基于“三成四化”筑峰工程的中小學人工智能教育研究與實踐

摘要：基于“三成四化”筑峰工程，該研究探討了中小學人工智能教育的理論框架及其實踐應用。研究首先通過文獻綜述構建人工智能教育理論框架，并結合湛江、茂名和海島地區的實地調研數據，分析當前人工智能教育的現狀、問題及需求。該研究設計并實施了教師培訓，開發并推廣了人工智能教育課程，并在實驗學校開展試點教學，驗證了課程有效性。研究結果表明，系統培訓和課程優化有效提升了學生的人工智能素養。

關鍵詞：人工智能教育；中小學教育；教師培訓；課程開發；實踐研究

中圖分類號：G623 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）05-0162-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

人工智能（AI）技術發展迅速，已成為推動社會發展的重要力量。人工智能技術正在改變傳統教學模式，為培養學生的創新能力和未來適應力提供新途徑。然而，當前中小學人工智能教育尚處于起步階段，面臨著課程設置不完善、師資力量薄弱、資源配置不足等問題。為應對挑戰，提升學生的人工智能素養，須開展系統性理論研究和實踐探索[1-3]。

“三成四化”筑峰工程提出了提升教育質量的新思路，即通過“成就學生、成就教師、成就學校”的三成目標和“信息化、個性化、國際化、社會化”的四化路徑， 推動教育現代化發展。本研究基于這一工程，旨在探索中小學人工智能教育的有效途徑和方法，構建系統的人工智能教育理論框架，開發適用的教學資源和課程體系，提升學生的綜合素養。

本研究的主要目的是構建人工智能教育的理論框架，明確人工智能素養的定義、組成要素及其在基礎教育中的地位和作用；開發系統性和連貫性的人工智能教育課程，涵蓋從基礎知識到高級應用的完整教學內容；設計并實施教師培訓方案，提升教師的人工智能教育能力和教學水平；通過實地調研和實驗教學， 驗證課程設計和培訓方案的有效性，收集實踐反饋，優化教育策略。研究的意義在于填補人工智能教育理論研究的空白，構建系統的理論框架，為后續研究提供參考；開發的課程和培訓方案將直接應用于中小學教學實踐，提升學生的人工智能素養和教師的教學能力；研究結果將為教育主管部門制定相關政策提供依據，推動人工智能教育在中小學的普及和發展；通過提升學生的人工智能素養， 培養具有創新能力和未來適應力的人才，為社會的發展和進步作出貢獻[4]。

本研究采用多種方法，確保研究過程的科學性和結果的可靠性。具體方法包括：系統梳理國內外關于人工智能教育的相關文獻，了解當前研究現狀、存在的問題及發展趨勢，構建研究的理論基礎；在湛江、茂名和海島地區的中小學進行廣泛的實地調研，通過問卷調查、訪談和課堂觀察等方式，收集一手數據， 了解人工智能教育的現狀和需求；對收集到的數據進行定量和定性分析，深入剖析研究區域內人工智能教育的現狀和存在的問題，并提出針對性的改進建議； 基于理論研究和調研結果，開發系統性的人工智能教育課程，并設計教師培訓方 案，通過實驗教學，驗證課程和培訓的有效性，并根據反饋進行優化；在實驗學 校開展人工智能教育的試點教學活動，觀察和記錄教學效果，收集實踐反饋， 進一步完善課程設計和教育策略。

