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西安市基础教育小课题研究中期报告

时间：2022.6.9

立项号

2021XKT-ZXWL021

课题名称

基础教育阶段人工智能技术与学科融合的研究

负责人

王巧艳

负责人

所在单位

西安东仪中学

课

题

研

究

进

展

情

况

一、目前第一个阶段（问题探究阶段）已经顺利结束，针对我校初中、高中阶段，人工智能与学科融合的教学情况进行了系统的问卷调查，同时对问卷进行了归纳分析和总结。

二、对于问题解决阶段的这部分研究，全体课题组成员，以研究方案为蓝本，认真坚持研究和实践相结合的原则，针对问卷调查所反映出的一系列问题，我们展开了如下研究：

1、人工智能与学科教学融合的类型研究

人工智能和学科教学的融合实质上是学科课程和信息技术的结合，它可以分为两大类，分别为：人工智能教学（人工智能在各类教育场景中的应用）和人工智能教育（学习与人工智能相关的知识技能）。一个属于技术应用领域，一个属于学习技术背后的知识原理。

人工智能教学，多指应用人工智能系统，以技术辅助教学，属于

AI技术应用层面，例如ITS智能教学系统等。

人工智能教育也称作智能教育，是人工智能多层次教育体系的全

民智能教育，涵盖在中小学阶段设置人工智能相关课程。那就是“中小学人工智能教育”要面向不同发展方向的学生。“专业从业人员、各行业相关人员、普通市民”这样的三类中小学人工智能课程培养规格，支持了不同学习者不同的发展方向。

小学、初中阶段人工智能教学的成分大于人工智能教育，低年级学生对于人工智能处于感知阶段，它们的生活中有许多智能产品，对人工智能产品及其应用充满了好奇，极易接受，有一定的直观经验。主要体现在技术应用层面，至于技术背后的原理则关心较少。

高中阶段学科教学中渗透人工智能教育：人工智能的决策思想、预测思想、不确定人工智能的思想。人工智能专业知识和数学学科知识紧密相关。在数学课的教学中渗透人工智能教育，梳理高中数学与高中人工智能知识点、挖掘高中数学与高中人工智能知识的结合点，在教学中体现人工智能教育，为培养人工智能创新人才，推进人工智能技术的发展大有裨益。

中小学教育是人才培养的基础，在基础教育阶段培养人工智能领域的人才，我们要看到信息技术课程的主要作用，更要看到语文、数学、物理、化学、生物等学科在人工智能人材培养中的作用。

在基础教育阶段，人工智能与学科的融合不仅指人工智能教学还指人工智能教育，在各学科教学的过程中，人工智能教育和智能教学兼而有之。培养着新一代智能人才。

2、人工智能时代下课堂教学模式分析

人机协同课堂教学模式

人机协同，顾名思义，就是机器和人协作完成任务。协同教学是指寻求人工智能技术性与教师教学艺术性之间的平衡，以实现教学预设性与生成性之间的相互融合。人机协同课堂教学模式主要包括教师智慧、机器智能、协同教学、学生智慧四个要素，具体表现在三个方面：

（1）课前：教师及时通过在线学习等智能平台了解学生的学情，有针对性地布置预习资料；再根据学生的预习反馈精准备课

（2）上课：教师提出问题、学生合作探究、得出结论，智能系统统计反馈、教师有效引导、总结评价。充分展现学生智慧，让学生成为学习的主人。

（3）课后：借助智能移动终端，教师和学生实时沟通，依据智能平台收集学生表现的相关数据，推送习题，开展托底、培优等个性化学习。

智能技术及智能产品为教学的艺术性服务，教学的艺术性依然是教学工作的重心，是教师立足的根本，不动摇。

3、学科教学与VR技术（虚拟现实技术）相结合

VR人工智能技术在教学场景中得到应用,VR“虚拟仿真实验室”作为信息技术在实验教学中应用的载体，为中学物理实验教学的改革提供了契机。

VR实验教学，运用中央电教馆虚拟实验服务平台，在课堂上可以安全无污染地进行一些初中和高中教学中涉及污染、有毒的材料的实验。比如：学生们先利用现场VR设备中虚拟火柴点燃蜡烛，再用鼠标轻轻拖动一个模拟塑料袋，放置到蜡烛上方，热气逐渐充满塑料袋，这样，“孔明灯”安全无污染地在课堂上放飞成功。师生还共同完成了“运动的相对性”、“声音是怎样传播的”等一系列实验。

例如它在物理实验教学中的应用，电路图与实物电路的相互转化，电流的可视化等，为学习电学知识提供强大助力。

温度报警器（虚拟仿真实验）

温度报警器电流可视化（VR实验中）

伏安法测电阻（VR虚拟实验）

伏安法测电阻（VR虚拟实验）电流可视化

VR技术可以模拟动植物的生长，物种演变的过程场景，让学习者在课题上亲历生命发展周期。

生物老师利用VR技术模拟真实动物的生长过程，真实地再现动物在三维空间中的生长发育过程，同时在计算机上显示。例如：毛毛虫变成蝴蝶的过程属于完全变态过程（卵——幼虫——蛹——成虫），它区别