邵群

現(xiàn)今，人工智能作為一個(gè)先進(jìn)的研究領(lǐng)域，其應(yīng)用已有十余年了，推動(dòng)了各行各業(yè)的發(fā)展。但人工智能在小學(xué)科學(xué)教學(xué)方面的應(yīng)用卻有些滯后。未來(lái)，隨著人工智能的快速發(fā)展，可以預(yù)測(cè)其在教育行業(yè)的發(fā)展也必然加速。老師恰當(dāng)應(yīng)用人工智能系統(tǒng)開(kāi)展教育教學(xué)，將在很大程度上把科學(xué)教學(xué)推到一個(gè)全新的層次。

人工智能的定義可以分為兩個(gè)部分，即“人工”和“智能”“人工”是指人力所能及的、人自身所能做到的，或者人所能創(chuàng)造的人工智能化?！爸悄堋鄙婕捌渌T如意識(shí)、自我、思維等問(wèn)題。

一、人工智能為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)素材

人工智能的發(fā)展，為小學(xué)科學(xué)教學(xué)資源的積累、分享提供了極大的便利。在人工智能教育系統(tǒng)中，有多種形式的教學(xué)資源，為學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)提供了豐富的學(xué)習(xí)素材。例如，學(xué)生在做某個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，步驟不記得了，人工智能可以及時(shí)幫助學(xué)生從資源庫(kù)中找出這個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟，幫助學(xué)生完成剩下的實(shí)驗(yàn);或者學(xué)生在觀察某個(gè)科學(xué)現(xiàn)象時(shí)，對(duì)于它的科學(xué)概念不是特別了解，人工智能也能及時(shí)幫助學(xué)生去資源庫(kù)中找尋相關(guān)內(nèi)容。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)課堂中，不少內(nèi)容屬于材料收集或者材料閱讀的類(lèi)型。對(duì)于這部分課堂內(nèi)容，老師可以利用人工智能，讓學(xué)生在課堂上實(shí)時(shí)搜集相應(yīng)的材料，并進(jìn)行交流展示。

人工智能的資料庫(kù)中資源豐富。在學(xué)生預(yù)習(xí)階段，老師可以指導(dǎo)學(xué)生使用人工智能系統(tǒng)，預(yù)習(xí)、了解相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，完成與即將學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容相關(guān)知識(shí)的預(yù)熱。如，在預(yù)習(xí)五年級(jí)下冊(cè)《地球的運(yùn)動(dòng)》這一課中，由于學(xué)生的宇宙相關(guān)知識(shí)相對(duì)較少，且這塊內(nèi)容比較抽象，老師就可以指導(dǎo)學(xué)生利用人工智能，查找關(guān)于地球的資料，觀看宇宙相關(guān)的視頻，以此豐富自己對(duì)地球與宇宙的知識(shí)。而后老師再開(kāi)展這一內(nèi)容教學(xué) ，課堂教學(xué)效果就會(huì)大大提高。

人工智能的巨大信息量，大大地拓寬了學(xué)生的視野。一段文字、一段短視頻、幾張圖片，就能將課堂中一些抽象的內(nèi)容直觀、形象地展示在學(xué)生面前。老師不用講太多，學(xué)生就能學(xué)到很多，大大地提高了課堂教學(xué)效率。

二、人機(jī)交互讓學(xué)生直觀感受科學(xué)現(xiàn)象

在傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)驗(yàn)，可以選擇讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，但是某些實(shí)驗(yàn)由于難以改變的自然因素，僅用傳統(tǒng)教育媒介，例如圖片或視頻的方式進(jìn)行知識(shí)講解，學(xué)生無(wú)法獲得經(jīng)歷體驗(yàn)，導(dǎo)致難以直觀理解知識(shí)內(nèi)容。這時(shí)人工智能機(jī)器便為科學(xué)教學(xué)提供了新的傳授方式，彌補(bǔ)了這一教學(xué)短板。例如，在《一年中的四季》一課中，學(xué)生只是通過(guò)圖片無(wú)法直觀體驗(yàn)，如果利用智能機(jī)器進(jìn)行人機(jī)交互，則可以通過(guò)學(xué)生指令語(yǔ)調(diào)的變化，來(lái)改變外部條件，如陽(yáng)光、溫度、和降水狀態(tài)、降水量、空氣濕度，來(lái)模擬環(huán)境變化，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)直觀體驗(yàn)四季的變化，獲得身體感官的感受對(duì)比。此外，某些“區(qū)域性天氣”、極端自然現(xiàn)象、地區(qū)性地貌特征，均可以通過(guò)智能機(jī)器來(lái)調(diào)節(jié)外部環(huán)境來(lái)讓學(xué)生獲得直觀體驗(yàn)。

