〔摘" "要〕" 人工智能技術飛速發(fā)展，其在教育領域的應用日益廣泛。本研究聚焦于人工智能環(huán)境下小學科學課程的運用實踐，探討如何使用人工智能技術資源創(chuàng)新教學方法、提升教學效果。本文就推動人工智能在科學教學中的運用，通過教學案例分析、學生學習成果評估等研究方法，發(fā)現(xiàn)人工智能在小學科學課程中呈現(xiàn)的作用，提高學生實踐能力和創(chuàng)新思維，同時也面臨一些技術整合、教師培訓方面的挑戰(zhàn)，需進一步探索與完善。

〔關鍵詞〕" 小學科學；人工智能；課程實踐

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）20" " 0100-03

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出，人工智能已成為國際競爭的新焦點，應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育。 教育部公布《教育信息化2.0行動計劃》，推動各地中小學引入人工智能教育，為教師專業(yè)發(fā)展賦能，推進教育形態(tài)與教育模式重構。在人工智能時代背景下，小學階段開展人工智能教育對我國人工智能發(fā)展和實現(xiàn)教育現(xiàn)代化具有深遠意義。

當前，小學人工智能教育的開展主要有兩種方式：一是專門開設人工智能課程；二是將人工智能教育融入學科教學。目前，由于人工智能課程體系仍不完善，缺乏專業(yè)教師，學習場景難以創(chuàng)設，許多學校不具備專門開設人工智能課程的條件。因此，探索人工智能與學科教學融合策略是當下普及人工智能教育的主要途徑。本文旨在探討人工智能技術下的教學資源如何使用，以及借助人工智能技術開展的項目式學習、個性化學習等教學模式，以提升學生的自主學習能力、合作探究能力，幫助科學教師更好地適應未來教育教學的發(fā)展需求。

一、人工智能在科學教學中的運用誤區(qū)

人工智能（Artificial Intelligence，縮寫為 AI）是一門綜合了計算機科學、控制論、信息論、神經生理學、心理學、語言學、哲學等多種學科互相滲透而發(fā)展起來的交叉學科。人工智能的目標是用機器實現(xiàn)人類的部分智能，是用人工的方法在機器上實現(xiàn)的智能。目前，許多教師認為使用了信息化軟件就是使用了人工智能，這是一個極大的誤區(qū)。 多數(shù)教師使用的是不具備人工智能特性的軟件，如信息展示與傳播工具，這些軟件主要是作為信息展示和傳播的平臺，像常見的幻燈片演示軟件，展示教學課件、圖片、文字等資料，它們本身并不具備智能學習、自動分析等人工智能核心功能。又如數(shù)據(jù)處理與分析軟件，像一些專業(yè)的統(tǒng)計軟件、繪圖軟件，主要用于對數(shù)據(jù)的處理、分析和可視化展示，并不涉及人工智能的智能學習、推理和決策過程。

二、人工智能在科學教學中的運用形式

人工智能技術已經發(fā)展到“和人類的關系將進入一個‘人機混合+云上協(xié)作’的時代”，為了跟上時代步伐，科學教師應深入探索人工智能技術在學科應用的模式和方法，不斷推進人工智能與教學的融合創(chuàng)新。

（一）智能教學輔助工具

1.智能教育軟件。許多智能教育軟件針對小學科學課程設計，涵蓋了科學知識講解、實驗演示、互動練習等功能。如一些軟件以動畫、視頻等形式生動展示科學現(xiàn)象，像植物的生長、宇宙的探索等，幫助學生更好地理解抽象科學現(xiàn)象。軟件中的互動練習模塊也能夠根據(jù)學生答題情況，即時反饋并提供個性化的學習建議。

2.智能教學機器人。智能教學機器人可以在課堂上與學生進行互動交流，解答學生問題。它能夠識別學生語音指令，以通俗易懂的語言解答科學原理、實驗步驟。如青島版科學三年級下冊《燈泡亮了》一課，學生可以向機器人詢問電路連接方法，機器人通過語音和圖像展示，引導學生認識串聯(lián)和并聯(lián)。

（二）虛擬實驗平臺

虛擬實驗平臺利用人工智能技術模擬真實的實驗環(huán)境，讓學生在虛擬環(huán)境中進行實驗操作。小學科學課程中，由于實驗器材的限制或是對于安全的考慮，部分實驗難以開展。而虛擬實驗平臺則可以突破這些限制，提供豐富的實驗場景和器材選擇。如在探究物質的溶解過程中，利用虛擬平臺可輕松控制溶質種類、溶劑溫度和用量等變量，觀察溶解現(xiàn)象的變化，輕松得到數(shù)據(jù)。

