学科教学中融入人工智能素养培养的策略研究-开题报告

PAGE 学科教学中融入人工智能素养培养的策略研究开题报告摘要人工智能素养是学生面向智能时代必备的基本素养，而如何在国家课程框架内、不另设独立课程、不额外增加课时的前提下，把这一素养的培养融入各学科课堂，是当前中小学亟待回答的现实课题。本课题以学科教学中人工智能素养培养的融入策略为研究对象，以云台市云溪县城关小学为主要研究基地，联合协作片区5所小学，覆盖语文、数学、英语、科学、道德与法治、艺术6个学科，针对融入点不清、策略不明、负担偏重、跨学科衔接不畅等突出问题，探索一套落点在学科课堂的融入策略。研究把学生人工智能素养划分为人工智能意识与兴趣、人工智能知识与理解、人工智能应用与创造、人工智能伦理与安全四个维度，拟通过对6个学科4至6年级教材的内容分析梳理融入点，对6所小学4至6年级学生开展问卷调查与深度访谈，在此基础上建构“三维九点”融入点识别方法、“目标—情境—活动—评价”四环嵌入的融入式课例设计路径与跨学科主题学习组织方式，并通过两轮行动研究加以检验。预期形成调研报告、融入点清单、策略框架、课例集、跨学科方案与研究报告等成果，为同类学校在学科课堂中培养学生人工智能素养提供可操作、可复制的路径。课题强调人工智能应用须客观理性，关注技术的内容准确性、数据安全与责任归属等边界与伦理问题。关键词：学科教学；人工智能素养；课程融合；融入点；跨学科主题学习一、课题基本情况表1课题基本情况表项目内容课题名称学科教学中融入人工智能素养培养的策略研究关键词学科教学；人工智能素养；课程融合；融入点；跨学科主题学习课题类别一般资助课题学科分类基础教育研究类型应用研究选题指南编号46课题负责人谷晓琳负责人所在单位云溪县城关小学研究周期2027年1月—2028年12月预期成果形式研究报告、调研报告、融入点清单、策略框架、课例集、研究论文二、研究背景与问题提出（一）政策背景与实践背景近年来，国家层面持续推动人工智能与教育教学的深度融合，并把培养学生适应智能时代的素养作为重要任务。《教育强国建设规划纲要（2024—2035年）》提出实施国家教育数字化战略，强调以数字技术支撑教育高质量发展，对培养学生的人工智能素养提出了要求。《义务教育课程方案（2022年版）》明确提出加强课程综合、注重学科关联，要求各门课程用不少于10%的课时设计跨学科主题学习活动，为学科之间的贯通提供了制度空间。《关于加强中小学人工智能教育的通知》要求推动人工智能教育融入教育教学全过程，明确不同学段的教学要求；《中小学人工智能通识教育指南（2025年版）》进一步指出，中小学人工智能教育可与信息科技、科学、综合实践等课程结合实施，鼓励采用跨学科主题学习方式，避免简单增设课程、加重学生负担。上述部署为在学科教学中融入人工智能素养培养提供了政策依据，也提出了明确的落实要求。从实践背景看，政策要求向学科课堂落地仍存在明显落差。学科教学有既定的教学目标、内容体系与进度安排，教师在完成学科任务的同时承载素养培养，并非自然而然就能实现。本校是一所县城小学，专任教师108人，设6个学科教研组，课程实施基础在县域内相对扎实，但在前期课堂观察中，课题组发现教师对人工智能与学科教学的关联认识普遍不足，融入多停留在“课上演示一次智能工具”的层面，既缺少与学科目标的关联，也缺少素养培养的自觉。如何让学科课堂真正成为人工智能素养培养的载体，需要专门的研究来回答。（二）现实问题课题组在本校及协作片区小学的走访中发现了几方面的突出问题。第一，教师对学科融入点的认识不足。多数教师认为人工智能与语文、道德与法治等学科“关系不大”，只有科学、信息科技学科相对容易融入；教师年均参与人工智能相关教研不足6学时，能够独立设计学科融入式课例的教师比例不足八分之一。第二，已有融入尝试停留在演示层面。部分教师会在课上播放一段智能工具的操作视频或演示一次生成效果，但这种做法多是“教师用、学生看”，缺少学生参与的任务设计，素养培养效果有限。