人工智能融入小学科学课堂教学的实践分析

人工智能融入小学科学课堂教学的实践分析

许腾腾

河北廊坊大厂回族自治县祁各庄镇田各庄学校

摘要：教育部门提出要在小学科学教学中培养学生的核心素养：科学习惯、科学方法、科学能力、科学态度及科学精神。在小学阶段，科学课程具有很高的实践性和基础性。通过人工智能能够让学生更好地理解并熟练掌握科学知识，从而提升他们的能力，并且为科学实验提供有利的条件。目前，国内小学人工智能教育处在起步阶段，教师在教学中存在一些错误认识，在将科学学科与人工智能融合的过程中遇到一些困难。文章从实践角度出发，分析小学科学教师在人工智能融合教学中存在的常见误区，提出人工智能和学科教学融合的基本路径，对如何在小学科学教学中有效融合人工智能进行论述。

关键词：人工智能；小学科学；教学

引言

小学科学作为一门综合性基础课程，学习内容涉及物质科学、生命科学、地球与宇宙科学及技术与工程等多个领域，强调在动手实践中发展学生解决问题的能力和创新能力，与人工智能教育有着相似的育人价值取向。人工智能通过模拟人的思维及身体结构和功能，实现与外界环境交互、推理决策和行动控制，在学习内容上人工智能与小学科学存在交叉部分。总体而言，人工智能与小学科学有较好的学科融合基础，小学科学教师可以在教学实践中积极探索与人工智能的融合教学。目前，人工智能融入小学科学课堂教学还处在起步阶段，教师在实践中存在融合动力不足、实践认知不清、融入路径不明等问题。本文主要分析融合教学中的常见误区，并探讨融合教学的基本路径，提出教学建议供同行参考借鉴。

1开展小学科学教学的意义

小学是培养学生核心素养的重要阶段，小学科学课堂教学是实现培养学生核心素养的重要途径，整个小学阶段的学习对于学生来说都极为重要，它是学生以后学习和生活的基础。尤其是科学课堂教学，它和我们的生活息息相关，学好了可以解决生活中的一些简单问题，把科学带到生活中，学生们可以获得更多实践的机会，而把生活中遇到的部分问题再带到科学课堂中，和同学们合力解决，还可以培养学生的团结合作意识，科学课堂和实际生活相结合，可以进一步发挥出科学课堂教学的有效性。此外，科学课堂教学实践机会多，学生可以通过实践，全面理解教材理论知识，在理解的基础上，对课本进行更进一步的挖掘，涉猎更深层次的知识，逐渐养成独立探索的能力，这些能力也是核心素养内容的一部分。另外，通过小学科学课堂教学，教师可以观察并分析有关学生日常学习的真实情况，根据这些情况反馈，适时调整科学课堂教学策略，不断提高课堂教学的有效性。

2当前小学科学课堂教学存在的不足

2.1学生课堂主体地位不明确

在核心素养教育理念的持续落实与新课标改革体系的持续渗透下，我国小学科学教学课堂逐渐发生变化，但依然存在部分教师受传统教学理念的影响无法认识到教学模式创新的重要性。部分教师在展开小学科学教学时并未认识到师生课堂正确地位，导致学生课堂主体地位不明确，学生学习需求无法得到满足，且这种被动接收的学习容易使学生学习兴趣受到影响，不仅会使科学教学整体效率大幅度降低，还会使学生科学思维无法得到锻炼。

2.2教学模式传统，信息技术作用未发挥

部分小学科学教师在展开实际教学过程中缺乏对教学模式的创新，导致小学科学教学有效性低下。信息时代的到来使科技水平飞速发展，现阶段多媒体设备、互联网技术、计算机技术等先进信息技术已经逐步走入小学课堂。然而我国部分小学科学教师并未认识到这些先进技术的教育价值，在课堂上只是利用这些技术进行视频播放与课件播放，先进技术的实际功能并未在课堂上得到充分发挥，而教师也不会对自身教学模式展开进一步创新，将教学局限在传统填鸭式教学中，导致学生体现出的科学知识学习兴趣不高，课堂参与积极性十分低下。

