《基礎(chǔ)教育階段人工智能技術(shù)與學(xué)科融合的研究》開題報告

西安市基礎(chǔ)教育小課題研究實施方案（開題報告）時間：2022年5月10日立項號2021XKT-ZXWL021課題名稱基礎(chǔ)教育階段人工智能技術(shù)與學(xué)科融合的研究負(fù)責(zé)人王巧艷所在單位東儀中學(xué)課題研究的背景和意義一、課題研究的背景：大數(shù)據(jù)和人工智能將人類社會升級到智能時代。智能時代為基礎(chǔ)教育學(xué)科教學(xué)與學(xué)習(xí)方式的升級提供保障。以“培養(yǎng)人”為核心的教育，特別是基礎(chǔ)教育必然要適應(yīng)智能時代的要求。2020年3月，美國高等教育信息化組織發(fā)布的《2020年地平線報告：教與學(xué)版》，強調(diào)了人工智能技術(shù)（AI）在教育中的重要作用。2017—2018年間，日本文部科學(xué)省、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省討論會議，以及日本內(nèi)閣會議、中央教育審議會、產(chǎn)業(yè)競爭力會議①從多維度進(jìn)行專題研討，通過分析論證，決定將人工智能教育課程加入日本中小學(xué)新教學(xué)大綱，滲入中小學(xué)課堂。而我國幾乎在同時也啟動了新一代的人工智能發(fā)展規(guī)劃，將中小學(xué)人工智能課程體系的制定和實施提上日程，推動人工智能教育的全民普及。近年來，人工智能技術(shù)在我國發(fā)展迅速，人工智能的發(fā)展離不開人才隊伍的建設(shè)，而人才隊伍的建設(shè)要從它的源頭——基礎(chǔ)教育抓起.然而，基礎(chǔ)教育階段教師對人工智能技術(shù)與學(xué)科融合的重要性認(rèn)識不夠明確。本課題旨在說明基礎(chǔ)教育階段人工智能與學(xué)科融合的俾益及重要性。二、課題研究的意義人工智能技術(shù)，是研究、開發(fā)用于模擬、擴(kuò)展人的智能的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能技術(shù)和學(xué)科融合的研究具有重要意義。（一）人工智能本身的特點需要加強學(xué)科融合人工智能本身具有深度融合、高度交叉、極度復(fù)雜的特點，同時又具有技術(shù)屬性和社會屬性的特點，人工智能的教學(xué)自然也涉及多個學(xué)科。為了確保AI教學(xué)資源的科學(xué)性和規(guī)范性，這就決定了人工智能教育必須依靠跨學(xué)科的交叉整合（二）學(xué)生的未來發(fā)展需要學(xué)校教育培養(yǎng)什么樣的人才，適應(yīng)AI的發(fā)展需求。未來社會需要具有綜合能力的人才，那些單一的，機(jī)械性、重復(fù)性的工作逐漸被智能機(jī)器人代替，或隨社會發(fā)展逐漸消失，人工智能的發(fā)展正在顛覆傳統(tǒng)行業(yè)，人工智能替代人工成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。（三）人工智能技術(shù)的應(yīng)用滿足學(xué)生學(xué)習(xí)個性化需求《2020年地平線報告》指出自適應(yīng)技術(shù)將是影響教育的新技術(shù)，而自適應(yīng)學(xué)習(xí)的本質(zhì)是個性化。傳統(tǒng)的個性化學(xué)習(xí)，教師將學(xué)生分成小組，以小組為單位給予不同的指導(dǎo)，這種指導(dǎo)與基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)不同，基于人工智能的個性化學(xué)習(xí)以人工智能技術(shù)為支撐，針對每位學(xué)習(xí)者的特點制定學(xué)習(xí)計劃和資源。國外技術(shù)層面出現(xiàn)了如IDEAL、AACS、等個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)。課題名稱的界定和解讀一、課題名稱界定：（一）課題中各關(guān)鍵詞的界定1、基礎(chǔ)教育，是一定年限的一般教育或普通教育，主要對象為所有適齡兒童和青少年。包括幼兒教育、小學(xué)教育、普通中等教育。