科學教學中人工智能技術的要點分析

江蘇豐縣創新外國語學校（小學部）（221700）朱明利

教育部提出，要對中小學生進行人工智能教育的普及，各個學校對這一政策進行了響應。在開展科學教學活動時，使用這項技術，可以保障教育改革工作推行的效果，增加科學教學課堂的活力，可以更好地激發學生的興趣，集中學生的學習注意力，提高課堂教學質量。但是在科學課程中運用人工智能技術的時候，還遇到諸多阻礙的問題，嚴重影響教學質量和效率的提升，這就要求教師要進行相應的優化和創新，以此實現提高教學水平以及質量的目標，最終使人工智能技術的作用得到充分的發揮。

一、人工智能技術的相關內容

如今，科學界并沒有對人工智能進行一致性的判定。在最初的時候，人類把可以進行精確模擬和學習，并擁有智能特征的技術稱為人工智能技術。而我們國家的一些學者認為，人工智能技術融合了社會學科、仿生學科、教育學科、學習學科、信息技術學科等，是具有綜合性的科學技術。另外，一些教師認為，人工智能技術就是以計算機技術為主，融合了不同學科知識，再結合人機交互以及學習的技術，從而衍生出的一種全新的技術。

2018年版的《人工智能白皮書》，根據技術將人工智能進行分類，主要有計算機視覺和知識圖譜以及人機交互等類型。在我們國家的教育領域中根據人工智能技術的分類，廣泛地使用該技術，譬如智能閱卷、智慧校園等。其中，智能閱卷就是借助智能掃描儀對學生的試卷進行掃描，然后以智能的方式去批改試卷，在批改工作完成之后，從多方面進行成績分析，為教師提供更加準確的數據，以便教師更好地了解學情。而智慧校園則是使用了智能安全預警，常見的就是在校園大門處安裝攝像頭，對進入校園的人員進行監督和檢測，一旦出現異常情況或者可疑的人員，就會對其進行識別并迅速地警報，從而保障了校園的安全。

二、使用人工智能技術在教學中出現的問題

1.無法檢測人工智能技術的效果

現在，我們經常會把人工智能技術應用在科學的教學活動中。人工智能技術可以根據學生測試的成績、問題的回答等進行研究，根據研究結果確定學生的知識掌握情況，從而更好地為學生進行知識的推送。但是，該技術在分析的時候，無法準確地判斷學生出現問題的內因，如遺忘的規律、知識的難度、情緒等因素，因而不能從人文方面對學生進行關懷，而只是一味地為學生推送相關的知識，讓學生反復地進行練習，使得學生學習的負擔加重。同時，人工智能軟件在推送學習內容時，存在不夠個性化、精確化的問題，導致在科學課堂中，離運用人工智能技術進行精確教學的要求還存在一定的差距。

2.教師的專業知識水平有限

隨著教育領域普遍地使用人工智能技術，許多問題也跟隨出現，其中主要是缺少專業的教師。一方面，大多數學校在職的教師缺少專業的培訓；另一方面，盡管部分學校也對教師進行了培訓，但在培訓時存在培訓方法陳舊落后的問題。另外，處于偏遠山區的學校，沒有完善的基礎設施，使得學生和教師都忽視對人工智能技術的運用。這些因素使得人工智能技術的發展和應用效果受到嚴重的阻礙。總之，學校應該加大培訓的力度，改變教學的方式，保障這項技術的應用效果，促使教學效率得以提升。

3.教師未能合理應用人工智能

由于人工智能屬于新興技術，所以部分教師在面對這個技術的時候，存在了解和應用方面的諸多問題，尤其是未能將人工智能技術有效地應用到實際教學之中，使用方法較為單一，往往只能發揮人工智能的一部分作用。這主要是因為教師在應用人工智能的過程中，沒有進行完整的和系統的學習，更沒有把教學內容和人工智能技術進行有效結合，這就導致其難以取得應有的效果。

三、科學課堂中人工智能技術的應用

1.完善科學課堂中人工智能的基礎設施

在開展科學教育活動時，完善的基礎設施是前提和基礎。想要有效地發揮人工智能技術的作用，就要借助教學設備的支持。但是，如今的小學科學教學條件還無法滿足人工智能技術的需求，更新設備比較緩慢，因此學校要加大資金投入的力度。在使用人工智能技術的時候，是需要AI設備、計算機、網絡軟件等支持的；在購買這些設備的時候，又需要資金的支持。因此，要求學校重視教學資源在人工智能技術方面的配置，將社會、政府、學校自身的資源充分地進行結合，配置好相關的設施設備，為科學課堂使用人工智能技術提供保障。除此之外，想要長久地發展人工智能技術，還需要對教育的各個部門進行協調，增加人工智能技術的比重，從而更好地開展科學課堂的教學。

2.改變教師的觀念

隨著人工智能技術的快速發展，其在教育領域的影響力越來越大。于是，部分教師會出現一種思想，認為人工智能在發展之后會逐步代替教師。其實這種思想是錯誤的，教師是永遠都不可能被取代的，因為人工智能技術雖然先進，但是其并不具備相應的情感，所以教師的教育作用是不能被替代的。教師的職責就是教書育人，在開展科學教學活動時，教師不僅要向學生傳授科學知識，而且還要與學生進行語言的溝通和情感的交流，讓學生具有解決科學問題的能力和思想，這些是人工智能技術無法實現的。所以，小學科學教師要更好地利用人工智能技術，改變錯誤的認知觀念，更好地進行科學教學。

