人工智能視域下小學科學實驗教學發(fā)展趨勢與實踐創(chuàng)新

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人工智能視域下小學科學實驗教學發(fā)展趨勢與實踐創(chuàng)新

摘要：在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的當下，小學科學實驗的教學模式及方法也應做出相應的實踐創(chuàng)新。本文對人工智能的含義、優(yōu)勢進行了簡單闡述，分析了當前小學科學實驗教學的現(xiàn)狀，通過研究人工智能對小學科學實驗教學的影響，對小學科學實驗教學未來的發(fā)展趨勢進行了探討，并提出創(chuàng)新策略。關(guān)鍵詞：人工智能；小學科學；實驗教學；發(fā)展趨勢；策略一、人工智能的意義（一）人工智能的含義人工智能（即AI）是計算機科學的重要分支，是計算機科學與技術(shù)專業(yè)的核心課程之一。[1]對人工智能的定義，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、智力行為以及對環(huán)境的反應能力。而從狹義上講，人工智能被稱為計算機智能更加準確，因為人工智能的所有行為都要在計算機上實現(xiàn)。人工智能在教學當中的優(yōu)勢人工智能在教學當中的運用具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。首先，人工智能有利于課堂的情景創(chuàng)設。情景教學是小學課堂常用的教學方法，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價方式，通過分析技術(shù)對學生的各個學習環(huán)節(jié)進行評價和總結(jié)；再次，人工智能可對課堂情況進行實時監(jiān)控，通過對微表情的捕捉，分析學生的學習狀態(tài)。二、小學科學實驗教學現(xiàn)狀受新課程標準的影響，小學科學教師在科學實驗教學過程中更加注重“科學方法”的應用，如：情景教學、合作學習、實踐教學等。但實際教學效果卻不盡如人意，原因在于教師對教學方法的盲目運用，反而對科學實驗的效果產(chǎn)生了反作用。其次，固化的教學過程讓教師在每節(jié)課的開始部分對學生已經(jīng)學過的知識進行回顧和梳理，對于小學科學實驗課來說，這樣的回顧和梳理大部分情況是對課堂時間的不合理占用。最后，小學科學實驗教學過程中，缺乏對科學知識的全面教學，對實驗課程的教學設計只局限于教材內(nèi)容，缺乏全面性和拓展性。三、人工智能對小學科學實驗教學的影響（一）優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)小學科學實驗教學內(nèi)容與其他學科內(nèi)容相比，更加強調(diào)對學生實踐能力的培養(yǎng)。雖然，小學階段的實驗內(nèi)容相對簡單，但對于小學生來說，成功完成科學實驗依然具有一定的挑戰(zhàn)性。具有挑戰(zhàn)性的實驗過程加上小學生缺乏鍛煉的實踐能力，使教師對課堂結(jié)構(gòu)的設計面臨較大困境。人工智能的加入能夠有效優(yōu)化當前課堂結(jié)構(gòu)，從課前回顧、內(nèi)容介紹、情景創(chuàng)建、實驗步驟、實驗要點、結(jié)果探索，都可通過人工智能的模擬功能實現(xiàn)。（二）提高教學效果小學科學實驗教學對教師和學生都有較高的要求，受教學內(nèi)容、學齡、學段等諸多因素的影響，想要達到理想的教學效果難度較大。利用人工智能捕捉學生動作、情緒的技術(shù)優(yōu)勢，教師可對全班同學的整個實驗過程做到全程掌控，在最短時間內(nèi)了解到每一個學生的學習狀態(tài)，如對科學實驗是否感興趣、實驗步驟易錯點等。強化學生實踐探索能力小學階段的科學實驗教學目的，是通過實驗的形式培養(yǎng)學生對科學知識的探索能力以及實踐能力。過去的教學由教師一人負責把控全局，對部分學生或部分環(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生在實驗過程當中的參與，提高陪一位學生的實踐探索能力。四、人工智能視域下小學科學實驗教學發(fā)展趨勢隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，科學教育的目的以及科學素養(yǎng)的內(nèi)涵發(fā)生了新的變化。當前世界對于科學教育的認知已經(jīng)將工程實踐也納入其中，為小學生搭建了新的教育平臺，促進小學階段學生對人工智能的認識以及實踐能力、探索能力、創(chuàng)造能力的發(fā)展。當前國際上對人工智能應用在教育當中的部分，很大程度上偏重于“計算思維”的定義。運用計算機對科學教學過程當中需要解決的問題進行模擬化、抽象化、分解化，在進行綜合分析來得出最優(yōu)方案，在這過程當中，對于小學生的思考能力、探索能力進行了強化。小學科學實驗教學的目的是鍛煉學生動手實踐能力，培養(yǎng)學生的探索、創(chuàng)新精神，而在小學階段對學生計算思維的培養(yǎng)正符合人工智能時代對創(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)當前是新技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)的時代。教師對課程資源的開發(fā)也應緊跟時代步伐，通過借鑒或創(chuàng)建的方式，將工程設計思路、計算思維、實踐探索等數(shù)字資源在課程設計當中體現(xiàn)出來，有效解決傳統(tǒng)科學實驗教學資源的高危、低效現(xiàn)象，同時也有利于計算思維在課堂教學中的融入。教師可通過人工智能技術(shù)將實驗器材、實驗過程通過數(shù)字建模的方式在計算機當中呈現(xiàn)出來，不僅提高了課堂效率，還可將動畫模擬的實驗過程通過新媒體上傳，有利于學生的課后回顧和學習。優(yōu)化課程設計教師可通過對科學實驗教學內(nèi)容與人工智能的有機結(jié)合，優(yōu)化科學實驗課程教學設計。合理利用人工智能技術(shù)，以培養(yǎng)學生思維能力、實踐能力、探索能力為出發(fā)點，對科學實驗教學的整個過程進行優(yōu)化設計，包括實驗環(huán)境、實驗器材、操作步驟、操作角度、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析等環(huán)節(jié)進行數(shù)字建模，培養(yǎng)學生在實驗模擬、建模方面的實踐能力。另外，還可從學生認知規(guī)律出發(fā)，以生活實例為實驗課題，引導學生通過人工智能技術(shù)解決生活當中的問題。優(yōu)化評價模式傳統(tǒng)小學科學實驗教學的評價模式通常使用試卷考核的形式對學生的學習效果進行評價，忽略了對學生實際能力、合作能力、探索能力的考察，局限性較強。基于人工智能視域下，教師可在學生科學實踐教學評價的過程中兼顧學生各個方面的表現(xiàn)。這樣的評價模式的評價結(jié)果更加科學合理，更有利于對學生學習情況的反饋。六、結(jié)語人工智能視域下，為提高小學科學實驗教學質(zhì)量，教師緊跟時代步伐，改進教學模式和方法，通過對人工智能技術(shù)的運用提高教學效率，實現(xiàn)學生各項能力的提高。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)也將逐漸完善，學生也將從飛速進步的科學技術(shù)當中收獲更多益處。參考文獻：韓潔瓊，余永權(quán).人工智能課程教學方法研究[J].計算機教育，2010(19):71-73.何文勇.淺談信息技術(shù)在科學實驗教學中的應用[J].課程教育研究，