AIGC技術(shù)為科學(xué)教學(xué)提供創(chuàng)新工具

近日，《中小學(xué)生成式人工智能使用指南（2025年版）》的頒布，標(biāo)志著生成式人工智能（AIGC）技術(shù)正式成為基礎(chǔ)教育體系的重要組成部分。小學(xué)科學(xué)課程，作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其探究性的知識(shí)體系與AIGC的交互性特征相得益彰。然而，當(dāng)前AIGC在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用仍面臨技術(shù)泛化、學(xué)科邏輯弱化等挑戰(zhàn)。為此，本文基于指南要求，從教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂實(shí)踐、課后延伸三個(gè)維度，系統(tǒng)梳理AIGC在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的合理應(yīng)用場(chǎng)景，構(gòu)建“三維協(xié)同”應(yīng)用框架，以期實(shí)現(xiàn)技術(shù)賦能與教育本質(zhì)的深度融合。

在教學(xué)設(shè)計(jì)層，應(yīng)用AI驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)化備課。一是知識(shí)網(wǎng)絡(luò)智能構(gòu)建：AIGC技術(shù)能夠依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)生成學(xué)科知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，將“物質(zhì)科學(xué)”“地球與宇宙”等抽象模塊轉(zhuǎn)化為可視化的邏輯結(jié)構(gòu)。例如，在“光合作用”主題教學(xué)中，AI可整合教材知識(shí)點(diǎn)、跨學(xué)科關(guān)聯(lián)（如能量轉(zhuǎn)化）及實(shí)驗(yàn)案例，生成分層教學(xué)資源庫。教師只需通過自然語言指令，即可快速獲取適配學(xué)情的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，顯著提升備課效率。二是學(xué)情診斷與分層任務(wù)生成：依托學(xué)生前置測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)，AI通過算法模型精準(zhǔn)識(shí)別學(xué)生的認(rèn)知差異。以“電路設(shè)計(jì)”單元為例，AI可生成階梯式任務(wù)：基礎(chǔ)層（元件識(shí)別）、應(yīng)用層（串聯(lián)電路搭建）、創(chuàng)新層（電路故障模擬），滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的精準(zhǔn)分層。三是內(nèi)容合規(guī)性審查：遵循“技術(shù)中立”原則，AI可自動(dòng)篩查教學(xué)資源中的知識(shí)性錯(cuò)誤（如實(shí)驗(yàn)操作順序不當(dāng)）或表述偏差（如擬人化科學(xué)原理），確保教學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與規(guī)范性，為課堂教學(xué)提供堅(jiān)實(shí)保障。

在課堂實(shí)踐層，應(yīng)用AI賦能沉浸式探究。一是虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景仿真：AIGC技術(shù)可構(gòu)建高仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)空與安全限制。例如，在“生態(tài)循環(huán)模擬”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過交互界面調(diào)整光照、濕度等參數(shù)，實(shí)時(shí)觀察植物生長(zhǎng)變化，將抽象概念轉(zhuǎn)化為直觀體驗(yàn)，契合小學(xué)生具象思維特點(diǎn)，激發(fā)探究興趣。二是動(dòng)態(tài)問答與思維引導(dǎo)：基于大語言模型的AI助教可提供即時(shí)反饋與啟發(fā)式追問。當(dāng)學(xué)生提出“為何彩虹有七種顏色？”時(shí)，AI不僅解釋光的折射原理，還可延伸提問“若在真空中能否形成彩虹？”，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，激發(fā)批判性思維。實(shí)踐表明，AI輔助課堂的學(xué)生高階問題提出率提升約35%，有效促進(jìn)了學(xué)生思維的發(fā)展。三是跨學(xué)科項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)：AIGC技術(shù)可整合STEM多學(xué)科資源，支持復(fù)雜問題解決。例如，在“風(fēng)力發(fā)電裝置”項(xiàng)目中，AI自動(dòng)生成任務(wù)鏈（材料選擇→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→效能測(cè)試），并提供技術(shù)文檔與案例庫，幫助學(xué)生完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生工程思維與協(xié)作能力，提升綜合素養(yǎng)。

在課后延伸層，應(yīng)用AI助力個(gè)性化發(fā)展。一是自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃：通過分析課堂行為數(shù)據(jù)（如實(shí)驗(yàn)完成度、問答參與度），AI生成科學(xué)素養(yǎng)評(píng)估圖譜，動(dòng)態(tài)推薦個(gè)性化任務(wù)。例如，為“數(shù)據(jù)分析能力”較弱的學(xué)生推送“家庭氣象站”實(shí)踐任務(wù)，并嵌入AI工具輔助記錄與分析，幫助學(xué)生彌補(bǔ)短板，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展。二是科學(xué)社區(qū)資源共享：AIGC技術(shù)支持搭建跨校協(xié)作平臺(tái)，學(xué)生可將實(shí)驗(yàn)成果上傳至“AI科學(xué)博物館”，由AI自動(dòng)生成3D模型與知識(shí)標(biāo)簽。例如，“昆蟲觀察記錄”經(jīng)AI處理后轉(zhuǎn)化為交互式動(dòng)畫，成為共享學(xué)習(xí)資源，不僅激發(fā)了學(xué)生的探究熱情，還促進(jìn)了校際的交流與合作。三是科普閱讀精準(zhǔn)推送：基于NLP技術(shù)，AI分析學(xué)生興趣與認(rèn)知水平，推薦定制化科普內(nèi)容。例如，為熱衷天文學(xué)的學(xué)生推送《星際探秘》交互電子書，AI化身導(dǎo)讀者嵌入“行星軌道計(jì)算”等互動(dòng)問題，助力學(xué)生深化知識(shí)理解，拓寬科學(xué)視野。

另外，AIGC應(yīng)用需要遵循倫理規(guī)范，做好邊界把控。在數(shù)據(jù)隱私與本地化處理方面，AIGC應(yīng)用需嚴(yán)格遵循“最小化數(shù)據(jù)采集”原則，采用邊緣計(jì)算技術(shù)處理校園本地?cái)?shù)據(jù)，確保學(xué)生隱私和數(shù)據(jù)安全，例如實(shí)驗(yàn)記錄僅存儲(chǔ)于校內(nèi)服務(wù)器。在技術(shù)輔助角色定位方面，明確AI的輔助屬性，避免過度依賴。教師應(yīng)通過實(shí)物實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生探究，堅(jiān)守科學(xué)實(shí)證精神，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。在算法公平性審查方面，建立AI內(nèi)容審核機(jī)制，避免隱性偏見，促進(jìn)教育公平。

AIGC技術(shù)為科學(xué)教學(xué)提供了創(chuàng)新工具，但其應(yīng)用需以教育本質(zhì)為錨點(diǎn)，平衡技術(shù)賦能與學(xué)科邏輯。教師應(yīng)在指南框架下，審慎探索AI與教學(xué)場(chǎng)景的融合路徑，真正實(shí)現(xiàn)“以技術(shù)促思維，以創(chuàng)新育素養(yǎng)”的教育愿景，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的科學(xué)人才貢獻(xiàn)力量。■