科學(xué)教學(xué)中人工智能技術(shù)的要點(diǎn)分析

朱明利

[摘 要]在我國的教育領(lǐng)域中，廣泛地使用人工智能技術(shù)。尤其是在小學(xué)階段的科學(xué)教學(xué)活動中，人工智能技術(shù)得以充分地應(yīng)用，這促使傳統(tǒng)的科學(xué)課堂教學(xué)得以改變，使教學(xué)內(nèi)容逐漸向著生動形象的方向發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)水平以及質(zhì)量的目標(biāo)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。文章在分析人工智能技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)中容易出現(xiàn)的問題的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述如何在科學(xué)課程中使用人工智能技術(shù)，以期促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和效率的提升。

[關(guān)鍵詞]人工智能技術(shù);小學(xué)科學(xué);問題分析;應(yīng)用措施

[中圖分類號] G623.6[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1007-9068（2022）18-0080-03

教育部提出，要對中小學(xué)生進(jìn)行人工智能教育的普及，各個學(xué)校對這一政策進(jìn)行了響應(yīng)。在開展科學(xué)教學(xué)活動時，使用這項(xiàng)技術(shù)，可以保障教育改革工作推行的效果，增加科學(xué)教學(xué)課堂的活力，可以更好地激發(fā)學(xué)生的興趣，集中學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。但是在科學(xué)課程中運(yùn)用人工智能技術(shù)的時候，還遇到諸多阻礙的問題，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量和效率的提升，這就要求教師要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和創(chuàng)新，以此實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)水平以及質(zhì)量的目標(biāo)，最終使人工智能技術(shù)的作用得到充分的發(fā)揮。

一、人工智能技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

如今，科學(xué)界并沒有對人工智能進(jìn)行一致性的判定。在最初的時候，人類把可以進(jìn)行精確模擬和學(xué)習(xí)，并擁有智能特征的技術(shù)稱為人工智能技術(shù)。而我們國家的一些學(xué)者認(rèn)為，人工智能技術(shù)融合了社會學(xué)科、仿生學(xué)科、教育學(xué)科、學(xué)習(xí)學(xué)科、信息技術(shù)學(xué)科等，是具有綜合性的科學(xué)技術(shù)。另外，一些教師認(rèn)為，人工智能技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，融合了不同學(xué)科知識，再結(jié)合人機(jī)交互以及學(xué)習(xí)的技術(shù)，從而衍生出的一種全新的技術(shù)。

2018年版的《人工智能白皮書》，根據(jù)技術(shù)將人工智能進(jìn)行分類，主要有計(jì)算機(jī)視覺和知識圖譜以及人機(jī)交互等類型。在我們國家的教育領(lǐng)域中根據(jù)人工智能技術(shù)的分類，廣泛地使用該技術(shù)，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(xué)生的試卷進(jìn)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(jìn)行成績分析，為教師提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以便教師更好地了解學(xué)情。而智慧校園則是使用了智能安全預(yù)警，常見的就是在校園大門處安裝攝像頭，對進(jìn)入校園的人員進(jìn)行監(jiān)督和檢測，一旦出現(xiàn)異常情況或者可疑的人員，就會對其進(jìn)行識別并迅速地警報(bào)，從而保障了校園的安全。

二、使用人工智能技術(shù)在教學(xué)中出現(xiàn)的問題

1.無法檢測人工智能技術(shù)的效果

現(xiàn)在，我們經(jīng)常會把人工智能技術(shù)應(yīng)用在科學(xué)的教學(xué)活動中。人工智能技術(shù)可以根據(jù)學(xué)生測試的成績、問題的回答等進(jìn)行研究，根據(jù)研究結(jié)果確定學(xué)生的知識掌握情況，從而更好地為學(xué)生進(jìn)行知識的推送。但是，該技術(shù)在分析的時候，無法準(zhǔn)確地判斷學(xué)生出現(xiàn)問題的內(nèi)因，如遺忘的規(guī)律、知識的難度、情緒等因素，因而不能從人文方面對學(xué)生進(jìn)行關(guān)懷，而只是一味地為學(xué)生推送相關(guān)的知識，讓學(xué)生反復(fù)地進(jìn)行練習(xí)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)加重。同時，人工智能軟件在推送學(xué)習(xí)內(nèi)容時，存在不夠個性化、精確化的問題，導(dǎo)致在科學(xué)課堂中，離運(yùn)用人工智能技術(shù)進(jìn)行精確教學(xué)的要求還存在一定的差距。

2.教師的專業(yè)知識水平有限

隨著教育領(lǐng)域普遍地使用人工智能技術(shù)，許多問題也跟隨出現(xiàn)，其中主要是缺少專業(yè)的教師。一方面，大多數(shù)學(xué)校在職的教師缺少專業(yè)的培訓(xùn);另一方面，盡管部分學(xué)校也對教師進(jìn)行了培訓(xùn)，但在培訓(xùn)時存在培訓(xùn)方法陳舊落后的問題。另外，處于偏遠(yuǎn)山區(qū)的學(xué)校，沒有完善的基礎(chǔ)設(shè)施，使得學(xué)生和教師都忽視對人工智能技術(shù)的運(yùn)用。這些因素使得人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用效果受到嚴(yán)重的阻礙。總之，學(xué)校應(yīng)該加大培訓(xùn)的力度，改變教學(xué)的方式，保障這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果，促使教學(xué)效率得以提升。

