课题申报书：基于游戏的中小学人工智能素养培养范式研究

教育科学规划2025年度重点课题申报书、课题设计论证求知探理明教育，创新铸魂兴未来。基于游戏的中小学人工智能素养培养范式研究课题设计论证一、研究现状、选题意义、研究价值中小学人工智能教育现状近年来，随着国家对人工智能发展的重视，中小学人工智能教育逐渐兴起。然而，就目前来看，其主要是通过信息技术课程来开展相关教学，整体存在一定的局限性。在课程内容方面，多为基础性知识的传授，缺乏深度与广度，难以让学生深入领略人工智能的魅力与应用价值。例如，很多时候只是简单讲解一些基本概念、原理，对于实际应用场景以及跨学科融合的内容涉及较少。从师资力量角度，教授人工智能课程的教师学科背景较为复杂，有数学、物理、信息技术等不同学科背景的老师参与其中，且尚未形成完善的师资培训体系。而人工智能技术发展迅速，现有教师的专业水平难以得到持续提升，导致在教学过程中，像项目设定、学生分组、教学评价等环节，不少教师还无法很好地驾驭课堂，影响教学质量。硬件设施方面同样不容乐观，部分学校缺乏必要的计算机设备、实验器材等硬件资源，这在很大程度上限制了学生进行实践操作，不利于学生真正理解和掌握人工智能相关知识与技能。并且，传统的以讲授和练习为主的教学方法，缺乏趣味性和互动性，很难满足不同学生的学习需求，也难以充分激发学生对人工智能学习的兴趣和热情。选题意义在当今时代，人工智能技术日新月异，正深刻地改变着我们的生活、工作以及社会发展的各个方面。在这样的大背景下，培养中小学生的人工智能素养显得尤为重要。中小学阶段是学生思维发展、兴趣养成的关键时期，通过开展人工智能教育，能够让学生尽早接触这一前沿领域，拓宽他们的科技视野，为未来适应智能时代的发展奠定基础。而游戏化教学的融入，更是为人工智能教育带来了新的契机。游戏本身具有趣味性、互动性等特点，能够极大地激发学生的学习兴趣，将原本枯燥的人工智能知识转化为充满乐趣的游戏任务和挑战，使学生更加主动地参与到学习中来，改变传统教学中学生被动接受知识的局面，从而提高学习效果。此外，探索基于游戏的中小学人工智能素养培养范式，也能够为中小学教育在教学方法、课程设计等方面提供新的思路和实践参考，有助于推动整个中小学教育朝着更加创新、多元的方向发展。研究价值本研究具有多方面的重要价值。首先，在教育创新层面，将游戏与人工智能素养培养相结合，打破了传统教育的固有模式，为教育领域注入新的活力，推动教育方式不断与时俱进，更好地适应新时代对人才培养的要求。其次，对于创新人才的培养意义重大。游戏化的教学过程能够充分调动学生的主观能动性，鼓励他们在游戏中积极思考、大胆尝试，培养创新思维和实践能力。比如，通过设计一些需要学生自主探索、解决问题的游戏环节，让学生在实践中锻炼自己运用人工智能知识解决实际问题的能力，有助于造就一批具备创新精神和实践动手能力的复合型人才。再者，从教育公平角度来看，游戏化教学可以根据不同地区、不同背景学生的特点和需求进行个性化设置，不受地域、资源等条件限制，让更多学生都有机会接触和学习人工智能知识，提升自身素养，缩小因教育资源差异而产生的学习差距。同时，这种教学范式能够提高学生的学习兴趣和参与度，使学生从“要我学”转变为“我要学”，更有效地掌握人工智能相关知识，提升综合素养，以更好地适应未来社会对具备人工智能素养人才的需求，为社会发展贡献力量。二、研究目标、研究内容、重要观点研究目标探索培养范式：深入研究基于游戏的中小学人工智能素养培养范式，剖析其构成要素、实施流程以及各环节之间的关联，旨在构建一套科学、系统且具有可操作性的培养模式，为中小学开展人工智能教育提供明确的方向与方法。提高学生素养：通过将游戏融入教学过程，充分发挥游戏趣味性、互动性等优势，调动学生学习人工智能知识的积极性，使学生更主动地参与到学习中来，进而切实提高学生的人工智能素养，包括对人工智能概念、原理的理解，以及运用相关知识解决实际问题的能力等。培养综合能力：注重在游戏化教学中培养学生的创新思维和实践能力。