（三）個性化學習系統(tǒng)

個性化學習系統(tǒng)基于人工智能對學生學習數(shù)據(jù)的分析，如學習內容、進度、做題準確率等，為每個學生制定個性化學習計劃。學生的學習基礎和學習速度存在差異，個性化學習系統(tǒng)能夠根據(jù)個性推送適合學生水平的學習內容，還可實時跟蹤學生的學習進展情況，及時調整學習計劃，確保因材施教。

三、人工智能在科學教學中的運用案例

（一）教科版科學三年級下冊“植物的一生”

1.教學目標。了解植物生長的基本過程，包括種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結果等階段；掌握影響植物生長的主要因素，培養(yǎng)學生的觀察能力、實驗能力和數(shù)據(jù)分析能力。

2.教學過程。導入：教師播放關于植物生長的智能動畫視頻，展示從種子到成熟植株的全過程，激發(fā)學習興趣。并提問：“你知道種子是如何發(fā)芽的嗎？”“植物生長需要哪些條件？”引導學生思考并討論。

知識講解與實驗設計：教師利用智能教學軟件，講解植物生長各階段的特點和所需條件。學生分組設計實驗，探究不同因素對植物生長的影響。學生借助虛擬實驗平臺，模擬不同光照強度、水分含量和土壤肥力等條件下植物的生長情況，初步確定實驗方案。

實驗實施與數(shù)據(jù)收集：學生在學校的種植園中，按照實驗方案種植體驗，定期觀察植物生長狀況，記錄數(shù)據(jù)，如植株高度、葉片數(shù)量、開花時間等，并利用智能設備拍攝植物生長過程照片和視頻，以備后續(xù)智能分析。

數(shù)據(jù)分析與成果展示：學生將數(shù)據(jù)輸入個性化學習系統(tǒng)，自動生成數(shù)據(jù)圖表，根據(jù)數(shù)據(jù)分析形成關于實驗結論的提示和建議，并根據(jù)系統(tǒng)反饋，完善實驗報告，然后進行成果展示，分享發(fā)現(xiàn)和心得體會。

拓展：教師引導學生與智能教學機器人討論實驗中遇到的問題，智能機器人解答學生疑問，鞏固所學知識。

（二）教科版科學四年級上冊《聲音的傳播》

1.教學目標。理解聲音傳播原理和條件；了解聲音在不同介質中傳播速度差異；學會設計簡單實驗來探究聲音傳播特性；培養(yǎng)科學探究精神和合作交流能力。

2.教學過程。導入：教師利用智能音箱播放優(yōu)美音樂，然后突然關閉，提問：“音樂是怎么從音箱傳到我們耳朵里的？”“如果沒有空氣，我們還能聽到聲音嗎？”激趣引發(fā)思考。

理論學習與實驗設計：教師借助智能教學軟件中的虛擬實驗室，演示聲音在固體、液體和氣體中的傳播過程，講解聲音傳播原理和相關概念。學生分組討論并設計實驗，探究聲音在不同介質中的傳播。例如在密封的玻璃罩內放置鬧鐘，逐漸抽出玻璃罩內的空氣，感受聲音變化，探究聲音傳播與空氣的關系。

實驗操作與觀察：教師指導學生實驗，學生使用如音叉、水槽、固體傳聲棒等實驗器材，分別探究聲音在氣體、液體和固體中的傳播特性，記錄聲音傳播效果和特點。學生可利用智能設備拍攝實驗視頻，以便后續(xù)分析和總結。

數(shù)據(jù)分析與討論：學生將實驗觀察到的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行整理和分析，總結聲音在不同介質中的傳播規(guī)律。小組交流后，互相補充和完善實驗結論。智能教學機器人對學生的討論進行引導和點評，幫助學生深化對聲音傳播原理的理解。

拓展：學生通過智能搜索工具，查找聲音傳播原理在日常生活中的應用，了解更多關于聲音傳播應用的實例。

四、人工智能在科學教學中的運用效果

（一）學生學習興趣的提升

通過問卷調查發(fā)現(xiàn)，在人工智能環(huán)境下開展小學科學教學后，學生對科學課的學習興趣有了顯著提高。智能教學工具的生動展示、虛擬實驗的趣味性以及個性化學習系統(tǒng)的針對性都吸引了學生的注意力，使他們更主動地參與學習。