3.教師未能合理應(yīng)用人工智能

由于人工智能屬于新興技術(shù)，所以部分教師在面對這個技術(shù)的時候，存在了解和應(yīng)用方面的諸多問題，尤其是未能將人工智能技術(shù)有效地應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)之中，使用方法較為單一，往往只能發(fā)揮人工智能的一部分作用。這主要是因?yàn)榻處熢趹?yīng)用人工智能的過程中，沒有進(jìn)行完整的和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，更沒有把教學(xué)內(nèi)容和人工智能技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，這就導(dǎo)致其難以取得應(yīng)有的效果。

三、科學(xué)課堂中人工智能技術(shù)的應(yīng)用

1.完善科學(xué)課堂中人工智能的基礎(chǔ)設(shè)施

在開展科學(xué)教育活動時，完善的基礎(chǔ)設(shè)施是前提和基礎(chǔ)。想要有效地發(fā)揮人工智能技術(shù)的作用，就要借助教學(xué)設(shè)備的支持。但是，如今的小學(xué)科學(xué)教學(xué)條件還無法滿足人工智能技術(shù)的需求，更新設(shè)備比較緩慢，因此學(xué)校要加大資金投入的力度。在使用人工智能技術(shù)的時候，是需要AI設(shè)備、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)軟件等支持的;在購買這些設(shè)備的時候，又需要資金的支持。因此，要求學(xué)校重視教學(xué)資源在人工智能技術(shù)方面的配置，將社會、政府、學(xué)校自身的資源充分地進(jìn)行結(jié)合，配置好相關(guān)的設(shè)施設(shè)備，為科學(xué)課堂使用人工智能技術(shù)提供保障。除此之外，想要長久地發(fā)展人工智能技術(shù)，還需要對教育的各個部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，增加人工智能技術(shù)的比重，從而更好地開展科學(xué)課堂的教學(xué)。

2.改變教師的觀念

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的影響力越來越大。于是，部分教師會出現(xiàn)一種思想，認(rèn)為人工智能在發(fā)展之后會逐步代替教師。其實(shí)這種思想是錯誤的，教師是永遠(yuǎn)都不可能被取代的，因?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)雖然先進(jìn)，但是其并不具備相應(yīng)的情感，所以教師的教育作用是不能被替代的。教師的職責(zé)就是教書育人，在開展科學(xué)教學(xué)活動時，教師不僅要向?qū)W生傳授科學(xué)知識，而且還要與學(xué)生進(jìn)行語言的溝通和情感的交流，讓學(xué)生具有解決科學(xué)問題的能力和思想，這些是人工智能技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。所以，小學(xué)科學(xué)教師要更好地利用人工智能技術(shù)，改變錯誤的認(rèn)知觀念，更好地進(jìn)行科學(xué)教學(xué)。

例如，在小學(xué)中，每個教師需要帶好幾個班級，科學(xué)教師也是如此。這就使得科學(xué)教師會有很大的工作量，尤其是作業(yè)的批改量較大;同時要求教師在很短的時間內(nèi)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(yè)時，很難顧及每一個學(xué)生，提出針對性的反饋意見。但是，如果小學(xué)科學(xué)教師使用人工智能技術(shù)，就可以減少工作量，節(jié)省時間，對每一個學(xué)生進(jìn)行針對性的反饋，采用因材施教的方式，為學(xué)生制訂個性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減輕教師壓力，提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。

3.借助人工智能技術(shù)進(jìn)行科學(xué)探究

想要提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，就要從學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣入手。因?yàn)榕d趣是最好的老師，只有讓學(xué)生對科學(xué)知識感興趣，在開展科學(xué)教學(xué)活動時，才可以事半功倍。在小學(xué)科學(xué)課堂中，使用人工智能技術(shù)，能對學(xué)生的科學(xué)探究意識進(jìn)行引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生探究問題的興趣。同時，人工智能技術(shù)可以突破時間和空間的限制，為學(xué)生全方面地進(jìn)行知識的展示，再現(xiàn)生活、展示歷史文化，這樣讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際生活，發(fā)揮思維能力。同時，科學(xué)教師還可以借助錄像的方式去開展教學(xué)活動，先把知識進(jìn)行包裝，然后以禮物的方式展示給學(xué)生，以此激發(fā)學(xué)生的好奇心，促使課堂的氛圍處于活躍的狀態(tài)，讓學(xué)生擁有飽滿的情緒，全身心地進(jìn)行科學(xué)知識的學(xué)習(xí)。