借助游戏里设置的各种问题情境、挑战任务，引导学生自主思考、大胆探索，鼓励他们尝试不同的解决方案，在实践操作过程中锻炼动手能力，培养创新意识，为学生未来在智能时代的发展奠定坚实的综合能力基础。研究内容融入游戏元素：细致研究如何巧妙地将游戏元素融入中小学人工智能教学的各个环节。例如，把游戏中的角色、任务、关卡、奖励机制等与人工智能知识学习相结合，设计出具有吸引力的教学情境，让学生在玩游戏的过程中自然而然地接触、理解和掌握人工智能相关知识，将原本枯燥抽象的知识转化为生动有趣的游戏体验。设计个性化教学：依据不同年龄段、不同学习水平以及不同兴趣爱好的学生特点，设计个性化的教学内容和方式。考虑到学生个体差异，开发多样化的游戏化教学课程，使每个学生都能在适合自己的学习节奏和难度下，通过游戏化教学获得有效的学习成果，满足不同学生的学习需求，充分挖掘每个学生在人工智能学习方面的潜力。建立评价体系：建立一套科学合理的基于游戏化教学的人工智能素养评价体系。该体系不仅要关注学生对知识的掌握程度，还要考量学生在游戏化学习过程中的参与度、创新思维表现、团队协作能力等多方面素养。通过多样化的评价方式，如过程性评价（观察学生在游戏中的表现、任务完成情况等）与结果性评价（考核学生对知识的运用能力、作品展示等）相结合，全面、客观地衡量学生的人工智能素养水平，以便及时调整教学策略，优化教学效果。重要观点提高学习效果：游戏化教学能够显著提高学生的学习效果。游戏本身所具备的趣味性和互动性，能够极大地激发学生的学习兴趣，让他们从被动接受知识转变为主动探索求知，注意力更加集中，对知识的记忆和理解也更加深刻，从而实现更好的学习效果，帮助学生扎实掌握人工智能相关知识与技能。培养综合能力：游戏化教学是培养学生综合能力的有效途径。在游戏过程中，学生需要不断地思考、分析问题，尝试运用所学的人工智能知识去解决各种任务挑战，这有助于锻炼他们的逻辑思维和创新思维能力；同时，很多游戏化教学环节涉及团队协作，学生要与同伴沟通交流、分工合作，从而培养了团队协作能力和沟通能力，为学生的全面发展奠定基础。助力人才培养：游戏化教学为未来人才培养打下重要基础。随着人工智能技术在社会各领域的广泛应用，具备良好人工智能素养的人才需求日益增长。通过在中小学阶段开展游戏化的人工智能教育，能够让学生尽早接触、熟悉这一前沿领域，培养他们适应未来智能时代发展所需的素养和能力，为国家和社会培养出更多具备创新精神、实践能力以及人工智能素养的复合型人才，推动社会在智能时代的持续进步。三、研究思路、研究方法、创新之处研究思路本研究将按照以下思路展开：首先，对当前中小学人工智能教育的现状进行全面且深入的分析，了解其在课程设置、师资力量、教学方法以及硬件设施等多方面存在的问题，同时剖析游戏化教学在该领域应用的实际情况，明确研究的起点与基础。在此基础上，依据教育目标以及学生发展需求，确定基于游戏的中小学人工智能素养培养范式的具体研究目标，例如要构建怎样的培养模式、期望达成何种学生素养提升效果等。接着，围绕既定目标，精心设计包含游戏元素融入、个性化教学、评价体系建立等关键环节的培养方案，确保方案具有科学性、系统性以及可操作性。随后，选取合适的中小学作为研究对象，将设计好的培养方案付诸实践，在实践过程中密切观察学生的学习表现、参与度、素养提升情况等，同时收集教师的教学反馈信息。实践结束后，运用多样化的评估手段，从多维度对整个培养范式的效果进行评估，比如考查学生对人工智能知识的掌握程度、实践操作能力、创新思维发展以及综合素养提升等方面。最后，总结实践过程中的经验与不足，为后续进一步优化该培养范式提供有力依据，推动基于游戏的中小学人工智能素养培养不断完善与发展。研究方法文献研究法：通过查阅大量国内外关于中小学人工智能教育、游戏化教学以及二者融合应用等方面的学术文献、研究报告、政策文件等资料，系统梳理相关领域的研究现状、发展趋势以及已有的实践经验与成果，为本研究提供坚实的理论基础和实践参考，确保研究的科学性与前沿性。