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        探索人工智能技術(shù)助力教學(xué)

        2021-10-28 08:21:00王倩娟福建福建師范大學(xué)附屬小學(xué)
        小學(xué)科學(xué) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:人工智能科學(xué)教師

        ◇王倩娟(福建:福建師范大學(xué)附屬小學(xué))

        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”作為人工智能國(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”。基于此,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)立開設(shè)人工智能校本課程,或在信息技術(shù)課程上進(jìn)行專業(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,從教師自身層面來說,有相當(dāng)一部分教師認(rèn)為人工智能是獨(dú)立存在的一門學(xué)科,專業(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 今日頭條未來教育峰會(huì)上指出:“未來人才培養(yǎng)和人工智能的崛起是密切相關(guān)的。未來是更加智能化的時(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,詳見下表。

        科學(xué)內(nèi)容領(lǐng)域1~2年級(jí)(2017版)3~4年級(jí)(2017版)5~6年級(jí)(2007版)物質(zhì)科學(xué)——簡(jiǎn)單電路、導(dǎo)體和絕緣體、鐵釘生銹了生命科學(xué)尋訪土壤中的小動(dòng)物、樹葉變黃了,單元:動(dòng)物與植物電路暗箱、浮力、摩擦力、水受熱以后、水遇冷以后、聲音的傳播給動(dòng)物分類、環(huán)境變化以后,單元:植物的一生,單元:人的呼吸和消化大腦、神經(jīng)、感覺,單元:遺傳與變異、化石告訴我們什么地球與宇宙科學(xué)曬太陽(yáng)、看月亮、數(shù)星星常見的巖石、月球、太陽(yáng)、云量和雨量、風(fēng)向和風(fēng)力、地下水、海洋晝夜交替、看月亮、地球的內(nèi)部、火山和地震、地表的變遷、登月之旅、太陽(yáng)系大家族、看星座、探索宇宙技術(shù)與工程——斜坡的啟示

        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)生并沒有學(xué)過賦值法,所以只能從折邊x=1cm 開始計(jì)算船的體積(見下圖)。

        X代表折邊

        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)觀察一個(gè)月內(nèi)月亮的變化。但在教學(xué)過程中,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)遇到陰雨天氣無法持續(xù)觀察。

        (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,它的種類很多,大致可以分為計(jì)算機(jī)視覺,圖像、音頻識(shí)別和自然語(yǔ)言處理三類。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的生物”這一大概念提出的學(xué)習(xí)目標(biāo)中就有“說出生活中常見動(dòng)物的名稱及其特征、說出周圍常見植物的名稱及其特征”這一要求。而在不同地區(qū)中生長(zhǎng)的常見動(dòng)植物是不一樣,教師也無法做到在任何時(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人類的生命安全帶來威脅。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)課程是一門綜合性的課程,特別強(qiáng)調(diào)與其他并行開設(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。

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