（一）课题的核心概念及其界定

  1、人工智能

1956年在达特茅斯学院会议( Dartmouth)上，计算机专家约翰·麦卡锡等人提出“Artificial Intelligence人工智能”一词，标志着其作为一个研究领域的正式诞生。人工智能涉及到计算机科学、控制论、信息论、哲学、神经生理学、语言学、心理学、不定性论等多个领域，是自然科学和人文社会科学的交叉学科和前沿学科，其定义一直存有不同的观点。

斯图尔特·罗素所著《人工智能——一种现代方法》一书中将已有的一些人工智能定义分为四类：像人一样思考的系统、像人一样行动的系统、理性地思考的系统、理性地行动的系统。维基百科上定义“人工智能就是机器展现出的智能”，即只要是某种机器，具有某种或某些“智能”的特征或表现，都应该算作“人工智能”。大英百科全书则限定人工智能是数字计算机或者数字计算机控制的机器人在执行智能生物体才有的一些任务上的能力。

浙江大学张剑平教授认为人工智能是像人一样理性思考和行动的系统。北京大学教育学院教授贾积友定义人工智能是人们使用机器模拟人类和其它生物的自然智能。百度百科定义人工智能是“研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学”，将其视为计算机科学的一个分支，指出其研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。2018年1月，国家标准化管理委员会工业二部、中国电子技术标准化研究院发布《人工智能标准化白皮书（2018 版）》，白皮书中指出：“人工智能是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统”。2018年2月，《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》提出人工智能是通过智能机器延伸、增强人类改造自然和治理社会能力的新兴技术。

虽然不同的科学家们因其学术背景及对智能理解的不同，对人工智能作出不一样的解释，但从他们不同的论述中，可以总结出学术界关于人工智能定义的主流观点。因此，本课题中将采用《人工智能标准化白皮书（2018 版》中关于人工智能的描述，即人工智能是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。

2、校本课程

关于校本课程，华东师范大学教育学博士郑金洲在《走向校本》中这样解释：校本为“以学校为本”、“以学校为基础”，它包含三方面的含义：一是为了学校，二是在学校中，三是基于学校。即分析学校所处的真实情境，利用学校的优势和特色解决国家课程和地方课程不能有效解决的学校和学生的具体问题，在国家课程标准的指引下，由学校自己单独开发和实施的学校课程。

王斌华在《校本课程论》中提出：校本课程也被称为“学校本位课程”或者“学校自编课程”。校本课程是由学生所在学校教师进行编制、具体实施和评价的一类课程。详细的来讲，校本课程就是由某一类（级）学校的个别教师、部分教师或者全部教师，以国家制定的教育目的为依据，同时分析学校内部环境以及外部环境的情况下，针对本校、本年级或者本班级特定的学生群体，进行编制、实施、评价的一种课程。

陈建绩、王海增提到：校本课程是以国家和地方课程的基本精神为指导，以学校作为中心，以学生需求作为出发点，以学校和社区课程资源共同为依托，以学校教师作为主体自主开发的、多样性的、能够让学生进行选择的课程。杨龙立在校本课程相关书中提出：校本课程是指在学校内部以及外部相关人员的共同努力下，以学校的需求和学校与外界的关系作为重点，进行整体思考以及安排，设计与发展出具有学校特色和符合学校需求的课程。

顾渊彦则认为校本课程反映的是一种课程管理理念，它并不是课程下属的某一类特定的课程，不应该成为基础教育阶段的国家、地方、学校三类课程中的一类；校本课程开发是对基础教育阶段不同类型课程的开发，国家课程、地方课程、适合本校的课程均可进行校本课程的开发。

综合以上观点可以看出：虽然“校本课程”概念的界定存在争议，但是在以下几点中是被认同的：校本课程是以学校为基础的；校本课程的编制是以教师为主体的。因此，本课题认为：校本课程是围绕以学校为基础，编制以教师为主体，实践以师生为中心所开发的符合学校以及师生发展的，和国家课程、地方课程紧密关联的一种课程。高中学生思维活跃，能够在教师的指导下在一定范围内自主获取知识，动手实践完成作品。他们身处人工智能技术爆炸式发展的时代，有学习人工智能相关内容的知识储备、心理需求与迫切意愿。我校历来重视科技创新教育，作为全国青少年人工智能活动特色单位、江苏省智能机器人课程基地，在智能机器人、编程算法、3D创意设计、开源硬件等领域都有所长，也与一些高新技术企业建立了良好的伙伴关系。因此本课题旨在开发实施的人工智能校本课程，并不是面向全体高中学生的人工智能通识性课程，而是在课程标准的指导下，从人工智能学科需求、学生心理需求、社会需求出发，依据学校的办学特色，在充分利用校内外优质资源的基础上，以培养计算思维、提升科学素养为目标的人工智能课程。