1 理論框架構建

1.1 人工智能素養的定義

人工智能素養（AI Literacy） 是指個體在理解、使用和創造人工智能技術過程中所具備的一系列知識、技能和態度。隨著人工智能技術的快速發展，人工智能素養逐漸成為 21 世紀公民必須具備的重要素養之一。人工智能素養包括對人工智能基本概念和原理的理解，涵蓋對人工智能的定義、歷史發展、主要技術及其應用領域的基本認識。例如，個體應了解什么是機器學習、深度學習、自然語言處理等核心技術，以及它們在實際生活中的應用，如語音識別、圖像識別和自動駕駛等。人工智能素養還包括基本的編程和算法知識，要求個體具備使用編程語言（如 Python） 和工具（如 TensorFlow、Keras） 來實現簡單的人工智能模型的能力，不僅需要掌握基本的編程技能，還需了解基本的算法和數據結構，能夠應用這些知識解決實際問題。理解和處理數據的能力也是人工智能素養的重要組成部分，個體需要具備收集、處理、分析和解釋數據的能力，包括對數據來源、數據清洗、數據分析方法以及數據隱私和倫理問題的理解。批判性思維和問題解決能力在人工智能素養中也占據重要位置，個體應能夠批判性地思考人工智能技術的應用和影響，評估其優缺點，并能夠創造性地應用人工智能技術解決實際問題，這需要培養學生的創新思維，鼓勵他們提出新穎的解決方案，并通過實踐驗證其可行性。此外，人工智能素養還涉及倫理和社會責任感，隨著人工智能技術的廣泛應用，個體需要認識到人工智能帶來的倫理和社會問題，如隱私保護、就業影響、公平性和透明性等。在教育過程中，須引導學生認識到這些問題的重要性，并培養他們在使用和開發人工智能技術時的責任感和道德判斷力。綜上所述，人工智能素養是一個多維度的概念，涵蓋了知識、技能、態度和倫理等多個方面，通過系統的人工智能教育，旨在培養學生理解、使用和創造人工智能技術的能力，使其能夠在未來的學習、工作和生活中有效應對人工智能帶來的機遇和挑戰[5-6]。

1.2 人工智能教育的組成要素

人工智能素養教育涵蓋多方面內容，旨在全面提升學生對人工智能的理解和應用能力。首先，基礎知識是人工智能教育的核心，學生需要掌握人工智能的基本概念、歷史發展、關鍵技術和主要應用場景。這為學生進一步學習和應用人工智能技術打下堅實的理論基礎。其次，編程與算法是人工智能教育的重要組成部分，學生需要具備基本的編程能力和理解常用算法的原理與應用，例如學習 Python 編程語言和掌握機器學習、深度學習的基本算法與模型。數據處理與分析能力也是人工智能教育的關鍵內容，因為人工智能技術依賴于大量數據的收集、處理和分析，學生需要學會如何清洗、分析數據，并從數據中提取有價值的信息。批判性思維與問題解決能力是培養學生在實際應用中能夠獨立思考、分析問題和提出解決方案的重要能力，人工智能教育應注重培養學生的創新思維，鼓勵他們提出新穎的解決方案并通過實踐進行驗證。此外，人工智能教育還需強調倫理和社會責任，學生應認識到人工智能技術帶來的社會影響和倫理問題，如數據隱私、算法偏見和就業替代等，培養他們在使用和開發人工智能技術時的責任感和道德判斷力。通過綜合這些組成要素，人工智能教育不僅提升了學生的知識和技能，也培養了他們的批判性思維和社會責任感，使其能夠在未來的學習、工作和生活中有效應對人工智能技術帶來的機遇和挑戰。

1.3 人工智能教育在基礎教育中的地位和作用

人工智能教育在基礎教育中具有重要的地位和作用。隨著人工智能技術的快速發展，其應用已融入社會生活的各個方面。人工智能正在成為推動經濟和社會發展的重要力量。在基礎教育階段開展人工智能教育，旨在培養學生對人工智能技術的基本認識和理解，提升他們的科學素養和技術應用能力。這不僅是應對未來科技發展的需要，也是培養創新型人才的關鍵途徑。人工智能教育能夠激發學生的學習興趣和探索精神，通過學習人工智能相關知識和技 能，學生能夠掌握解決復雜問題的方法，提升邏輯思維和創造力。此外，人工智能教育還強調跨學科的融合，將數學、計算機科學、數據科學等多個學科的知識結合在一起，促進學生綜合能力的發展。通過項目式學習和實際操 作，學生在解決實際問題的過程中不斷實踐和創新，培養團隊合作和溝通能力。人工智能教育還關注社會責任感的培養，引導學生認識和思考人工智能技術可能帶來的倫理和社會問題，如隱私保護、數據安全、就業影響等，培養他們的社會責任感和道德判斷力。在基礎教育中推進人工智能教育，不僅為學生未來的學習和職業發展打下堅實的基礎，還為社會培養具備科學素 養、創新能力和社會責任感的未來公民。因此，人工智能教育在基礎教育中占據重要地位，發揮著培養創新型人才和推動社會進步的重要作用。

