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西安市基礎(chǔ)教育小課題研究中期報(bào)告時(shí)間:2022.6.9立項(xiàng)號(hào)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)人王巧艷負(fù)責(zé)人所在單位西安東儀中學(xué)課題研究進(jìn)展情況一、目前第一個(gè)階段(問題探究階段)已經(jīng)順利結(jié)束,針對(duì)我校初中、高中階段,人工智能與學(xué)科融合的教學(xué)情況進(jìn)行了系統(tǒng)的問卷調(diào)查,同時(shí)對(duì)問卷進(jìn)行了歸納分析和總結(jié)。二、對(duì)于問題解決階段的這部分研究,全體課題組成員,以研究方案為藍(lán)本,認(rèn)真堅(jiān)持研究和實(shí)踐相結(jié)合的原則,針對(duì)問卷調(diào)查所反映出的一系列問題,我們展開了如下研究:1、人工智能與學(xué)科教學(xué)融合的類型研究人工智能和學(xué)科教學(xué)的融合實(shí)質(zhì)上是學(xué)科課程和信息技術(shù)的結(jié)合,它可以分為兩大類,分別為:人工智能教學(xué)(人工智能在各類教育場(chǎng)景中的應(yīng)用)和人工智能教育(學(xué)習(xí)與人工智能相關(guān)的知識(shí)技能)。一個(gè)屬于技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,一個(gè)屬于學(xué)習(xí)技術(shù)背后的知識(shí)原理。人工智能教學(xué),多指應(yīng)用人工智能系統(tǒng),以技術(shù)輔助教學(xué),屬于AI技術(shù)應(yīng)用層面,例如ITS智能教學(xué)系統(tǒng)等。人工智能教育也稱作智能教育,是人工智能多層次教育體系的全民智能教育,涵蓋在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。那就是“中小學(xué)人工智能教育”要面向不同發(fā)展方向的學(xué)生?!皩I(yè)從業(yè)人員、各行業(yè)相關(guān)人員、普通市民”這樣的三類中小學(xué)人工智能課程培養(yǎng)規(guī)格,支持了不同學(xué)習(xí)者不同的發(fā)展方向。小學(xué)、初中階段人工智能教學(xué)的成分大于人工智能教育,低年級(jí)學(xué)生對(duì)于人工智能處于感知階段,它們的生活中有許多智能產(chǎn)品,對(duì)人工智能產(chǎn)品及其應(yīng)用充滿了好奇,極易接受,有一定的直觀經(jīng)驗(yàn)。主要體現(xiàn)在技術(shù)應(yīng)用層面,至于技術(shù)背后的原理則關(guān)心較少。高中階段學(xué)科教學(xué)中滲透人工智能教育:人工智能的決策思想、預(yù)測(cè)思想、不確定人工智能的思想。人工智能專業(yè)知識(shí)和數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)緊密相關(guān)。在數(shù)學(xué)課的教學(xué)中滲透人工智能教育,梳理高中數(shù)學(xué)與高中人工智能知識(shí)點(diǎn)、挖掘高中數(shù)學(xué)與高中人工智能知識(shí)的結(jié)合點(diǎn),在教學(xué)中體現(xiàn)人工智能教育,為培養(yǎng)人工智能創(chuàng)新人才,推進(jìn)人工智能技術(shù)的發(fā)展大有裨益。中小學(xué)教育是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ),在基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)人工智能領(lǐng)域的人才,我們要看到信息技術(shù)課程的主要作用,更要看到語文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等學(xué)科在人工智能人材培養(yǎng)中的作用。在基礎(chǔ)教育階段,人工智能與學(xué)科的融合不僅指人工智能教學(xué)還指人工智能教育,在各學(xué)科教學(xué)的過程中,人工智能教育和智能教學(xué)兼而有之。培養(yǎng)著新一代智能人才。2、人工智能時(shí)代下課堂教學(xué)模式分析人機(jī)協(xié)同課堂教學(xué)模式人機(jī)協(xié)同,顧名思義,就是機(jī)器和人協(xié)作完成任務(wù)。協(xié)同教學(xué)是指尋求人工智能技術(shù)性與教師教學(xué)藝術(shù)性之間的平衡,以實(shí)現(xiàn)教學(xué)預(yù)設(shè)性與生成性之間的相互融合。