〔摘""要〕"隨著科學技術的發展，人工智能正逐步進入教育領域，尤其是虛擬現實（VR）技術、大語言模型和人工智能監控系統。人工智能技術支持下的小學科學教學可以激發學生的好奇心，提高課堂效率和教學效果，滿足學生個性化的學習需求。在具體的小學科學教學中，教師應從人工智能與小學科學教學的切入點、應用點和問題點三個方面進行分析，運用人工智能技術支持小學科學教學，有效提升課堂效率和質量。

〔關鍵詞〕"小學科學；人工智能；課堂效率

〔中圖分類號〕"G424""""""""〔文獻標識碼〕"A"""""〔文章編號〕"1674-6317""（2025）"06""025-027

近年來，隨著人工智能的快速發展，其在教育領域的應用也不斷加速。人工智能技術以數字化賦能課堂教學，正逐漸成為教育改革與創新的重要方向。教師應高度重視人工智能對教學改革的推動作用，積極促進教學方式與學習方式的轉變。恰當應用人工智能技術開展小學科學教學，很大程度上將改變傳統的科學課堂教學模式，使教學內容更加直觀生動、顯著提高教學效率。人工智能能夠利用虛擬現實技術和大語言模型為學生個性化的學習計劃和學習資源需求提供有針對性的支持。人工智能環境下多種形式的教學資源、巨大的信息量，能大大拓寬學生視野；能通過VR來調節外部環境獲得直觀體驗，其新穎性和互動性，能極大地提高學生探究的興趣與參與度。因此，在小學科學教學中，教師運用VR設備、人工智能大語言模型以及人工智能監控系統，能夠切實有效地促進學生的個性化發展，大幅提升課堂教學效率與質量，進而優化傳統科學課堂教學模式。

一、人工智能與小學科學教學的切入點

（一）以情境創設為抓手

小學科學教學要求創設良好的課堂情境發展學生核心素養。人工智能技術，尤其是VR技術可以使科學課堂情境實現以下幾種功能：1.盡量真實；2.要能產生問題；3.支持學生探究；4.促進互動與遷移。教師可以以情境創設為抓手，利用"VR"技術將科學知識融入虛擬情境，能夠幫助學生直觀地理解抽象概念，進而引導學生做到所學即所用，遷移解決現實情境中的問題。

（二）以個性學習為抓手

科學課程的實施需要面向全體學生。每位學生對于科學都有獨特的學習需求和偏好的學習內容。教師可以以個性學習為抓手，利用大語言模型為學生提供“菜單式”的科學素材，供學生自主查閱資料閱讀、與人工智能語音互動交流。這樣，就能實現教師少講、學生多學，幫助學生拓寬視野，發展個性，提高課堂效率。

（三）以精準評價為抓手

受制于技術水平、班級學生人數過多、教師精力不足等因素，傳統的小學科學評價工具多為紙筆測驗、實驗記錄單、評價量表等，對學生不能進行精準的評價。人工智能記錄儀能對學生實驗過程、實驗數據進行記錄，人工智能監控系統能及時給學生提供正確的實驗操作方法，并且將學生的錯誤操作信息反饋給教師，以進行有效的指導，彌補了傳統科學課堂上教師巡視實驗的空缺。

二、人工智能與小學科學教學的應用點

（一）情境創設，直觀感受科學現象

VR"技術具有強大的優勢，它可以突破時空的限制，將小學科學中那些難以直觀體驗的學習內容以仿真的、動態的形式虛擬出來。如此，學生便能夠進行沉浸式的體驗學習，從而更好地建構起知識體系。

教師可利用VR技術，開發科學課程資源，讓學生直觀感受生活中的科學現象。例如，《義務教育科學課程標準（2022年版）》中“物質的結構與性質”中學習內容“1.1物質具有一定的特性與功能”1～2年級教學要求創設情境，用觀察、實驗等方法描述物體的外部特征和常見物理屬性。其教學建議為：創設游戲情境，了解學生對生活中常見材料的已有認識。傳統的科學課堂教學方式多為通過搶答游戲，了解學生對各種不同材料的已有認識，提出問題：每種材料看起來確實不一樣，各自究竟有什么特點？這樣的情境簡單、枯燥，無法激發1～2年級小學生興趣。而在人工智能技術的支持下，教師可借助VR技術設計游戲情境“材料王國大冒險”，該內容源自蘇教版小學科學二年級下冊第一單元中《認識常見材料》一課，具體如下表所示。

此外，學習科學概念的過程，也是科學史的重演，將歷史情境整合呈現，經歷科學家的研究過程、思維歷程，建構科學概念，發展科學能力。傳統科學教學用圖片講述、視頻播放、文本閱讀等形式呈現名人軼事或通過視頻、文字、圖片等形式重現科學家研究問題的歷史情境。科學史中包含了許多研究情境，由于課堂的時空限制，需要教師運用人工智能技術，根據學生的學情創設合理的情境，為不同的課堂教學服務。如蘇教版科學一年級上冊《汽車的發展史》一課的教學，教師可運用VR技術帶領學生穿越到時空長河中，根據時間順序，在虛擬世界中體驗不同時代汽車在動力、材料等方面的科技進步，感受科技發展給人們帶來的便捷。

科學教學中“地球與宇宙科學”領域對學生而言深邃、神秘、難以觀測、十分抽象。傳統教學中通過圖片、微課展示的是一種二維空間，很難幫助學生理解月相、天體運行的變化，以及認識宇宙天體的運行規律。而運用VR技術進行探究，則可以很好地解決以上問題，在蘇教版科學六年級上冊《太陽系大家族》一課教學中，學生借助VR設備，遨游太陽系，可自由切換不同視角，直觀感受太陽和八大行星的體積和距離，使這些“靜態”知識可視化。利用VR的三維視圖，把學生的視角帶入太空的視角，從太空觀察地球乃至其他天體，感受到“動態”天體運行，生動逼真，這是使用傳統模型、視頻或計算數字等方式來體會所無法比擬的。