2、人工智能技術(shù)，是研究、開發(fā)用于模擬、擴(kuò)展人的智能的一門新的技術(shù)科學(xué),由人工智能理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)等幾部分組成.它是在計算機(jī)、控制論、信息論、數(shù)學(xué)、心理學(xué)等多種學(xué)科相互融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門交叉學(xué)科.3、VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實），借助計算機(jī)創(chuàng)立如同真實世界的三維動態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生視聽觸嗅力和運動多維真實的感知體驗，沉浸于環(huán)境中的一種新媒體。4、自然語言處理技術(shù)，所有與自然語言的計算機(jī)處理有關(guān)的技術(shù)的統(tǒng)稱，其目的是使計算機(jī)理解和接受人類用自然語言輸入的指令，完成從一種語言到另一種語言的翻譯功能。5、學(xué)科融合(FOS-Fusionofsubjects)，是指承認(rèn)學(xué)科差異的基礎(chǔ)上不斷打破學(xué)科邊界，促進(jìn)學(xué)科間相互滲透、交叉的活動?！叭凇敝溉诤蠈W(xué)科知識、學(xué)科思維、學(xué)科方法、學(xué)科倫理、學(xué)科精神，培養(yǎng)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的思維，打破原有的以學(xué)科為單位的單學(xué)科或有限學(xué)科融合的課程體系，打破剛性的學(xué)科邊界設(shè)置和固化的課程體系架構(gòu)。（二）課題界定通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，AI技術(shù)與學(xué)科融合，一方面為培養(yǎng)未來AI技術(shù)研發(fā)人才打基礎(chǔ)，一方面技術(shù)應(yīng)用層面，技術(shù)服務(wù)教學(xué)。本課題主要研究VR技術(shù)、自然語言處理技術(shù)與基礎(chǔ)教育學(xué)科的融合。（三）課題研究范圍：從學(xué)生（中學(xué)生）、教師視角說明人工智能技術(shù)融入基礎(chǔ)教育階段學(xué)科教學(xué)的應(yīng)用策略二、課題名稱的解讀本課題的主要圍繞加快推進(jìn)信息化時代的教育變革，積極研究AI技術(shù)中的教育人工智能技術(shù)（VR技術(shù)、自然語言處理等）與學(xué)科融合的應(yīng)用策略。課題研究的步驟和舉措一、課題研究的主體、重點解決的問題目前，人工智能技術(shù)（AI）可應(yīng)用于教學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)有：機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、計算機(jī)視覺、知識圖譜、VR技術(shù)、機(jī)器人。本課題主要研究VR技術(shù)、自然語言處理技術(shù)與中學(xué)學(xué)科交互融合的應(yīng)用策略。重點解決基礎(chǔ)教育階段教師對人工智能技術(shù)與學(xué)科融認(rèn)識不夠明確的問題，應(yīng)用方法不夠到位的問題。各學(xué)科在自己的教學(xué)中依然“各自為政”，學(xué)科之間的交叉融合很少，不利于推進(jìn)人才培養(yǎng)模式的改革，未來社會需要的是跨行業(yè)的綜合性人才，不再是機(jī)械化大生產(chǎn)單一的勞動力，對人才的需求是多元的。我們的學(xué)校培養(yǎng)什么樣的人，要緊跟時代的要求，尤其是當(dāng)今的智能化時代，要使我們的孩子適應(yīng)社會需求，成為社會有用的人才，我們在人才培養(yǎng)過程中融入人工智能是義不容辭的責(zé)任。學(xué)科之間是相互促進(jìn)，相互影響，人工智能技術(shù)作用于學(xué)科教學(xué)，使學(xué)科教學(xué)得以升級，學(xué)科教學(xué)中將人工智能相關(guān)的數(shù)理、信息科學(xué)基礎(chǔ)知識加入相應(yīng)學(xué)科的教學(xué)中，促進(jìn)人工智能技術(shù)迅速發(fā)展，服務(wù)民生。