人工智能启蒙与小学科学植物生长观察的融合教学研究

一、融合教学的目标与内容设计

（一）设定兼顾科学观察与AI 启蒙的教学目标

小学科学课程看重学生观察，记录，剖析自然现象的能力，人工智能启蒙教育看重学生对于智能工具的初步了解和操作。在融合教学时，要重视双重目的：科学素养的培育和AI 基础能力的渗透，学生通过观察植物生长过程，学会把握植物成长的根本特性及其影响要素，还要凭借 AI 工具执行图像识别，数据记载等任务，渐渐形成对人工智能应用的基本认识，教学目的既重视知识的获取，又重视思维方法的改变，促使学生在科学实践当中，自觉运用技术手段予以辅助和改良。

（二）构建“AI+ 植物观察”主题的跨学科活动单元

融合内容设计需以科学课程为主线，信息技术内容为辅，创建带有实践色彩又综合的项目学习单元，围绕着植物成长，用“记录植物成长的秘密”展开，包含植物种子发芽，变化过程，环境影响等等，在这一过程中穿插 AI 识图，数据记录，可视化技术，并融合形成一套一体化的教学任务群。活动安排 2 到4 周时长比较恰当，分时段观测并记载植物的成长情形，从而促使学生持续追踪植物成长的过程，要体现出跨学科的特性。活动设计中既含有科学知识的理解，信息技术操作的训练，又包含数据的显示呈现以及语言的表达展示等多项学习目的，促使学生综合发展。

（三）精选合适的AI 工具（如图像识别、数据记录应用等）

要想提高教学效率和学生参与度，就得选适合小学生用的 AI 工具，图像识别类 App 像“形色”，“小度识图”能够帮学生快速识别植物种类并记录生长阶段。数据记录与可视化类软件比如“简图 AI”，“图表生成器”可让学生直观地表现植物成长数据，语音识别与辅助写作工具可以改进学生撰写观察记录和生成报告的效率。工具的选择要兼顾界面简单，操作安全，反馈及时，保证学生可以独立，高效地完成观察和记录任务，做到真正让AI 助力科学学习。

（四）结合课程标准实现知识、能力与情感的综合培养

融合教学要围绕课程标准目标展开，重视多维度素养同步提升。在知识方面，学生通过不断观察植物，明白植物生长过程及其与环境的关系，学会科学探究的基本方法，从能力层面来讲，学生在记录和分析时锻炼数据处理，信息表达以及工具使用能力，发展批判性和逻辑性思维。从情感态度价值观角度来说，学生亲手照料植物，观察植物成长变化，体会生命成长的过程，增进对自然的关爱意识，借助 AI 工具感受到技术带来的便利，从而引发学习兴趣和探究热情。

二、融合教学的实施路径与教学策略

（一）引导学生运用AI 工具记录植物生长变化

教学实践中，教师可以让学生制定观察时间表，每日按时用图像识别的工具拍摄植物并形成生长图像档案，利用 AI 自动标记拍摄的时间与植物变化的特征。学生可以清晰地看到植物成长的每一个环节，在观察的基础上手工记录植物长高了多少，长出多少片叶子的数据等，这样学生通过动手来练习观察得更加仔细。借助自动记录数据的工具将每日常规记录的数据总结成简单的电子观察日记，方便学生进行记录并且准确程度更高。教师可以将一些学生的作品在课堂上展示出来，帮助学生提高成就感和表达自己的欲望。

（二）组织学生开展基于数据的植物成长趋势分析

数据积累到一定量之后，可以让学生把观察数据可视化，形成生长曲线图或者柱状图，通过分析植物在不同环境条件下发生的变化，引导学生找出数据背后隐藏的规律。比方说，是不是光照增多的时候植物生长速度变快，或者某个时间段植物叶片数量忽然下降之类，老师可以设计一些问题。促使学生从观察数据出发，给出自己的解释或者推测，借助 AI 图表自动生成功能，让数据变得更为直观，从而让学生体会到趋势上的改变，引发他们对科学问题进行更深入的思考。

