科学教学中人工智能技术的要点分析

朱明利

[摘 要]在我国的教育领域中，广泛地使用人工智能技术。尤其是在小学阶段的科学教学活动中，人工智能技术得以充分地应用，这促使传统的科学课堂教学得以改变，使教学内容逐渐向着生动形象的方向发展，进而实现提高教学水平以及质量的目标，提升学生的学习兴趣。文章在分析人工智能技术应用于课堂教学中容易出现的问题的基础上，详细阐述如何在科学课程中使用人工智能技术，以期促进教学质量和效率的提升。

[关键词]人工智能技术;小学科学;问题分析;应用措施

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2022）18-0080-03

教育部提出，要对中小学生进行人工智能教育的普及，各个学校对这一政策进行了响应。在开展科学教学活动时，使用这项技术，可以保障教育改革工作推行的效果，增加科学教学课堂的活力，可以更好地激发学生的兴趣，集中学生的学习注意力，提高课堂教学质量。但是在科学课程中运用人工智能技术的时候，还遇到诸多阻碍的问题，严重影响教学质量和效率的提升，这就要求教师要进行相应的优化和创新，以此实现提高教学水平以及质量的目标，最终使人工智能技术的作用得到充分的发挥。

一、人工智能技术的相关内容

如今，科学界并没有对人工智能进行一致性的判定。在最初的时候，人类把可以进行精确模拟和学习，并拥有智能特征的技术称为人工智能技术。而我们国家的一些学者认为，人工智能技术融合了社会学科、仿生学科、教育学科、学习学科、信息技术学科等，是具有综合性的科学技术。另外，一些教师认为，人工智能技术就是以计算机技术为主，融合了不同学科知识，再结合人机交互以及学习的技术，从而衍生出的一种全新的技术。

2018年版的《人工智能白皮书》，根据技术将人工智能进行分类，主要有计算机视觉和知识图谱以及人机交互等类型。在我们国家的教育领域中根据人工智能技术的分类，广泛地使用该技术，譬如智能阅卷、智慧校园等。其中，智能阅卷就是借助智能扫描仪对学生的试卷进行扫描，然后以智能的方式去批改试卷，在批改工作完成之后，从多方面进行成绩分析，为教师提供更加准确的数据，以便教师更好地了解学情。而智慧校园则是使用了智能安全预警，常见的就是在校园大门处安装摄像头，对进入校园的人员进行监督和检测，一旦出现异常情况或者可疑的人员，就会对其进行识别并迅速地警报，从而保障了校园的安全。

二、使用人工智能技术在教学中出现的问题

1.无法检测人工智能技术的效果

现在，我们经常会把人工智能技术应用在科学的教学活动中。人工智能技术可以根据学生测试的成绩、问题的回答等进行研究，根据研究结果确定学生的知识掌握情况，从而更好地为学生进行知识的推送。但是，该技术在分析的时候，无法准确地判断学生出现问题的内因，如遗忘的规律、知识的难度、情绪等因素，因而不能从人文方面对学生进行关怀，而只是一味地为学生推送相关的知识，让学生反复地进行练习，使得学生学习的负担加重。同时，人工智能软件在推送学习内容时，存在不够个性化、精确化的问题，导致在科学课堂中，离运用人工智能技术进行精确教学的要求还存在一定的差距。

2.教师的专业知识水平有限

随着教育领域普遍地使用人工智能技术，许多问题也跟随出现，其中主要是缺少专业的教师。一方面，大多数学校在职的教师缺少专业的培训;另一方面，尽管部分学校也对教师进行了培训，但在培训时存在培训方法陈旧落后的问题。另外，处于偏远山区的学校，没有完善的基础设施，使得学生和教师都忽视对人工智能技术的运用。这些因素使得人工智能技术的发展和应用效果受到严重的阻碍。总之，学校应该加大培训的力度，改变教学的方式，保障这项技术的应用效果，促使教学效率得以提升。

3.教师未能合理应用人工智能

由于人工智能属于新兴技术，所以部分教师在面对这个技术的时候，存在了解和应用方面的諸多问题，尤其是未能将人工智能技术有效地应用到实际教学之中，使用方法较为单一，往往只能发挥人工智能的一部分作用。这主要是因为教师在应用人工智能的过程中，没有进行完整的和系统的学习，更没有把教学内容和人工智能技术进行有效结合，这就导致其难以取得应有的效果。

三、科学课堂中人工智能技术的应用

1.完善科学课堂中人工智能的基础设施

在开展科学教育活动时，完善的基础设施是前提和基础。想要有效地发挥人工智能技术的作用，就要借助教学设备的支持。但是，如今的小学科学教学条件还无法满足人工智能技术的需求，更新设备比较缓慢，因此学校要加大资金投入的力度。在使用人工智能技术的时候，是需要AI设备、计算机、网络软件等支持的;在购买这些设备的时候，又需要资金的支持。因此，要求学校重视教学资源在人工智能技术方面的配置，将社会、政府、学校自身的资源充分地进行结合，配置好相关的设施设备，为科学课堂使用人工智能技术提供保障。除此之外，想要长久地发展人工智能技术，还需要对教育的各个部门进行协调，增加人工智能技术的比重，从而更好地开展科学课堂的教学。

2.改变教师的观念

随着人工智能技术的快速发展，其在教育领域的影响力越来越大。于是，部分教师会出现一种思想，认为人工智能在发展之后会逐步代替教师。其实这种思想是错误的，教师是永远都不可能被取代的，因为人工智能技术虽然先进，但是其并不具备相应的情感，所以教师的教育作用是不能被替代的。教师的职责就是教书育人，在开展科学教学活动时，教师不仅要向学生传授科学知识，而且还要与学生进行语言的沟通和情感的交流，让学生具有解决科学问题的能力和思想，这些是人工智能技术无法实现的。所以，小学科学教师要更好地利用人工智能技术，改变错误的认知观念，更好地进行科学教学。