二、解決重點問題的方法：課題研究的步驟和舉措（一）教學(xué)實踐中應(yīng)用滲透VR技術(shù)、自然語言處理技術(shù)實踐出真知，在技術(shù)應(yīng)用中學(xué)會巧用技術(shù)，服務(wù)教學(xué)。教師究竟如何應(yīng)對人工智能技術(shù)問題，這實質(zhì)上是一個“教師與人工智能技術(shù)之間關(guān)系”的問題，是一種特殊的人與技術(shù)關(guān)系的問題。人與技術(shù)的關(guān)系是技術(shù)哲學(xué)中的基本問題。技術(shù)哲學(xué)認(rèn)為，人與技術(shù)的關(guān)系不是簡單的主客體二元論所主張的主體對客體的占有或支配關(guān)系，或者客體對主體的威脅或奴役關(guān)系，而是一種多元關(guān)系之中的互動。技術(shù)不僅是一種人工物，而且也是被人來使用和傳播的，所以不存在與人分離的技術(shù)，要放在人與技術(shù)的關(guān)系中來看技術(shù)。人工智能技術(shù)與人的關(guān)系是一種生態(tài)互動合作育人的關(guān)系格局，教師協(xié)同人工智能技術(shù)互動合作育人。（二）主動發(fā)現(xiàn)嘗試新技術(shù)的應(yīng)用方法、策略主動發(fā)現(xiàn)、嘗試技術(shù)的新用途，使教學(xué)更加形象，直觀，服務(wù)教學(xué)。利用人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)軟件能夠加強學(xué)生學(xué)習(xí)的便捷性，給我們的學(xué)習(xí)生活帶來方便。目前，在教育技術(shù)領(lǐng)域中提出一種叫“智慧學(xué)伴”的人工智能教師（教育平臺），它能夠采集學(xué)生身體方面的數(shù)據(jù)、學(xué)科知識方面的數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)認(rèn)知方面的數(shù)據(jù)等，通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析為學(xué)生的學(xué)習(xí)推薦個性化的內(nèi)容和有針對性的方法，實現(xiàn)精準(zhǔn)學(xué)習(xí)和精準(zhǔn)教學(xué)。人工智能教師能夠承擔(dān)一些傳統(tǒng)的教師角色，比如，對學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙進(jìn)行診斷反饋、對學(xué)生的心理素質(zhì)進(jìn)行測評改進(jìn)、對學(xué)生的體質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)測、實時分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)等。（三）開展有意義的“智慧課堂”示范課引領(lǐng)活動智慧課堂的示范引領(lǐng)作用會使廣大教師在震撼于智能技術(shù)強大力量的同時，在自己的教學(xué)中合理應(yīng)用人功智能輔助教學(xué)。信息化與課堂教學(xué)的融合，大數(shù)據(jù)和人工智能的輔助，平板直播、增強現(xiàn)實與裸視3D等先進(jìn)教學(xué)手段的運用，使課堂教學(xué)的效率倍增，同時也為教師松綁解套、為學(xué)生減負(fù)。課堂檢測環(huán)節(jié)，合理運用大數(shù)據(jù)、人工智能可以實現(xiàn)當(dāng)時批改，既給教師松綁解套，又為學(xué)生減負(fù)（四）挑戰(zhàn)自我，敢做技術(shù)的先行者人工智能時代背景下，技術(shù)滲透到教育領(lǐng)域，對我們的學(xué)科教學(xué)帶來前所未有的挑戰(zhàn)，許多教師都有了憂患意識，意識到技術(shù)發(fā)展對教學(xué)工作的挑戰(zhàn)，意識到新技術(shù)的神奇力量。“從來沒有一個時代像人工智能時代一樣，對教師的學(xué)習(xí)能力有如此高的期待和要求：不學(xué)習(xí)，就淘汰，不持續(xù)學(xué)習(xí)，就落伍，就泯然于眾生之中?！比藗儗逃娜轿恍枨笈c技術(shù)對人們學(xué)習(xí)支持的不充分和不平衡之間的矛盾也將愈發(fā)突出（五）優(yōu)化教育生態(tài)環(huán)境2016年后，5G+人工智能環(huán)境以類腦為方向開始進(jìn)入人們的視野。