例如，在小學中，每個教師需要帶好幾個班級，科學教師也是如此。這就使得科學教師會有很大的工作量，尤其是作業的批改量較大；同時要求教師在很短的時間內批改完成。而一個人的精力是有限的。在這些因素的影響下，教師在批改作業時，很難顧及每一個學生，提出針對性的反饋意見。但是，如果小學科學教師使用人工智能技術，就可以減少工作量，節省時間，對每一個學生進行針對性的反饋，采用因材施教的方式，為學生制訂個性化的學習計劃，進而實現減輕教師壓力，提高教學質量的目標。

3.借助人工智能技術進行科學探究

想要提升學生的學習效率，就要從學生的學習興趣入手。因為興趣是最好的老師，只有讓學生對科學知識感興趣，在開展科學教學活動時，才可以事半功倍。在小學科學課堂中，使用人工智能技術，能對學生的科學探究意識進行引導，激發學生探究問題的興趣。同時，人工智能技術可以突破時間和空間的限制，為學生全方面地進行知識的展示，再現生活、展示歷史文化，這樣讓學生結合實際生活，發揮思維能力。同時，科學教師還可以借助錄像的方式去開展教學活動，先把知識進行包裝，然后以禮物的方式展示給學生，以此激發學生的好奇心，促使課堂的氛圍處于活躍的狀態，讓學生擁有飽滿的情緒，全身心地進行科學知識的學習。

例如，教師在講解《指南針》的時候，可以先將歷史資料制作成課件，為學生進行展示；然后讓學生了解發明的人是誰，指南針有何應用等。這樣教學，讓學生從生活的角度入手，去研究指南針的相關內容，讓學生發現其中的秘密，進而把知識運用到生活之中。教師還可以借助人工智能技術，為學生進行指南針應用的拓展，開闊學生的視野，加深學生對知識的記憶程度。這樣教學就激發了學生進行科學探究的興趣，從而有效地提升課堂教學效率。

4.人工智能技術對學生自主學習的影響

教學過程中，如果只是憑借教師的教導，是無法滿足學生對知識的需求的，為了解決這個問題，教師要重視學生自主能力的培養。人工智能技術擁有巨大的知識儲備，其所擁有的信息資源是海量的。而其知識庫的組織結構是根據人類思維聯想的特征進行組合的，應用人工智能可以讓學生在學習的過程中，進行自主的探索和發展，還可以促使學生的思維得到發展，提升學生的創新能力。

例如，在講解《地震和火山》時，教師可以先在黑板中出示火山以及地震知識的網址，讓學生根據網址去學習其中的內容；然后，要求學生以小組合作學習的方式進行資料的搜集，并要求小組之間進行比賽，看哪一個小組搜集的資料又快又完整。這樣的學習方式突破了傳統的教學觀念，促使學生進行自主的學習，積極地尋找資料。教師還可以讓學生自己對所找的資料進行講解。通過這樣的學習，學生不但可以學會知識，而且還學會合理地使用網絡，培養了自主學習的習慣，提高了自主學習能力。

5.促使學生的學習興趣得以激發

要想使學生的學習效果得到保障，就要重視學生素質的培養，改變學生在教師的“強迫”下進行學習的現狀。因此，在把人工智能技術應用于教學活動時，就要以激發學生的學習興趣為主要目的，通過提升學生的課堂參與感，激發學生的學習動力和熱情，實現提高教學質量和增強教學效果的目標。

例如，在學習“天氣”方面的知識時，教師就可以先利用人工智能進行教學，通過人工智能“講述”各種天氣的知識；然后，教師與學生深入進行交流和互動，引導學生通過人工智能了解自己想要知曉的知識，如“為什么會刮風？”“為什么會下雨？”“為什么會打雷？”等。同時，教師還可以借助現代的信息技術，帶領學生一起去拍攝各種天氣的素材，將其制作成具有交互性、沉浸性以及情境性的視頻，使學生獲得全新的學習體驗，能夠對各種天氣有著更為直觀的認識和理解。這樣教學，不僅能夠讓學生更好地掌握科學知識，還能使學生學習到各種感興趣的科學知識，從而切實地提高課堂教學質量。

6.利用人工智能技術對學生進行準確評價

教學評價是現代教師在教學中的主要任務之一。要想真實地反映學生的學習情況，以此組織合理且有效的教學活動，就要采用全面評價的方式，尤其要加強對學生學習過程的評價。在科學學科的學習中，對學生的評價不僅需要評價學生對科學知識的掌握情況，而且要了解學生的科學認知能力以及科學實驗水平。原先由于受到技術、學生數量以及教師精力等多方面的限制，不能對學生進行準確的評價，如今，人工智能技術的使用正好可以解決這個問題。在對學生進行評價的時候，如果經常使用視覺識別的技術，對學生的聽講情況以及問答問題情況等進行量化，對學生的其他各項情況進行整合統一處理，或通過人工智能搜集學生全面的學習數據，就便于教師充分掌握學生的實際學習情況。這樣對學生進行準確的評價，能幫助教師在課堂上進行針對性的引導，使學生認識到自己的不足，從而推動學生進一步發展。

綜上所述，把人工智能技術應用在小學的科學課堂中，可以有效地培養學生的自主學習能力和科學意識，可以優化教學方式，使得學生的學習興趣得到激發，進而保障教學效果。當然，在教學中應用人工智能技術，人們還需要進一步地探索，以借助該技術促進學生的全面發展。