例如，在小学中，每个教师需要带好几个班级，科学教师也是如此。这就使得科学教师会有很大的工作量，尤其是作业的批改量较大;同时要求教师在很短的时间内批改完成。而一个人的精力是有限的。在这些因素的影响下，教师在批改作业时，很难顾及每一个学生，提出针对性的反馈意见。但是，如果小学科学教师使用人工智能技术，就可以减少工作量，节省时间，对每一个学生进行针对性的反馈，采用因材施教的方式，为学生制订个性化的学习计划，进而实现减轻教师压力，提高教学质量的目标。

3.借助人工智能技术进行科学探究

想要提升学生的学习效率，就要从学生的学习兴趣入手。因为兴趣是最好的老师，只有让学生对科学知识感兴趣，在开展科学教学活动时，才可以事半功倍。在小学科学课堂中，使用人工智能技术，能对学生的科学探究意识进行引导，激发学生探究问题的兴趣。同时，人工智能技术可以突破时间和空间的限制，为学生全方面地进行知识的展示，再现生活、展示历史文化，这样让学生结合实际生活，发挥思维能力。同时，科学教师还可以借助录像的方式去开展教学活动，先把知识进行包装，然后以礼物的方式展示给学生，以此激发学生的好奇心，促使课堂的氛围处于活跃的状态，让学生拥有饱满的情绪，全身心地进行科学知识的学习。

例如，教师在讲解《指南针》的时候，可以先将历史资料制作成课件，为学生进行展示;然后让学生了解发明的人是谁，指南针有何应用等。这样教学，让学生从生活的角度入手，去研究指南针的相关内容，让学生发现其中的秘密，进而把知识运用到生活之中。教师还可以借助人工智能技术，为学生进行指南针应用的拓展，开阔学生的视野，加深学生对知识的记忆程度。这样教学就激发了学生进行科学探究的兴趣，从而有效地提升课堂教学效率。

4.人工智能技术对学生自主学习的影响

教学过程中，如果只是凭借教师的教导，是无法满足学生对知识的需求的，为了解决这个问题，教师要重视学生自主能力的培养。人工智能技术拥有巨大的知识储备，其所拥有的信息资源是海量的。而其知识库的组织结构是根据人类思维联想的特征进行组合的，应用人工智能可以让学生在学习的过程中，进行自主的探索和发展，还可以促使学生的思维得到发展，提升学生的创新能力。

例如，在讲解《地震和火山》时，教师可以先在黑板中出示火山以及地震知识的网址，让学生根据网址去学习其中的内容;然后，要求学生以小组合作学习的方式进行资料的搜集，并要求小组之间进行比赛，看哪一个小组搜集的资料又快又完整。这样的学习方式突破了传统的教学观念，促使学生进行自主的学习，积极地寻找资料。教师还可以让学生自己对所找的资料进行讲解。通过这样的学习，学生不但可以学会知识，而且还学会合理地使用网络，培养了自主学习的习惯，提高了自主学习能力。

5.促使学生的学习兴趣得以激发

要想使学生的学习效果得到保障，就要重视学生素质的培养，改变学生在教师的“强迫”下进行学习的现状。因此，在把人工智能技术应用于教学活动时，就要以激发学生的学习兴趣为主要目的，通过提升学生的课堂参与感，激发学生的学习动力和热情，实现提高教学质量和增强教学效果的目标。

例如，在学习“天气”方面的知识时，教师就可以先利用人工智能进行教学，通过人工智能“讲述”各种天气的知识;然后，教师与学生深入进行交流和互动，引导学生通过人工智能了解自己想要知晓的知识，如“为什么会刮风？”“为什么会下雨？”“为什么会打雷？”等。同时，教师还可以借助现代的信息技术，带领学生一起去拍摄各种天气的素材，将其制作成具有交互性、沉浸性以及情境性的视频，使学生获得全新的学习体验，能够对各种天气有着更为直观的认识和理解。这样教学，不仅能够让學生更好地掌握科学知识，还能使学生学习到各种感兴趣的科学知识，从而切实地提高课堂教学质量。

6.利用人工智能技术对学生进行准确评价

教学评价是现代教师在教学中的主要任务之一。要想真实地反映学生的学习情况，以此组织合理且有效的教学活动，就要采用全面评价的方式，尤其要加强对学生学习过程的评价。在科学学科的学习中，对学生的评价不仅需要评价学生对科学知识的掌握情况，而且要了解学生的科学认知能力以及科学实验水平。原先由于受到技术、学生数量以及教师精力等多方面的限制，不能对学生进行准确的评价，如今，人工智能技术的使用正好可以解决这个问题。在对学生进行评价的时候，如果经常使用视觉识别的技术，对学生的听讲情况以及问答问题情况等进行量化，对学生的其他各项情况进行整合统一处理，或通过人工智能搜集学生全面的学习数据，就便于教师充分掌握学生的实际学习情况。这样对学生进行准确的评价，能帮助教师在课堂上进行针对性的引导，使学生认识到自己的不足，从而推动学生进一步发展。

综上所述，把人工智能技术应用在小学的科学课堂中，可以有效地培养学生的自主学习能力和科学意识，可以优化教学方式，使得学生的学习兴趣得到激发，进而保障教学效果。当然，在教学中应用人工智能技术，人们还需要进一步地探索，以借助该技术促进学生的全面发展。

[ 参 考 文 献 ]

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[2] 董阳. 人工智能背景下信息技术教学课堂学生编程思维的培养分析[J]. 中文信息， 2019（1）：170.

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（责编 韦淑红）