开题报告案例:AI赋能初中数学教师数字化素养提升实践研究

AI赋能初中数学教师数字化素养提升实践研究

一、研究背景

1. 政策背景

教育部《教育信息化中长期发展规划（2021‑2035年）》明确提出推动人工智能与教育教学深度融合，构建智能化教育服务体系。《义务教育数学课程标准（2022年版）》聚焦学生核心素养培育，对教师数字化教学能力、学情数据分析、情境化教学设计提出更高要求。随着智慧校园建设持续推进，AI工具在智能备课、动态几何演示、学情诊断、个性化作业生成等场景广泛应用，推动教师从简单使用信息化设备，转向开展AI支持下的教学设计创新。提升初中数学教师AI应用能力与数字化素养，是落实国家教育数字化转型、推进数学学科课堂改革的现实要求。

2. 现实教学存在问题

结合一线教学调研，当前初中数学教师在AI赋能数字化教学实践中主要存在三方面突出问题：

（1）教师对AI教育应用认知不深，出现不会用、不敢用、用不深的现象。部分教师将数字化教学等同于硬件设备使用，对智能备课、动态几何建模、学情分析类AI工具存在操作壁垒，技术应用停留在表层。

（2）AI与数学课堂教学融合创新实践不足。多数教师依旧沿用传统讲授训练模式，很少将AI工具融入教学设计，教学过程及课后辅导中，借助人工智能打造融合式课堂教学模式能力欠缺，学生课堂参与不足。

（3）教师数字素养提升成效不明显，评价方式和策略不清晰。学校缺少适配 AI 教学场景的数字化素养评价标准，AI融入课堂 教学实践的过程、应用质量、实际成效缺乏可操作的评价办法，造成素养提升工作难以落地考核，提升效果难以研判。

3. 问题成因分析

一是缺少学科靶向的系统化 AI 数字化培训，培训多偏向通用工具操作，缺少贴合初中数学学科场景的实操指导；二是传统教学思维束缚，缺少可直接借鉴的 AI + 初中数学成熟教学范式，教师缺少融合实践经验；三是适配初中数学学科的数字化素养评价体系缺失，缺少可落地的评价工具、评价策略，无法对教师 AI 教学实践开展过程性、发展性评价，不能有效检验、反馈教师数字素养提升实际成效。

二、研究意义

1.理论意义

本研究立足AI教育应用大背景，聚焦初中数学学科教师群体，梳理初中数学教师数字化素养的能力维度，丰富人工智能与学科教师专业发展领域的本土实践研究，为区域同类教师数字素养课题研究提供理论参考。

2.实践意义

通过现状调研、靶向培训、课堂迭代实践，破解初中数学教师AI工具使用的现实困境；形成适配一线的教师数字化素养提升方案、培训课程包、AI融合课例资源；帮助教师掌握AI备课、学情分析、动态数学资源开发的实操能力；推动AI技术真正落地数学课堂，助力分层教学与学生数学核心素养发展；同时为学校构建教师数字化成长激励机制提供实践样本。

二、核心概念界定

AI（人工智能）

AI（Artificial Intelligence）的简称，是一门研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的技术科学，包括通用人工智能和弱人工智能。本研究中的AI，特指面向中小学教育场景的弱人工智能工具，主要包括：AI备课助手、智能学情分析系统、AI课件生成工具、智能作业批改、AI试题命制、课堂智能反馈、AI教学反思助手等数字化教学应用。 

AI赋能

AI赋能，就是借助人工智能技术，把智能能力注入传统行业与工作流程，利用AI的数据处理、内容生成、智能分析能力，改造原有工作模式，实现效率提升、模式创新。本课题的AI赋能，是以初中数学教育类AI工具为载体，在备课、学情研判、习题设计等教学环节对教师提供智能支持，推动教师更新教学理念，学会合理使用AI，从而促进自身数字化素养提升。

数字化素养

数字化素养是新时代教师核心专业素养之一，是指个体在数字化环境中，具备数字认知、数字获取、数字应用、数字创新、数字安全与数字伦理的综合能力。能够熟练利用数字设备与网络资源开展学习、工作与创新实践，适应数字化社会发展要求。本课题所指的初中数学教师数字化素养，特指教师依托智慧教育平台与AI教学工具，服务数学学科教学的专项数字能力。