第三，融入设计缺少方法。教师即使愿意融入，也不知道如何处理学科目标与素养目标的关系，容易陷入“为融入而融入”，甚至因融入而挤占学科教学时间，引发进度担忧。第四，学科融入与跨学科主题学习缺少衔接。学科融入以学科课时为主，跨学科主题学习需要多学科协同与排课统筹，二者在实施节奏上存在张力，如何相互衔接尚不清晰。第五，学生素养发展不均衡。问卷显示，学生的人工智能素养呈现“兴趣浓、理解浅、应用弱”的特征，且主要依靠校外接触，校内学科课堂的贡献有限。综合而言，学科教学中融入人工智能素养培养面临的真正难题，不是“要不要融入”，而是“融入什么、怎样融入、融入之后学科教学会不会受损”。还需要注意的是，人工智能技术本身仍在快速发展，生成内容存在准确性不足、可能带有偏见等局限，学生的过度依赖也可能削弱其独立思考。因此，本课题所探讨的融入策略不是鼓励无保留地使用技术，而是帮助师生在理解技术边界与伦理风险的前提下，把技术用在恰当的位置上。（三）拟解决的关键问题本课题拟解决三个关键问题。一是学科教材与课堂中可供承载人工智能素养培养的融入点在哪里、分布如何。即通过内容分析与课堂观察，弄清各学科内容与教学环节中与人工智能素养四维发生关联的节点及其分布特征，形成覆盖6个学科的融入点清单，使融入建立在可靠的依据之上，而不是凭经验随意选择。二是怎样的融入策略能够实现学科教学目标与人工智能素养培养的相容统一。即回答“怎么融”，通过“目标—情境—活动—评价”的嵌入设计，使素养培养服务并依托学科教学目标，做到不增加课时、不改变学科主干、不加重教师负担。三是融入策略对学生的人工智能素养与学科学习产生了什么影响、是否可持续。即通过前后测与课堂观察检验融入的实际效果，明确策略发挥作用的适用条件，使成果具备可复制性与可持续性。三、研究目标与研究内容（一）研究目标本课题的总目标是：立足小学课程体系与学科教学实际，梳理各学科中人工智能素养的培养融入点，建构并检验一套不另设课程、不增加课时、落点在学科课堂的融入策略，形成可操作、可复制的实践方案，为学生人工智能素养培养提供学科路径。围绕这一总目标，拟实现四项具体目标。第一，形成覆盖6个学科的人工智能素养融入点清单与分布图谱，使教师明确“融什么、从哪里融”。第二，建构学科融入策略框架与融入式课例设计路径，形成可供教师直接使用的融入点识别方法与设计模板，使教师明确“怎么融”。第三，设计跨学科主题学习方案，使学科融入与综合运用相互衔接，形成8个跨学科主题学习活动。第四，检验并推广研究成果，通过两轮行动研究检验融入策略对学生人工智能素养与学科学习的影响，形成课例集、实施建议与研究报告，并在协作片区与县域内推广应用。四项具体目标由诊断到设计、由建构到检验、由检验到推广，构成一个完整的研究链条。（二）研究内容第一，各学科人工智能素养融入点的梳理与分析。以《义务教育课程方案（2022年版）》与各学科课程标准为依据，把学生人工智能素养划分为人工智能意识与兴趣、人工智能知识与理解、人工智能应用与创造、人工智能伦理与安全四个维度，对语文、数学、英语、科学、道德与法治、艺术6个学科4至6年级教材进行内容分析，结合课堂观察，梳理与四维发生关联的融入点，分析其在学科、维度与教学环节上的分布特征，形成融入点清单。做这项内容的目的是摸清“融什么”，为融入设计提供依据，产出融入点清单与分布分析。第二，学科融入策略框架的建构。针对调研中反映的“融入随意、缺乏自觉”问题，从融入点识别与融入式设计两个层面建构策略。一方面提出“三维九点”融入点识别方法，从学科内容、教学环节、跨学科主题三个方面帮助教师定位融入点；另一方面形成“目标—情境—活动—评价”四环嵌入的设计路径，把素养目标嵌入学科教学目标，把人工智能情境嵌入学科内容，把体验与创造任务嵌入学科活动，把素养表现嵌入学科评价，使素养培养与学科学习相互促进，形成策略框架与课例设计模板。第三，跨学科主题学习的设计。围绕人工智能相关主题，整合两个以上学科设计主题学习活动，明确主题选择、任务设计与学科协同方式，使学生在真实问题解决中综合运用学科知识与人工智能素养。