人機(jī)協(xié)同課堂教學(xué)模式主要包括教師智慧、機(jī)器智能、協(xié)同教學(xué)、學(xué)生智慧四個(gè)要素,具體表現(xiàn)在三個(gè)方面:(1)課前:教師及時(shí)通過在線學(xué)習(xí)等智能平臺(tái)了解學(xué)生的學(xué)情,有針對(duì)性地布置預(yù)習(xí)資料;再根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)反饋精準(zhǔn)備課(2)上課:教師提出問題、學(xué)生合作探究、得出結(jié)論,智能系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)反饋、教師有效引導(dǎo)、總結(jié)評(píng)價(jià)。充分展現(xiàn)學(xué)生智慧,讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。(3)課后:借助智能移動(dòng)終端,教師和學(xué)生實(shí)時(shí)溝通,依據(jù)智能平臺(tái)收集學(xué)生表現(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù),推送習(xí)題,開展托底、培優(yōu)等個(gè)性化學(xué)習(xí)。智能技術(shù)及智能產(chǎn)品為教學(xué)的藝術(shù)性服務(wù),教學(xué)的藝術(shù)性依然是教學(xué)工作的重心,是教師立足的根本,不動(dòng)搖。3、學(xué)科教學(xué)與VR技術(shù)(虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù))相結(jié)合VR人工智能技術(shù)在教學(xué)場(chǎng)景中得到應(yīng)用,VR“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”作為信息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的載體,為中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供了契機(jī)。VR實(shí)驗(yàn)教學(xué),運(yùn)用中央電教館虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)平臺(tái),在課堂上可以安全無污染地進(jìn)行一些初中和高中教學(xué)中涉及污染、有毒的材料的實(shí)驗(yàn)。比如:學(xué)生們先利用現(xiàn)場(chǎng)VR設(shè)備中虛擬火柴點(diǎn)燃蠟燭,再用鼠標(biāo)輕輕拖動(dòng)一個(gè)模擬塑料袋,放置到蠟燭上方,熱氣逐漸充滿塑料袋,這樣,“孔明燈”安全無污染地在課堂上放飛成功。師生還共同完成了“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”、“聲音是怎樣傳播的”等一系列實(shí)驗(yàn)。例如它在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,電路圖與實(shí)物電路的相互轉(zhuǎn)化,電流的可視化等,為學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)提供強(qiáng)大助力。溫度報(bào)警器(虛擬仿真實(shí)驗(yàn))溫度報(bào)警器電流可視化(VR實(shí)驗(yàn)中)伏安法測(cè)電阻(VR虛擬實(shí)驗(yàn))伏安法測(cè)電阻(VR虛擬實(shí)驗(yàn))電流可視化VR技術(shù)可以模擬動(dòng)植物的生長(zhǎng),物種演變的過程場(chǎng)景,讓學(xué)習(xí)者在課題上親歷生命發(fā)展周期。生物老師利用VR技術(shù)模擬真實(shí)動(dòng)物的生長(zhǎng)過程,真實(shí)地再現(xiàn)動(dòng)物在三維空間中的生長(zhǎng)發(fā)育過程,同時(shí)在計(jì)算機(jī)上顯示。例如:毛毛蟲變成蝴蝶的過程屬于完全變態(tài)過程(卵——幼蟲——蛹——成蟲),它區(qū)別于不完全變態(tài)過程(卵——幼蟲——成蟲),教師要很清楚的講清兩個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過程,難度很大,利用虛擬技術(shù)模擬毛毛蟲的變化,可以很好的再現(xiàn)整個(gè)過程,二者的區(qū)別也一目了然。應(yīng)用VR技術(shù),模擬真實(shí)場(chǎng)景,學(xué)生身臨其境親身體驗(yàn),可以很好的分析學(xué)習(xí)包含的物理知識(shí)。北京市第20中學(xué)教師王祎萍在講授新課《飛機(jī)為什么能上天》(北師大版八年級(jí)下冊(cè))時(shí),飛機(jī)上天模型模擬飛機(jī)逆風(fēng)起飛,分析飛機(jī)上天的原因。學(xué)生戴上VR眼鏡,親身體驗(yàn)飛機(jī)起飛的過程,感受科技的魅力,學(xué)生從視覺、聽覺、觸覺多感官體會(huì)物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用。4.利用自然語言處理技術(shù)輔助教學(xué)自然語言處理包括語言計(jì)算、機(jī)器翻譯、語言資源建設(shè)等方面。自然語言處理技術(shù)可以應(yīng)用在語文教學(xué)中。