人工智能和科学课堂的有效整合 论文.docx

人工智能和科学课堂的有效整合摘要：随着社会的不断进步，以人工智能为核心，超给力的大数据技术正越来越多地进入人们的生产、生活、工作和学习。同时人工智能在课堂教育教学的改革和教育的整合中也存在着很强大的作用，人工智能在激发学生学习兴趣、促进教学方式、丰富教学内容起到了不容小觑的作用。在教育信息化融合创新发展的前提下,大数据、互联网、物联网及人工智能与教育的融合，将为教育的新生态构建奠定基础。关键字：人工智能，科学课堂，有效整合为了顺应社会的发展，有效提高教育改革的水平，大多数的教育工作者们会尝试将人工智能应用到各学科课堂教学中去，特别是科学课上那些要准备大量实验工具，需要学生反复做实验，科学老师们试图让枯燥的课堂在人工智能技术辅助教学下，提高学生的学习兴趣，提升教学方法手段，来促进教学效果的形象化和直接性。本文将从激发学生学习兴趣，提升教学方法手段两个方面阐述人工智能和科学课堂的有效整合。叶宝生教授在小学生习得科学概念的六种方式一文中指出：小学科学认识是从可感知的科学事物的外部特征为基点获得科学概念，具有形象性和直接性的特点。(1)一、激发学生学习兴趣当人工智能与课堂教育相互融合的时候，会产生出什么样的火花？学生在游戏中感受人工智能带来的独特、便捷、有趣的学习方式，不仅加深学生对互联网的理解，也引发学生对于互联网未来发展方向的一个思考，培养了学生的前瞻性视野。举个例子：福州教育学院附属第二小学的黄艳萍老师就将央馆虚拟实验资源应用在项目式学习闪亮的灯牌中，让学生在开放式探究中学习了电路连接的基本知识。首先教师打开央馆虚拟实验资源使用实验创编系统编辑的3D交互课件点亮更多的小灯泡。图1图2并将实物资源干电池、小灯泡、导线、电池盒、灯座、开关利用平板一一展示给学生们看。在传统实验中，想引导学生进行这样的电路探究比较困难，不仅器材准备繁琐、损耗量大，还有安全隐患。但借助央馆虚拟实验的实验创编系统，可以实现小灯泡、干电池等实验器材的“无限量供应，让学生自由探究。请一位学生走上讲台操作3D交互课件，用导线将电池、开关和灯泡模拟连接在一起。提出问题：“学会了连接简单电路，我们就能制作出闪亮的灯牌了吗？组织学生进行发言讨论，并由此引出本堂课的学习内容一一点亮多个小灯泡。任务一：点亮两个小灯泡让学生先进行实物实验，尝试点亮两个小灯泡，并提醒学生要注意：（1）导线不能交叉：（2）连接电路时开关要断开。实验完成后，请学生代表分别上台使用3D交互课件演示连接两个小灯泡，引导其余学生分析每个小组连接方法的不同之处和相同之处。任务二：点亮多个小灯泡组织学生打开电脑上的3D交互课件，尝试连接多个小灯泡，并交流观察到的现象。通过学生的踊跃发言，得出结论：点亮多个小灯泡的方法就是在简单电路中增加灯泡的数量，用导线将它们和电池、开关串在一起。任务三：让多个小灯泡变得更亮随着灯泡一个一个地增加，学生发现灯泡变得越来越暗。提出问题：如果要制作学校60周年庆的晚会灯牌，肯定需要连接很多小灯泡，可是太暗了怎么行呢！大家想想有什么办法能让电路中的灯泡变得亮一些？鼓励学生说出自己的猜想，并得出可以通过增加干电池的数量来增加灯泡亮度的方案。继续提出问题，让学生思考“电路中的干电池是否可以无限制增加？组织学生再次打开3D交互课件进行探究，在电路中逐渐增加电池的数量。图10在传统实验中，想引导学生进行这样的电路探究比较困难，不仅器材准备繁琐、损耗量大，还有安全隐患。但借助央馆虚拟实验的实验创编系统，可以实现小灯泡、干电池等实验器材的“无限量供应，让学生自由探究。随着干电池数量的增加到一定数量，小灯泡两端的电压远超出小灯泡的额定电压时，虚拟实验中的小灯泡被烧坏，冒出了一股黑烟。逼真的实验现象演示，让学生们在生动有趣的观察中，学习了电路连接的知识，提升了实验操作的安全意识。请在座学生分享刚刚观察到的实验现象，并总结出增加干电池数量能让小灯泡更亮，但电池的数量需要控制在一定范围的实验结论。最后，播放视频向学生呈现600节干电池串在一块儿的震撼场景，通过真实的案例，向学生强调在生活中一定要注意用电安全，避免事故发生。