人工智能和科學(xué)課堂的有效整合 論文

人工智能和科學(xué)課堂的有效整合摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，以人工智能為核心，超給力的大數(shù)據(jù)技術(shù)正越來(lái)越多地進(jìn)入人們的生產(chǎn)、生活、工作和學(xué)習(xí)。同時(shí)人工智能在課堂教育教學(xué)的改革和教育的整合中也存在著很強(qiáng)大的作用，人工智能在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)教學(xué)方式、豐富教學(xué)內(nèi)容起到了不容小覷的作用。在教育信息化融合創(chuàng)新發(fā)展的前提下，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能與教育的融合，將為教育的新生態(tài)構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵字：人工智能，科學(xué)課堂，有為了順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，有效提高教育改革的水平，大多數(shù)的教育工作者們會(huì)嘗試將人工智能應(yīng)用到各學(xué)科課堂教學(xué)中去，特別是科學(xué)課上那些要準(zhǔn)備大量實(shí)驗(yàn)工具，需要學(xué)生反復(fù)做實(shí)驗(yàn)，科學(xué)老師們?cè)噲D讓枯燥的課堂在人工智能技術(shù)輔助教學(xué)下，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)方法手段，來(lái)促進(jìn)教學(xué)效果的形象化和直接性。本文將從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)方法手段兩個(gè)方面闡述人工智能和科學(xué)課堂的有效整合。葉寶生教授在《小學(xué)生習(xí)得科學(xué)概念的六種方式》一文中指出：小學(xué)科學(xué)認(rèn)識(shí)是從可感知的科學(xué)事物的外部特征為基點(diǎn)獲得科學(xué)概念，具有形象性和直接性的特點(diǎn)。（1）一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)當(dāng)人工智能與課堂教育相互融合的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生出什么樣的火花？學(xué)生在游戲中感受人工智能帶來(lái)的獨(dú)特、便捷、有趣的學(xué)習(xí)方式，不僅加深學(xué)生對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的理解，也引發(fā)學(xué)生對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展方向的一個(gè)思考，培養(yǎng)了學(xué)生的前瞻性視野。舉個(gè)例子：福州教育學(xué)院附屬第二小學(xué)的黃艷萍老師就將央館虛擬實(shí)驗(yàn)資源應(yīng)用在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)《閃亮的燈牌》中，讓學(xué)生在開放式探究中學(xué)習(xí)了電路連接的基本知識(shí)。首先教師打開央館虛擬實(shí)驗(yàn)資源使用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)編系統(tǒng)編輯的3D交互課件《點(diǎn)亮更多的小燈泡》。圖1圖2并將實(shí)物資源干電池、小燈泡、導(dǎo)線、電池盒、燈座、開關(guān)利用平板一一展示給學(xué)生們看。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，想引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這樣的電路探究比較困難，不僅器材準(zhǔn)備繁瑣、損耗量大，還有安全隱患。但借助央館虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)編系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)小燈泡、干電池等實(shí)驗(yàn)器材的“無(wú)限量供應(yīng)”，讓學(xué)生自由探究。請(qǐng)一位學(xué)生走上講臺(tái)操作3D交互課件，用導(dǎo)線將電池、開關(guān)和燈泡模擬連接在一起。提出問(wèn)題：“學(xué)會(huì)了連接簡(jiǎn)單電路，我們就能制作出閃亮的燈牌了嗎？”組織學(xué)生進(jìn)行發(fā)言討論，并由此引出本堂課的學(xué)習(xí)內(nèi)容——點(diǎn)亮多個(gè)小燈泡。任務(wù)一：點(diǎn)亮兩個(gè)小燈泡讓學(xué)生先進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)，嘗試點(diǎn)亮兩個(gè)小燈泡，并提醒學(xué)生要注意：（1）導(dǎo)線不能交叉：（2）連接電路時(shí)開關(guān)要斷開。