在教育領(lǐng)域，AI＋教育融合技術(shù)也開始展現(xiàn)，諸多的教育要素，教學(xué)過程的設(shè)計師——教師，學(xué)習(xí)的主體——學(xué)生，學(xué)習(xí)的環(huán)境，學(xué)習(xí)資源等交互更加多元化，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的師生、生生、人機(jī)交互基礎(chǔ)上，還出現(xiàn)了環(huán)境之間、資源之間也以類腦智能的方式進(jìn)行交互與學(xué)習(xí)。智能學(xué)習(xí)情境中甚至出現(xiàn)超越人類的某些功能，一個囊括多元智能主體交互與學(xué)習(xí)的智能教育生態(tài)系統(tǒng)以5G技術(shù)為引領(lǐng)正在形成。教育生態(tài)系統(tǒng)的多元化，使教育生態(tài)系統(tǒng)得以優(yōu)化。課題研究的步驟和舉措三、課題研究的方法（1）行動研究法：通過對基礎(chǔ)教育階段人工智能技術(shù)與學(xué)科融合的研究分析，結(jié)合新課程理念制定具體的研究計劃，開展實踐，并在實施計劃中不斷改進(jìn)研究工作，主要環(huán)節(jié)包括：計劃、行動、考察和反思。（2）調(diào)查法：通過調(diào)查人工智能技術(shù)在中小學(xué)學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用情況，找出存在問題，研究解決策略，為后續(xù)進(jìn)一步的研究工作提供真實可靠的借鑒和參考。（3）文獻(xiàn)研究法：在本課題的研究中，我們團(tuán)隊通過研究國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，搜索國內(nèi)外先進(jìn)的教育技術(shù)，教育理念，將人功智能技術(shù)與學(xué)科建設(shè)融合的理論與實踐結(jié)合起來（4）經(jīng)驗總結(jié)法：對某一成功經(jīng)驗（如智慧課堂示范引領(lǐng)課）進(jìn)行思維加工，以探討其普遍意義四、課題研究的步驟與時間安排：1、準(zhǔn)備階段（2021年10月——2022年5月）：搜集資料，確定要實施的設(shè)計方案2、實施階段（2022年5月10日——2022年8月）：聽取專家意見，對課題的意見方案進(jìn)一步改進(jìn)與完善，進(jìn)行階段自查，調(diào)整和改進(jìn)研究工作，舉辦論壇活動，撰寫課題研究心得體會，推進(jìn)課題研究，完成中期報告。3、結(jié)題階段（2022年7月——8月20日）：撰寫課題研究報告和結(jié)題報告，論文結(jié)集，接受專家的中期評估鑒定。課題成果的預(yù)期和呈現(xiàn)課題的預(yù)期和呈現(xiàn)1、教師和學(xué)生對人工智能技術(shù)的認(rèn)識更加客觀、全面人工智能輔助教學(xué)和學(xué)習(xí)，并不能代替人的工作，智能技術(shù)只能代替教師一部分的勞動過程；復(fù)雜的情感疏通，人文關(guān)懷都需要教師和學(xué)生相互理解，突發(fā)事件的解決等需要教師科學(xué)地隨機(jī)應(yīng)變?nèi)ヌ幚?，這些都是人工智能所無法完成完成的。我們要對人工智能保持理性的態(tài)度，在利用人工智能來提升生活質(zhì)量與學(xué)習(xí)效率時，還應(yīng)避免過于依賴人工智能。，2、人工智能技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中得以普及，與多學(xué)科融合人工智能與數(shù)學(xué)、物理，音樂等課程融合，體驗技術(shù)的魅力，為技術(shù)的發(fā)展而學(xué)習(xí)。3、人工智能技術(shù)在教學(xué)中的運用更加恰當(dāng)合理恰當(dāng)?shù)匕阎悄芗夹g(shù)運用到課堂。以教師和學(xué)生的智能互動為主，讓全部學(xué)生參與其中，保證了課堂的高效運轉(zhuǎn)；構(gòu)造智能化課堂互動模式。全面精準(zhǔn)地評測學(xué)生表現(xiàn)。4、形成相應(yīng)的文字，圖片，（1）人工智能技術(shù)與學(xué)科融合的研究的調(diào)查報告、開題報告