三、国内外相关研究现状综述

（一）国内研究现状

以“人工智能”和“数字化素养”为搜索主题，近三年数据如图所示，国内学者闫寒冰在《教师数字素养提升：以研训专业化为底色的教师数字素养实践提升路径》中提出教师数字素养提升的路径，指出单纯技术操作培训很难真正实现教师数字素养进阶，要构建专业化研训体系，把教学情境、教学问题嵌入数字素养培训全过程。强调教师数字素养提升不能只教会工具操作，要实现技术、教学理念、课堂实践三者协同发展。朱龙在《数字转型视野下乡村教师数字素养提升策略研究》中聚焦乡村教师群体，剖析乡村教师数字应用的现实困境与现实条件约束，提出要搭建智能技术支撑下的教师数字素养测评体系，明确测评指标与实施思路。贾 超，常永才在《数智时代教师培训师素养的构成要素、 驱动逻辑与发展指向》一文中从教师培训者的角度，梳理数智时代数字化素养的构成要素。主张教师数字化素养提升要覆盖备课、课堂实施、教学评价全教学流程，打通教学各环节的数字能力培养。该全流程培养思路为本课题课前‑课中‑课后一体化融合路径构建提供理论参考。周驰，杨会云，李佳平等在《教师数字素养演进路径与多层影响机制研究 —— 基于五年大样本数据的实证分析》 一文中，依托五年大样本调研数据，实证分析影响教师数字素养发展的多层因素，区分个体、学校、区域不同层面的影响条件。研究揭示很多学校存在 “重培训、轻评价” 的现实问题，培训之后缺少跟踪测评，造成素养提升效果难以检验。乔世伟，董艳，赵磊磊《数字化转型背景下教师数字素养：现状、影响因素与提升策略》 该论文系统梳理数字化转型阶段教师数字素养现存短板，归纳个体、环境、制度三类主要影响因素。文中指出制度层面评价机制缺失是制约教师数字素养发展的重要原因，呼吁建设适配一线学校的评价工具。

综合国内现有研究：国内研究多集中于教师数字素养框架建构、宏观提升路径探究，部分研究聚焦乡村教师、小学教师群体。但是针对 AI 赋能视角下初中数学学科教师的专项实践研究偏少，缺少贴合初中数学课堂场景、可落地的实操培训方案、课堂融合范式以及学科专属评价工具。

（二）国外研究现状

联合国教科文组织UNESCO《教师人工智能能力框架》构建面向教育从业者的 AI 素养框架，框架从技术基础、教学应用、课程开发、教育创新多个层级划分教师数字能力。框架强调技术必须服务学科教学，反对脱离教学场景的技术学习。Digital Promise《AI Literacy: A Framework for Understanding, Assessing, and Using Emerging Technologies》构建面向教育从业者的 AI 素养框架，明确教师 AI 认知、AI 工具应用、AI 伦理风险判别等核心维度。提出教师 AI 素养不能只看工具会不会操作，还需要配套可观测的评估指标。 国外部分国家依托MATHia等数学自适应学习平台开展实践，普遍采用混合研修、迭代实践、微证书闭环培训模式，重视技术与学科内容深度整合。国外的框架与模式可以为本课题提供借鉴，但不能直接照搬，需要结合郑州本地初中数学教学实际进行本土化改造。

已有研究为本课题打下理论基础，但专门面向AI赋能、聚焦初中数学学科教师群体的实践研究缺口明显，缺少结合校本研修、课堂实践、激励机制的完整落地体系。本课题立足本地一线教学实际，开展行动实践，弥补这一研究短板。

四．研究目标

1.调查当前初中数学教师数字化素养意识现状，分析教师数字化认知片面、应用意识薄弱的主要成因，转变教师浅层化应用的观念，提升数学教师使用智能工具的意识。

2.探索并构建可操作、可推广的AI与初中数学课堂教学融合路径，提升教师数字化素养与融合教学能力，改善学生课堂参与状态，实现技术赋能课堂提质增效。

3.探索初中数学教师数字化素养提升的有效策略与路径，构建适配AI教学场景的数字化素养评价标准与可操作性评价方法，验证提升策略与路径的实际成效，推动素养提升工作落地见效。

五．研究内容

1.对初中数学教师数字化素养意识的研究。

通过调研了解数学教师数字化意识的水平、教师对数学类数字化资源的认知差异和存在的问题及成因；提升初中数学教师数字化意识的对策。

2.对AI与初中数学课堂教学创新融合路径研究。

AI的相关概念理论基础与国内外现状梳理，AI融入初中数学课堂的现实现状与存在的问题，AI与初中数学融合的内容与场景设计，AI与初中数学课堂创新融合路径与模式，融合路径的实践验证，融合过程中的风险、原则与保障对策。

3.对初中数学教师数字化素养提升策略、路径、成效的研究。

①编制初中数学教师数字化素养现状的调查问卷，研发适配 AI 教学场景下初中数学教师数字化素养测评量表和访谈表，设计贴合初中数学教师需求的 AI 相关专业培训内容与形式，采取合理的评价方式和策略。

