小学科学与人工智能融合教学的创新模式研究

引言：随着信息技术迅猛发展，人工智能已然成为推动教育变革关键力量，小学科学教育是培养学生科学素养重要阶段，需要借助智能技术突破以往教学局限。通过立足小学科学课程特点，围绕人工智能和科学教学融合创新模式展开深入探讨，构建符合时代特征科学教育新范式为培养具备创新思维未来人才奠定坚实基础，推动教育教学质量全面提升促进教育公平和均衡发展。

一、人工智能赋能科学教学，创新思维培养模式构建

人工智能赋能科学教学已成为当今教育改革核心趋势，其融入科学课程过程中展现出独特价值和广阔应用前景，智能化教学环境构建为学生提供沉浸式学习体验，通过智能识别系统实时分析学习行为，精准把握认知状态进而生成个性化学习路径。智能导学平台基于海量数据分析能力，可以根据学生认知特点推送适配性学习资源实现教学内容精准投放，这种因材施教理念实践极大提升了教学效能，促进学习方式从被动接受转向主动探索。智能辅助系统在科学概念形成过程中发挥重要作用，借助交互式电子白板和智能教学终端，抽象科学原理可以转化为直观可感知图像模型，突破认知障碍，这些技术手段显著提升了科学概念理解效率，激发学习兴趣。

创新思维培养模式构建方面人工智能技术为学生提供了丰富思维训练工具，智能问答系统引导学生开展科学探究，智能评估系统给予即时反馈，智能协作平台促进小组合作和思维碰撞，这些技术支持下学生科学思维训练不再局限于课堂时空而是延伸至课外广阔空间。智能记录分析系统能够追踪记录学生思维发展轨迹形成完整学习档案，为教师调整教学策略提供科学依据，人工智能辅助评价体系建立改变了以往评价模式，实现全过程、多维度评估。智能系统能够捕捉学生探究过程中关键思维节点，记录思维转变历程生成思维能力发展报告，这种动态评价方式不仅关注结果更重视过程，有效激励学生勇于尝试、大胆创新。

二、数字技术融入实验探究，智慧课堂生态重塑

智能实验终端通过数据采集功能使学生获取更加精准实验数据，数据可视化工具则帮助学生直观理解实验现象背后规律，这种数据驱动学习模式促使学生从单纯观察现象转向深度分析原理，培养科学思维能力。智慧课堂生态重塑体现在物理空间和虚拟环境融合方面，柔性学习空间设计支持多种学习活动同时开展，智能终端分布于各功能区域，学生可以根据需要自主选择学习路径。教师角色从知识教学者转变为学习设计者和引导者，利用智能教学系统实时掌握学生学习状态，精准干预促进学习效果最大化。智慧课堂支持跨时空协作学习，不同地区学生围绕共同科学问题开展在线交流和合作探究，这种开放式学习方式打破以往课堂封闭性，培养学生全球视野和协作能力为未来社会发展奠定基础。

以青岛版三年级下册第二单元《怎样加快溶解》教学为例，智能化实验探究流程可具体呈现，课前教师通过智能教学平台推送前导性实验视频，激发学生思考如何加快食盐溶解问题。课中学生分组利用智能实验箱进行探究，每组设置不同变量：搅拌速度、水温、颗粒大小，智能温度传感器实时监测水温变化，数据记录仪精确记录溶解时间，学生将采集数据上传至班级智能共享平台，系统自动生成数据图表，展现各因素对溶解速率影响，教师引导学生分析比较不同组实验数据，发现溶解速率和温度、搅拌、颗粒大小关系，归纳加快溶解方法。课后智能学习平台推送日常生活中相关应用情境，如冲泡饮料、制作冰淇淋等，学生尝试应用所学知识解释现象并记录于电子学习档案，系统根据学生探究表现生成个性化学习报告，指出认知强项和待提升方面。这种教学不但能提高学习兴趣和课堂效率，更能帮助学生形成积极的人生态度和正确的价值观，为学生的未来发展奠定坚实基础。

三、跨学科资源整合应用，未来人才培养拓展

人工智能支持下科学课程内容可以和数学、语文等学科无缝衔接构建完整知识体系，智能教育平台通过语义分析技术自动识别知识点间关联，推荐跨学科学习资源实现知识网络化构建。社会资源引入使科学教育超越课本限制，科技馆、博物馆等场所通过网络平台和课堂连接，拓展学习空间，科学家、工程师等专业人士通过在线互动走进课堂，分享前沿科技进展和科研经历为学生提供职业启蒙机会。基于项目学习方式学生围绕真实情境问题开展探究，综合运用多学科知识寻求解决方案培养跨界思维能力，智能化学习环境支持下每位学生可以根据兴趣特长选择发展路径，参与适合自己项目活动实现个性化成长，这种教育模式打破了标准化培养局限，尊重学生差异性为未来社会培养多样化人才提供可能。

青岛版四年级下册第一单元《运动与力》教学中跨学科融合方式尤为明显，教师设计自制小车比赛项目，引导学生综合运用科学、数学等学科知识。探究前期学生通过智能学习平台查阅历史上交通工具演变资料，了解科技发展脉络，观看工程师在线讲解视频学习车辆设计原理。设计阶段学生运用美术知识绘制小车草图考虑空气阻力影响，应用数学知识计算材料尺寸比例确保结构稳定性，制作过程中学生分工协作，通过智能材料库选择适合材料，利用数字工具进行零部件加工，测试环节学生使用智能测速装置记录小车运行数据，通过数学统计方法分析影响速度因素，成果展示时学生制作多媒体演示文稿，运用语言表达能力介绍设计理念和创新点，评价环节系统根据小车性能、创新程度等维度生成综合评分，形成能力素养发展报告。

结论：通过深入探讨小学科学与人工智能融合教学创新模式，构建了完整理论框架和实践路径，人工智能技术在科学教学中应用能有效提升学生学习效果激发创新思维，数字技术融入实验探究过程重塑了传统课堂生态形成以学生为中心新型教学模式，跨学科资源整合应用拓展了人才培养空间促进学生核心素养全面发展。未来科学教育应进一步深化人工智能技术应用，加强教师专业发展，优化教学资源配置，构建适应时代发展需求教育生态系统，为培养创新型人才提供有力支撑。

参考文献

[1] 谭咏竹 . 人工智能技术提升小学科学融合创新研究——以”蚕的一生”大单元设计为例 [J]. 教学管理与教育研究 , 2023, 8(18):10-13.

[2] 肖剑波 . 人工智能技术与小学科学教学相融合的变革研究 [J]. 成长 ,2024(10):181-183.

[3] 常丽芳 . 浅谈人工智能时代背景下小学科学教育的变革与坚守[J]. 2020.