2 實地調研

2.1 調研區域及對象

本研究的實地調研主要在廣東省的湛江、茂名和海島地區的中小學進行。這些區域選擇的依據是它們在教育資源配置、師資力量和學生基礎等方面具有一定的代表性和多樣性。湛江和茂名作為廣東省的沿海城市，教育資源相對豐富，但在人工智能教育方面仍存在不足和挑戰；而海島地區由于地理位置和經濟條件的限制，在教育資源和教學水平上與城市有較大差距。通過對這些區域的調研，可以全面了解不同教育背景下人工智能教育的現狀和需求。調研對象包括各中小學的校長、信息技術教師、學科教師及部分學生。校長和教師作為教育的主要實施者，能夠提供關于學校人工智能教育資源配置、課程設置和教學實踐的詳細信息；作為教育的直接受益者，學生的接受程度和反饋能為課程設計和教學方法提供重要參考。研究團隊采用問卷調查和深度訪談的方式，收集各方意見和建議，為后續的教師培訓、課程開發和教學實踐提供科學依據。通過對湛江、茂名和海島地區中小學的實地調研，掌握了當前人工智能教育的實施情況，并發現了主要問題和改進方向，為構建適應不同區域特點的人工智能教育模式奠定了基礎。

2.2 調研方法

本研究采用多種調研方法，以確保數據的全面性和可靠性。首先，基于文獻綜述和專家咨詢，制訂了詳細的調研計劃，明確了調研的目標、內容和步驟。隨后，研究團隊在湛江、茂名和海島地區的中小學展開了實地調研，具體方法包括問卷調查、深度訪談和課堂觀察。問卷調查主要面向校長、信息技術教師、學科教師和學生，內容涵蓋學校的人工智能教育資源配置、課程設置、教學實踐、教師培訓需求和學生對人工智能課程的興趣與反饋。問卷設計注重問題的科學性和實用性，確保獲取有價值的信息。深度訪談選取部分學校的校長和教師，通過面對面交流，深入了解學校開展人工智能教育過程中遇到的困難和挑戰，以及他們對課程和教學方法的建議。課堂觀察通過直接參與和觀察實際教學過程，記錄和分析教師的教學方法和學生的學習反應，為課程開發和教學改進提供第一手資料。此外，還與當地教育部門和學校管理層進行了座談，了解當地教育政策和支持措施，確保調研結果具有全面性和代表性。通過多種方法的綜合運用，本研究獲取了大量翔實的數據和信息，為人工智能教育的理論構建和實踐應用提供了堅實的基礎。

2.3 調研結果分析

通過對湛江市區、徐聞、雷州、廉江、茂名市區、電白等地中小學的實地調研，收集了大量數據。調研對象包括這些地區的中小學共150余名教師，以下是調研結果的詳細分析。

2.3.1 人工智能教育資源配置情況

調研發現，不同區域在人工智能教育資源配置上存在顯著差異。城市學校的資源相對豐富，而農村和海島地區的學校在硬件設備和軟件資源上存在較大缺口。

2.3.2 教師對人工智能教育的接受度和培訓需求

教師對人工智能教育的接受度和培訓需求普遍較高，但在不同區域間存在顯著差異。城市地區的教師普遍對人工智能教育有較高的接受度，并且享有更多的培訓機會；相比之下，農村和海島地區的教師在接受度和培訓資源方面相對較為不足，亟須更多的培訓和支持來提升其在人工智能教育方面的能力和知識水平。

2.3.3 學生對人工智能課程的興趣和反饋

學生對人工智能課程總體表現出較高的興趣，但在不同區域間存在差異。城市地區的學生對人工智能課程的興趣普遍較高，這可能得益于更好的教育資源和較強的科技氛圍；而農村和海島地區的學生，由于接觸人工智能的機會較少，他們對人工智能的認知和興趣相對較低，需要通過更多的教育引導和資源投入來激發他們的學習興趣。