作文批改是語文教師一項(xiàng)繁重的工作,自然語言處理技術(shù)可以對(duì)學(xué)生的作文進(jìn)行評(píng)價(jià),能夠分析學(xué)生作文的優(yōu)缺點(diǎn),并且在短時(shí)間內(nèi)就給予反饋。當(dāng)教師面臨著大量的教學(xué)工作時(shí)借助該技術(shù)來幫助自己完成工作,提高了工作效率,最重要的是及時(shí)反饋,可以趁熱打鐵,及時(shí)解決問題。教師在進(jìn)行課堂作文片段寫作訓(xùn)練時(shí),自然語言處理系統(tǒng)及時(shí)“批閱”習(xí)作,教師就可以進(jìn)行當(dāng)堂習(xí)作講評(píng)。習(xí)作練習(xí)、講評(píng)就會(huì)有一個(gè)圓滿的過程,提供寫作教學(xué)的時(shí)效性。自然語言處理技術(shù)的應(yīng)用亦可對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行抄襲檢測(cè),幫助教師判斷學(xué)生是否獨(dú)立完成作業(yè)。三、研究成果現(xiàn)已收集到的階段性成果大致有:1、開題報(bào)告2、高中學(xué)科教學(xué)中人工智能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查3、初中學(xué)科教學(xué)中人工智能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查4、調(diào)查報(bào)告5、教學(xué)案例6、根據(jù)當(dāng)下應(yīng)該迫切解決的問題進(jìn)行了研究,撰寫相關(guān)論文一篇存在的困難及解決思路存在問題:對(duì)本課題的研究使我們較全面地認(rèn)識(shí)了基礎(chǔ)教育階段人工智能與學(xué)科融合的問題所在:對(duì)人工智能技術(shù)是教學(xué)的推動(dòng)力,這一事實(shí)重視但認(rèn)識(shí)不到位;當(dāng)下應(yīng)該迫切解決的問題是:師生加強(qiáng)共識(shí),進(jìn)一步對(duì)AI與學(xué)科融合進(jìn)行探索;從問卷調(diào)查及課題組的深入研究,我們課題組深感責(zé)任重大,也更加明確了課題研究的方向及重要性。解決思路:1、重視并明確認(rèn)識(shí):AI技術(shù)并非教育規(guī)律本身,它是在遵循教育規(guī)律的前提下,為教育服務(wù),實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化、信息化。遵循教育自身規(guī)律,專門針對(duì)中小學(xué)學(xué)科教育研發(fā)的AI技術(shù),可應(yīng)用于中小學(xué)學(xué)科教育的AI技術(shù),都可以大膽應(yīng)用于教學(xué),學(xué)生學(xué)習(xí),它的應(yīng)用是教學(xué)改革的需要,是培養(yǎng)立足未來社會(huì)的智能人才的需要。2、明確國(guó)家對(duì)信息化教育要求我國(guó)教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》,是教育信息化的升級(jí)要實(shí)現(xiàn)從專用資源向大資源轉(zhuǎn)變;從提升學(xué)生信息技術(shù)應(yīng)用能力、向提升信息技術(shù)素養(yǎng)轉(zhuǎn)變;從應(yīng)用融合發(fā)展,向創(chuàng)新融合發(fā)展轉(zhuǎn)變??梢?,AI與學(xué)科融合是國(guó)家基于教育發(fā)展需要,對(duì)當(dāng)下教育提出的新要求。3、多學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)城市(比如北京、上海)的經(jīng)典教學(xué)案例。我們可以主動(dòng)去學(xué)習(xí)經(jīng)典的教學(xué)案例,學(xué)人之長(zhǎng),補(bǔ)己之短。學(xué)高為師,身正為范,要敢于學(xué)習(xí)新技術(shù),敢于挑戰(zhàn)自我4、正視技術(shù)的魅力中小學(xué)教師工作辛苦,任務(wù)量大,合理使用技術(shù)可以幫助教師從繁重重復(fù)的工作中騰出時(shí)間,對(duì)學(xué)生加強(qiáng)思想教育,真正做到全面育人。學(xué)生學(xué)習(xí)及時(shí)反饋,及時(shí)解決。5、發(fā)揮領(lǐng)頭羊作用身邊的先行者,技術(shù)先鋒的課我們可以觀摩、學(xué)習(xí)能否按期結(jié)題根據(jù)目前的研究進(jìn)展,可以按期結(jié)題專家的指導(dǎo)和建議開題報(bào)告寫得有些籠統(tǒng),人工智能技術(shù)和學(xué)科教學(xué)融合,具體和哪些技術(shù)融合,建議寫得再具體些。參考文獻(xiàn)1、VR技術(shù)在教育場(chǎng)景中的優(yōu)勢(shì)與改變:體驗(yàn)、可視化與建構(gòu)主義2、基[2000]34號(hào).教育部關(guān)于在中小學(xué)普及信息技術(shù)教育的通知[EB/OL][2019-9
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