人工智能視域下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展趨勢(shì)與實(shí)踐創(chuàng)新

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人工智能視域下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展趨勢(shì)與實(shí)踐創(chuàng)新

摘要：在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式及方法也應(yīng)做出相應(yīng)的實(shí)踐創(chuàng)新。本文對(duì)人工智能的含義、優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了簡單闡述，分析了當(dāng)前小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，通過研究人工智能對(duì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響，對(duì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討，并提出創(chuàng)新策略。關(guān)鍵詞：人工智能；小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；發(fā)展趨勢(shì)；策略一、人工智能的意義（一）人工智能的含義人工智能（即AI）是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程之一。[1]對(duì)人工智能的定義，從廣義上將即由人類創(chuàng)造的、并非自然存在的，具有一定的類似人的思維能力、智力行為以及對(duì)環(huán)境的反應(yīng)能力。而從狹義上講，人工智能被稱為計(jì)算機(jī)智能更加準(zhǔn)確，因?yàn)槿斯ぶ悄艿乃行袨槎家谟?jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。人工智能在教學(xué)當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)人工智能在教學(xué)當(dāng)中的運(yùn)用具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。首先，人工智能有利于課堂的情景創(chuàng)設(shè)。情景教學(xué)是小學(xué)課堂常用的教學(xué)方法，人工智能的加入能夠幫助教師將本地教育資源同網(wǎng)絡(luò)教育資源串聯(lián)起來，綜合分析課堂情景給出最佳的解決方案；其次，人工智能技術(shù)能夠提供多維度的評(píng)價(jià)方式，通過分析技術(shù)對(duì)學(xué)生的各個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)；再次，人工智能可對(duì)課堂情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過對(duì)微表情的捕捉，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。二、小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀受新課程標(biāo)準(zhǔn)的影響，小學(xué)科學(xué)教師在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中更加注重“科學(xué)方法”的應(yīng)用，如：情景教學(xué)、合作學(xué)習(xí)、實(shí)踐教學(xué)等。但實(shí)際教學(xué)效果卻不盡如人意，原因在于教師對(duì)教學(xué)方法的盲目運(yùn)用，反而對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的效果產(chǎn)生了反作用。其次，固化的教學(xué)過程讓教師在每節(jié)課的開始部分對(duì)學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行回顧和梳理，對(duì)于小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課來說，這樣的回顧和梳理大部分情況是對(duì)課堂時(shí)間的不合理占用。最后，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，缺乏對(duì)科學(xué)知識(shí)的全面教學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)只局限于教材內(nèi)容，缺乏全面性和拓展性。三、人工智能對(duì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響（一）優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與其他學(xué)科內(nèi)容相比，更加強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。雖然，小學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡單，但對(duì)于小學(xué)生來說，成功完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)依然具有一定的挑戰(zhàn)性。具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)過程加上小學(xué)生缺乏鍛煉的實(shí)踐能力，使教師對(duì)課堂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)面臨較大困境。人工智能的加入能夠有效優(yōu)化當(dāng)前課堂結(jié)構(gòu)，從課前回顧、內(nèi)容介紹、情景創(chuàng)建、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)、結(jié)果探索，都可通過人工智能的模擬功能實(shí)現(xiàn)。（二）提高教學(xué)效果小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)教師和學(xué)生都有較高的要求，受教學(xué)內(nèi)容、學(xué)齡、學(xué)段等諸多因素的影響，想要達(dá)到理想的教學(xué)效果難度較大。利用人工智能捕捉學(xué)生動(dòng)作、情緒的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，教師可對(duì)全班同學(xué)的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程做到全程掌控，在最短時(shí)間內(nèi)了解到每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，如對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是否感興趣、實(shí)驗(yàn)步驟易錯(cuò)點(diǎn)等。