行动研究法：选取若干具有代表性的中小学作为研究样本，将基于游戏的人工智能素养培养范式应用于实际教学中，研究者与一线教师密切合作，在实践过程中不断观察、反思、调整教学策略与培养方案，以解决实践中出现的各种问题，优化培养范式，提升其有效性和可行性。问卷调查法：设计科学合理、针对性强的调查问卷，面向参与实验的学生、教师以及相关教育管理人员进行发放，了解他们对基于游戏的人工智能素养培养范式的认知、态度、接受程度以及在实践过程中的实际体验和感受等，收集各方对于教学效果、学生素养提升等方面的数据反馈，为研究提供量化依据。教学观察法：深入课堂教学现场，对游戏化教学过程进行细致观察，记录学生在游戏化学习环节中的参与情况、互动表现、学习兴趣激发程度、问题解决过程等，同时观察教师的教学行为、教学方法运用以及对课堂的把控情况等，直观地了解培养范式在实际教学中的实施状况，发现优点与存在的问题，为后续改进提供一手资料。创新之处游戏与人工智能教育深度融合：打破传统人工智能教育以理论讲授为主的模式，创新性地将游戏元素全面且深度融入中小学人工智能教育的各个环节。例如，把游戏中的角色扮演、任务闯关、奖励机制等与人工智能知识学习紧密结合，让学生在充满趣味的游戏情境中自主探索、学习人工智能知识，将抽象、枯燥的知识转化为生动有趣的游戏体验，使学习过程更具吸引力和沉浸感，激发学生主动学习的积极性。个性化教学实现因材施教：充分考虑到中小学学生在年龄、学习基础、兴趣爱好等方面存在的个体差异，借助游戏化教学的灵活性，为不同学生量身定制个性化的学习路径和教学内容。通过智能分析学生在游戏中的学习表现、答题情况等数据，精准推送适合每个学生的学习任务和挑战，满足不同层次学生的学习需求，确保每个学生都能在自己的最近发展区内获得有效的学习成果，最大程度挖掘学生的学习潜力，提高人工智能素养培养的针对性和实效性。智能化教学提升学习效果：利用人工智能技术的优势，实现智能化的游戏化教学。比如，根据学生的学习进度自动调整游戏难度，当学生在某个知识点上掌握较好时，游戏会适时增加难度，提供更具挑战性的任务，促使学生不断突破自我；反之，若学生遇到困难，游戏则会提供相应的提示和引导，帮助学生克服障碍。同时，智能化系统还能实时对学生的学习过程进行分析评估，为教师调整教学策略提供依据，从而整体提升教学效果，更高效地培养学生的人工智能素养。注重实践操作与问题解决能力培养：区别于传统教学重理论轻实践的特点，本研究强调在游戏化教学过程中，通过设置各种模拟现实场景的实践任务和需要解决的实际问题，让学生在动手操作、尝试解决问题的过程中，深刻理解人工智能知识的应用价值，锻炼运用人工智能技术解决实际问题的能力。例如，安排学生在游戏中完成机器人编程控制任务，使其在实践中掌握编程技能，培养逻辑思维和创新思维，更好地适应未来智能时代对人才实践能力的要求。四、研究基础、条件保障、研究步骤研究基础相关理论研究成果：当前，国内外诸多学者已经在中小学人工智能教育以及游戏化教学方面开展了广泛且深入的研究，涵盖了二者融合应用的可行性、教学效果、实践案例等多方面内容。这些研究成果为基于游戏的中小学人工智能素养培养范式研究提供了坚实的理论依据，有助于我们站在已有基础上进一步深入探索，明确方向与重点。例如，有研究指出游戏化教学能够显著提高学生的学习兴趣和参与度，将其应用于人工智能教育中，可以把枯燥的理论知识转化为有趣的游戏任务，帮助学生更好地理解和掌握相关知识与技能，这也成为我们开展此项研究的重要理论支撑点。部分学校的实践探索：在实际教学中，已有部分中小学积极尝试开展游戏化教学实践，将游戏元素融入到不同学科的教学过程里，其中也涉及到人工智能相关内容的初步渗透。这些学校的实践探索积累了宝贵的一线教学经验，无论是在游戏化教学环节的设计、教学资源的运用，还是在学生学习反馈的收集等方面，都为我们的研究提供了真实且可参考的案例。