王倩娟

2017年，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確地將“智能教育”作為人工智能?chē)?guó)家戰(zhàn)略的重要組成部分，提出“利用智能技術(shù)建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，提供精準(zhǔn)推送的教育服務(wù)，推動(dòng)人工智能在教學(xué)中的全流程應(yīng)用”?；诖?，本文分析了人工智能技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀，并以小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)為例，從“常學(xué)習(xí)，樹(shù)立人工智能技術(shù)為教學(xué)服務(wù)的意識(shí);多留心，及時(shí)整理學(xué)科教學(xué)中需要技術(shù)支持的內(nèi)容;廣搜索，選擇便捷、合適的人工智能技術(shù)助力教學(xué);巧融合，嘗試人工智能技術(shù)對(duì)跨學(xué)科教學(xué)的應(yīng)用”四個(gè)方面對(duì)人工智能技術(shù)融合小學(xué)科學(xué)教學(xué)的策略進(jìn)行了探索。

一、人工智能技術(shù)融合科學(xué)課教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，將人工智能技術(shù)融合于學(xué)科教學(xué)并不普遍。大多數(shù)學(xué)科教師在教學(xué)中使用的還是多媒體技術(shù)，例如PPT課件、希沃課件、視頻剪輯等;在一些人工智能試點(diǎn)校、試點(diǎn)地區(qū)，更多的也是嘗試獨(dú)立開(kāi)設(shè)人工智能校本課程，或在信息技術(shù)課程上進(jìn)行專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，在人工智能技術(shù)融合學(xué)科教學(xué)上研究較少。其次，從教師自身層面來(lái)說(shuō)，有相當(dāng)一部分教師認(rèn)為人工智能是獨(dú)立存在的一門(mén)學(xué)科，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、知識(shí)深?yuàn)W，因此，從心理上早早就放棄了嘗試的念頭。

二、人工智能技術(shù)融合科學(xué)課教學(xué)策略

（一）常學(xué)習(xí)，樹(shù)立人工智能技術(shù)為教學(xué)服務(wù)的意識(shí)

中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)校長(zhǎng)翟小寧在2017今日頭條未來(lái)教育峰會(huì)上指出：“未來(lái)人才培養(yǎng)和人工智能的崛起是密切相關(guān)的。未來(lái)是更加智能化的時(shí)代，一定要高度重視新科技，高度重視人工智能教育，為未來(lái)發(fā)展做好準(zhǔn)備。”因此，作為教師必須做出重大改變。首先，要樹(shù)立人工智能技術(shù)為教學(xué)服務(wù)的意識(shí);其次，要與時(shí)俱進(jìn)，利用各級(jí)各類(lèi)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)或課余時(shí)間學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識(shí)，明確當(dāng)今人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)包括圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、人機(jī)交互等;最后，要充分利用人工智能新技術(shù)，推動(dòng)以學(xué)生為中心的個(gè)性化教學(xué)模式變革，將教師從原來(lái)知識(shí)的主要提供者變成指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的人，指導(dǎo)學(xué)生如何搜集信息、利用信息、處理信息。

（二）多留心，及時(shí)整理教學(xué)中需要技術(shù)支持的內(nèi)容

筆者以蘇教版小學(xué)科學(xué)教材為例，按照物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程四大領(lǐng)域進(jìn)行整理，羅列了在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過(guò)程中需要人工智能技術(shù)支持或者利用人工智能技術(shù)可以促使學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展、科學(xué)精神養(yǎng)成的內(nèi)容，詳見(jiàn)下表。

例如，蘇教（2017版）小學(xué)科學(xué)四年級(jí)《浮力》這一節(jié)課中的綜合應(yīng)用部分，其中一個(gè)活動(dòng)是綜合應(yīng)用浮力知識(shí)，想辦法讓一張A4紙?jiān)谒锍休d更多的硬幣。當(dāng)學(xué)生通過(guò)不斷嘗試后會(huì)發(fā)現(xiàn)：船的體積越大承受的硬幣數(shù)量就越多。而想讓A4紙折成的小船體積最大就要涉及體積的計(jì)算（V=abh）。那么如何讓一張A4紙做成的小船體積最大呢？由于四年級(jí)的學(xué)生并沒(méi)有學(xué)過(guò)賦值法，所以只能從折邊x=1cm開(kāi)始計(jì)算船的體積（見(jiàn)下圖）。

這樣，不僅計(jì)算方法超綱、量大而且很耗時(shí)，同時(shí)這也不是我們科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的。因此，教師在這部分教學(xué)時(shí)可巧妙借助人工智能的數(shù)據(jù)分析軟件——微軟教學(xué)，演示操作利用大數(shù)據(jù)建模分析求出折邊x=4.05cm時(shí)折成的小船體積最大、能承受的硬幣數(shù)量最多。

又如，蘇教（2007版）小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《看月亮》一課，需要學(xué)生持續(xù)觀(guān)察一個(gè)月內(nèi)月亮的變化。但在教學(xué)過(guò)程中，一些城市學(xué)校卻經(jīng)常因地處市區(qū)晚上根本看不到月亮又或者難免會(huì)遇到陰雨天氣無(wú)法持續(xù)觀(guān)察。

（三）廣搜索，選擇便捷、合適的人工智能技術(shù)助力教學(xué)

目前與教學(xué)相關(guān)的人工智能技術(shù)有人工智能軟件、運(yùn)動(dòng)手環(huán)、教學(xué)設(shè)備（壓力傳感器等）多種手段。而人工智能軟件是使用面最廣、操作最便捷的一種手段，它的種類(lèi)很多，大致可以分為計(jì)算機(jī)視覺(jué)，圖像、音頻識(shí)別和自然語(yǔ)言處理三類(lèi)。教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)該廣搜索，根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生年齡特點(diǎn)等相關(guān)因素，選擇最合適、最便捷的人工智能技術(shù)來(lái)輔助教學(xué)。