強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐探索能力小學(xué)階段的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，是通過實(shí)驗(yàn)的形式培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的探索能力以及實(shí)踐能力。過去的教學(xué)由教師一人負(fù)責(zé)把控全局，對(duì)部分學(xué)生或部分環(huán)節(jié)的忽略情況很常見。人工智能技術(shù)能夠照顧到每一位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中的參與，提高陪一位學(xué)生的實(shí)踐探索能力。四、人工智能視域下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)教育的目的以及科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵發(fā)生了新的變化。當(dāng)前世界對(duì)于科學(xué)教育的認(rèn)知已經(jīng)將工程實(shí)踐也納入其中，為小學(xué)生搭建了新的教育平臺(tái)，促進(jìn)小學(xué)階段學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)以及實(shí)踐能力、探索能力、創(chuàng)造能力的發(fā)展。當(dāng)前國際上對(duì)人工智能應(yīng)用在教育當(dāng)中的部分，很大程度上偏重于“計(jì)算思維”的定義。運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)科學(xué)教學(xué)過程當(dāng)中需要解決的問題進(jìn)行模擬化、抽象化、分解化，在進(jìn)行綜合分析來得出最優(yōu)方案，在這過程當(dāng)中，對(duì)于小學(xué)生的思考能力、探索能力進(jìn)行了強(qiáng)化。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索、創(chuàng)新精神，而在小學(xué)階段對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)正符合人工智能時(shí)代對(duì)創(chuàng)新型人才的需求。五、創(chuàng)新策略（一）優(yōu)化課程資源的開發(fā)當(dāng)前是新技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)的時(shí)代。教師對(duì)課程資源的開發(fā)也應(yīng)緊跟時(shí)代步伐，通過借鑒或創(chuàng)建的方式，將工程設(shè)計(jì)思路、計(jì)算思維、實(shí)踐探索等數(shù)字資源在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中體現(xiàn)出來，有效解決傳統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的高危、低效現(xiàn)象，同時(shí)也有利于計(jì)算思維在課堂教學(xué)中的融入。教師可通過人工智能技術(shù)將實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)過程通過數(shù)字建模的方式在計(jì)算機(jī)當(dāng)中呈現(xiàn)出來，不僅提高了課堂效率，還可將動(dòng)畫模擬的實(shí)驗(yàn)過程通過新媒體上傳，有利于學(xué)生的課后回顧和學(xué)習(xí)。優(yōu)化課程設(shè)計(jì)教師可通過對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與人工智能的有機(jī)結(jié)合，優(yōu)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)。合理利用人工智能技術(shù)，以培養(yǎng)學(xué)生思維能力、實(shí)踐能力、探索能力為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整個(gè)過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)器材、操作步驟、操作角度、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析等環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字建模，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)?zāi)M、建模方面的實(shí)踐能力。另外，還可從學(xué)生認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，以生活實(shí)例為實(shí)驗(yàn)課題，引導(dǎo)學(xué)生通過人工智能技術(shù)解決生活當(dāng)中的問題。優(yōu)化評(píng)價(jià)模式傳統(tǒng)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)模式通常使用試卷考核的形式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，忽略了對(duì)學(xué)生實(shí)際能力、合作能力、探索能力的考察，局限性較強(qiáng)?；谌斯ぶ悄芤曈蛳?，教師可在學(xué)生科學(xué)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)的過程中兼顧學(xué)生各個(gè)方面的表現(xiàn)。這樣的評(píng)價(jià)模式的評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理，更有利于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋。六、結(jié)語人工智能視域下，為提高小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，教師緊跟時(shí)代步伐，改進(jìn)教學(xué)模式和方法，通過對(duì)人工智能技術(shù)的運(yùn)用提高教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)學(xué)生各項(xiàng)能力的提高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)也將逐漸完善，學(xué)生也將從飛速進(jìn)步的科學(xué)技術(shù)當(dāng)中收獲更多益處。參考文獻(xiàn)：韓潔瓊，余永權(quán).人工智能課程教學(xué)方法研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2010(19):71-73.何文勇.淺談信息技術(shù)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].課程教育研究，