跨学科主题学习利用综合实践活动与学科整合课时统筹安排，不额外增加课时，形成8个跨学科主题学习方案，解决学科融入与跨学科综合之间衔接不畅的问题。第四，融入策略的实践检验与课例开发。开发融入式课例设计模板、课堂观察量表与教师工作坊方案，在本校6个教研组与3所协作学校开展两轮行动研究。第一轮试点重点解决融入点如何聚焦、任务如何让学生参与、评价如何落地等问题；第二轮扩展范围并增加跨学科主题学习比重。两轮共开发融入式课例84节，通过前后测、课堂观察与教研记录收集数据，检验策略有效性并迭代优化，产出课例集、检验数据报告与实施建议。（三）研究重点与难点研究重点有两个。一是融入点的识别与融入式课例的设计。融入能否成功，取决于融入点是否与学科目标自然关联、能否在不改变学科主干的前提下承载素养培养。重点在于建立可操作的融入点识别方法，形成“目标—情境—活动—评价”的设计路径，把素养目标与学科目标统一起来，避免融入流于形式或以技术挤占学科教学。二是融入策略的实践检验与跨学科衔接。学科融入的成效需要在真实的学科课堂中验证，而单一课例的检验又难以反映常态。重点在于通过两轮行动研究检验策略的可行性与有效性，并把零散的学科融入与跨学科主题学习衔接起来，形成“学科融入—跨学科综合—反馈改进”的闭环。研究难点有两个。一是如何在不增加课时、不加重教师负担的前提下实现有效融入。学科课时紧张、教师备课时间有限，融入若需要额外寻找素材、学习复杂操作，很难持续。如何设计低门槛、可复用的融入任务与共享资源，是实践中的主要难点。二是如何科学测量融入的实际效果。学生素养的变化较为缓慢，前后测自评数据易受社会赞许效应干扰，学科学习表现的变化也难以用单一指标刻画，如何结合课堂观察与访谈形成较为可靠的证据链，是需要克服的方法难点。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。系统检索与梳理国内外关于人工智能素养、课程整合、跨学科主题学习与学科教学的相关文献与政策文件，重点分析学生人工智能素养的内涵框架、学科融入的路径与跨学科主题学习的组织方式，为概念界定、工具编制与策略建构提供依据。文献研究贯穿研究全过程，要求形成不少于两万字的文献综述笔记，并据此界定本课题的核心概念。内容分析法。以语文、数学、英语、科学、道德与法治、艺术6个学科4至6年级教材为对象，建立分析类目，围绕人工智能素养四维逐单元编码，梳理与四维发生关联的融入点并统计其分布。编码由两名成员独立完成，对不一致处经讨论确定，以保证分析的可靠性，最终形成覆盖6个学科的融入点清单。问卷调查法。编制《小学生人工智能素养调查问卷》，共四个维度、30道题目，采用五点计分，先在62名学生中开展预调研，根据作答反馈删改题目2道并形成正式问卷，正式问卷的信度与结构效度均须达到可接受水平。正式调研在6所小学4至6年级发放问卷1150份，回收有效问卷1083份；效果检验阶段在参与班级开展前后测，配成有效样本486份。数据使用统计软件进行信效度检验、描述统计与差异检验。访谈法。编制面向教师与学生的半结构化访谈提纲各一份，围绕融入体验、能力短板、支持需求与伦理认识等主题展开访谈。拟访谈学科教师32人、学生45人，共77人次，每次约20至35分钟，征得同意后录音转写，采用主题编码方式分析访谈文本，归纳主题并统计出现频次，与问卷数据相互印证，用以解释师生行为背后的真实原因。课堂观察法与行动研究法。制定课堂观察量表，围绕融入点的自然度、学生参与度与素养表现进行记录，两轮行动研究共观察课例84节。在本校6个教研组与3所协作学校开展两轮“计划—行动—观察—反思”的行动研究，第一轮试点、第二轮扩展并行跨学科主题学习，边实践、边反思、边调整，使融入策略在实践中不断修正与完善；同时选取两个学科教研组与两名学生进行案例追踪，形成完整的案例材料。（二）技术路线本课题的技术路线按三个层次展开。