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题目:人工智能创意智造项目融入中小学综合实践活动课程的研究

题目:人工智能创意智造项目融入中小学综合实践活动课程的研究

人工智能赋能教育教学改革专项课题论证活页

课题名称:人工智能创意智造项目融入中小学综合实践活动课程的研究

本活页参照以下提纲撰写,突出目标导向、问题意识、学科视角,要求逻辑清晰,层次分明,内容翔实,排版规范。除“研究基础”外,本表与《申请书》表二内容一致。

1.[选题依据]国内外相关研究的学术史梳理及研究进展(略写);相对于已有研究同类项目的独到学术价值和应用价值。

2.[研究内容]本项目的研究对象、总体框架、重点难点、主要目标等。

3.[思路方法]本项目研究的基本思路方法、具体研究方法、研究计划及其可行性分析。

4.[创新之处]在学术思想、学术观点、研究方法等方面的特色和创新。

5.[预期成果]成果形式、使用去向及其预期社会效益等。

6.[参考文献]开展本项目研究的主要中外参考文献。

一、选题依据

(一)国内外相关研究的学术史梳理及研究进展

   人工智能教育在基础教育层面的落点,这几年变化很快。2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》,第一次从国家战略层面提出"在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育",这是国内人工智能基础教育从零散试点转向顶层布局的分水岭。到了2022年,《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》把人工智能列为信息科技课程的一条逻辑主线,从义务教育起始年级就开始涉及。围绕"中小学的人工智能到底该学什么、怎么教",学界讨论并不少:吴砥等从核心素养和课程内容范围入手,试图把中小学人工智能教育的边界说清楚;李锋、王吉庆等更关心人工智能课程的目标定位和实施路径,强调不能把高校的讲法简单下放;祝智庭等则早在做创客和计算思维研究时,就把"动手造物"当作培养创新能力的重要抓手。国际上的脉络同样清晰,从Papert的建构主义学习思想(Logo语言,《Mindstorms》,1980)到Resnick提出的"终身幼儿园"理念(Scratch的诞生背景,2007),都强调儿童在"做中学""造中学"里生成可迁移的思维方式;Stager和Martinez在《Invent To Learn》(2013)里把"制造即学习"讲得相当系统,这本书对后来的创客课堂影响很大。

综合实践活动课程这一头,2001年《基础教育课程改革纲要(试行)》首次把它设为必修课,2017年《中小学综合实践活动课程指导纲要》又把考察探究、社会服务、设计制作、职业体验等主要活动方式定了下来。郭元祥、张华等学者对这门课程的本质、价值取向和落地困境做过不少分析,大家比较一致的判断是:这门课最要紧的,是让学生完完整整经历一个真实问题从发生到解决的过程。这个特点和人工智能项目式学习的内在逻辑其实是同向的。

   创客教育是第三条线索。Dougherty 2005年创办Make杂志、发起创客运动之后,创客文化很快进了学校。国内的创客教育研究大致走过了"概念引介—路径探索—课堂落地"三个阶段:祝智庭、孙妍妍(2015)系统讲了创客教育的内涵与实践场域,钟柏昌等围绕创客空间建设和项目化实施给出了不少能落地的建议。近几年随着人工智能技术往下沉,越来越多研究开始把"创客"和"人工智能"合在一起谈,出现了"智能造物""人工智能创客"这类提法,但多数还停留在理念层面。

总的来看,已有研究在"人工智能教育做什么""综合实践活动课程怎么定位"两条线上各自积累了不少成果,可真正把"人工智能创意智造项目"当作一类具体的课程内容,系统研究它怎么嵌进中小学综合实践活动课程、怎么在有限课时里真实发生的,成果还比较零散。不少讨论停在经验描述,或者只讲某一所学校、某一个作品,缺少从课程整体设计的角度看问题、又能被其他学校直接照着做的成熟方案。这正是本课题想补的一块。

(二)相对于已有研究的独到学术价值和应用价值

学术价值方面,本课题想解决的,不是"要不要做",而是"以什么形态做、放在课程的哪个位置做"。人工智能教育研究大多在信息科技课程的框架里谈,综合实践活动课程研究则很少触及智能技术这个新内容,两块之间有明显的空隙。把人工智能创意智造项目作为综合实践活动课程的内容载体来研究,等于在两条线索之间搭一座桥,试着回答人工智能进校园到底是"多开一门课"还是"融入一种学习方式"。这一角度对课程论和人工智能教育的交叉地带,有一点补白的作用。

应用价值方面,则要实在得多。中小学教师真正头疼的,往往不是理念认不认,而是三件事:课时从哪里来、老师怎么上手、没有设备的农村学校怎么办。本课题从课程整体设计的层面给出"融入"的路径——不是另起炉灶加课时,而是把人工智能项目放进综合实践活动课程已有的课时和活动方式里去;同时给出分层、分条件的实施建议,让城区校和农村校都能找到适合自己的起步点。这样的方案如果成形,对基层学校有直接的参考价值。

