2023年5月，教育部等十八部门发布的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》指出，要“探索利用人工智能、虚拟现实等技术手段改进和强化实验教学，弥补优质教育教学资源不足的状况”
［1］。在当今数字化时代，人工智能已经成为推动社会发展的重要力量。人工智能作为技术支持应用到小学科学课堂当中，不仅可以丰富教学资源、创新教学方法，还能更好地激发学生的探究兴趣，提升学生的科学素养和综合能力。
1 人工智能融入小学科学教学的实践意义
实践研究表明，人工智能融入小学科学教学具有一定的积极意义。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
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1.1 丰富教学资源
人工智能可以为小学科学教学提供大量的多媒体资源，如虚拟实验室、科普视频、VR或AR体验等，使教学内容更加生动、形象，有助于学生理解抽象的科学概念，将枯燥的书本知识转化为直观的信息素材，激发学生学习兴趣，拓宽知识面。
1.2 开展个性化学习
通过人工智能技术，教师可以根据学生的学习情况和特点，收集学生的学习数据，建立学习档案，为每个学生制定个性化的学习路径，提供针对性的学习资源和辅导，满足不同学生的学习需求，实现高效、精准辅导。AI自适应学习平台，如Wolfram Alpha，是沃尔夫勒姆研究公司开发的计算知识引擎，其中涉及多个学科，采用了内置的人工智能语义分析技术，利用高级的自然语言算法对用户的问题进行处理，解决学科问题，增强学习体验
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1.3 培养创新思维和实践能力
人工智能为学生提供了更多的实践机会，如编程、机器人制作等，用批判性思维思考和解决问题，激发创意和灵感，让学生在实践中培养创新思维和解决问题的能力。
1.4 提高教学效率
人工智能可以自动批改作业、分析学生学习数据，简化了评分过程，为教师提供即时反馈，帮助教师及时调整教学策略，提高教学效率，使教师可以更多地关注教学而非行政任务。AI还能帮助教师在几分钟内将文本转换为引人入胜的视频课程，如Synthesia软件能够自动生成动画，增加视频的可视性。
2 人工智能融入小学科学教学的具体方法
实践研究发现人工智能融入小学科学教学具有一定的积极意义。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
［2］。一般来说，教师利用人工智能软件助力课堂教学模式如
图1所示。
人工智能软件类型繁多，在小学科学学习方面，可以从以下几个方面选择教学软件。
2.1 利用智能教学平台
引入智能教学平台，如在线学习系统、教育App等，为学生提供自主学习的环境。学生可以在平台上观看教学视频、完成作业、参与讨论，教师可以通过平台进行教学管理和评价。
2.2 开展虚拟实验教学
利用虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，开展虚拟实验教学。学生可以在虚拟环境中进行科学实验，观察实验现象，提高实验操作能力和安全意识。
2.3 引入智能机器人辅助教学
智能机器人可以作为教学助手，与学生进行互动交流，解答学生的问题，激发学生的学习兴趣。同时，机器人还可以参与科学实验和探究活动，培养学生的实践能力和团队合作精神。
2.4 开展编程教育
将编程教育融入小学科学教学，培养学生的计算思维和创新能力。学生可以通过编程控制机器人、制作科学小作品等，提高对科学知识的理解和应用能力。
2.5 助力教学评价
AI工具能有针对性地提供游戏和测验，还能在活动前分析以往数据，及时预警那些可能需要帮助的学生，让他们能迅速得到反馈，强化学习动力。例如，中小学可设置人体姿态识别装置，了解学生的课堂表现，评估实践动作的标准度，或利用Facemind课堂实时表情分析系统判断学生的理解程度，助力课堂教学评价向着高效、精准、智能化方向发展
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3 实践案例分析
3.1 语音识别技术助力实验课堂
在小学科学一年级教材“石头与泥土”单元中，学生在一系列游戏环节中玩石头、沙子、黏土等，了解他们的特征。要求学生“按照一个特征给石头分类”并且“做沙子和黏土渗水实验”，实验要求“记录实验现象，说一说有什么发现”，另一节内容为“做泥塑”，需要先筛泥土、再捏泥土。在本单元实验环节引入AI语音识别技术，使用语音转文本技术，帮助学生快速记录实验收获，提高实验效率，捕捉关键信息，许多语音识别软件便能做到这些。
现如今，许多城市学校已配备了智能机器人等硬件，在这些机器人助力教学方面，我们不应将目光局限于让其跳舞“解闷”上，还应有效利用其多种功能，将其转变为学生的智能导师，助力课堂教学。
3.2 VR技术赋能自然科学教学