第一层是问题与现状层，通过文献研究明确研究问题与理论依据，通过内容分析梳理各学科融入点，通过问卷调查与访谈摸清学生素养现状与学科融入需求，形成现状诊断结论与融入点清单。第二层是设计与检验层，在现状诊断的基础上建构“三维九点”融入点识别方法与“目标—情境—活动—评价”四环嵌入设计路径，设计跨学科主题学习方案，并通过两轮行动研究在真实学科课堂中检验其可行性与有效性。第三层是总结与推广层，对检验结果进行系统分析，凝练认识性成果与操作性成果，形成研究报告、策略框架、实施建议与课例集，并在协作片区与县域内推广应用。三个层次层层递进，现状为设计提供依据，设计为检验提供对象，检验为总结提供证据，总结又为后续研究提供方向。五、实施步骤与进度安排（一）总体安排本课题研究周期为2027年1月至2028年12月，共两年，分三个阶段推进。准备与调研阶段主要完成方案设计、组织建设、工具编制与融入点梳理，开展现状调研并形成诊断结论。设计与实践阶段主要完成融入策略框架建构、融入式课例设计路径与跨学科主题学习方案开发，并开展两轮行动研究。总结与推广阶段主要完成数据复核、成果凝练与推广工作。各阶段之间既相对独立又相互衔接，前一阶段的成果构成后一阶段的依据。在时间安排上，考虑到小学的工作节奏，调研尽量避开期末与开学初的高峰期，融入式课例研讨尽量与教研组活动时间合并，跨学科主题学习借助综合实践活动课时统筹，行动研究的两轮之间设置中期复盘，以便及时吸收实践经验、调整研究设计。课题组统一以每季度为一个检查节点，对照计划核查进度，确保研究按预定安排推进。（二）分阶段任务分解表2分阶段任务分解表时间段主要任务完成标志责任人2027年1月—3月组建团队、论证方案、编制并预试研究工具、确定协作学校、开展融入点试分析形成研究实施方案与调查工具初稿谷晓琳、臧晓彤2027年4月—7月开展教材内容分析、问卷调查与深度访谈，统计分析数据，形成诊断结论形成融入点清单与现状调研报告郭文彬、罗凤霞2027年8月—11月建构融入策略框架与四环设计路径、开发跨学科主题学习方案与课例设计模板形成策略框架与设计模板夏晓琳、钱晓红2027年12月—2028年8月开展两轮行动研究、开发融入式课例、检验并优化融入策略形成课例集与检验数据报告章嘉豪、魏家豪2028年9月—12月复核数据、凝练成果、撰写研究报告与论文、组织推广形成研究报告并完成结题谷晓琳、喻宏伟第一阶段是整个研究的基础，重点在于把研究问题转化为可操作的方案，并取得协作学校与本校教研组的理解与支持。教师对“融入会不会影响学科进度”普遍心存顾虑，本阶段将通过与教学管理人员、学科教师的充分沟通，明确研究嵌入常态教学与教研、不额外增加课时与书面材料的原则，避免研究一开始就遭遇抵触。第二阶段是研究的关键，其质量直接决定后续设计的依据是否可靠，因此要求融入点梳理与问卷、访谈数据相互印证，避免仅凭单一来源下结论。第三阶段跨度最长，承担着融入策略检验与优化的重任，要求在两轮行动研究之间进行充分复盘。收尾阶段的任务较为集中，需要在复核全部数据的基础上完成成果的凝练与表述，防止仓促收尾。六、预期成果与人员分工（一）预期成果表3预期成果一览表成果名称成果形式完成时间承担人小学生人工智能素养与学科融入现状调研报告调研报告2027年7月谷晓琳、罗凤霞小学生人工智能素养调查问卷及教师、学生访谈提纲工具2027年6月罗凤霞、喻宏伟6个学科人工智能素养融入点清单融入点清单2027年10月臧晓彤、郭文彬学科融入人工智能素养培养策略框架（三维九点与四环路径）策略文本2027年11月钱晓红、夏晓琳融入式课例设计模板与跨学科主题学习方案工具、方案2027年11月夏晓琳、魏家豪学科融入人工智能素养培养融入式课例集课例集2028年8月章嘉豪、臧晓彤学科融入人工智能素养培养实施建议策略文本2028年10月钱晓红、魏家豪学科教学中融入人工智能素养培养的策略研究总报告研究报告2028年12月谷晓琳、喻宏伟相关研究论文研究论文2028年12月臧晓彤、夏晓琳（二