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人工智能融入小学科学课堂教学的实践分析

《新一代人工智能发展规划》明确指出，人工智能已成为国际竞争的新焦点，是引领未来的战略性技术。教育部门应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，建设人工智能学科。2018年教育部公布《教育信息化2.0行动计划》，推动各地中小学引入人工智能教育，为教师专业发展赋能，推进教育形态与教育模式重构。在智能时代的背景下，在小学阶段开展人工智能教育对我国人工智能发展和实现教育现代化具有重要意义。

当前，小学阶段人工智能教育的开展主要有两种方式：一是专门开设人工智能课程；二是将人工智能教育融入学科教学。目前，由于人工智能课程体系仍不完善，缺乏专业教师，难于创设学习环境，许多小学不具备专门开设人工智能课程的条件。因此，探索人工智能与学科教学的融合策略是在目前条件下普及人工智能教育的主要途径。

小学科学作为一门综合性基础课程，学习内容涉及物质科学、生命科学、地球与宇宙科学及技术与工程等多个领域，强调在动手实践中发展学生解决问题的能力和创新能力，与人工智能教育有着相似的育人价值取向。人工智能通过模拟人的思维及身体结构和功能，实现与外界环境交互、推理决策和行动控制，在学习内容上人工智能与小学科学存在交叉部分。总体而言，人工智能与小学科学有较好的学科融合基础，小学科学教师可以在教学实践中积极探索与人工智能的融合教学。

目前，人工智能融入小学科学课堂教学还处在起步阶段，教师在实践中存在融合动力不足、实践认知不清、融入路径不明等问题。本文主要分析融合教学中的常见误区，并探讨融合教学的基本路径，提出教学建议供同行参考借鉴。

人工智能技术与小学科学教师的专业发展

目前，我国中小学人工智能教育的师资在数量和质量上都存在?“缺口”，多为其他学科教师兼任。受知识背景的局限，教师对掌握人工智能技术和实现专业发展的关系认识不足，在学习研究人工智能技术时存在内驱力不足的问题。回顾过去，信息技术引入学校教育与如今人工智能技术的境况相似，当时许多教师认为上课只需要一块黑板和一支粉笔足矣。然而今天，教师已经普遍认可信息技术在提高教学工作效率及促进学生学习发展中的巨大作用。目前的人工智能技术也即将进入教学辅助、教学管理、教学评价等各领域，影响教育教学方式的变革。例如，虚拟现实技术（VR技术）可以突破时空限制，将小学科学中不容易直观体验的学习内容仿真地、动态地虚拟出来，让学生进行沉浸式的体验学习，建构知识体系。教师还可以探索将人工智能技术介入实验教学评价的方式，对学生的实验操作进行全方位的实时监测、诊断，精准分析并及时反馈，提高实验教学的完成度。

现阶段人工智能技术在教育领域的应用正迅猛发展，人工智能技术在将来一定是教师必须掌握和熟练应用的基本技能。小学科学教师应把握这一发展机遇，应用人工智能技术突破教学难点，提高教学有效性，发展自身的专业能力。进行人工智能与小学科学融合时应具有的实践性认知

由于缺乏人工智能教育的相关培训，部分小学科学教师对人工智能在学科教学中的渗透、应用和整合存在认知偏差，影响了人工智能融合教育的开展。在进行融合教学的实践中，小学科学教师最大的困惑是“如何区分人工智能和一般的信息技术”及“哪些学习内容属于人工智能范畴”。在具体教学中，教师可以从人工智能的三大特征出发，分析这些问题。

学术界普遍认为，人工智能应具有三大基本特征：互联网大数据、摩尔定律（算力）和算法。互联网大数据是指基于一定信息技术工具的数据收集、储存和应用的综合；摩尔定律是指在芯片制造层面对计算能力发展的人为假说；算法是指用系统的方法描述解决问题的策略机制。教师可以依据人工智能的三大特征判断在教学中常见的所谓“人工智能应用”案例是否具有人工智能特征。例如，某些教师将“家用扫地机”作为人工智能的生活应用案例，但依据人工智能三大特征进行分析，会发现一般扫地机的运动轨迹和方式都由事先设计的程序所限定，不具有对大数据、人工智能算力和算法的应用，属于自动化领域的产品。

同时，教师可以依据人工智能的三大特征开展人工智能与学科融合教学，在小学科学教学中渗透、应用和整合人工智能三大特征中的某一项或某几项。其中，互联网大数据、算力的学习内容可以结合学科教学关联部分，根据学生的认知发展水平进行科普性介绍；算法部分可以结合学校条件和学生发展实际，创设真实情境，开展跨学科教学。人工智能与小学科学融合的基本路径

小学科学教师在开展人工智能融合教学时，常常出现无从下手、融合路径不清等状况。笔者通过近几年的教学实践和对福建省人工智能优秀教学案例的梳理，建议小学科学教师可以尝试通过以下路径，将人工智能与学科教学相互渗透融合。

1、选用具有人工智能特征的教学素材

在开展人工智能与学科融合教学时，教师首先应考虑选择具有人工智能基本特征的教学素材，让学