自然科学是小学科学课程中的重要内容，包含了生命科学、地质科学等有关内容，以苏教版小学科学教材为例，三年级教材中涉及了“地球上的水资源”，学生对于山川湖泊只有浅显的认识，对于地下水的情况更是知之甚少，语言描述这些景象又略显苍白，可以借助VR眼镜中丰富的课程资源，带学生身临其境地体验自然科学的魅力。在五年级科学上册第三单元“地球的表面与内部”的教学中，特别是“地球的表面”一课将3D、VR和小学科学XR虚拟教学系统适时引入，是一次极具创新意义的教学实践。这种方法不仅极大地丰富了教学手段，还极大地提升了学生的学习兴趣和理解深度，使得原本抽象、难以直观展示的地球内部结构变得生动、具体。
与之类似的，在五年级“水在自然界中的循环”，六年级“化石的奥秘”“探索宇宙”“生物与栖息地”章节中，VR课程资源便是最直观、最高效的线上课程资源，教师若合理利用，往往能起到事半功倍的效果。
3.3 AR拉近现实与课外资源的距离
通俗地说，VR就相当于观看一场3D电影，仿佛置身于真实的太空环境中，加深了对研究对象的认识。而AR则是借助电子大屏等设备，将这些资源带入课堂，真实地投射在学生的眼前，提高学生认知。三年级科学教材要求学生认识人的呼吸系统和消化系统，采用图例等方法教学，只能让学生了解相应器官的大概位置，而不能准确判断其位置关系并了解各系统的衔接关系，有了AR资源引入，则能有效解决这一问题。三年级“声音的产生”一课，通过设计富有启发性的学习任务和实验活动，结合AR模拟实验工具，先让学生通过肉眼观察物体发声时的状态，再让学生通过AR观察实物中难以观察到的实验现象，帮助学生逐步深入理解声音的产生原因和特点。同理，六年级教材中“人体的司令部——大脑”也可以采用这种方式教学，相当于把复杂的“人体盲盒”清晰地呈现在师生面前，从而加深对科学原理的理解。
3.4 编程软件培养学生信息思维
市面上适用于学生的编程软件分为图形化编程和语言编程软件两类，其中Scratch和Python是目前使用率最高的两款编程软件。如今教育信息化的呼声越来越高，随着人工智能技术的发展，AI技术势必会参与我们生活的方方面面，作为社会改革“启蒙者”和“排头兵”的教师，必定摆脱不了发展的脉络。
经笔者研究，在以下几个教学内容中可插入编程，拓展教学资源。如二年级科学“做个小温室”，传统的做法是搭建温室、做保温膜、引入照明设施等，但这样的温室显然不符合现代农业的理念，智能化温室大棚早已面世，能根据温度、光照、降水量等实时调节大棚内的光照强度、温湿度。在实际教学中，应倡导学习并积极利用光学传感器、灰度传感器、温度传感器等仪器，借助编程设置预警数值，在环境条件达到某一标准时自动开启喷淋、光照设施，做一个高效的现代化“小温室”。通过温湿度传感器功能实现设备的温湿度控制，学生就能够分层次观察温室模型，多维度了解现代化温室培养植物的方式，促进认知客观全面，通过学习了解科技对工农业生产存在的重要意义。四年级科学教材中基础的物理学知识——连接简单电路，笔者认为，在智能电网发展迅速的今天，有必要尝试编程软件控制电路，提高教育的信息化建设水平。
3.5 模拟实验平台解决实际问题
科学是一门实践性学科，科学学习也离不开实验。实验对于我们理解科学本质、掌握世界运行规律有着不可或缺的作用。但对于小学生来说，年龄与认知水平低，一些复杂的电磁实验危险性高，并不适合学生独立实践，模拟实验平台便能很好地解决这一问题。在一些经济条件不发达的地区，实验设备并不完善，许多城市学生司空见惯的设施设备，农村学生却是望尘莫及，面对这样的窘境，当地科学教师可有效利用线上平台，带着学生进行科学实验，线上平台的实验现象往往比实物实验更加直观、明显，有助于学生科学素养的培养。
4 人工智能融入小学科学教学面临的挑战
人工智能融入科学实验和探究活动，极大地激发了学生的学习兴趣和探究欲望。通过一学年的教学实践，学生的学习成绩和科学素养得到了明显提高，但也存在着一些问题亟待解决。
4.1 教师信息技术素养有待提高
教师只有掌握一定的人工智能技术和教学方法，才能有效地将人工智能融入小学科学教学。因此，需要加强教师培训，提高教师的信息技术素养和教学应用能力。
4.2 教学资源建设不足
目前，适合小学科学教学的人工智能资源还比较有限，需要加强教学资源建设，开发更多的优质教学资源，为教师和学生提供更好的教学服务。
4.3 学生信息素养差异较大
不同学生的信息素养存在较大差异，一些学生可能对人工智能技术比较熟悉，而另一些学生则需要更多的时间和指导才能适应。教师需要根据学生的实际情况，进行有针对性的教学和辅导。
4.4 技术设备和网络环境要求高
人工智能教学需要一定的技术设备和网络环境支持，如智能机器人、虚拟现实设备等。一些学校可能由于经费和技术条件的限制，无法满足教学需求。
5 结语
人工智能融入小学科学教学是教育发展的必然趋势。通过分析实际教学中的教学活动发现，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，将抽象的知识具象化，发展科学思维。利用智能教学平台、开展虚拟实验教学、引入智能机器人辅助教学和开展编程教育等方法，可以有效地提高小学科学教学的质量和效果。然而，人工智能融入小学科学教学也面临着一些挑战，需要学校、教师和家长共同努力，加强教师培训、建设教学资源、提高学生信息素养、改善技术设备和网络环境，为学生创造更好的学习条件。相信在各方的共同努力下，人工智能将为小学科学教学带来更多的创新和发展。
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