實(shí)驗(yàn)完成后，請(qǐng)學(xué)生代表分別上臺(tái)使用3D交互課件演示連接兩個(gè)小燈泡，引導(dǎo)其余學(xué)生分析每個(gè)小組連接方法的不同之處和相同之處。任務(wù)二：點(diǎn)亮多個(gè)小燈泡組織學(xué)生打開電3D交互課件，嘗試連接多個(gè)小燈泡，通過(guò)學(xué)生的踴躍發(fā)言，得出結(jié)論：點(diǎn)亮多個(gè)小燈泡的方法就是在簡(jiǎn)單電路中增加燈泡的數(shù)量，用導(dǎo)線將它們和電池、開關(guān)串在一起。任務(wù)三：讓多個(gè)小燈泡變得更亮隨著燈泡一個(gè)一個(gè)地增加，學(xué)生發(fā)現(xiàn)燈泡變得越來(lái)越暗。提出問(wèn)題：“如果要制作學(xué)校60周年慶的晚會(huì)燈牌，肯定需要連接很多小燈泡，可是太暗了怎么行呢！大家想想有什么辦法能讓電路中的燈泡變得亮一些？”鼓勵(lì)學(xué)生說(shuō)出自己的猜想，并得出可以通過(guò)增加干電池的數(shù)量來(lái)增加燈泡亮度的方案。繼續(xù)提出問(wèn)題，讓學(xué)生思考“電路中的干電池是否可以無(wú)限制增加？”組織學(xué)生再次打開3D交互課件進(jìn)行探究，在電路中逐漸增加電池的數(shù)量。2圖10在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，想引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這樣的電路探究比較困難，不僅器材準(zhǔn)備繁瑣、損耗量大，還有安全隱患。但借助央館虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)編池等實(shí)驗(yàn)器材的“無(wú)限量供應(yīng)”，讓學(xué)生自由探究。隨著干電池?cái)?shù)量的增加到一定數(shù)量，小燈泡兩端的電壓遠(yuǎn)超出小燈泡的額定電壓時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)中的小燈泡被“燒壞”，冒出了一股黑煙。逼真的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示，讓學(xué)生們?cè)谏鷦?dòng)有趣的觀察中，學(xué)習(xí)了電路連接的知識(shí)，提升了實(shí)驗(yàn)操作的安全意識(shí)。請(qǐng)?jiān)谧鶎W(xué)生分享剛剛觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并總結(jié)出增加干電池?cái)?shù)量能讓小燈泡更亮，但電池的數(shù)量需要控制在一定范圍的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2最后，播放視頻600節(jié)干電池串在一塊兒的震撼場(chǎng)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)在生活中一定要注意用電安全，避免事故發(fā)生。任務(wù)四：讓多個(gè)小燈泡同時(shí)閃亮提出問(wèn)題：“生活中有的燈牌發(fā)光的時(shí)候會(huì)一閃一閃的，也就是小燈泡同時(shí)亮同時(shí)滅，實(shí)現(xiàn)同時(shí)閃亮的效果，同學(xué)們有哪些辦法呢？”請(qǐng)一名學(xué)生上臺(tái)用3D交互課件驗(yàn)證自己的想法：閉合和斷開開關(guān)。還有學(xué)生想出插拔導(dǎo)線、旋轉(zhuǎn)燈泡等不同的方法能夠?qū)崿F(xiàn)燈泡同時(shí)閃亮的效果，引導(dǎo)學(xué)生利用桌面上的實(shí)物電路進(jìn)行探究。布置課外任務(wù)：讓多個(gè)小燈泡交替閃亮提出問(wèn)題：“大家已經(jīng)想到了不同的方法使小燈泡能同時(shí)亮同時(shí)滅，有沒有辦法能讓兩個(gè)燈泡一個(gè)亮一個(gè)滅，實(shí)現(xiàn)交替閃亮的效果呢？”（二）提升教學(xué)方法中國(guó)科學(xué)院院士王飛躍曾發(fā)表過(guò)這樣的觀點(diǎn)：將人工智能作為技術(shù)手段，提升教育信息化和智能化水平。（2）在傳統(tǒng)的大班科學(xué)課上，教師要面對(duì)50多的學(xué)生，以每小組6人為例要分8-9個(gè)小組進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)，教室里的科學(xué)器材的擺放和操作過(guò)程中的一系列意外都會(huì)發(fā)生，更有嚴(yán)重的出了事故也會(huì)時(shí)有發(fā)生。2018年3月的春天，在北京大學(xué)附屬小學(xué)的科學(xué)素質(zhì)課上，小學(xué)生們一個(gè)個(gè)都靜靜地坐在互動(dòng)教室里接受電腦編程和人工智能教育，一個(gè)個(gè)圖形化的程序模塊在孩子們的電腦屏幕上搭建起來(lái)，孩子們面對(duì)這些新鮮的程序模塊自然是饒有興趣的拼了起來(lái)。