任务四：让多个小灯泡同时闪亮提出问题：“生活中有的灯牌发光的时候会一闪一闪的，也就是小灯泡同时亮同时灭，实现同时闪亮的效果，同学们有哪些办法呢？请一名学生上台用3D交互课件验证自己的想法：闭合和断开开关。还有学生想出插拔导线、旋转灯泡等不同的方法能够实现灯泡同时闪亮的效果，引导学生利用桌面上的实物电路进行探究。布置课外任务：让多个小灯泡交替闪亮提出问题：“大家己经想到了不同的方法使小灯泡能同时亮同时灭，有没有办法能让两个灯泡一个亮一个灭，实现交替闪亮的效果呢？（二）提升教学方法中国科学院院士王飞跃曾发表过这样的观点：将人工智能作为技术手段，提升教育信息化和智能化水平。（2）在传统的大班科学课上，教师要面对50多的学生,以每小组6人为例要分8-9个小组进行实践活动，教室里的科学器材的摆放和操作过程中的一系列意外都会发生，更有严重的出了事故也会时有发生。2018年3月的春天，在北京大学附属小学的科学素质课上，小学生们一个个都静静地坐在互动教室里接受电脑编程和人工智能教育，一个个图形化的程序模块在孩子们的电脑屏幕上搭建起来，孩子们面对这些新鲜的程序模块自然是饶有兴趣的拼了起来。这堂素质教育课通过图形化编程工具讲述了遗传算法，神经网络等人工智能知识，把抽象的内容凭借着游戏般的教学活动让图形化编程形式得以生动有趣地呈现在学生面前，既免去了教师准备实验器材的繁琐过程，又提升了学生学习的方法手段。时代的发展将人工智能与学科教学深度融合，让学生在科学课堂中体验互联网带来的变化，培养学生的互联网思维、大数据意识。要想让我国人工智能的发展速度得到提高，最紧要的就是培养人工智能型人才，现在不少小学校乃至大学都建立了人工智能学科，相信今后我国的人工智能将会发展的异常迅猛。借助人工智能设备，授课老师让学生在Ipad上完成练习，老师及时形成班级整体和学生个体的大数据，分析学生哪些题目错的多，有针对性地进行讲解，让老师找到教学干预的最佳时机。授课老师表示，这种通过整合与创新设计的基于人工智能技术的人机对话、师生共读、生生互学、Al融合的多模态阅读课，学生主动学习，师生互动好，人工智能与学科有效结合，大大提高了课堂学习效率，为学生带来了不一样的学习体验，为课堂注入了新的生机与活力。同时，使用人机对话，加上脑波带等大数据的实时监控反馈功能，有助于协同实现大班教育的公平教育和个性化教育，为科学课堂中的每一位学生都能时刻畅游在科学课堂中，学生的学习兴趣在不知不觉中得到了提高，更有利于学生对科学课堂知识的及时了解和进一步的认知和掌握。安徽省芜湖市教育局也在认真落实人工智能教育的教学规划，结合了不同学段开发适合学生的人工智能课程，组建创客校队参加各项创客类竞赛，形成一至六年级的创客教育体系。在人工智能教育实践中，锻炼了学生动手实践的能力，培养了学生探索、创新的精神。芜湖市弋江区南瑞实验学校谢志刚和郑冲所带学生多次获得芜湖市青少年创意编程及智能设计大赛一等奖，在省级青少年科学影像节中指导学生获一等奖，全国中小学生信息技术实践与创新大赛也多次获得一二三等奖。这是新时代的要求，是教育改革的需要。当前，教育教学质量的提升离不开信息化技术，特别是在疫情下，线上线下相融教学得到了良好的普及和发展，对于提高课堂效率，解决教学难点等方面都起到了积极作用。人工智能教育是最美的新基建，人工智能知识会变得像空气和水一样，润泽新一代青少年，让他们对未来的世界拥有更多想象与话语权。优必选科技将用人工智能机器人激发和培养更多青少年的好奇心，点亮他们的科技梦，同时，进一步推动人工智能机器人与青少年科创教育的创新融合，让新一代学子都能不费力地接受到人工智能科创教育。在当今的社会发展中，人工智能无处不在，人工智能是改变人类未来生活方式的重要手段。人工智能走进中小学生的课堂，对于帮助我国提高国民科技创新素质有着极大的推动作用，国家提出这样的需求也是对我国人工智能人才的迫切需求，希望今后在教育方面能带给孩子的不仅仅是文化知识，更重要的是科技发展。【参考文献】1：叶宝生.小学生习得科学概念的六种方式2016年1月现代中小学教育。2王飞跃.如何培养人工智能人才，如何培养人工智能人才：从平行教学到智慧教育科技导报2018年第11期。