一等奖小学科学论文:探索AI在科学实践活动中的应用策略与方法

探索生成式人工智能在小学科学实践活动

中的创新应用方法

摘要:人工智能时代背景下，小学生在AI技术和应用方面的体验与学习面临新要求，为适应这一时代变化，加强小学阶段AI技术与应用的融合，本研究聚焦小学科学实践活动的项目展示、实施和评价环节，结合具体科学实践活动，详细探讨生成式人工智能在小学科学实践中扮演"学习资料""学习伙伴""指导教师"角色的实施策略。

关键词:人工智能;科学实践;教学创新

《新一代人工智能发展规划》明确指出，人工智能已成为国际竞争的新阵地，是引领未来的前沿性技术。教育部也发布了《关于加强中小学人工智能教育的通知》(教基厅函［2024］32号)，强调在小学阶段，需通过启蒙教学，激发学生对人工智能的好奇心和探索欲，让学生认识人工智能的基础概念，同时明确小学低年级着重感知和接触人工智能技术，高年级侧重理解和运用人工智能技术。由此可见，小学阶段应当强化学生对人工智能技术的实践与应用。生成式人工智能作为人工智能领域的重要组成部分，是基于算法和模型生成文本、图像、音频、视频、程序等内容的创新技术，当前市面上已有多种生成式人工智能应用可供使用，如文心一言、豆包等。众多专家认为，生成式人工智能是继AlphaGo之后的又一具有重大历史意义的技术突破。

《义务教育科学课程标准(2022年版)》提出:"义务教育科学课程是一门展现科学精髓的综合性基础课程，强调实践导向。"科学实践活动构成科学教育的关键环节，同样是素质教育的重要载体;是以学生为中心，在真实情境或任务引导下，学生运用多学科知识和能力解决实际问题的学习过程。《义务教育课程方案(2022年版)》也明确，各门课程应确保不少于10%课时用于设计跨学科主题学习。可见，学科实践活动在培养学生核心素养方面扮演着不可替代的角色。

鉴于实践活动具有长期性、融合性、主导性、真实性的特点，对学生提出了更高标准，同时也对小学阶段的实践教学实施提出了更高期待。生成式人工智能的个性化和智能化特点将为小学实践活动注入新活力并提升效率。本文以某校科技节"制作一艘竞速纸帆船"项目为例，依托"豆包"智能助手，系统阐述生成式人工智能在实践项目"展示环节""实施过程"和"评价反馈"三个阶段的应用方法。

一、项目展示:让生成式人工智能充当学习资源，适时互动，激发兴趣

实践活动通常围绕某一具体项目或主题开展，因此，实践项目的引入环节显得尤为关键，既要清晰呈现项目的具体要求，更要点燃学生参与实践的热情和动力。生成式技术凭借其灵活性和智能特性，能够增强学习的互动性和参与度，在项目展示阶段，教师可以运用生成式人工智能的"智能体"构建功能，根据各类主题，创建多样化的角色智能体，并上传相关背景资料、具体要求和参考数据供智能体学习，从而设计出符合特定项目的智能化资源，为实践活动的顺利开展奠定坚实基础。

(一)角色代入，沉浸式激发兴趣

实践活动注重真实感，即项目设计从一开始就应引起学生的兴趣并使其逐步投入其中，但很多实践项目的引入方式往往是教师直接展示，难以真正触动学生内心。生成式人工智能可以根据设计要求，塑造多种角色形象，并能以特定角色的视角和思维方式与学生交流互动。我们可以在"豆包"对话框中直接输入指令:"请扮演XXX角色，当我对你说'XXX，请详细介绍这项探险任务'时，请以该角色身份向同学们解释任务详情，内容如下:……"。这样，"豆包"接收到相关指令后，便能按照预设，以不同角色的形象、语调和口吻向学生介绍任务背景和要求。与简单的文字描述相比，由"直接参与者"口头传达任务信息显然更加生动形象。例如，在"竞速纸帆船"实践项目中，生成式人工智能可以还原历史上的著名航海家郑和，教师可以邀请这位航海家向学生讲述精彩的航海历程，并通过郑和的叙述方式，循序渐进地提出"制作一艘竞速纸帆船"的实践任务，有效激发学生的探究欲望和好奇心，使其身临其境地步入科学实践的学习旅程。

(二)深度互动，明确项目要求

每个实践项目都有特定的条件限制和规范要求，传统教学中，教师主要通过课件、视频等形式，直接向学生传达项目具体内容，学生在学习过程中往往仅处于"接收者"的位置，对教师提出的要求有时难以全面理解。为满足不同学生对项目要求的个性化疑问需求，我们可在"豆包"中构建特定项目的专属智能体，并在其"角色设定"中详细记录学生可能咨询的相关问题解答。例如，在"竞速纸帆船"实践项目中，可以设置一个独立的"郑和"智能体，将有关帆船制作的材料选择、尺寸标准、动力系统等要求完整输入"角色设定"中。学生在熟悉任务后，可随时向"郑和"智能体提出疑问，该智能体会根据预设提供针对性解答。通过这种互动方式，学生逐渐从"被动接收者"转变为"主动参与者"，在多次交流中，对实践项目的具体要求有了更为清晰的认识。

(三)个性化推荐，拓展认知视野

实践项目的综合性特征要求学生能够灵活运用多学科知识解决实际问题，一个实践项目确立后，学生通常需要积累大量与项目相关的综合知识。生成式人工智能能够依据学生的兴趣点、疑问点和关注方向，为其定制个性化的学习资源。例如，对于热衷科学史的学生，"豆包"可以智能推荐相关的历史文献记载、视频资源或网络课程;对于对力学原理感兴趣的学生，则可以智能展示流体力学原理、生成流线设计图样等。这种定制化的推荐方法不仅拓宽了学生的学习资源渠道，还优化了学习效果，为学生的学习自信心增添助力。

二、项目执行:让生成式人工智能充当学习伙伴，即时沟通，协作创新