生物方面，例如，講解《食物在人體內(nèi)的旅行》一課時(shí)，學(xué)生可以化身“小食物”，通過(guò)智能機(jī)器模擬，感受食物在人體內(nèi)的旅行過(guò)程，真切地感受食物經(jīng)歷的外部環(huán)境，更加清楚地認(rèn)識(shí)人體內(nèi)部器官的構(gòu)造。物理方面，“電和磁”單元中的《用驗(yàn)電球做人體的導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)》一課，老師要在教學(xué)中讓學(xué)生理解人體也是一種導(dǎo)體，安全是首先要考慮的問(wèn)題，那么利用智能機(jī)器能夠充分規(guī)避這些風(fēng)險(xiǎn)。

三、記錄儀讓學(xué)生獲取直觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常需要組織學(xué)生開(kāi)展小組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。在傳統(tǒng)的科學(xué)課教學(xué)中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般都用紙筆，以數(shù)據(jù)、圖畫(huà)等形式記錄。如果學(xué)生的觀察、記錄發(fā)生遺漏或錯(cuò)誤，就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的總結(jié)歸納。這時(shí)無(wú)法重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的情景，比對(duì)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行分析。

人工記錄儀給學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄提供了新的方式。在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，給每個(gè)組配備一臺(tái)記錄儀，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。這樣不僅可以監(jiān)督學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還可以為學(xué)生提供相應(yīng)的信息反饋，方便實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、交流。

人工智能系統(tǒng)監(jiān)控留下學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，然后對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行分析，系統(tǒng)會(huì)將其中的錯(cuò)誤操作信息反饋給學(xué)生，同時(shí)也給老師提示。這樣可以及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生的不足，而且系統(tǒng)本身也會(huì)給學(xué)生提供正確的實(shí)驗(yàn)操作方法。這能夠填補(bǔ)老師在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中巡視課堂的空缺，有助于每個(gè)小組規(guī)范、正確地掌握實(shí)驗(yàn)操作方法，讓學(xué)生能夠及時(shí)地得到相關(guān)的反饋信息，從而很好地把握他們科學(xué)實(shí)驗(yàn)中不足的地方，然后加以鞏固練習(xí)，從而掌握扎實(shí)的科學(xué)理論和實(shí)踐知識(shí)。如，在發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，利用拍攝的圖片進(jìn)行查證;學(xué)生有不規(guī)范操作動(dòng)作時(shí)，利用拍攝到的圖片進(jìn)行指錯(cuò)、糾正等。

四、智能人臉識(shí)別調(diào)控學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)

傳統(tǒng)的科學(xué)課堂教學(xué)效果主要依靠學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和老師對(duì)課堂狀況的“監(jiān)控”。采用智能人臉識(shí)別系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，老師能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)自己的教學(xué)策略。比如，人工智能系統(tǒng)可以靈活捕捉到學(xué)生打哈欠的動(dòng)作，得知學(xué)生的精神處于疲勞狀態(tài)，繼而將這一信息實(shí)時(shí)反饋到老師的智能接收設(shè)備上，老師就可以及時(shí)調(diào)節(jié)課堂氛圍，或者讓學(xué)生稍加休息，從而提高教學(xué)效率。目前已經(jīng)有學(xué)校運(yùn)用這種智慧課堂管理系統(tǒng)，來(lái)檢測(cè)學(xué)生的課堂行為狀況。

此外，還可以利用這種智能系統(tǒng)，通過(guò)圖片和文字的分析處理技術(shù)，對(duì)學(xué)生課堂筆記的記錄情況和課堂作業(yè)的完成情況進(jìn)行識(shí)別和判斷，幫助老師及時(shí)發(fā)現(xiàn)“問(wèn)題學(xué)生”，及時(shí)糾正學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。

未來(lái)的課堂，人工智能必將是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要輔助手段，在優(yōu)化小學(xué)科學(xué)教學(xué)的同時(shí)，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，能使他們形成較強(qiáng)的參與意識(shí)和思辨能力，也有助于提升他們的創(chuàng)造力。這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改進(jìn)有巨大的幫助。