②初中数学教师数字化素养提升的四大维度、五大策略、四维一体化提升路径研究。

六．研究方法

1.文献研究法

系统梳理国内外关于教师数字化素养、AI 教育应用、数学学科教学数字化转型等相关政策文件、理论成果与实践案例，构建研究理论框架，明确核心概念内涵与评价维度。

2.调查研究法

选取不同地区、教龄层次、教学水平的教师作为调查对象，针对初中数学教师设计问卷，了解初中数学教师数字化素养的现状及存在的问题。为后续研究提供更丰富的实质性资料。

3.行动研究法

将人工智能工具、设计的基于人工智能的数学教学设计、数字化素养提升策略等进行应用实施。在实施过程中进行反思与研讨，及时调整优化教学方案和提升策略。

七．研究重点、难点

（一）研究重点

教师数字化素养提升的策略、路径、方法和评价机制。

（二）研究难点

1. AI工具学习、实践落地与课堂融合的实际操作。

2. 教师数字化素养的实际提升效果的评价方式和策略。

八、研究的创新点

1.视角创新：突破通用教师数字素养研究，聚焦AI赋能下初中数学学科教师群体，结合数学学科教学痛点开展专项实证研究，弥补学科针对性研究不足。

2.路径创新：构建“认知提升‑课堂融合‑动力激发”三维闭环提升路径，打通课前课中课后评价全流程，开发本土化AI数学教学课例与培训资源包，形成可复制的一线实操范式。

3.机制创新：改变只重视技术培训的传统思路，兼顾外部研修供给与学校激励制度建设，推动教师数字化素养提升和个人专业发展规划相结合，激发教师应用AI技术的内生动力。

九．组织分工

1.王小好：全面统筹课题整体研究工作，把控课题研究方向、研究进度；协调各组之间研究衔接，审核各项研究成果；统筹问卷、课例、评价工具等成果汇总、上报。

2.陈艳虹：对初中数学教师数字化素养意识的研究。

3.李涵涵：对AI与初中数学课堂教学创新融合路径的研究。

4.巴珮，初中数学教师数字化素养提升的四大维度、五大策略、四维一体化策略提升路径研究。

5.法经纬：初中数学教师数字素养问卷调查的编制、发放、数据统计。测评量表、访谈表的编制、发放、施策，对实验结果进行分析，为课题的开展提供理文献、数据、资料支撑。

十、研究进度安排 

1.准备阶段（2026.03-2026.04）

确定课题组成员分工；完成文献搜集整理；召开开题研讨，完善开题报告；明确研究框架，准备调研工具。

2.实施阶段（2026.05-2027.01）

①编制、发放调查问卷与访谈提纲，开展调研，完成数据统计分析；

②组织课题组及参与教师开展AI教学工具专项研修；

③开展课堂教学实践，打磨AI融合教学设计，积累典型课例；

④研究教师数字化素养提升实施方案以及配套激励策略；

⑤开展课题中期检查，梳理阶段性成果，调整优化研究方案。

3.总结结题阶段（2027.02-2027.05）

①全面整理问卷、访谈记录、课例、研讨记录等全部过程性资料；

②撰写课题结题总报告，完成相关学术论文；

③汇编课例集、AI教师培训课程包；

④邀请专家对成果进行打磨完善，完成结题材料报送，做好成果梳理推广。

十一、阶段性成果

十二．经费与保障措施

1.人员保障：课题组成员中有3位副高级教师，一位一级教师，一位二级教师，教师在信息技术、人工智能、课堂教学创新、数据分析、案例研究等不同方面优势明显，教研能力扎实，能够保障研究扎实落地。

2.设备保障：学校智慧教学设备、AI学情系统、满足实践研究需求。

3.制度保障：学校完善的校本教研、课题管理制度，保障研究常态化推进。

4.时间保障：依托日常教学、固定教研时间有序开展研究，研究周期充足、推进稳定。

5.经费保障：学校领导重视此项课堂的研究，提供必要的经费支持。

十三．主要参考文献

[1]教育部.教育信息化中长期发展规划（2021-2035年）[Z].2023.

[2]教育部.义务教育数学课程标准（2022年版）[S].北京:北京师范大学出版社,2022.

[3]闫寒冰.教师数字素养提升：以研训专业化为底色的数字化实践路径[J].中国电化教育,2023(05):1-8.

[4]朱龙.数字转型视野下乡村教师数字素养提升策略研究[J].当代教育科学,2024(02):45-51.

[5]贾超，常永才.数智时代教师培训师素养的构成要素、驱动逻辑与发展指向[J].电化教育研究，2023，44(09)：122-128.

[6]周驰，杨会云，李佳平，等.教师数字素养演进路径与多层影响机制研究——基于五年大样本数据的实证分析[J].中国电化教育，2025，(09)：115-125. 

[7] 乔世伟，董艳，赵磊磊.数字化转型背景下教师数字素养：现状、影响因素与提升策略[J].教育科学研究，2025， (04)：13-19. 

[8]Digital Promise. AI Literacy: A Framework for Understanding,Assessing, and Using Emerging Technologies[Z].2024.

[9]乔世伟，董 艳，赵磊磊.数字化转型背景下教师数字 素养：现状、影响因素与提升策略[J].教育科学研究，2025， (04)：13-19.

课题主持人：王小好

课题组成员：陈艳虹 李涵涵 巴珮 法经纬

课题单位：郑州市第八十三中学