這堂素質(zhì)教育課通過(guò)圖形化編程工具講述了遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能知識(shí)，把抽象的內(nèi)容憑借著游戲般的教學(xué)活動(dòng)讓圖形化編程形式得以生動(dòng)有趣地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，既免去了教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材的繁瑣過(guò)程，又提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的方法手段。時(shí)代的發(fā)展將人工智能與學(xué)科教學(xué)深度融合，讓學(xué)生在科學(xué)課堂中體驗(yàn)互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的變化，培養(yǎng)學(xué)生的互聯(lián)網(wǎng)思維、大數(shù)據(jù)意識(shí)。要想讓我國(guó)人工智能的發(fā)展速度得到提高，最緊要的就是培養(yǎng)人工智能型人才，現(xiàn)在不少小學(xué)校乃至大學(xué)都建立了人工智能學(xué)科，相信今后我國(guó)的人工智能將會(huì)發(fā)展的異常迅猛。借助人工智能設(shè)備，授課老師讓學(xué)生在Ipad上完成練習(xí)，老師及時(shí)形成班級(jí)整體和學(xué)生個(gè)體的大數(shù)據(jù)，分析學(xué)生哪些題目錯(cuò)的多，有針對(duì)性地進(jìn)行講解，讓老師找到教學(xué)干預(yù)的最佳時(shí)機(jī)。授課老師表示，這種通過(guò)整合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基于人工智能技術(shù)的人機(jī)對(duì)話、師生共讀、生生互學(xué)、AI融合的多模態(tài)閱讀課，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，師生互動(dòng)好，人工智能與學(xué)科有效結(jié)合，大大提高了課堂學(xué)習(xí)效率，為學(xué)生帶來(lái)了不一樣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為課堂注入了新的生機(jī)與活力。同時(shí)，使用人機(jī)對(duì)話，加上腦波帶等大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋功能，有助于協(xié)同實(shí)現(xiàn)大班教育的公平教育和個(gè)性化教育，為科學(xué)課堂中的每一位學(xué)生都能時(shí)刻暢游在科學(xué)課堂中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣在不知不覺中得到了提高，更有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)課堂知識(shí)的及時(shí)了解和進(jìn)一步的認(rèn)知和掌握。安徽省蕪湖市教育局也在認(rèn)真落實(shí)人工智能教育的教學(xué)規(guī)劃，結(jié)合了不同學(xué)段開發(fā)適合學(xué)生的人工智能課程，組建創(chuàng)客校隊(duì)參加各項(xiàng)創(chuàng)客類競(jìng)賽，形成一至六年級(jí)的創(chuàng)客教育體系。在人工智能教育實(shí)踐中，鍛煉了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，培養(yǎng)了學(xué)生探索、創(chuàng)新的精神。蕪湖市弋江區(qū)南瑞實(shí)驗(yàn)學(xué)校謝志剛和鄭沖所帶學(xué)生多次獲得蕪湖市青少年創(chuàng)意編程及智能設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)，在省級(jí)青少年科學(xué)影像節(jié)中指導(dǎo)學(xué)生獲一等獎(jiǎng)，全國(guó)中小學(xué)生信息技術(shù)實(shí)踐與創(chuàng)新大賽也多次獲得一二三等獎(jiǎng)。這是新時(shí)代的要求，是教育改革的需要。當(dāng)前，教育教學(xué)質(zhì)量的提升離不開信息化技術(shù)，特別是在疫情下，線上線下相融教學(xué)得到了良好的普及和發(fā)展，對(duì)于提高課堂效率，解決教學(xué)難點(diǎn)等方面都起到了積極作用。人工智能教育是最美的新基建，人工智能知識(shí)會(huì)變得像空氣和水一樣，潤(rùn)澤新一代青少年，讓他們對(duì)未來(lái)的世界擁有更多想象與話語(yǔ)權(quán)。優(yōu)必選科技將用人工智能機(jī)器人激發(fā)和培養(yǎng)更多青少年的好奇心，點(diǎn)亮他們的科技?jí)簦瑫r(shí)，進(jìn)一步推動(dòng)人工智能機(jī)器人與青少年科創(chuàng)教育的創(chuàng)新融合，讓新一代學(xué)子都能不費(fèi)力地接受到人工智能科創(chuàng)教育。在當(dāng)今的社會(huì)發(fā)展中，人工智能無(wú)處不在，人工智能是改變?nèi)祟愇磥?lái)生活方式的重要手段。人工智能走進(jìn)中小學(xué)生的課堂，對(duì)于幫助我國(guó)提高國(guó)民科