（三）引导学生生成观察报告并进行智能辅助评价

观察分析之后，教师引导学生撰写《植物成长观察报告》，涵盖观察目的，方法，过程，结果和反思等内容。为减少写作难度，提高表达质量，可以采用语音转文字工具，自动排版工具等AI 辅助功能，将学生的口述内容转换成文字，规范报告格式。在教学过程中，还可以设置“AI 助手”在线评分系统，让学生对智能评价有所了解，提高他们的反馈意识，借助报告展示与交流。学生可以复盘自己的学习过程，锻炼信息整合和表达能力，形成基本的科学表达与数据陈述素养。

（四）通过小组协作和探究式学习提升综合探究能力

融合教学重视学生之间的合作互动，教师可以安排学生分组照顾不同的植物。每个小组内部成员职责分明，有人负责观察拍照，有人负责记录数据，有人负责图表分析，有人负责撰写报告。借助合作完成任务，学生学习如何交流，协调和承担责任，教学过程中设计探究式任务。例如“不同光照条件下植物生长的比较”，“水分对植物叶片数量的影响”等，促使学生提出问题，设计实验，搜集数据，得出结论，形成完整的科学探究闭环。AI 工具在此过程中给予技术支持，改善探究的效率和结果的可视性。

三、融合教学的成效评估与优化策略

（一）学生在观察技能与AI 操作能力方面的提升情况

通过“AI+ 植物观察”融合教学，学生的观察能力明显得到加强。连续的记录和图像采集过程里，渐渐养成系统的观察习惯，能够察觉到植物各个生长阶段的细微变动，知道怎样用数据来支撑自己的判断。而且，AI 工具的运用使得信息采集，记录以及展示变得越发直观高效，学生在实际操作过程中学会了图像识别。数据录入和简单的图表生成这些基本技能，信心和能力上也得到了提升。

（二）融合教学对学生科学思维与数字素养的促进作用

任务驱动与探究实践里，学生的科学思维能力得到初步锻炼，他们可以在观察时提出问题。在数据分析时尝试归纳与推理，渐渐形成“现象—数据—结论”的基本逻辑链路，学生的信息意识和数字表达能力也得到明显改善，借助图表展示、生长趋势预估这些环节。学生对数字信息的处理和表达变得更为敏感，有把科技工具转化为学习工具的潜能，为后续的信息素养培育打下根基。

（三）教师对融合教学资源设计与课堂组织的适应程度

融合教学期间，教师的角色也在发生积极改变，要设计具有科学性与技术性的课程内容，并且要安排好 AI 工具的引进时机以及操作指引。绝大部分教师可以渐渐适应融合型教学的要求，尝试开发课程资源，组织分组协作，引领学生开展跨学科思维迁移。不过在对 AI 技术的理解程度，工具选择以及整合能力方面，仍存在改善余地，需要通过培训和校本教研机制予以支撑。

（四）优化教学活动流程、资源支持与家校协同机制

从教学实施情况来看，活动流程的安排可以再精简一些，每个环节要有操作性也要有目标指向。工具资源方面，推荐使用简单可控安全的 AI 软件，设备管理及账号保护统一起来，方便大家使用，家校合作方面，家长可以帮忙照顾植物，记录相关情况。学生也可以在课外继续观察，形成“课堂—家庭”的双场域教育模式，让融合教学更持久一些，也更延伸一些。

结论：

可见，人工智能赋能植物观察教学，丰富了学生学习方式，提升了学生的观察分析能力。融合实践提升学生科学素养和数字素养，促进教师教学方式转变。今后要继续完善教学资源，加强家校共育，让融合教学常做常新。

参考文献：

[1] 郑晓万, 黄之璇. 生成式人工智能在小学科学实践活动中的应用策略[J]. 教育与装备研究 , 2025, 41(4):65-68.

[2] 牛三波 .  人工智能：小学科学课实践新资源 [J].  基础教育论坛 , 2022, (9):106-107.