立项号

2019XKT-XXKX001

课题名称

人工智能在小学科创教育中的实践研究

负责人

王志宏

所在单位

西安高新国际学校、西安高新第九小学、高新区第十一小学

课题研究的背景和意义

1.国家政策要求。从2015年开始，国家先后制定了若干政策鼓励人工智能领域，并将其纳入国家"十三五"规划。2017年7月中国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提到，“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程”。在2018年的两会中，人工智能被再一次写入政府工作报告，人工智能教育已经上升到为国家战略层面。

2.社会发展需要。随着知识经济、信息化、智能化和全球化时代的到来，社会的发展趋于多元化、综合化，教育的本质已经从简单的向学生传递知识、培训技能转向培养学生的多元化能力。人工智能教育对培养学生批判性思维、沟通能力、协作能力、创新创造能力有着深远的影响，不仅可以很好地提高学生的高阶认知素养和社会发展性素养，而且对国家未来的创新能力和核心竞争力有决定性的影响。

3.未来人才需求。人类在享受科技带来的便利的同时，也面临前所未有的挑战。未来的人才不仅要与人相处，还要学会与机器和人工智能相处。有报告指出：未来10-20年，英美50%人类的工作，将会被人工智能所取代，而人类的创新能力是AI永远无法取代的。

4.学生发展渴求。面对未来，学生发展的核心素养就是创新思维、计算思维以及任务分解、抽象建模的能力、利用人工智能自动化实现的能力。人工智能教育的过程恰是对人思维完整性和逻辑性进行训练的过程，在这个过程中培养学生的未来视野、想象力和创新精神，培养孩子AI抢不走的竞争力。

5.现有教材不足。中小学人工智能教育已箭在弦上，可现行小学科创教材、教具却显得捉襟见肘。校内，现有教材几乎很少涉及人工智能领域；在校外，一些培训机构和大量相关书

籍大都仅仅进行编程案例指导，停留在就编程而说编程，无法有效地培养学生的计算思维与创新能力，更谈不上创造性地解决实际问题。

在智能时代到来之际，开设人工智能创新课程已经成为中小学教育的必然选择。本课题旨在将人工智能教育融入STEM教育，依据小学生各年龄阶段的认知特点，设计开发人工智能教育教学项目与课程，培养学生的计算思维与创新创造能力。

课题名称的界定和解读

针对小学各阶段学生认知特点，将人工智能教育融入到STEM课程设计与实践中，以有梯度的项目任务为驱动，设计开发人工智能教育教学项目与课程，培养学生的计算思维与创新创造能力。

课题研究目标和研究内容

（一）研究目标

在“高新全人”教育理念的指导下，将人工智能教育融入到STEM课程设计与实践的方法，逐渐形成“理解问题——分解任务——抽象建模——合作实践——找出路径”的解决实际问题的思路与方法，培养学生的计算思维和解决问题的能力，发展可持续创新的能力，让孩子更好地适应明天的生活。

（二）研究内容

1.当前研究背景与研究现状

（1）国家教育部对中小学人工智能教育的政策及对人工智能课程在基础教育中的开展与实施的关注；

（2）人工智能教育在我校开展的现状，包括课程类型、参与对象、受关注度、取得效果、存在的挑战；

2.人工智能在我校科创教育教学中的实践研究

（1）开展人工智能课程设计的策略与方法的理论研究。通过广泛的调研和深入的研究，结合国内外优秀人工智能教育理论与教学案例，研究确定适合我校校情与学情的人工智能课程设计模式。

（2）研究适合我校各学段的分层次人工智能教学

①设计适合各年龄认知规律与学习兴趣点的课程框架体系，基于课程标准，从学生认识规律出发，结合学生生活，分层次、有梯度地建立人工智能课程体系。

②基于STEM教育理念，以真实问题、真实情景为出发点，开展“问题式学习”和“项目式学习” 两种教学模式，在实施过程中注重培养学生合作探究、沟通表达及问题解决能力，发展学生批判思维与创新思维，促进学生核心素养的形成。

（三）研究思路

1.目标分级。基于STEM课程设计理念，本课题组在我校人工智能教育教学设计中采用了基于问题解决、基于项目探究两种形式。紧密围绕我校“高新全人教育”理念，通过分析美国，英国、德国、以色列、芬兰、等发达国家科学教育改革内容、课程案例以及我国2017版小学科学课程标准中课程目标、国内先进的人工智能教育实践研究案例，在我校小学STEM课程中，在充分考虑各学段学生认知水平与兴趣特点的基础上，确保课程开展的环境和内容设置的连贯性，建设分层次、有梯度的人工智能课程设计与实践目标。

2.以赛促建。根据我校人工智能教育教学现状，组建人工智能学生社团：机器人WER社团、智能硬件社团、Scratch趣

味编程社团、3D打印设计社团等，并积极组织学生参加各级各类相关科技类竞赛，在于兄弟学校的比赛交流中找不足、促改进，最后摸索出一条培养学生“4C能力”及综合素养提升的教育教学活动实践路径。

课题研究的步骤和举措

第一阶段：研究准备阶段（2020年9月——2020年10月）

（1）成立课题组，落实研究人员及职责，确立课题，做好开题工作。

（2）分析研究现状，查找文献，开展理论学习培训，撰写、修改、完成课题研究方案。

第二阶段：实践探索阶段 （2020年10月—2021年3月）

（1）小学低段认识应用人工智能。小学低年级阶段，认知水平有限，拟研究以认识和简单应用人工智能工具为主，激发低段学生学习人工智能的兴趣，初步培养其科学素养，培养其系统性思维。

（2）小学中高段开发创新人工智能。将人工智能教学与数学、自然科学、社会科学相融合，采用模块化编程帮助学生理解数学计算过程、建立数学思维、空间概念，综合利用智能硬件、开源图形化编程及3D打印辅助解决生活实际问题，培养学生的编程思维和创造性解决问题的能力。

（3）加强选择课程和竞赛课程的研究。针对学生学习兴趣和能力，为学生开设人工智能提升课程，图形化编程、机器人、智能硬件等课程内容的序列化设计、竞赛规程明晰化，提升学生的实践能力和竞赛水平。

第三阶段：课题总结阶段 （2021年3月—2021年5月）

（1）整理研究资料，总结成果，撰写研究报告。

（2）形成小学生人工智能课程设计与实施策略。

课题成果的预期和呈现

1.明确小学生人工智能教育教学内容体系。设计教学项目、主题，依据学生认知发展特点，建立适合小学生认知特点的人工智能内容。

2.确定小学生人工智能教育教学方式。以发展学生核心素养为目标，设计项目学习方式，将人工智能教育切实落地。

3.撰写发表人工智能在小学科创教育中的实践应用相关论文，撰写研究报告。