）人员分工表4课题组成员分工表姓名分工承担任务谷晓琳课题主持总体设计、组织协调、策略凝练、研究报告撰写臧晓彤融入点研究教材内容分析、语文融入点梳理、课例开发夏晓琳课例设计数学学科融入设计、融入式课例设计模板编制郭文彬技术服务科学学科融入设计、工具筛选验证与资源库建设章嘉豪行动研究两轮行动研究组织、课例研磨与课堂观察喻宏伟数据评估数据统计与成效分析、技术平台支持罗凤霞工具编制学生问卷与访谈提纲编制、信效度检验魏家豪跨学科设计跨学科主题学习方案设计、英语学科融入设计钱晓红策略凝练融入策略框架整理、实施建议撰写与成效评价七、研究保障条件（一）组织保障课题由云溪县城关小学主持，负责人谷晓琳长期从事小学课程与教学管理工作，熟悉学科教学与校本教研的实际情况。课题组由本校骨干教师与协作片区教师组成，成员在学科教学、课程与教学、教育技术、教育信息化、教育测量与评价、计算机应用等方面各有专长，分工明确、结构合理。研究得到云溪县教研室与教师发展中心的业务指导，并与5所协作小学签订了合作意向，为研究的组织推进提供了保障。课题组主要成员此前已共同完成两项与本课题相关的市县级课题，具备较为完整的研究经验，能够围绕学科融入这一共同方向协同工作。（二）条件保障云溪县城关小学为课题研究提供了专门的活动场地与办公条件，配备可满足研究需要的计算机与网络环境，并建有校本资源库与录播教室，能够支撑课例录制与研讨观摩。学校已建立教研组活动的常规时间安排，便于把融入式课例研磨嵌入常态教研。课题组可依托县教师发展中心的资源库与培训资源开展研究，并利用学校图书馆与数字资源查阅文献。研究经费按课题管理办法使用，主要用于资料购置、调研开展、课例录制与成果印制。（三）制度保障课题组建立了例会制度、分工协作制度与过程留痕制度。每月召开一次课题组例会，通报进展、研讨问题；各成员按照分工承担相应任务，重要事项集体讨论决定；研究过程中的问卷数据、访谈记录、课例材料与课堂观察记录均建立台账、及时归档，确保研究过程可追溯、成果可检验。同时，研究纳入学校学期教学与教研工作计划，与学科教研组常规活动相结合，避免研究与实践“两张皮”。学校还建立融入式课例研磨与教研组学期考核相衔接的激励办法，为教师持续参与提供制度支持。八、参考文献[1]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.[2]教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京:北京师范大学出版社,2022.[3]中共中央、国务院.教育强国建设规划纲要（2024—2035年）[Z].2025.[4]教育部.关于加强中小学人工智能教育的通知[Z].2024.[5]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.[6]教育部.教师数字素养（教育行业标准JY/T0646—2022）[S].北京:教育部,2022.[7]顾小清,李世瑾.人工智能教育应用的理性审视与推进路径[J].电化教育研究,2023(6):12-19.[8]杨现民,李新.人工智能素养的内涵框架与培育路径[J].现代教育技术,2023(9):18-26.[9]钟柏昌,刘晓凡.中小学人工智能教育的实施路径与课程形态[J].中国电化教育,2024(2):88-95.[10]郭华.跨学科主题学习的意义、设计与实施[J].课程·教材·教法,2023(6):4-11.[11]安桂清.论跨学科主题学习的价值与设计[J].教育科学研究,2023(7):33-40.[12]崔允漷,雷浩.素养导向的学科教学与课程整合[J].中国教育学刊,2024(1):12-18.[13]张华.论学科融合与课程综合化实施[J].课程·教材·教法,2024(5):22-29.[14]王志军,陈丽.人工智能素养教育融入学科教学的路径研究[J].现代教育技术,2024(4):45-53.[15]汪琼,