江苏省陶行知研究会课题

开 题 报 告

课  题  名  称  基于“教学做合一”思想的九年

一贯制学校人工智能课程研究

课 题 批 准 号           JSTY14172                       

课  题  类  别            一般规划              

专  业  方  向                 人工智能                          

课 题 负 责 人              吴翔                   

单  位  名  称       苏州工业园区朝前路实验学校                             

江苏省陶行知研究会二O一七年制

一、问题的提出及研究意义

2017 年 7 月，国务院印发 《新一代人工智能发展规划》，其中明确提出要在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。 2019 年 5 月，教育部部长陈宝生在国际人工智能与教育大会上发表主旨报告，再次强调要在中小学设置人工智能相关课程，推进普及教育。基础教育阶段的人工智能教育受到重视，并被写入国家发展战略。苏州市积极响应国家号召，在全国率先开展中小学 (义务教育阶段) 人工智能课程实验工作。

人工智能技术比较全面的综合了现代工业设计、材料、机械、电子、计算机软硬件、人机交互等诸多领域的先进技术，开展人工智能教育，不仅有利于信息技术教育的发展；更有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法；有利于高素质人才的培养。人工智能教育为“教学做合一”思想提供了一个可操作性的平台。

通过本课题的研究，形成一套知识点循序渐进的人工智能教育的校本特色课程。在实践中找出人工智能教育在实践过程中的问题和需要改进的地方，解决问题，完善教学体系，让人工智能教育真正在学校中普及，惠及所有学生。在人工智能搭建过程中培养学生空间思维，丰富机械结构知识，在人工智能编程中强化学生逻辑思维能力和创新能力，让学生真正在人工智能创新课程中受益。

二、课题的核心概念及其界定

教学做合一是陶行知先生倡导的教学论思想，他认为，教学做合一是生活现象的说明，也是教育现象的说明。在生活里，对事说是做，对己之长进说是学，对人之影响说是教。课题以教学做合一为理念，通过设计人工智能课程、结合生活中的问题、开展小组合作、搭建展示平台和鼓励创新等方式，对人工智能课堂教学进行有效探索和实践。

九年一贯制学校：初中小学在同一所学校，学生可以更好的循序渐进的学习人工智能知识，小学人工智能教育以体验为主，实验为进阶，应用为拓展，着重学生的人工智能技术体验与实践实验；初中以实验、应用为主，自低年级到高年级，按照学生认知发展规律，自上而下，减少体验环节比重，遂渐加重实验、应用环节比重，加深学生对人工智能原理的理解，提高应用人工智能技术解决身边问题能力，在此过程中培养学生的能力素养及科技创新精神。

人工智能课程是指把人工智能学看成是一门学科，在学校的正常的教育中开展，以校本课程的方式，使所有学生普遍掌握关于人工智能学的基本知识与基本技能。培养学生的动手能力、逻辑思维能力、分析问题解决问题的能力和科技创新的精神。

三、国内外研究现状述评

（1）国内人工智能课程研究现状

国内基础教育领域有关人工智能教育的开展中，竞赛模式依然占据绝对的主导地位。即使在经济发达地区，中小学机器人教育的普及率依然很低。在已经开展了机器人实验的学校，也只限于在兴趣小组中开展教学和参加各种机器人竞赛，即便那些号称开展机器人普及教育的学校，只是局限于一两个班级规模的校本选修课，覆盖面依然小。虽然现在国内外都在大力倡导中小学人工智能教育，但中小学人工智能教育当前也面临着诸多的难题，一是对于人工智能课程的定位还不是很清晰；二是现在的中小学有些课堂教学照搬人工智能学科中较为深奥和复杂的理论模型，对于普通学生来说就很难深入去理解与吸收。