（二）国内外同一研究领域现状与研究的价值

1、国内外同一研究领域现状

早在1977年，麻省理工学院人工智能实验室的Ken Kahn就提出应该面向儿童开展人工智能程序编写及与之交互的教育，限于当时人工智能自身的技术水平，直到20世纪末才被引进英国、美国、澳大利亚等国家的部分中学课程中，我国在2003年正式启动中小学人工智能教育。

20世纪80年代，人工智能课程以选修课的形式出现在英国的中学信息通信技术(ICT)课程中，主要讲解人工智能的基础知识、人工智能的应用知识。2013年，英国在中小学教学大纲的全面改革中将原有的ICT课程修订为计算(Computing)课程，教学目标转向关注计算思维和人文价值。在人工智能教学方面，英国多与高校协作开展，比如将来自高校的实习教师作为中小学人工智能教育的外部师资、依托高校力量为中小学搭建人工智能教学网站、邀请高校专家参与中小学师生的讨论和答疑等。2012年，爱沙尼亚发起“Proge Tiger”(程序老虎) 计划，旨在将编程和机器人技术等人工智能相关学科知识引入学前、小学和职业教育中。在美国，人工智能课程是计算机科学课程的一部分，且多以选修课的形式开设。美国现行的中学信息技术课程设置中，各州根据实际情况对人工智能课程及其教学提出不同的要求。例如，威斯康星州的信息技术素养学术标准中，将人工智能作为12 年级学生“媒体与技术”层面的学习内容。如佛吉尼亚州Chesterfield县公立中学在“信息系统技术”选修课程中开设了人工智能课程，由于课程具有一定的难度，所以该课程只为优等生开设。2016 年 10 月，美国总统行政办公室联合美国国家科学技术委员会共同发布了《规划未来，迎接人工智能时代》研究报告。2018年5月，美国人工智能学会(AAAI)发布了面向K12阶段的人工智能教育行动。同年7月，AAAI和计算机科学教师协会(CSTA)正式联手推进K12人工智能教育计划，间隔一两个月均有相关的研讨活动，目前基本明确了小学阶段人工智能教育的内容应包含机器感知、智能体和推理、从数据中学习、人机交互、伦理等五个主要维度。在澳大利亚，部分中学也开设了人工智能的相关课程。例如，昆士兰州的Marsden州立高中将人工智能课程作为信息处理与技术课程的五大主题课程之一。2018年澳大利亚昆士兰科技大学的Michael Milford教授编制了儿童版的人工智能科普教材《The Complete Guide to Artificial Intelligence for Kids》。2019年3月，联合国教科文组织举办的以“人工智能促进可持续发展”为主题的移动学习周在法国巴黎举行，主要探讨在教育领域中运用人工智能所带来的机会与挑战，提出基础教育重在人工智能的普及、认知与初步应用，有必要开发适合中小学生的人工智能课程并整合到信息技术教学中，学科教学应用人工智能实施精准教学将成为趋势。

我国从2003年开始尝试在高中阶段开设人工智能选修课程，教育科学出版社、中国地图出版社等在2004至2006年间组织出版了我国第一批《人工智能初步》（选修）教材和配套资料。但是，受限于人工智能学习和授课难度，加上师资、课程趣味性、教学学时限制等原因，当时并未得到大规模的实施和应用。2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确指出人工智能已成为国际竞争的新焦点，我国应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科。贵阳市、成都武侯区、北京东城区等地区，除了高中阶段外，都成规模开设了面向小学阶段部分年级的人工智能课程。2017年12月，工信部印发《促进新一代人工智能产业发展三年行动规划(2018-2020年)》。2018年2月，《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》将“人工智能初步”列为选择性必修模块，分为人工智能基础、简单智能系统开发、人工智能技术的发展与应用三部分内容。2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，明确要求要完善课程方案和课程标准，使中小学人工智能和编程课程内容能充分适应信息时代、智能时代发展需要。2018年4月28日，在华东师范大学举办的“人工智能教育研讨会和《人工智能基础（高中版）》教科书会议”上，发布了《人工智能基础（高中版）》教材，这是中国中等教育体系内的第一本人工智能教材，标志着人工智能教育在中国踏入基础教育阶段。教材基本按照新课标准进行设计，共分为九章，采用“总—分—总”的结构，包括案例—概念—原理—实验；知识内容包括人工智能的概念与发展史、分类算法、深度神经网络学习、语音识别、图像识别、自然语言理解等知识模块的学习；在呈现形式上加入了许多图片帮助学生理解知识。该教材虽已在一定程度上贯彻了新课标的要求，但仍存在知识点较难超纲、教材组织形式单一缺少实践设计、没有涉及智能技术的应用与体验等问题。2019年1月19日，教育部《中小学人工智教育》项目发布上指出：北京、广州、深圳、武汉、西安5城作为第一批试点城市，3-8年级学生将试点学习人工智能教育与编程课程。2019年2月，常州市教育局与江苏凤凰出版传媒股份有限公司和浙江商汤科技开发有限公司在人工智能教育领域开展战略合作，将在常州市14所高中校引入人工智能课程，但目前课程暂未具体开展实施。2019年3月1日，教育部办公厅关于印发《2019年教育信息化和网络安全工作要点》的通知中明确指出：将启动中小学生信息素养测评，并推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。2019年3月21日，教育部印发《教育部关于公布2018年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》，根据通知， 全国共有35所高校获首批“人工智能”新专业建设资格。同年，广州市教育局、北京市教委、山东省教育厅、山西省教育厅、福建省教育厅、河南省教育厅、云南省教育厅等纷纷发布通知，提出开展中小学人工智能课程实验，推进人工智能教育试点区域和试点学校的建设，推动人工智能教育大力发展，但多数都是义务教育阶段学校开展人工智能教育试点，高中阶段开展较少。

