调研，据区分度与信效度分析作删改；正式施测拟覆盖三至六年级全部中高年级班级，教师卷拟面向全部参与教师发放，数据用统计软件完成描述统计与信效度检验。效能评估阶段拟使用《小学生个性化学习效能量表》，前后测各施测一次，作配对样本t检验与效应量计算。设计研究法用于路径与工具的开发环节。研究拟按设计、实施、分析、修订的迭代循环推进，计划完成两轮完整迭代：第一轮在四年级4个班试点，重点检验画像报告的呈现方式与建议生成规则；第二轮扩展至三年级与五年级8个班，重点检验资源匹配规则与任务分层标准的适用性。每一轮均设教师反馈收集环节，反馈意见作为修订的直接依据。准实验研究法用于效能检验。研究拟采用非等组前后测设计，在三至六年级设置实验班14个、学生612人，同时设置对照班4个、学生176人。两组的确定以入学以来学业水平与教师配备的均衡性为依据，前测阶段作组间比较，确认无显著差异后进入正式实施。对照班按原有方式教学，不施以画像、推送与分层任务干预，其余教学条件与实验班保持一致。案例研究法用于过程机制的深度解释。研究拟在三至六年级各选取2至3名学生共12名作为跟踪对象，选取时兼顾学业水平与学习方式偏好的差异，采用学习档案、课堂观察、学生访谈与家长访谈相结合的方式记录其学习变化过程，用于解释效能数据背后的作用机制，并形成2个完整案例与10个简要案例。（二）技术路线本课题的技术路线分为四层。第一层是数据基础层，通过课前诊断任务、学习过程操作记录、学生自陈式自评与教师结构化观察四类来源采集学习数据，明确各数据项的采集频次与使用权限，并建立数据采集与使用的规范。第二层是特征描述层，依据学习画像的六个维度与各观测点对数据进行结构化处理，形成一页式画像卡片，输出当前达标水平、任务用时、稳定性、优势指向与需要提醒的一点五项核心信息及相应的任务层级建议。第三层是适配供给层，按知识点、难度层级、呈现方式、任务时长四个维度的标签组织微资源库，以三级筛选完成资源匹配，同时按使用数据反推资源难度层级；在任务层面按三层框架设计任务单，学生依据建议自主选择起点层级并在完成后申请升降层。第四层是效能回证层，按学习过程、学习结果与学习体验三个维度采集数据，以学期为周期作过程性评估，在实践检验结束时作前后测比较与对照班参照，把回证结果反馈到前三个环节以修订画像维度、匹配规则与任务标准。五、实施步骤与进度安排（一）总体安排研究周期为2027年1月至2028年12月，共两年，总体分为三个阶段。第一阶段为准备与调研阶段（2027年1月至2027年7月），完成课题组组建、文献研读、方案论证、调研工具编制与现状调研，形成调研报告与问题清单。第二阶段为开发与实践阶段（2027年8月至2028年8月），完成画像框架、资源推送机制、分层任务框架与评估工具的开发，并在实验班开展两轮实践检验与修订。第三阶段为总结与推广阶段（2028年9月至2028年12月），完成数据统计分析、成效分析、研究总报告撰写与成果推广。（二）分阶段任务分解时间段主要任务完成标志责任人2027.1组建课题组，明确分工与任务书；建立双周研讨与课题档案制度课题组分工表、档案制度文本吴桂芳2027.2分五个专题检索与研读文献；形成文献摘要卡并分类整理文献综述初稿、文献摘要卡方晓婷、洪志强2027.3专家咨询会修订研究方案；完成开题论证；确定实验班与对照班名单开题报告定稿、样本名单吴桂芳、袁媛2027.4编制学生卷与教师卷及三类访谈提纲；在四年级2个班开展预调研并修订工具调研工具正式版、预调研分析记录方晓婷、袁媛2027.5正式问卷调查；学习数据采集可行性专项测试；确定画像数据来源口径问卷统计结果、数据来源说明洪志强、邹雅雯2027.6学生、教师、家长三类访谈；六个学科课堂观察访谈实录、观察记录表崔建华、宋美玲2027.7数据整理与归因分析；形成调研报告与问题清单《小学生个性化学习现状调研报告》袁媛、吴桂芳2027.8画像维度论证会；情境化自评题测试；确定六维度观测点框架画像维度框架初稿洪志强、邹雅雯2027.9四年级4个班第一轮设计研究；画像报告改版为一页式画像卡片第一轮试点记录、卡片模板吴桂芳、葛立新2027.10建设微资源库并完成四维标签；确定三级筛选匹配规则资源库与标签体系说明邹雅雯、贾鹏飞2027.11三年级与五年级8个班第二轮设计研究；形成实施手册初稿实施手册初稿、第二轮试点记录崔建华、宋美玲2027.12实验班与对照班前测；学习负担感受基线调查；教师操作培训前测数据、培训记录袁媛、吴桂芳2028.1—214个实验班全面实施；编制《每课三问》操作单；听课观察实施日志、观察记录葛立新、方晓婷2028.3—4第一轮反思与修订；推行"一备三层"做法；调整难度标准反思纪要、修订稿吴桂芳、崔建华2028.5—6检验评估指标体系；量表正式施测；开发学科课例指标体系、课例集初稿袁媛、宋美玲2028.7—8后测与补测；数据配对与初步分析；实施手册第二次修订后测数据、实施手册修订版袁媛、洪志强2028.9前后测统计分析与分维度比较；跟踪学生个案整理成效分析数据表袁媛、邹雅雯2028.10撰写研究总报告；编撰典型案例集总报告初稿、案例集吴桂芳、葛立新2028.11专家咨询会修改总报告；论文投稿；校内与区域推广交流总报告定稿、推广记录吴桂芳、洪志强2028.12汇总结题材料；申请结题鉴定结题材料全套、结题申请提交全员六、预期成果与人员分工（一）预期成果课题预期形成七项主要成果，涵盖研究报告、调研报告、工具量表、实施手册、课例与案例等形态，均围绕本课题的核心内容产生，具体安排如下表。