（二）個性學習，提供豐富科學素材

在傳統的科學教學模式中，學生對一些動物、植物和微生物的了解有限，學生以往的學習往往局限于教材以及教師的口頭、文字或視頻講解。然而，這種學習方法為學生提供的信息十分有限，很難滿足不同學生的個性化需求。人工智能大語言模型能夠理解并生成自然語言，可與用戶進行智能對話，能為學生提供一個高度互動、信息豐富且極具個性化的學習平臺。

例如，在蘇教版科學六年級上冊《消逝的恐龍》一課教學中，通過運用人工智能大語言模型，學生一方面可以獲取極為豐富的恐龍信息，另一方面還能夠依據自己的興趣來選擇恐龍的學習內容與學習路徑，真正實現個性化學習。此外，人工智能大語言模型還能為學生的思維發展提供補充性意見，從而增強教學的互動性，大幅提高學生的參與度與理解力。在蘇教版科學三年級下冊《植物結果了》一課中“調查生活的地方有哪些特殊的植物資源”時，教師運用識圖大數據軟件引導學生識別校園內陌生的植物，此舉能夠滿足學生個性化的學習需求，助力學生實現高效探究。在蘇教版科學三年級上冊《土壤的類型》一課中，學生在用多種方法比較黏質土、砂質土和壤質土的不同時，用手捻、和水握、加水搓的過程中，若不便于使用傳統的紙筆進行記錄，教師可以采用語音識別技術來幫助學生個性化地記錄探究學習過程中的發現。這一技術也可用于1～2年級學生實驗文字描述記錄困難時。

（三）精準評價，反饋調控實驗操作

在傳統科學實驗教學中，學生對于實驗結果通常用紙筆在教師發放的實驗記錄單以數據、圖畫、文字等形式記錄。學生常常沉迷于實驗操作和現象，如發生漏記、錯記，就會直接導致實驗結論的錯誤歸納，但由于課堂時間有限，常常無法重新再做一次比對記錄，進行分析。

有鑒于此，可以在實驗前為每組學生提供一臺手持式人工智能記錄儀，為實驗記錄提供數字化賦能。這樣，不但能夠監督每組學生的實驗過程，而且還可以為學生提供信息反饋，進而方便師生之間以及生生之間對實驗結果進行分析交流。例如，在蘇教版小學科學四年級上冊第一單元“冷和熱”的實驗教學中，在觀察熱水變涼的規律中，學生需要計時、觀察溫度計示數、記錄數據、處理數據形成折線圖，任務繁多，常常需要教師及時指導跟進。教師在各小組間的巡視中也難免顧此失彼。而運用人工智能監控系統，則可以輔助教師進行實驗和繪圖指導。對那些溫度或時間異常的數據，還可以調回之前拍攝的圖片取證；對學生不規范的實驗操作，也可調回之前拍攝的照片以指出和糾正錯誤。

此外，還可以運用能夠快速識別學習者姿勢和表情情緒的深度學習模型，實現相應的人工智能算法，開發科學學科活動的課堂管理系統。利用該系統，科學教師在授課過程中能及時得到學生學習狀態的評價反饋，有效進行課堂干預，提高教學質量。同時，該系統還能自動生成學生的學習效果評價，刻畫出學生的數字素養成長圖譜，供學校、教師、家長以及學生查閱，也為賦能其他學科的教學提供了課堂管理平臺。

三、人工智能與小學科學教學的問題點

目前，人工智能技術運用于小學科學課堂尚處于起始階段，還面臨著許多問題和挑戰。

（一）技術問題

人工智能軟件（App）在推送學習資源內容時，存在個性化與精確化不足的問題。這使在科學課堂上，距離運用人工智能技術進行精確化教學的要求還存在一定的差距。

（二）實施問題

缺乏相關專業的教師，缺乏相關的培訓和技術支持，開發課程資源難以為繼，常常為了使用人工智能技術而強行在教學過程中單一使用，難以取得應有的效果。學生的科學學習是在原有經驗的基礎上不斷探索和體驗中發生的，教師要根據學生的迷思概念和年級特點，關注學生與人工智能技術的真實聯結。此外，特別是那些處于偏遠山區的學校，由于缺乏完善的基礎設施和師資配置，難以有效運用人工智能技術。

（三）倫理挑戰

應正確引導學生使用人工智能技術，避免產生負面影響。例如：應防止學生因過度依賴人工智能而缺乏對科學問題的自主思考以及解決問題的能力；應避免學生對虛擬世界產生過度依賴，沉溺在虛幻的現實中而迷失真實的自我。因此，教師要加強對學生的道德引導，幫助學生樹立正確的科學觀念。

未來已來，伴隨人工智能技術與教育教學理論的不斷發展，基于人工智能技術的教學改革必將成為大勢所趨。人工智能技術在小學科學課堂教學中具有諸多潛在優勢，但同時也面臨著一些問題。隨著人工智能技術的不斷發展以及教育教學理念的持續更新，小學科學教師應積極面對人工智能支持下的小學科學教學過程中可能出現的各種挑戰，為學生未來的核心素養培育打下堅實基礎。

【本文系2023年度江蘇省教育科學規劃課題“成為學習者：“U-S”協同育人的學科活動群開發研究”中“人工智能活動群”的研究成果，課題立項編號：B/2023/03/34】

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