（二）學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)

科學知識的掌握。從學生的考試成績、作業(yè)完成情況以及實驗報告質量等方面來看，學生在科學知識的掌握上有了明顯進步。人工智能輔助教學工具以多種形式呈現(xiàn)科學知識，幫助學生更好地理解和記憶。如在“聲音的傳播”教學中，學生通過虛擬實驗室的演示和實際操作，對聲音傳播的原理及特性有了更深入的理解，相關知識點的答題準確率提升了。

科學探究能力的發(fā)展。學生的科學探究能力得到了有效鍛煉。學生學會了提出問題、設計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結果和得出結論等一系列科學探究步驟。如兩個案例中，學生都能在教師的引導下，自主設計實驗方案，根據(jù)實驗結果深入分析，提出合理的解釋和建議，這表明學生科學探究能力得到了較好的培養(yǎng)。

科學態(tài)度與價值觀的形成。學生在與智能設備和系統(tǒng)的互動過程中，養(yǎng)成了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和正確的科學價值觀。如學生在使用個性化學習系統(tǒng)時，需認真對待系統(tǒng)提供的學習建議和反饋，及時調整學習方法和策略，培養(yǎng)了自我反思和自我管理能力。在實驗過程中，學生注重數(shù)據(jù)的準確性和實驗操作的規(guī)范性，體現(xiàn)了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

（三）教師教學能力的提升

教師自身的教學能力也得到了鍛煉和提升。教師需學習和掌握各種人工智能教學工具及平臺的使用方法，根據(jù)學生學習情況和人工智能技術特點，設計合理的教學方案，組織有效的教學活動，提升了教師的教學設計能力和課堂組織能力。

五、人工智能在科學教學中的運用面臨的挑戰(zhàn)

（一）技術整合難度

將人工智能技術與小學科學課程進行深度整合并非易事。教師的信息技術水平有限，在技術應用過程中會遇到各種困難。不同的人工智能技術與小學科學課程內容的適配性也需進一步探索和優(yōu)化。例如，如何將一些復雜的人工智能算法和模型以小學生能夠理解的方式呈現(xiàn)出來，是當前技術整合面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

（二）教育資源質量參差不齊

雖然市面上有許多人工智能教育資源可供小學科學課程使用，但這些資源的質量參差不齊。一些智能教學軟件可能存在知識點不準確、教學內容過于簡單或煩瑣等問題，影響教學使用。

（三）教師培訓與專業(yè)發(fā)展

為更好地在小學科學課程中應用人工智能技術，教師需接受相關培訓和專業(yè)發(fā)展支持。目前針對小學科學教師的人工智能培訓體系還不完善，培訓內容和培訓方式難以滿足教師需求。

（四）學生信息素養(yǎng)差異

小學生的信息素養(yǎng)水平存在較大差異，這在一定程度上影響了人工智能環(huán)境下小學科學課程的教學效果。一些學生能夠快速適應人工智能教學工具和平臺的使用，而另一些學生則需要教師花費時間和精力進行指導。如何在教學過程中兼顧不同信息素養(yǎng)水平的學生，縮小學生之間的差距，是當前小學科學課程實踐面臨的一個現(xiàn)實問題。

六、結論與展望

人工智能環(huán)境下的小學科學課程實踐為科學教育帶來了新的活力和機遇。通過智能教學輔助工具、虛擬實驗平臺和個性化學習系統(tǒng)等多種形式的應用，能有效提升學生的學習興趣、科學素養(yǎng)和教師的教學能力。然而，在實踐過程中也面臨著技術整合難度、教育資源質量參差不齊、教師培訓與專業(yè)發(fā)展以及學生信息素養(yǎng)差異等諸多挑戰(zhàn)。

為了更好地推動人工智能在科學教學中的運用，未來需要加強教師培訓體系建設，提高教師的人工智能素養(yǎng)和教學能力；建立完善的教育資源審核與推薦機制，確保人工智能教育資源的質量；深入研究技術與課程內容的整合方式，優(yōu)化教學方案和教學活動設計；關注學生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)，采用分層教學、小組合作等教學策略，滿足不同學生的學習需求。只有這樣，才能充分發(fā)揮人工智能技術在小學科學課程中的優(yōu)勢，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和科學素養(yǎng)的新時代人才奠定堅實基礎。

參考文獻

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[2]潘克明.利用人工智能技術推進信息技術與教育教學的融合創(chuàng)新[J].教育信息技術，2018（7）：3.