   二、研究内容

(一)研究对象

研究对象是小学三至六年级、初中七八年级的学生,以及承担综合实践活动课程教学的一线教师。之所以从这个学段切入,是因为综合实践活动课程在这些年级普遍有稳定课时,而小学高年级和初中生也已经具备基本的抽象思维和动手能力,做人工智能创意智造项目有一定的认知基础。实施样本拟选取城区、城乡结合部、农村三类学校各若干所,规模不求大,重在类型覆盖,以便观察不同条件下的实施差异。

(二)总体框架

总体框架按五块来搭,各块之间是有先后、有咬合的关系,不是并列堆在一起。

1.目标定位。先回答。参照综合实践活动课程的价值体认、责任担当、问题解决、创意物化四方面目标,同时吸收信息科技课程计算思维和数字化学习的要求,把人工智能创意智造项目的目标聚焦在这一点上,不贪多、不求全。

2.内容模块。把项目分成若干可操作的模块,按学段递进。小学阶段侧重感知和体验,比如用图形化编程控制的智能小装置、简单的语音识别应用;初中阶段侧重设计与实现,比如能对环境作出响应的智能小车、简易的物联网小系统。每个模块都给一个明确的作为项目起点,避免做成纯粹的技术操练。

3.实施路径。研究人工智能项目在综合实践活动课程里以什么方式组织,是单元式、主题式,还是分散在几次活动里完成;研究一节课和一个长周期项目之间如何衔接;也研究城乡不同条件学校各自可行的实施形态。

4.评价方式。探索过程性、作品导向的评价,尝试用成长档案、项目汇报、作品展览等方式代替一张卷子,并研制适合中小学实际的评价量表。

5.保障机制。包括师资怎么培训、校本教研怎么组织、设备与耗材怎么低成本解决、学校管理层需要什么样的支持。

(三)重点难点

重点是三个字。目前很多学校做人工智能项目,是作为社团、比赛或某次展示活动来办的,热闹一阵就完了。本课题要做的,是把项目真正设计进综合实践活动课程的框架里,形成能放进课表、能重复实施的内容和流程,这是区别于一般活动策划的关键。

难点主要有三个。一是课时整合。综合实践活动课程的课时本来就紧张,各校执行情况参差,怎么在不增加学生负担的前提下把项目安排进去,需要跟学校实际反复磨合。二是师资。多数综合实践活动教师不是技术出身,对人工智能有畏难情绪,培训怎么做、做到什么程度,是个现实问题。三是城乡差异。农村校设备少、网络不稳定,同一个项目在城区和农村不可能用同一种教法,怎么设计的版本,是绕不开的坎。

(四)主要目标

本课题的主要目标可以概括为:形成一套的目标体系、内容模块、实施流程和评价工具,并通过两类以上学校的实际试点,检验其可行性,最后产出一份可操作的课程实施方案和一批可供借鉴的典型课例。目标写得很朴素,就是要让这套东西。

三、思路方法

(一)基本思路

基本思路是。先通过文献和调研把现状、需求摸清楚,明确问题到底卡在哪里;然后依据课程理论设计出第一版课程框架;再带着这个框架到试点学校去实施,在真实课堂里观察它哪里走得通、哪里卡壳;根据反馈修订框架,形成第二版、第三版;最后把反复打磨过的做法整理成可推广的方案。整个研究是循环迭代的,而不是一次设计到位就完事。

(二)具体研究方法

1.文献研究法。梳理人工智能教育、创客教育、综合实践活动课程三块的研究成果和课程文件,为框架设计提供依据,也避免重复前人已经做过的事。

2.调查研究法。用问卷和访谈,了解试点学校综合实践活动课程的实际开展情况、教师的顾虑和需求、学生的兴趣点。问卷在实施前后各测一次,用于观察项目对学生的实际影响,比如对人工智能的兴趣、动手解决问题的意愿有没有变化。

3.行动研究法。这是本课题最核心的方法。课题组成员以的节奏,直接在课堂上做项目,把课堂当作改进方案的现场。每次实施后记录做了什么、出了什么问题、下次怎么改,形成行动研究的循环记录。

4.案例研究法。从试点学校选取有代表性的课堂和项目,做深度个案分析,包括一个项目的完整推进过程、一个学生的前后变化、一所农村校的起步经历。案例的价值在于,它比抽象总结更能让其他学校看清。

5.访谈法。对教师、学生、学校管理者进行半结构化访谈,重点听实施中的真实困难,这些往往是问卷里问不出来的。

(三)研究计划

研究周期拟为两年,分三个阶段:

第一阶段(第1—6个月),准备与设计。完成文献梳理和现状调研,确定试点学校,研制第一版课程目标与内容框架,培训参与教师,完成开题。这一阶段的关键动作是把问题想清楚,避免一上来就闷头做项目。

第二阶段(第7—18个月),实施与迭代。在试点学校按计划推进项目,边实施边观察,每个学期做一次中期小结,根据课堂反馈修订课程方案,形成第二版。这期间穿插典型课例的打磨和个别案例的深度跟踪,并召开一两次阶段性研讨,听取试点学校之外同行

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