人工智能在小学科学课堂教学中的应用模式与策略

李永刚

摘 要：人工智能在小学学科中的应用已经逐渐被大众所认可。为了加强对人工智能的应用，我们有必要对现阶段人工智能在小学科学课中的应用现状进行分析。在这样的背景下，我们才能推动人工智能在学科中的有效应用，找到解决问题的方法与策略，为更多的教师提供教学参考。这样才能不断增强教师个人的教学能力，促进课堂教学效果的提升。

关键词：人工智能;小学科学;策略

现阶段，小学科学仅仅是小学阶段的常识性课程。因此，学校对小学科学课的重视度不如语文、数学和英语等学科。人工智能的应用在小学科学教学中并未得到全面落实，仍然存在着许多的不足。本文将以小学科学课堂教学为例，研究人工智能在教学中的应用。

一、人工智能在小学科学课堂中的应用模式

技术是人类器官的延伸与拓展，技术性质反映了人的性质，即技术的目的是人的目的，技术需求是人的需求，人的需求是无止境的，技术的发展也是无止境的[3]。人工智能软件服务于小学科学课堂，是课堂教学的一种技术手段。通过利用一些人工智能软件，可以促进学生认识科学事实，帮助学生建立科学概念。科学课一般分为聚焦话题、实践探究、形成解释和拓展延伸四个阶段。人工智能软件可以作为探究工具帮助学生形成解释。在应用人工智能软件的小学科学课堂中更关注学生学习活动和教师教学活动。结合对人工智能软件的梳理、对小学科学课程特性的整体把握以及实际上课经验，笔者梳理出了基于应用人工智能教育软件的小学科学教学模式。

1.学生学习活动。在人工智能软件作为教学手段之一的小学科学课堂中，学生的学习活动可以分为感受、活动和思维三个方面。通过教师创设的以生活为基础的情境和引导，学生联系现实的生活经验和感受，发现问题，自主提出想要探究的内容。结合要探究的问题，学生通过小组合作的方式使用从人工智能软件中获得的科学事实修正自己已有的经验，积极主动地完成他们想要探究的内容，建立相关概念。学生使用人工智能软件，经历感受、探究和分析数据等过程，将感性的感受转换为理性的认识，将抽象的知识具象化，发展学生的科学形象思维。

2.教师教学活动。在基于学生使用人工智能自主探究的课堂中，课堂的主体是学生，教师起到推动课堂环节发展和引导学生思考的作用。教师在将人工智能应用到教学的过程中，要对人工智能软件进行充分地了解与选择。在教学设计中考虑智能软件和教学内容的关联性，分析并评估智能软件在课堂中的应用效果。确定好要使用的智能软件后，在课堂上向学生展示智能软件的使用方法，引导学生规范使用。给予学生充分的时间来体验和活动，在此过程中，教师是辅助者和引导者，帮助学生解决他们遇到的操作层面的问题，引导学生对观察到的现象进行分析，引导学生发现和解决问题，促进学生有效的探究活动。在必要时做阶段性小结，鼓励学生的发问和验证精神，最后为学生提供拓展延伸的相关内容。

二、人工智能在课堂教学的应用策略

1.感受维度。学生对身体非常熟悉，身體向我们传达了很多信息，比如出汗、心跳加快、呼吸加快、胃胀、肚子疼等，学生通过感受建立了一些关于身体的感性认识。本课聚焦到学生的实际生活，在运动中感受身体的变化，结合自己的感受提出想探究的问题。在感受维度师生行为具体表现为：教师带领学生感受运动带来的身体变化，引导学生通过记录并分析数据，聚焦问题。学生运动起来，描述运动后身体的变化，感受运动后呼吸加快，并通过记录和分析身体数据（平静时和运动后的呼吸次数）将感性经验与理性事实进行联系。基于自己的感受和对数据的分析，提出本课的核心问题：为什么运动后呼吸会加快。

2.活动维度。在探究活动中，学生以小组合作的形式，利用“人体探秘”软件自主观察人体呼吸的过程，探究人体呼吸器官的结构与功能，修正学生对呼吸系统的感性认识，建立呼吸系统的概念。活动维度师生具体行为表现为：教师先让学生根据自己的生活经验和感受画一画空气在体内流动的过程（用到的器官），然后用软件探究呼吸系统。学生通过画一画的活动表达自己对人体呼吸系统的感性认识;分小组使用软件观察在呼吸过程中用到了哪些器官，结合器官的结构分析各个器官的功能，描述呼吸过程，观察吸进来和呼出去的气体是不一样的，肺是完成气体交换的器官;小组间分享自己的发现，全班一起讨论。

3.思维维度。学生通过感受、体验、探究和分析数据，建立了呼吸器官和呼吸系统的相关概念。将感性的感受转换为理性的认识，将看不见、摸不着的人体内部系统转换为看得见的模型，将抽象的知识具象化，发展学生的科学形象思维。思维维度师生具体行为表现为：教师提供科学家的研究数据，引导学生分析数据;引导学生总结出人体的生命活动需要氧气;呼吸系统可以将空气运输到体内。学生分析一次呼吸过程中吸进和呼出气体种类和数量的数据表，对比分析得出氧气留在人的体内，二氧化碳等不要的气体排出体外，为人体探秘中发现的吸进和呼出气体不一样提供事实证据;学生结合已学知识，再次使用软件感受并观察到人体运动起来需要大量的氧气，一次呼吸吸入的氧气数量是一定的，所以需要加快呼吸的频率。最后教师进行拓展，联系生活中的空气净化器，让学生意识到一些生活中的发明和创造来自我们的身体，也就是仿生学。

人工智能软件作为技术支持应用到小学科学课堂当中，对于教师和学生都是一个重大的突破。合理选择有针对性的人工智能软件对课堂教学可以起到良好的推动作用，取得良好的教学效果。通过实际教学中师生教学活动的分析，人工智能软件可以帮助教师调动学生的积极性，帮助教师解决在教学中出现的困难。学生通过使用人工智能软件，可以将抽象的知识具象化，发展科学思维。

参考文献

[1]闫志明，唐夏夏，秦旋，张飞，段美元.教育人工智能（EAI）的内涵、关键技术与应用趋势——美国《为人工智能的未来做好准备》和《国家人工智能研发战略规划》报告解析[J].远程教育杂志，2017（1）：26-35.

[2]叶宝生.小学生习得科学概念的六种方式[J].现代中小学教育，2016，32（1）：63-65.