2.3教学理念传统，学习没有积极性

受传统教学理念的影响，我国众多小学家长与教师对学生的学习状态十分重视，甚至让小学阶段的学生学习超出其认知与理解范围的知识，为了使学生的学习成绩得到提高，学生的学习压力不断加大，这种现象导致学生对教学逐渐失去兴趣，且大量的学习压力与负担也会使学生心理健康受到影响，甚至会使学生对学习产生抵触心理，激发学生的叛逆情绪，不仅无法调动学生学习积极性，还会使教学课堂效率变低。

3人工智能融入小学科学课堂教学的实践

小学科学教师在进行人工智能融合教学设计时，需要跳出学科本位进行思考，积极学习并掌握人工智能技术，充分联系课程内容，整合人工智能教学资源。在课堂上构建与人工智能技术融合的教学场景，依据学生认知发展水平进行融合教学，激发学生学习兴趣，提升学生信息素养和创新能力，实现人工智能的普及教育。

3.1选择与人工智能有关的小学科学教学内容

小学科学教师在进行人体部分教学时可以适当拓展有关人工智能的内容。例如，在引导学生认识人的感官时，可以介绍机器人如何利用多种传感器接收外部信息；在讲解人的神经系统时，可以介绍人工智能如何通过模拟人的神经网络在学习能力和思维能力上大大提升；在讲解仿生时，可以介绍机器人如何通过模仿人的身体结构实现类似人的行动和控制。此外，在进行科学史的讲解时，教师也可以适当融入人工智能的发展历史。

3.2应用人工智能技术提高课堂探究效率

目前，随着人工智能技术的发展，已经有较成熟的人工智能软件进入社会生活。小学科学教师可以根据课堂教学需要，选择合适的软件提高课堂探究的效率。例如，在“玩泥巴”一课中，学生在筛、和、捏泥土的过程中，不便使用传统纸笔方式进行记录。对此，教师就可以应用语音识别技术帮助学生记录学习过程中的发现。又如，在“校园生物大搜索”一课中，在学生观察和记录校园里的植物时，教师可以应用识图软件帮助学生识别不认识的植物，满足学生个性化的学习需求，帮助学生实现高效探究。

3.3设计物化中融合编程学习

工程设计与物化是小学科学技术工程领域重要的学习内容，具有实践性、综合性的特点，可以发展学生的创造力和动手能力，是进行跨学科融合学习的重要部分。科学教师可以尝试在工程设计与物化教学中融合人工智能教育，如在设计物化环节引入传感器，整合编程学习，让物化模型具有更高的自动化水平，从而更好地解决工程问题。同时，基于问题解决的设计与物化也为学生的编程学习提供了良好的学习情境，能够激发学生的学习兴趣，发展学生的创新能力。

3.4重视学生与人工智能技术的真实连接

学生的科学学习是在原有经验的基础上在不断探究和体验中发生的。因此，教师在将科学学科和人工智能融合时要基于学生认知水平，重视学生与人工智能技术的真实连接。虽然学生对人工智能的应用并不陌生，但人工智能技术本身与学生经验之间仍然存在鸿沟。2021年中央电化教育馆发布了《中小学人工智能技术与工程素养框架》，明确了基础教育阶段人工智能教育的核心素养和学习内容要求。在安排学习进度时，教师可以依据上述文件提出的各学段培养要求进行教学设计。

结束语

人工智能技术和教育理论的发展，使基于人工智能背景的教学改革成为必然。小学科学的学科包容性是人工智能与科学课堂教学融合的有利条件。在此背景下，小学科学教师应积极探索人工智能融合教学，为学生未来的发展打下良好的基础。

参考文献

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