生成式人工智能在小学科学实践活动中的应用策略

引言:

当下，科技改变教育生态。生成式人工智能凭借强大的内容生成和交互能力，成为基础教育变革的重要推动力量。小学科学是培养学生科学思维和实践能力的启蒙学科，传统教学模式往往存在实验资源短缺、概念抽象难懂、教学针对性不强等问题，生成式人工智能的出现为解决这些问题带来了新的可能，推动小学科学实践教学走向智能化、精准化。

一、生成式人工智能在小学科学实践活动中的意义

（一）激发探究兴趣营造课堂活力氛围

认知心理学研究显示，小学生的注意力表现出无意注意占主导地位、持续时间较短的特征，他们对色彩鲜艳、动态变化、新奇事物天生敏感。生成式人工智能具备强大的场景渲染和交互设计能力，可以将小学科学课上抽象的理论概念变成具象化、游戏化的虚拟情景。浸入式的体验能够激活大脑里的奖赏回路，把被动接受知识的状态转变为积极主动地去探寻知识，使得科学探究成为学生的内心需求，从而为知识建构赋予起情感的根基[1]。

（二）突破资源限制拓展实践领域

乡村与部分城区小学因为地域经济发展水平的限制，存在科学实验设备老旧、实践场地有限的问题，一些高成本、高风险的实验项目无法展开。生成式人工智能依靠数字孪生、物理引擎模拟等技术，搭建起可无限复用的虚拟实验平台，它能精准再现真实实验环境里物理、化学、生物变化过程，学生可以在虚拟空间自由调整实验参数，改变实验条件，观察不同变量组合后的实验结果。

（三）助力个性化学习达成精准化指导

教育神经科学研究显示，个人在知识获取、信息处理、思维发展等方面存在显著的认知差别。传统的大班授课模式下，教师无法对每个学生的认知特点实施精准教学，生成式人工智能依靠机器学习算法，可以即时剖析学生在实践活动中的操作行为，问题解决策略，知识掌握情况等诸多层面的数据，塑造起个性化的学习肖像。

二、生成式人工智能在小学科学实践活动中的应用策略

（一）虚拟场景创设策略

学习是在一定的情境下，借助他人的帮助，利用学习资源，主动地建构知识的过程。生成式人工智能创建虚拟科学场景，把抽象的科学概念转换成可视化的、可互动的场景，给学生搭建一个主动探究的平台。在虚拟场景中，学生可以置身其中观察自然现象、模仿科学实验，通过自主探究与动手操作，形成科学知识体系，优化探究能力。这样的学习方式契合小学生以具象思维为主导的认知特征，有益于知识的内化和迁移[2]。

以小学科学三年级上册第二单元《土壤与岩石》中‚认识土壤‛为例，老师运用生成式人工智能技术营造出三维虚拟田野场景，学生戴上VR 设备进入场景之后，可以任意选取不同地貌区域的土壤样本，通过手势操作就能让土壤剖面全方位旋转观看。如此一来，学生就能在趣味探寻中把握土壤的构成结构及其生态功用，同传统的实物观察比较起来，极大地加深了学习的深度和参与感。

（二）实验设计辅助策略

实验设计是小学科学实践活动的重要组成部分，生成式人工智能可以协助教师和学生开展实验设计。通过按照教学目的和学生的认知水平，给予多种实验思路和方案的参考，并且对实验步骤进行模拟演示，预估实验结果，从而帮助学生改进实验设计，减小实验操作的风险，提升实验的成功率。

以小学科学四年级下册第四单元《电的本领》中的‚让灯泡亮起来‛为例，教师借助人工智能实验设计平台来引导学生搭建电路。该平台事先设置了各种电路元件模型，学生可以随意拖动来组合电路，系统会即时检测电路的连接状况，一旦发生短路就会用红色警示标志加以提醒并剖析原因。针对合理的电路设计，智能系统会模仿电流的流动路径，然后通过数据面板显示出灯泡的亮度数值。在智能系统的帮忙之下，学生学到了电路的基本原理，锻炼了自己的革新想法和解决问题的能力。

（三）学习资源生成策略

每一个学生都拥有不一样的智能优势和学习风格，丰富多彩的学习资料可以符合学生不一样的学习需求。

生成式人工智能可以根据教学内容及学生的特性，很快地形成文本、图画、声音、影像等多种形式的学习资料。

这些资源让学生去挑选符合自己特点的学习方法，加深对科学概念的认识，推动科学素养得到全面优化[3]。

以小学科学五年级上册第三单元《植物的生活》中的‚植物的根和茎‛为例，教师利用人工智能资源生成系统，给学生定制个性化学习包。视觉型学生拿到植物根系生长过程的延时摄影视频，根、茎结构的三维解剖模型。听觉型学生得到由专业主播朗读的植物运输原理科普故事音频。这种依照学生学习风格精准推送资源的方法，让每个学生都能用最适合自己的方式做深度学习，学习效率和知识掌握程度都有所提高。

三、结论

生成式人工智能同小学科学实践活动紧密结合之后，给科学教育革新赋予了有效途径。通过引发探究兴趣、冲破资源限制、支撑个性学习，它在教学实践中显示出明显长处。凭借虚拟场景营造，实验设计辅助，学习资源生成这些手段，既改善了课堂教育品质，又促使学生科学思维和实践能力得以发展，推进小学科学教育步入智能化，个性化的新时期。

参考文献：

]龙华.生成式人工智能赋能小学道法教学的创新策略[J].学苑教育,2025,(11):13-15.

[2]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(04):65-68.

[3]冯琛莉.生成式人工智能赋能小学语文单元整体教学尝试与思考——以一下第五单元为例[J].小学教学设计,2025,(10):12-15.