如，小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)在生命科學(xué)領(lǐng)域中對(duì)于“地球上生活著不同種類(lèi)的生物”這一大概念提出的學(xué)習(xí)目標(biāo)中就有“說(shuō)出生活中常見(jiàn)動(dòng)物的名稱(chēng)及其特征、說(shuō)出周?chē)Ｒ?jiàn)植物的名稱(chēng)及其特征”這一要求。而在不同地區(qū)中生長(zhǎng)的常見(jiàn)動(dòng)植物是不一樣，教師也無(wú)法做到在任何時(shí)間、任何空間對(duì)學(xué)生提出的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行答疑解惑。這時(shí)，人工智能技術(shù)的支持就顯得尤為重要了。目前，一些科學(xué)教師對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的解決方法就是采用挑選一些免費(fèi)的、操作簡(jiǎn)單、界面清晰的動(dòng)植物識(shí)別軟件（識(shí)花君、形色、花伴侶、識(shí)鳥(niǎo)君、動(dòng)物識(shí)別等）推薦給學(xué)生，這正是利用了人工智能技術(shù)中的圖像識(shí)別功能。有了這樣的軟件，假期外出時(shí)家長(zhǎng)也能利用識(shí)別軟件教孩子認(rèn)識(shí)一些常見(jiàn)的動(dòng)植物，學(xué)校與家庭形成一股合力，真正做到學(xué)科學(xué)、用科學(xué)，體現(xiàn)了科學(xué)是在實(shí)踐中體驗(yàn)、在探究中積累的，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

又如，蘇教（2007版）小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《簡(jiǎn)單電路》一課，其中有一個(gè)活動(dòng)是讓學(xué)生知道安全用電的常識(shí)，因?yàn)橐恍╁e(cuò)誤的電路連接方式會(huì)造成短路、斷路等情況，嚴(yán)重的甚至?xí)o人類(lèi)的生命安全帶來(lái)威脅。在常規(guī)教學(xué)中，教師經(jīng)常是采用圖片、視頻等方式來(lái)講述，但有了人工智能軟件——仿真實(shí)驗(yàn)室的輔助，教師就可以讓學(xué)生模擬操作、親歷探究各種不同的電路連接方式，從而觀(guān)察到不同的現(xiàn)象，哪怕是學(xué)生嘗試了一些錯(cuò)誤的電路連接方法也不會(huì)真正對(duì)學(xué)生造成傷害，引導(dǎo)學(xué)生做中學(xué)、學(xué)中思，樹(shù)立安全用電的意識(shí)。

（四）巧融合，嘗試人工智能技術(shù)對(duì)跨學(xué)科教學(xué)的應(yīng)用

小學(xué)科學(xué)課程是一門(mén)綜合性的課程，特別強(qiáng)調(diào)與其他并行開(kāi)設(shè)的語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、體育等課程相互滲透，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。因此，教師在采用人工智能技術(shù)輔助教學(xué)時(shí)，也可以根據(jù)課程需要巧妙融合學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)資源，嘗試人工智能技術(shù)跨學(xué)科的教學(xué)應(yīng)用。

蘇教（2017版）小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《測(cè)量呼吸和心跳》一課，教材中需要學(xué)生測(cè)量在安靜狀態(tài)下、運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)、休息3分鐘后三種狀態(tài)下1分鐘的呼吸和心跳次數(shù)，而且采用的是最原始的方法，不借助任何設(shè)備僅僅人工測(cè)量。但筆者在實(shí)際教學(xué)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)存在著以下一些情況：在教室上課，由于場(chǎng)地受限且易影響其他班級(jí)上課難以帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展一些運(yùn)動(dòng);人工測(cè)量時(shí)學(xué)生難以掌握正確的測(cè)量方法，如果借助電子設(shè)備，無(wú)法做到人手一臺(tái);等。恰好學(xué)校由于體育教學(xué)需要曾購(gòu)買(mǎi)了運(yùn)動(dòng)手環(huán)及其數(shù)據(jù)處理軟件，于是筆者根據(jù)實(shí)際情況重新調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)，將本節(jié)科學(xué)課堂上需要完成的三個(gè)測(cè)量活動(dòng)有機(jī)融合于體育課堂，請(qǐng)?bào)w育教師將某一節(jié)體育課堂上學(xué)生分別處于安靜狀態(tài)下、運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)、休息3分鐘后的心跳和呼吸數(shù)據(jù)采集后交給筆者。在科學(xué)課堂上，筆者就帶著學(xué)生一起分析不同狀態(tài)下心跳和呼吸的數(shù)據(jù)，并且在此過(guò)程中進(jìn)行了螺旋上升的設(shè)計(jì)——由分析學(xué)生個(gè)人數(shù)據(jù)到分析全班學(xué)生的數(shù)據(jù)，從而得出結(jié)論。人工智能技術(shù)應(yīng)用于體育和科學(xué)兩個(gè)學(xué)科，不僅解決了傳統(tǒng)體育教學(xué)中“難量化、難記錄、難監(jiān)測(cè)、難分析”的問(wèn)題，幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)，更優(yōu)化了教學(xué)資源，使科學(xué)教師能在課堂上有更多的時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、分析，有效培養(yǎng)了學(xué)生在思維方法、證據(jù)意識(shí)等方面的科學(xué)素養(yǎng)。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，人工智能技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的研究，隨著時(shí)代的發(fā)展、技術(shù)的革新、課程的改革，必將有更大的發(fā)展空間，老師們對(duì)于人工智能技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)更加成熟。