AI 技术在幼儿生命科学教育中的应用模式研究

引言

教师在进行生命科学教育活动时，可以通过有趣的科学现象激发幼儿的好奇心，引入生活素材，帮助幼儿找到生命科学与生活之间的联系。生活化教育和生命科学教育活动融合教学具有较高的可行性。为了提高教学活动质量，教师需要对生命科学教育活动的生活化运用进行探索。按照 2025 年《政府工作报告》所提出的“人工智能 + ”战略，人工智能技术依靠多模态交互，大数据分析以及个性化推荐等特性，正慢慢改变幼儿生命科学教育的实践形式。

能

一、个性化学习路径构建：从“标准化供给”迈向“精准化赋

（一）行为数据驱动的认知画像生成

幼儿生命科学教育领域里，人工智能技术凭借智能硬件设备（智能手环，互动投影仪）来完成对儿童行为数据的全面采集，这些数据涵盖操作频次，持续时长，面部表情变化等 12 个关键变量，从而给探究儿童认知发展赋予了可靠的依照，依照皮亚杰认知发展阶段理论，这个系统可以塑造起动态而且精确的认知评价模型，拿宁波望童幼儿园来说，它自行研发的AI 观察评价平台有着独创之处，把儿童行为映射到健康，语言，社会性，科学，艺术这五大核心范畴，而且生成包含 23 项指标的雷达图，这个雷达图就像儿童认知发展的综合画像，清楚地显示各个范畴的发展状况以及改良余地。当系统检测到某幼儿在“植物生长周期”游戏里频繁地进入“种子萌发”模块时，它就会立刻生成并标注出该幼儿的认知偏好特征，这个兴趣点并不是单独存在的，而是成为个性化教学的主要参照对象，之后，系统会把《种子结构解析》等相关的拓展活动方案推送给教师，这些活动方案都是按照幼儿的兴趣需求来设计的，目的在于引发幼儿探究的愿望，促使他们从表面的好奇心逐渐转变为深入的理解，进而推动生命科学知识体系的系统性形成。

（二）自适应学习内容推送机制

基于上述理论框架，生成式人工智能有着非常强的动态适配能力，能够准确匹配教学内容的难易程度和呈现形式，在厦门同安区第三实验小学开展的AI赋能课堂实践研究中也得到了充分的证明，当教师输入“春天”主题之后，系统便立即自动生成出朗诵、手工制作、户外观察等多种个性化的教学方案，对于认知发展较快的学龄前儿童来说，平台首先会推荐他们使用巧智绘 AR 互动软件，通过扫描手绘花朵就能引发三维动画效果，以此来加强学习的趣味性和互动性，而针对认知发展相对较慢的幼儿，则会给予他们实物种植工具包和语音提示卡片，凭借实际操作以及即时反馈去引导他们慢慢领会生物学知识要点。

二、沉浸式体验场景创设：从文本理解迈向具身认知

（一）多模态交互技术重塑教育空间结构

幼儿生命科学教育领域里，AR 沙盘，全息投影这些多模态交互技术凭借其独特的媒介特性，把抽象的生命科学知识可视化呈现出来，从而极大拓宽了教学的深度和广度，北京师范大学开发的AI舞蹈教学系统就是一例典型应用，“蝴蝶破茧”主题活动利用先进的动作捕捉设备精确记录并分析儿童肢体协调能力的发展变化，在此期间，孩子们仿佛灵动的精灵一般模仿屏幕上的 3D 蝴蝶姿态展开翅膀，系统会生成含有关节角度，运动轨迹等详细数据的反馈报告，从而让学生更深刻地领会蝴蝶生命周期的演变规律，而且通过反复练习逐步提升认知水平。