比如，有的学校通过组织人工智能编程挑战赛这种游戏化的形式，设置多个难度逐渐增加的关卡，让学生在挑战中运用所学知识解决实际问题，不仅提高了学生的编程能力，还极大地激发了他们的创新思维，而这些实践案例都能助力我们更好地构建和完善基于游戏的中小学人工智能素养培养范式。条件保障政策支持：随着国家对人工智能发展以及教育创新的高度重视，出台了一系列相关政策来推动中小学人工智能教育的开展。例如，教育部明确要求探索中小学人工智能教育实施途径，构建系统化课程体系，开发普适化教学资源等，这些政策为我们基于游戏开展人工智能素养培养范式研究提供了有力的政策依据和大方向上的引导，保障研究能够顺应教育发展的趋势，符合国家对人才培养的要求。师资培训：针对中小学教师在人工智能教育及游戏化教学方面专业能力的提升需求，教育部门将相应的教师培训纳入计划之中。通过组织各类培训活动，如线上课程学习、线下专题讲座、工作坊以及实地观摩学习等方式，帮助教师掌握游戏化教学的方法、技巧以及人工智能知识在游戏情境中的有效融入策略等，使教师具备实施基于游戏的人工智能素养培养教学活动的能力，为研究的顺利开展提供师资保障。技术支持：如今，信息技术的飞速发展为游戏化教学在中小学人工智能教育中的应用提供了强大的技术后盾。一方面，有丰富多样的游戏开发平台和工具可供选择，方便教师根据教学目标和学生特点定制个性化的游戏化教学内容；另一方面，人工智能技术本身也在不断进步，例如智能分析学生学习数据、根据学习进度自动调整游戏难度等功能逐渐成熟，这些技术手段能够更好地辅助实现智能化的游戏化教学，优化教学效果，保障研究在技术层面得以顺利推进。教学资源：在教学资源方面，无论是教材编写、课程资源整合，还是线上线下的教育平台搭建，都在不断丰富和完善。市面上出现了许多适合中小学阶段的人工智能教材，涵盖了基础知识、算法原理、应用案例等内容，为游戏化教学中知识的融入提供了素材。同时，众多在线教育平台汇聚了大量优质的人工智能教学视频、课件以及互动性学习资源，还有各类学校开发的校本课程、实践案例等，都能为基于游戏的中小学人工智能素养培养范式研究提供充足的教学资源支持，便于我们借鉴和拓展思路。研究步骤制定研究计划：首先，依据研究目标和研究内容，制定详细、科学且合理的研究计划。明确各个阶段的任务、时间节点以及预期成果，比如确定在多长时间内完成文献资料的收集与整理，何时开展教学实践活动等，确保研究过程有条不紊地进行。同时，组建专业的研究团队，明确团队成员的分工与职责，保障各项研究任务都能有专人负责落实。选取研究对象：选取具有代表性的多所中小学作为研究对象，综合考虑学校的地域分布（涵盖城市、农村等不同区域）、学校规模、师资力量以及学生的整体学习水平等因素，确保样本的多样性和全面性，以便研究成果能够具有更广泛的适用性。在选取过程中，与相关学校进行充分沟通，争取得到学校领导、教师以及学生和家长的支持与配合。实施教学活动：根据预先设计好的基于游戏的中小学人工智能素养培养范式，在选取的研究对象学校中开展教学活动。在教学过程中，教师将精心设计的游戏化教学内容融入到日常课堂教学以及课外拓展活动中，引导学生积极参与到充满趣味的游戏化学习任务里，通过角色扮演、闯关挑战、团队协作等多种游戏形式，让学生在玩中学、学中玩，同时密切观察学生的学习表现、参与度以及素养提升情况等，并做好详细的记录。收集分析数据：运用多种方法收集教学活动过程中的各类数据，包括学生在游戏化学习中的成绩数据、任务完成情况、课堂表现记录，以及通过问卷调查、访谈等形式获取的学生对学习的主观感受、兴趣变化、能力提升自我认知等方面的数据，还有教师的教学反馈信息等。然后运用专业的数据分析方法，对收集到的定量和定性数据进行全面、深入的分析，总结教学活动中取得的成效以及存在的问题。总结研究成果：基于数据分析的结果，系统总结基于游戏的中小学人工智能素养培养范式在实践应用中的整体情况，梳理出该培养范式在提高学生人工智能素养、培养综合能力等方面的实际效果，归纳出成功的经验以及需要改进和完善的地方，形成具有实践指导价值和理论意义的研究成果，如撰写研究报告、发表学术论文等，为中小学人工智能教育的发展提供有益