智能时代小学科学教学与信息化融合路径探索

一、引言

智能时代为教育带来机遇与挑战，小学科学教育作为培养学生科学素养的基础，其与信息化技术的深度融合，成为教育工作者需解决的关键问题。本文以此为背景探索融合路径，旨在提升教学质量。

二、当前小学科学教育存在的问题

当前小学科学教育滞后性明显，仍沿用牛顿、达尔文时代的知识体系及传统教学手段，教学工具局限于弹簧测力计等，与现代科技脱节。这既无法满足学生学习需求，也降低学生学习兴趣，不利于科学思维与创新能力培养。

三、信息化技术对小学科学教学的影响

（一）计算科学的融入

2013 年诺贝尔化学奖成果表明，计算机模拟可实现多数化学实验。这为小学科学教学提供新方向，如讲解分子运动时，通过计算机模拟展示分子无规则运动，帮助学生理解抽象概念。

（二）数据密集型科学的启示

图灵奖得主吉姆・格雷提出数据密集型科学发现这一第四类科学研究范式，启示小学科学教学需培养学生数据意识与分析能力，可设计天气数据收集分析等活动，引导学生探索规律。

（三）生成式 AI 带来的变革

ChatGPT、MidJourney 等生成式 AI 技术，打破人类在想象与创造领域的垄断。小学科学教学需引导学生与机器协作创新，如借助 AI 工具辅助设计科学实验方案。

四、智能时代小学科学教育目的的转变

教育目的从传统知识传授转向“为创造而教”。布卢姆学习目标分类强调创造的核心地位，学习需从记忆、理解逐步进阶至创造。教学中应通过项目学习、探究学习等方式培养学生创造能力，如开展“设计环保机器人”项目，让学生全程参与实践。

五、相关教育标准的指导

（一）ISTE 学生标准

涵盖赋权学习者、知识构造器等维度，要求培养学生运用技术学习科学的能力，如让学生以知识构造器身份，借助数字工具整合资源，构建科学知识体系。

（二）ISTE 教育者标准

要求教师兼具设计师、促进者等角色，需提升信息化素养，设计个性化教学活动，满足不同学生需求，助力学生达成 ISTE 学生标准。

六、智能时代小学科学教学与信息化应用的实践路

（一）专业数据采集工具与传统实验的融合

1. 数显弹簧测力计在“力的测量”教学中的

“研究运动和力的关系”实验中，传统弹簧测力计误差大、无法实时记录数据。某小学采用分度值 0.01N 的数显电子弹簧测力计，配套 APP 可生成力与位移关系曲线，数据准确性提升 40% ，助力学生理解胡克定律。

2. 温度传感器优化“水的沸腾”实验

“水沸后的变化”实验中，传统温度计操作繁琐、数据断层。某校引入耐高温蒸汽温度传感器，搭配软件实现实时监测，自动生成温度 - 时间曲线，实验效率提升 3 倍，还能延伸探讨“汽化热”知识。

（二）移动设备驱动的跨学科科学探究

1. 手机传感器开展“校园环境监测”项目

某小学依托 STEAM 教育，组织学生用手机 APP 采集校园噪音（操场75dB、教室 50dB）、气压等数据，导入表格分析后发现“教学楼背阴处噪音更低”，并设计隔音方案，成果获市级奖项。

2.AI 图像识别辅助“植物分类”学习

“认识校园植物”教学中，学生用“形色”APP 识别植物、整理数据，自主发现“樟科植物叶片具芳香味”的规律，分类效率提升 50% ，还将能力迁移到“昆虫分类”探究。

（三）PhET 模拟实验与计算思维培养

1.“电路模拟器”助力逻辑思维训练

“简单电路”教学中，教师用 PhET 软件设计“故障电路修复”任务，学生通过“提出假设 - 验证迭代”排查故障， 85% 学生后续能自主设计“光线不足则开灯”的编程语句。

2.“分子运动模拟器”突破抽象概念理解

针对“物质的三态变化”，教师用 PhET 软件让学生调节温度（-20℃至100℃），观察水分子运动变化，学生归纳出“温度影响分子动能”规律，部分小组还模拟气压对水沸点的影响，案例被收录入学校手册。

（四）生成式 AI 辅助科学探究的创新

1.ChatGPT 优化实验方案设计

“种子萌发条件”探究中，学生借助 ChatGPT 完善实验方案，补充“种子大小一致”的变量控制，用 AI 生成报告框架后，报告逻辑性提升 30% ，AI提示的“误差分析”也引导学生关注实验严谨性。

2.MidJourney 可视化科学现象

“太阳系行星运动”教学中，学生用 MidJourney 生成行星轨道图像，某

学生结合 PhET 数据生成“火星冲日”动态图，将抽象现象可视化，作品在校园科学展展出。

七、结论

信息化与小学科学教学的融合是系统性变革，数显工具、移动设备、PhET模拟、生成式 AI 分别在实验精度、探究场景、认知突破、创新激发上发挥作用，构建科学教育新生态。未来需强化教师技术整合能力，建立“技术应用 -思维培养 - 素养评价”闭环体系，让信息化助推学生科学探究与创新能力提升。

参考文献：

[1] 朱淑君 . 互联网背景下小学科学教学活动实践策略 [J]. 前卫，2023（14）：140—142.

[2] 孙薪．小学信息技术与各学科教学的融合策 略探究 [J]．小学生 ( 下旬刊 ) 2022（12）:91—93.

[3] 张明 .STEAM 教育模式在小学科学教学中的应用研究 [J]. 基础教育论坛 2023(7):65-66.