（二）游戏化机制激发探索动机

人工智能技术依靠生命科学方面的知识积累，给幼儿搭建起有趣又富于探索性的互动平台，拿巧智绘所开发的《神奇的水车》实验游戏来说，它的主要目的就是促使孩子们通过调节水流速度、叶片角度这些参数达成水车运转，而且凭借可视化图表来显示能量转换效率，进而加深对有关物理原理的认识，在幼儿园教育的情境当中，AI 小智教学机器人充当辅助工具，让幼儿变成“森林医生”，凭借语音交流去诊治虚拟树苗的病症，并挑选合适的工具来进行修理，这种寓教于乐的教学形式既改善了学习成果，又很好地激发了孩子对于自然生态系统的认知兴趣以及探究愿望。

三、动态化成长档案生成：从经验判断迈向数据驱动

（一）全周期行为数据采集网络

此人工智能平台融合了晨检机器人、智能图书管理以及区域定位图谱等 18 种终端设备，做到幼儿在园行为的毫秒级即时监测，拿杭州某幼儿园来说，该园部署的 AI 晨检系统能在 3 秒内完成体温检测，手部清洁，情绪识别这三项任务，而且会把数据推送到家长端和教师端，凭借 UWB 定位技术形成的区域热力分布图，如果某个幼儿连续三天没踏入科学探究区，系统就会自动启动教师介入预警机制。

（二）可视化成长报告智能生成

人工智能算法可把结构化数据变成可视化图表以及描述性文字，宁波望童幼儿园开发的“趣说涂鸦”功能，通过分析孩子绘画作品里的颜色喜好以及组合特性，可以得出包含“情绪状况”“认识成长”这些内容的汇总评价文档，父母可以借由“幼儿大事记”这一板块，查阅涉及 33 个成长目的的任务纪录，像“自己种植植物”“观察蚂蚁活动十分钟”，这样就可以做到对家庭教养情形的视觉化表现，按照联合国教科文组织2023 年的研究报告表明，“AI塑造的成长档案”使得家校互动次数增多大约 3 倍， 98% 的家长对于这种方式表示满意。

四、教师专业发展支持：从经验传承到数据赋能的转变

（一）智能备课系统缓解行政压力

人工智能教育平台依靠教学大纲来做到多媒体课件模板和教具设计框架的智能化匹配，教师输入“恐龙”这个关键词的时候，系统能在 10 秒钟以内形成一个包含 AR 模型，科普动画以及手工制作实例的综合教案包，北京市某个幼儿园所使用的 AI 辅助备课系统显示，教师用来预备教案的时间由均值120 分钟缩减到35 分钟，整体备课效率大约提升了 71% 。

（二）自动化课堂观察提高反馈准确性

智能摄像头凭借计算机视觉技术，能够准确识别幼儿的参与度，情绪状况以及社交互动特征，按照上海市教委颁布的《幼儿园人工智能教学辅助设备准入标准》，所有智能终端均需通过儿童工程学评估，还要经过教育效果验证，在深圳某幼儿园的实际应用情形下，AI 监控系统察觉到教师时常使用专业术语之后，便立刻推送《3-6岁儿童语言发展指南》及其替代表达建议，如此一来，课堂语言适龄化水平得到明显改善，由最初的 68% 大幅上升至最后的 92% 。

结束语

人工智能技术正在深刻改变幼儿生命科学教育生态，它带来的不只是效率的提升与教学模式的更新，更是推动教育观念由“知识灌输”转向“能力培养”。在使用技术的过程中，要遵循“人文关怀”原则，当教师利用 AR 技术展示细胞分裂过程的时候，应当引导幼儿去思考生命延续的根本意义；在 AI 个性化推荐系统当中，教师也要保留依靠经验做出判断的空间。幼儿园生命科学教育能培养幼儿感受生命、热爱科学和自然的品质。教师可以从生活中挖掘素材，使用新颖的教育模式，应用生活化素材，引领幼儿探索生命和科学的奥秘。教师还可设计区域活动，拓宽活动范围，充分运用生活化策略，辅助幼儿园生命科学教育活动的顺利实施。

参考文献

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[3] 王秀英 , 石玉昌 . 困境与出路：全民科学视野下乡村幼儿园科学教育 [J]. 教育观察 ,2022,11(30):83- 85.