（2）国外人工智能课程研究现状

过去五年，美国与中国都在推广人工智能教育方面取得了重大进步，但两国实现教育目标的方法不同。美国人工智能课程的整合在深度与广度方面并不均衡，因为最终确定和实施课程标准仍是各州和地方学区的工作。美国不少州已采取措施，将人工智能加入到从幼儿园到12年级（K-12）的教育中。然而，很多学校仍缺乏计算机科学教育。从2019年到2021年，28个州采取政策支持K-12计算机科学教育，但各州之间差距巨大。此外，各机构提供人工智能教育资源。人工智能发展协会（AAAI）与CSTA合作发起AI4K12项目，目标是为K-12学生开发国家人工智能教育指导原则，目前是供教师使用的线上资源库，由国家科学基金（NSF）和卡内基梅隆大学提供资助。此外，非营利性人工智能教育项目（AI Education Project）为全国的学校与教师提供自己的人工智能课程。

四、研究的目标、内容（或子课题设计）、假设和重点难点

1.研究的目标：

（1）知识目标：了解人工智能的硬件搭建结构和软件编程、等方面的基本知识。

（2）技能目标：能进行人工智能程序设计与编写，能创新性的拼装多种具有实用功能的人工智能，能自主编程控制人工智能完成某些特定的任务及实现某些功能。

（3）情感目标：培养对人工智能技术的兴趣，真正认识到智能人工智能对社会进步与经济发展的作用。

2.研究内容(子课题)

（1）人工智能课堂教学的现状调查分析；

（2）人工智能课堂教学策略路径研究（难点）；

（3）人工智能高效课程的构建及典型案例研究（重点）

五、研究的思路、过程、理论基础与方法

1.研究思路、过程

（1）通过人工智能教学实践，了解、掌握人工智能创新课程实施中课堂教学的状况、存在的主要问题以及问题产生的原因，进行比较科学的综合评估。

（2）通过学生的反馈，探索解决问题的切实可行的策略，予以实施。本课题组教师亲身体验和学生及时沟通，找到最切实最有效解决问题的方法。  

（3）通过学生的反馈，适当的修改校本课程内容，做到知识点，难点层层递进，让学生更加轻松，更加高效的学习人工智能课程。

（4）提高教师人工智能课堂教学经验，使教师在课题研究过程中学到更多有关有效课堂教学、有效学习方式等方面的新的前沿教学方法，形成高效课堂教学。

（5）形成符合教学实际的人工智能创新教育教学理论、积累有效教学和有效学习方式的典型案例与反思、制作高效课堂教学学习方式的教学课件、教学设计，制作与校本课程匹配的教学资源。

2.研究理论

伴随着信息技术教育的深入，中小学人工智能教育进入课程已是必然趋势。人工智能教育将使学生了解关注智能人工智能这个学术前沿领域的发展和应用情况，了解智能人工智能的理念和工作方式，破除学生对智能人工智能的神秘感和困惑；了解智能人工智能怎样在人的指挥下进行工作；可提高学习计算机语言和程序设计的兴趣；以及在此过程中学到科学币高效的思维方式7，提高逻辑思维能力、规划能力、提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生在极大的兴趣和实践中不断的探索、尝试和创新，学会研究、学会直面挫折，培养坚韧和创新精神。人工智能教育正在逐步引起教育者的关注，国内有一些学校正在开展人工智能教育的试验和探索，并取得了一些教学成果，有的还得到了推广和应用。因此，基于“教学做合一”思想，如何让学生在“做”的过程中更好的提高科技素养和创新精神是我们研究的重点。

3.研究方法

（一）文献研究法。通过阅读国内外专家的著作、报告、论文、国内外中小学人工智能课程典型案例经验和做法等,系统搜集和整理陶行知“教学做合一”主要思想理念、基本观点,学习和领会国家教育部相关课程标准,为本课题深入研究找到理论支撑和借鉴。

 （二）调查研究法。通过问卷调研，了解人工智能课堂教学、各年龄段中学生存在的问题和状况，了解师生对于问题的想法和建议，为深化课程的实践路径和评价体系研究打下现实基础。