序号成果名称成果形式完成时间承担人1《小学生个性化学习现状调研报告》及问题清单调研报告2027年7月袁媛、方晓婷2《小学生学习画像维度框架与观测点说明》及一页式画像卡片工具（量表）2027年9月洪志强、邹雅雯3自适应学习资源标签体系与微资源库资源包2027年11月邹雅雯、贾鹏飞4《分层任务设计流程与任务单模板》工具（量表）2028年4月崔建华、宋美玲5《小学生个性化学习效能量表》及效能评估指标体系工具（量表）2028年6月袁媛、方晓婷6学科课例集（42节）与《小学生个性化学习典型案例集》课例集2028年10月葛立新、宋美玲7《人工智能支持下小学生个性化学习路径实施手册》资源包2028年11月吴桂芳、崔建华8《人工智能支持小学生个性化学习的路径与效能评估研究》总报告及研究论文研究报告、研究论文2028年12月吴桂芳、洪志强（二）人员分工课题组共9人，覆盖语文、数学、英语、科学、道德与法治、综合实践六个学科以及学校信息技术与教学管理岗位，按研究任务作如下分工。姓名分工承担任务吴桂芳主持人，总体设计与统筹方案设计、开题与结题文本撰写、画像卡片定稿、总报告撰写、校内外推广方晓婷调研工具与现状调研学生问卷编制与施测、访谈组织与实录整理、调研报告起草洪志强学习画像与数据分析画像维度框架设计、数据采集口径确定、实施数据统计分析、论文撰写袁媛效能评估与测量效能评估指标体系设计、量表编制与信效度检验、前后测统计与成效分析葛立新实践检验与课例开发实验班实施指导、听课观察与实施日志整理、数学学科课例开发、案例集编撰邹雅雯资源标签与推送机制微资源库建设、四维标签标准制定、匹配规则设计与迭代测试崔建华分层任务设计与手册编写三层任务框架设计、任务单模板开发、科学学科课例开发、实施手册编写宋美玲学科课例与英语学科实践英语学科课例开发、分层任务单范例集整理、学生访谈与数据记录贾鹏飞技术支撑与资料归档学习平台数据采集与导出、资源库目录维护、课题档案管理与材料汇编课题组成员按上述分工承担相应任务，同时全部参与双周研讨、集中培训与阶段成果的交叉审读，保证研究过程的全员参与与相互校验。七、研究保障条件（一）组织保障课题主持人吴桂芳为学校副校长、高级教师，长期从事小学教学管理与跨学科教学研究，主持过市级教育科学规划课题并已结题。学校成立由分管教学的副校长牵头、教务处与信息技术部门共同参与的课题工作小组，把课题研究纳入学校年度工作计划与教学常规管理，每学期至少安排2次专题会议。县教师发展中心对课题给予业务指导，为课题提供咨询与推广渠道。（二）条件保障学校已配置智能终端、课堂互动设备与网络教学平台，班班具备开展学习数据采集的基本条件，校园网络覆盖全部教学班；学校建有学习资源中心，具备资源存储与按学科分类开放的条件。学校图书馆与数字资源库可为文献研究提供资料支持。经费按课题管理办法使用，主要用于调研与差旅、专家咨询、资源建设、培训与资料印刷等支出，学校按1比1配套安排研究经费，保障研究过程不受经费限制。（三）制度保障学校建立三项制度保障研究落实：一是双周研讨制度，每两周集中研讨一次，每次有主题、有主讲、有记录；二是课题档案制度，按方案、工具、数据、课例、会议记录、成果六类分卷归档，由专人负责；三是数据使用规范，明确学习数据的采集范围、保存期限与使用权限，规定画像数据不得用于学生排名与公开比较，采集前向家长说明用途并取得同意。三项制度在课题启动时即行文执行，并在每学期末接受检查。八、参考文献[1]中华人民共和国教育部.教育信息化2.0行动计划[Z].2018.[2]中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）[S].北京:北京师范大学出版社,2022.[3]教育部基础教育教学指导委员会.中小学人工智能通识教育指南（2025年版）[Z].2025.[4]顾小清,李世瑾.人工智能教育应用的现实图景与未来路向[J].中国电化教育,2024(3):1-8.[5]郑永和,王晶莹.生成式人工智能支持下的个性化学习:可能与限度[J].电化教育研究,2024(6):12-19.[6]黄荣怀,周伟.智能技术支持下的大规模个性化学习:挑战与路径[J].中国电化教育,2023(9):1-9.[7]杨现民,李新.学习分析视角下的学习者模型构建研究[J].现代教育技术,2023(5):21-29.[8]武法提,黄石华.自适应学习系统中学习者特征建模的关键问题[J].电化教育研究,2023(2):33-40.[9]董艳,卢琳.学习画像支持下的课堂教学差异化设计[J].课程·教材·教法,2024(4):78-85.[10]吴砥,王美倩.教育数字化转型中的学习数据治理与伦理规范[J].中国教育学刊,2024(8):45-52.[11]曹培杰.人工智能时代的因材施教:内涵、机制