纵观国内外研究现状，可以发现：

（1）世界各国高度重视人工智能发展，先后启动了一系列的人工智能重大项目，基础教育阶段的人工智能教育正焕发着新的生命力，是当下的热点话题，高中人工智能校本课程的开发与实施属于创新前沿性探索。

（2）从现有的理论研究来看，基础教育阶段的人工智能教育近几年才成为热点，人工智能课程缺少完善的课程内容体系，有较高价值的人工智能课程的研究成果很少，已开发实施的高中人工智能校本课程就更有限了。

（3）从目前的实施应用情况来看，人工智能教育试点教育主要集中在义务教育阶段，当前的高中人工智能教材还不多，可借鉴的现行课程资源匮乏，同时由于教材缺乏系统性、缺少对学生科学素养的积极引导，以及教材适用性、师资、软硬件设备等方面的问题，高中学段尚未全面开设专门的人工智能课程，仅部分学校和一线教师尝试在STEM、创客、机器人等跨学科课程中探索实践人工智能教育。

2、研究的价值

    无论是国务院2017年发布的《新一代人工智能发展规划》还是教育部2018年发布的《教育信息化2.0行动计划》，都极度强调了人工智能之于国家、社会乃至教育的重要性。科技的发展必然需要教育先行，要在普通高中教育中引入一门新的学科正需要国家的制度与政策保障。国家层面明确的指向性和人工智能本身在世界范围内的持续高热度，正是其进入高中课堂的最好时机。在智能社会高素质人才培养目标的驱动下，通过开发成体系的、跨学科融合的高中人工智能校本课程，并在不同层次和维度上全面而有侧重地实施课程，让学生了解人工智能对现代社会的影响，关注相关前沿知识，形成智能化意识，培养计算思维，提升科学素养，激发学生利用人工智能技术创建美好世界的情感，同时也为我国人工智能教育的普及、跨学科实践及创新等方面提供经验与借鉴。

（三）研究的目标、内容（或子课题设计）与重点

1、研究目标

通过课题研究，围绕全面发展学生科学素养，组建多元化的人工智能教育校本课程研发与实施团队，构建普通高中人工智能校本课程体系，开发多维度多层次课程并建设课程配套资源库，选用形式多样的教学方式实施课程并提炼行之有效的实施策略，培养学生计算思维，提升科学素养，满足未来智能时代社会应用的迫切需求，为国家储备拔尖创新人才，也为普及高中人工智能教育提供指导、分享经验。

2、研究内容与重点

（1）构建高中人工智能校本课程体系

本课题秉持综合创新的理念，紧紧围绕培养计算思维、提升科学素养的目标，构建基于人工智能技术发展框架的计算智能、感知智能、创新智能等几个层次相对应的高中人工智能校本课程体系。

（2）组建多元化的人工智能校本课程研发与实施团队

人工智能校本课程的开发建设与实施，最重要的支撑就是教师团队。人工智能课程是一门理论性和实践性很强的多学科交叉课程，要求教师团队跨学科合作、领域内学科交叉，定期组织学习与研讨，同时邀请人工智能专家、教育专家、高新技术企业提供理论指导与技术保障，为课程开发组建优质团队，也为教师专业成长搭建广阔的舞台。

（3）搭建人工智能校本课程开发平台，建设课程配套案例资源库

课程开发是一个系统的过程，本研究根据拉尔夫泰勒课程开发的“目标模式”，将高中人工智能校本课程开发的过程设计为：需求分析、课程目标设置、课程内容建构、教学活动设计、课程实施、课程评价以及课程的修订与改进等阶段。充分利用网络平台和教育教学软件平台来搭建课程开发平台，形成多维度多层次课程高中人工智能校本课程，并在平台内建设课程配套案例资源库，以便资源共享与经验辐射。