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(xué)生進(jìn)行展示;然后讓學(xué)生了解發(fā)明的人是誰，指南針有何應(yīng)用等。這樣教學(xué)，讓學(xué)生從生活的角度入手，去研究指南針的相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中的秘密，進(jìn)而把知識運(yùn)用到生活之中。教師還可以借助人工智能技術(shù)，為學(xué)生進(jìn)行指南針應(yīng)用的拓展，開闊學(xué)生的視野，加深學(xué)生對知識的記憶程度。這樣教學(xué)就激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣，從而有效地提升課堂教學(xué)效率。

4.人工智能技術(shù)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的影響

教學(xué)過程中，如果只是憑借教師的教導(dǎo)，是無法滿足學(xué)生對知識的需求的，為了解決這個問題，教師要重視學(xué)生自主能力的培養(yǎng)。人工智能技術(shù)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(jié)構(gòu)是根據(jù)人類思維聯(lián)想的特征進(jìn)行組合的，應(yīng)用人工智能可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，進(jìn)行自主的探索和發(fā)展，還可以促使學(xué)生的思維得到發(fā)展，提升學(xué)生的創(chuàng)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(wǎng)址，讓學(xué)生根據(jù)網(wǎng)址去學(xué)習(xí)其中的內(nèi)容;然后，要求學(xué)生以小組合作學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行資料的搜集，并要求小組之間進(jìn)行比賽，看哪一個小組搜集的資料又快又完整。這樣的學(xué)習(xí)方式突破了傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，促使學(xué)生進(jìn)行自主的學(xué)習(xí)，積極地尋找資料。教師還可以讓學(xué)生自己對所找的資料進(jìn)行講解。通過這樣的學(xué)習(xí)，學(xué)生不但可以學(xué)會知識，而且還學(xué)會合理地使用網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提高了自主學(xué)習(xí)能力。

5.促使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得以激發(fā)

要想使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到保障，就要重視學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)，改變學(xué)生在教師的“強(qiáng)迫”下進(jìn)行學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀。因此，在把人工智能技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)活動時，就要以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為主要目的，通過提升學(xué)生的課堂參與感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和熱情，實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量和增強(qiáng)教學(xué)效果的目標(biāo)。

例如，在學(xué)習(xí)“天氣”方面的知識時，教師就可以先利用人工智能進(jìn)行教學(xué)，通過人工智能“講述”各種天氣的知識;然后，教師與學(xué)生深入進(jìn)行交流和互動，引導(dǎo)學(xué)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(fēng)？”“為什么會下雨？”“為什么會打雷？”等。同時，教師還可以借助現(xiàn)代的信息技術(shù)，帶領(lǐng)學(xué)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(xué)生獲得全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，能夠?qū)Ω鞣N天氣有著更為直觀的認(rèn)識和理解。這樣教學(xué)，不僅能夠讓學(xué)生更好地掌握科學(xué)知識，還能使學(xué)生學(xué)習(xí)到各種感興趣的科學(xué)知識，從而切實(shí)地提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

6.利用人工智能技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)

教學(xué)評價(jià)是現(xiàn)代教師在教學(xué)中的主要任務(wù)之一。要想真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以此組織合理且有效的教學(xué)活動，就要采用全面評價(jià)的方式，尤其要加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評價(jià)。在科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中，對學(xué)生的評價(jià)不僅需要評價(jià)學(xué)生對科學(xué)知識的掌握情況，而且要了解學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知能力以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)水平。原先由于受到技術(shù)、學(xué)生數(shù)量以及教師精力等多方面的限制，不能對學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確的評價(jià)，如今，人工智能技術(shù)的使用正好可以解決這個問題。在對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)的時候，如果經(jīng)常使用視覺識別的技術(shù)，對學(xué)生的聽講情況以及問答問題情況等進(jìn)行量化，對學(xué)生的其他各項(xiàng)情況進(jìn)行整合統(tǒng)一處理，或通過人工智能搜集學(xué)生全面的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，就便于教師充分掌握學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。這樣對學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確的評價(jià)，能幫助教師在課堂上進(jìn)行針對性的引導(dǎo)，使學(xué)生認(rèn)識到自己的不足，從而推動學(xué)生進(jìn)一步發(fā)展。

綜上所述，把人工智能技術(shù)應(yīng)用在小學(xué)的科學(xué)課堂中，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)意識，可以優(yōu)化教學(xué)方式，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)，進(jìn)而保障教學(xué)效果。當(dāng)然，在教學(xué)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，人們還需要進(jìn)一步地探索，以借助該技術(shù)促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 史加祥. 人工智能時代背景下小學(xué)科學(xué)教育的變革與堅(jiān)守[J]. 課程.教材.教法，2020，40（4）：120-125.

[2] 董陽. 人工智能背景下信息技術(shù)教學(xué)課堂學(xué)生編程思維的培養(yǎng)分析[J]. 中文信息， 2019（1）：170.

[3] 王興月. 人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用案例分析及發(fā)展前景[J]. 中小學(xué)電教， 2019（Z1）：30-34.

（責(zé)編 韋淑紅）