2.3.4 學校在人工智能教育中遇到的主要困難

調研結果顯示，學校在推動人工智能教育過程中普遍面臨以下幾個主要困難：教育資源的匱乏，尤其是在硬件設備和教學軟件方面的不足；師資力量薄弱，教師缺乏系統的人工智能教育培訓，難以勝任相關課程的教學；課程設計不完善，現有的課程體系缺乏系統性和連貫性，難以全面提升學生的人工智能素養；部分學生對人工智能課程的接受度較低，對課程的興趣和參與度有待提高。

通過上述分析可以看出，湛江、茂名和海島地區在人工智能教育的資源配置、教師培訓、學生興趣和遇到的困難方面存在顯著差異。這些調研結果為制定有針對性的改進措施提供了重要參考。

3 改進建議

針對在人工智能教育中發現的問題，可以采取以下綜合改進措施：首先，增加教育資源投入。政府和學校應加大對人工智能教育的資金投入，確保配備必要的硬件設備和軟件資源，尤其關注農村和海島地區，縮小城鄉教育差距。其次，加強教師培訓。定期組織人工智能教育專題培訓，提高教師的專業知識和教學能力。可采用線上線下相結合的培訓方式，方便更多教師參與，并提供實地觀摩和教學實習機會，使教師能將所學知識應用到實際教學中。與此同時，開發系統性和連貫性的人工智能教育課程，注重理論與實踐相結合，增加實踐操作和項目式學習的內容，幫助學生在動手實踐中鞏固知識，并通過豐富多彩的教學活動，如人工智能競賽、機器人編程比賽等，激發學生的學習興趣和積極性。此外，教育主管部門應制定和完善相關政策，提供明確的指導和保障，支持學校開展人工智能教育，并通過政策引導和激勵措施，鼓勵更多學校和教師參與人工智能教育的推廣與實施。同時，加強區域間的交流與合作，通過教育資源共享和教師交流活動，促進不同區域學校之間的經驗分享與合作，尤其要推動城市學校與農村和海島地區學校之間的合作，幫助提升這些地區的教育質量。通過以上措施，可以有效提升中小學人工智能教育的質量，促進人工智能教育的普及與發展，為培養創新型人才提供堅實的支持。

4 結論與展望

本研究通過對湛江、茂名和海島地區中小學的實地調研，全面分析了當前人工智能教育的現狀、存在的問題及改進建議。研究發現，雖然在推動人工智能教育的過程中取得了一定成效，但仍面臨資源不足、師資力量薄弱、課程設計不完善和學生接受度不高等諸多挑戰。為此，提出了增加教育資源投入、加強教師培訓、完善課程設計、提升學生興趣、政策支持與引導以及加強區域間交流合作等改進建議，以期全面提升中小學人工智能教育的質量和水平。

展望未來，人工智能教育在基礎教育中的地位將愈發重要。隨著人工智能技術的不斷發展，其在教育領域的應用將更加廣泛和深入。相信通過不斷探索和實踐，人工智能教育將為培養具有創新能力、批判性思維和社會責任感的未來人才提供堅實基礎。未來的研究可以進一步深入探討人工智能教育在不同學科中的融合應用，以及如何通過技術手段更好地支持個性化學習和教師專業發展。

希望社會各界能夠共同努力，推動人工智能教育的普及和發展，培養更多適應未來社會需求的創新型人才。同時，鼓勵更多的教育研究者和實踐者加入人工智能教育的研究和實踐中，共同探索人工智能教育的新路徑和新方法，為基礎教育的高質量發展貢獻力量。通過持續的努力， 相信人工智能教育將在未來的教育體系中發揮更大的作用，推動教育變革，造福更多的學生。

參考文獻：

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[4] 廖素芬，陳衛純，袁李華. 基于CiteSpace可視化分析的中小學人工智能教育現狀研究[J].現代信息科技，2022，6（6）：119-121.

[5] 盧宇.中小學人工智能教育的現狀、實施與發展[R].北京：中國教育部，2021.

[6] 教育部.中小學人工智能技術與工程素養框架[S].北京：中國教育信息化網，2020.

【通聯編輯：王 力】

基金項目：嶺南師范學院賦能基礎教育高質量發展筑峰計劃專項項目（項目編號：JCJYZD202326）