（4）高中人工智能校本课程的实施策略研究

高中人工智能校本课程的实施是一个动态过程，需要教师按照既定的课程方案执行，并用自己的认识和理解在具体操作过程中根据具体情况对课程方案进行适当调整，不断充实和完善课程。在课程实施过程中，依照人工智能课程的特点，注重培养学生的计算思维，提升科学素养。

（四）研究的思路、过程与方法

1、研究思路与过程

（1）课题准备阶段

①开展文献与调查研究，确定研究课题，理清核心概念，阐释和完善核心概念的界定，进行课题申报。

②确立课题组成员，组建教师团队，明确成员分工职责。

③健全课题研究制度，确保研究长效发展。

④制定课题具体的研究计划。

（2）课题实施阶段

①开展课题研究，进行广泛的文献调研，集体研讨，构建多维度的课程体系。

②在课程体系指导下，教师团队依据个人研究专长结合高中生认知特点，进行高中人工智能校本课程的具体开发建设工作。

③在课程方案的指导下建立科学课程体系和教学计划，实施课程，并保证教学的正常。

④定期召开专题报告会，定期组织教师跟进教学观察、分析和反馈，完善课程，提炼总结。

⑤定期组织教师团队进行线上线下相结合的专业技能培训，不断提升业务水平。

（3）结题鉴定阶段

归纳整理课题研究过程的一手资料和研究成果，如开发的课程、课程中的案例（项目）资料，撰写发表研究论文，收集案例实录，形成校本课程集，建立课程资源库，申请结题。

2、研究方法

（1）文献研究法

通过广泛研阅国内外有关人工智能课程的相关文献，为课题研究提供理论参考，并初步规划高中人工智能校本课程模块，构建课程体系。

（2）案例研究法

人工智能课程内容本身并不是单一的知识点，而是以贴近实际的项目为载体，具有情境性、复杂性、综合性、实践性等特点，不宜采用传统的“讲授”式教学，更适合应用情境化、基于问题、基于案例、基于项目的教学模式。通过收集人工智能校本课程典型案例实录，研究分析并加以反思。

（3）行动研究法

高中人工智能校本课程的开发与实施，由学校课程研发与实施团队，立足教学一线，具体贯彻行动计划，参与全程展开研究。

（4）调查问卷法

本课题将在课程实施前期，设计学情调查问卷，调查学生对人工智能技术的了解情况、对人工智能课程的接受程度等信息。在行动研究后，再通过调查问卷调查学生在完成相应人工智能课程后对教学的满意程度、对人工智能技术的兴趣与积极性、智慧社会责任感情况等。同时为了了解校本课程实施的效果，进一步为课程修订做准备，也会设计问卷对校本课程的实施效果进行调查，调查对象为校本课程实施教师以及该校参与课堂观摩的教师。

（五）主要观点与可能的创新之处

1、主要观点

（1）科学素养是核心素养的重要组成，是人工智能课程的灵魂。在高中阶段开发实施人工智能校本课程，既能提升学生科学素养，激发学生利用人工智能技术创建美好世界的情感，又符合国家创新人才培养的战略需求，也能为我国人工智能教育的普及做出一份贡献。

（2）与其他学科不同，人工智能高度综合且对跨学科知识依赖性强。学生、教师和教材只是人工智能教育的“冰山一角”，还需要隐含在水面之下的大量资源才能够支撑起完整的课程体系，特别是与人工智能相关的软硬件技术群以及互联网资源，这些资源的整合、开发、应用与实践都需要研发团队进行深入的挖掘。因此，围绕学生发展的技术素养，构建基于人工智能技术发展框架的高中人工智能教育课程体系，开发多维度多层次课程并建设课程配套资源库，实施课程并提炼行之有效的实施策略，显得迫在眉睫。

2、可能的创新之处

（1）我国虽然启动了一系列新一代人工智能重大项目，但高中人工智能教育处于起步阶段，从理论研究层面来看，有关高中人工智能课程的理论研究成果很有限，通过课题研究构建基于人工智能技术发展框架的高中人工智能校本课程体系，开发多维度多层次课程并建设课程配套资源库，属于创新探索研究。

从实际应用层面来看，我国高中人工智能教材还不多，可借鉴的现行课程案例与项目资源还很匮乏，高中学段尚未全面开设专门的人工智能课程，通过课题研究，开发、实施课程并提炼行之有效的实施策略，为我国普及人工智能教育提供借鉴，属于前沿行动研究。