STEAM视域下中学信息技术课程教学活动设计及应用研究——以人工智能模块为例

摘要

当今，以人工智能技术为核心的信息智能化革命，为我国未来人才培养提出了明确的指引方向。为保持持续竞争力，国家需要大力培养新一代人工智能领域的人才。如何在基础教育领域开展人工智能教育课程，是本文所聚焦的重点。在初中阶段，人工智能课程已将正式成为信息技术课的教学模块之一，学生主要学习人工智能的基本概念、机器人图形化编程、创客制作等活动课程，主要培养学生的编程思维，创造性思维及实际动手处理问题的能力。在这个阶段，使学生对人工智能有较为全面的了解，为高中及大学深入学习未来人工智能领域打下基础。在高中阶段，学生可以通过信息技术课程对人工智能的算法、机器人编程、语音识别、混合现实、网络安全等内容进行学习，使学生更加深入了解计算机语言，学习复杂算法及数据分析等。　　本文从人工智能教育的迫切需求和我国基础教育发展的现状出发，将 STEAM整合理念融入到人工智能教学活动中，以信息技术课为依托，进行人工智能模块教学的教学活动设计及应用研究。本文具体研究内容包括：首先，基于STEAM整合理念，探讨了中学信息课程人工智能模块的教学活动设计。其次，利用经典的教学活动设计ADDIE模型设计了基于STEAM教育的人工智能教学活动模型，并开发了 3个具体案例。再者，从实际情况出发，分别探讨了实施这 3 个案例的三种教学模式，即传统学科教学模式、基于问题解决的PBL教学模式和基于项目管理的教学模式，为人工智能课程教学活动的开发与实践提供新的研究案例。经过教学实践，研究表明基于STEAM整合理念下的人工智能模块教学活动能够提升学生的学习效果、学习兴趣、团队协作、学科整合意识等，并对针对改善老师的教学效果、教学方法单一等问题有很大的促进作用。　　目前，我国中学人工智能教育还处于探索阶段，本研究通过教育实践，将STEAM整合教育理论应用到中学人工智能课程的教学活动设计与应用之中，丰富和充实中学人工智能教育教学理论与实践，同时也为其他同行教师提供一定的参考与借鉴。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 人工智能浪潮与发展阶段

1.1.2 人工智能发展的驱动力

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 STEAM 教育及其在教学活动中的应用

1.3.2 中学人工智能教育

1.4 研究内容

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

2 理论基础

2.1 基本概念

2.1.1 STEM与STEAM

2.1.2 人工智能与人工智能课程

2.2 基本理论

2.2.1 STEAM整合教育理念

2.2.2 人工智能与活动理论整合

3 STEAM视域下中学人工智能模块教学活动设计

3.1 教学活动设计模型

3.2 教学活动设计要素

3.2.1 STEAM整合目标设计

3.2.2 教学活动内容设计

3.2.3 教学活动开发设计

3.2.4 教学活动实施设计

3.2.5 教学活动评价设计

3.3 教学活动设计案例

3.3.1 案例1——灭火小车

3.3.2 案例2——机械手臂

3.3.3 案例3——无人工厂

4 STEAM视域下中学人工智能模块教学活动实施与评价

4.1 教学实践准备

4.1.1 问卷的编制

4.1.2 访谈提纲的设计

4.2 教学实践实施

4.3 问卷结果与分析

4.3.1 人工智能模块的认知对比分析

4.3.2 学习态度对比分析

4.3.3 教学方式及教学效果对比分析

4.3.4 教学期望对比分析

4.3.5 跨学科意识对比分析

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录1

附录2

学位论文数据集

致谢