 （三）案例研究法。收集中小学人工智能课程的成功经验和典型案例, 体现代表性和示范性，为课题组研究提供范本，并对其进行深度剖析,提炼精华，吸取教训，从而进一步优化提升人工智能校本课程的实施过程。

 （四）比较研究法。对课题研究前后的人工智能课堂教学进行对比研究，从对学生发展的影响寻找“教学做合一”思想下的的人工智能课程实施价值所在，对国外人工智能课程的实施情况、省内人工智能课程的实施情况进行比较研究中，给我校的人工智能课程体系提供有价值参考。

六、主要观点与可能的创新之处

通过本课题的研究，形成一套知识点循序渐进的九年一贯制学校人工智能教育的校本特色课程，因为九年一贯制的特殊性，让学生能更好的体系化的学习、应用人工智能知识，在实践中找出人工智能教育在实践过程中的问题和需要改进的地方，解决问题，完善教学体系，让人工智能教育真正在学校中普及，惠及所有学生。学生在人工智能课程的学习中培养学生空间思维，丰富机械结构知识，在程序设计中强化学生逻辑思维能力和创新能力，让学生真正在人工智能创新课程中受益。

小学人工智能教育以体验为主，实验为进阶，应用为拓展，着重学生的人工智能技术体验与实践实验，在高年级增加实验和应用环节的比重。中学人工智能教育则是以实验、应用为主，自低年级到高年级，按照学生认知发展规律，自上而下，减少体验环节比重，遂渐加重实验、应用环节比重，加深学生对人工智能原理的理解，提高应用人工智能技术解决身边问题能力，在此过程中培养学生的能力素养及科技创新精神。

此课题基于陶行知“教学做合一”思想，借助九年一贯制学校的特殊性和有利条件，小学人工智能教育以体验为主，实验为进阶，应用为拓展，着重学生的人工智能技术体验与实践实验；初中以实验、应用为主，自低年级到高年级，按照学生认知发展规律，自上而下，减少体验环节比重，遂渐加重实验、应用环节比重，加深学生对人工智能原理的理解，提高应用人工智能技术解决身边问题能力，在此过程中培养学生的能力素养及科技创新精神。

七、研究进度与预期成果

通过本课题的研究，计划三年内形成一套知识点循序渐进的人工智能教育的校本特色课程。第一年完成基础课程的设计与尝试；第二年对具体实施过程中遇到的问题进行完善修改；第三年形成高效创新的人工智能课程并应用到实际教育教学中去。在实践中找出人工智能教育在实践过程中的问题和需要改进的地方，解决问题，完善教学体系，让人工智能教育真正在学校中普及，惠及所有学生。在人工智能搭建过程中培养学生空间思维，丰富机械结构知识，在人工智能编程中强化学生逻辑思维能力和创新能力，让学生真正在人工智能创新课程中受益。

八、研究基础、参考文献与保障条件

承担本课题的老师都是从事人工智能教育的一线教师，且都具备至少8-10年的人工智能教育教学经验。

负责人吴翔老师，是苏州工业园区杰出科技工作者，优秀标兵，担任苏州工业园区科技协作组智控机械（人工智能）组组长，负责园区科技老师此方面的培训工作，曾获得苏州市青少年科技创新市长奖耕耘奖，在全国各级各类科技创新、人工智能机器人竞赛中辅导学生多次获全国冠军，在本市青少年科技创新和机器人方面有很高的知名度，主持省级人工智能相关课题已结题、发表人工智能教育相关论文20余篇在国家、省、市教育主管部门杂志发表。此外课题研究的老师都经验丰富，对人工智能教育也有各自独特的见解，故一同申报此课题研究，希望能让人工智能创新教育真正融合与课堂，惠及于在校学生！

此外，学校还为此课题专门配备了人工智能实验室一间，内含研究及人工智能课堂所需的一切硬件设备：如多媒体设备、鲸鱼机器人、vex、microbit等人工智能及创客设备、场地等。学校一直在持续开发和完善人工智能校本课程,研究也将在三年内完成。