AI赋能小学科学课堂的创新实践

众多人工智能软件的涌现，不仅显著提高了内容创作的效率，还为科学教育领域带来了新的可能性。教师利用AI技术，可以定制生成内容，激发学生学习的兴趣；可以增强课堂互动，激励学生主动参与课堂讨论；可以根据学习需求，提供个性化支持。

《感官帮助我》是一年级“我的助手”单元的第2课，共有三部分内容：了解可以用感官观察声音；运用多种感官来分辨液体和固体；通过抢答比赛让学生学习保护感官的方法。教材上的这三部分内容相对独立，一年级学生又处于幼小衔接的关键阶段，注意力集中的时间短，很难保持探究兴趣。教师可以借助AI技术，打造一场“解救感官小精灵"的冒险之旅，使学生成为探险故事的主角，经历探险和闯关的全过程，不仅提升他们的学习兴趣，还发展他们的科学思维。

一、定制生成内容，呈现故事情境

在深度挖掘教学内容和分析学情的基础上，为了增强学生的真实体验感与亲历感，教师可充分发挥AI技术的优势，精心创设出贴合一年级学生认知水平的故事情境，并利用AI生成了与教学内容适配的动画视频，为课堂注人活力。

1.创设情境文本

基于教学目标，教师撰写了精准的提示词发给了几个常用的AI软件，其中，ChatGPT和豆包都提供了很好的思路。教师对两个软件提供的思路进行整合，确定了“解救感官小精灵"这个与教学目标紧密契合的情境。然后，进一步将整个故事情境细化，并确定了声音谜题屋、感官实验室（液体辨别、固体探秘）和感官保卫战等与故事情境和课本内容相匹配的关卡名称。

声音谜题屋关卡内容为：森林中有一个神秘的小屋，小屋大门紧锁，门上有五把锁，学生要正确辨别出屋内发出的五个声音，门才会打开。感官实验室的两个小关卡分别要求学生必须准确辨别出五个杯子中的不同液体和猜出百宝箱里面藏着的神秘物品。感官保卫战关卡是在学生观看完一段“感官的自述"视频后，通过抢答来判断"迷糊怪"提出的保护感官的做法是否正确，全部答对才能成功救出“感官小精灵”。

2.使情节可视化

设计故事文本之后，首要任务是对故事情节予以可视化呈现。教师巧妙运用可图大模型以及Mid-journey等AI软件，输入精心设计的故事情境来进行文生图操作。当初步的基础角色形象确立后，进一步运用垫图技巧，以确保后续生成的图片与基础角色形象保持高度的一致性与连贯性，从而将故事里每一个具有关键意义的瞬间通过恰当且形象的图片予以定格。

随后，教师借助智普清影与可灵这两款智能工具，使图片转换为富有感染力的视频。这样，原本仅存在于想象之中的故事情境便能够以鲜活逼真的姿态呈现在学生的面前，使他们可以全身心投人“解救感官小精灵”的任务里，自然而然地沉浸于充满趣味与挑战的学习情境之中，大大激发了学习热情与探索欲望。

二、借助数字伙伴，增强课堂互动

数字人小助手可以为学生提供实时、个性化的学习指导和帮助，增强师生互动和生生互动。该课中，教师借助闪剪这款基于AI技术的智能剪辑工具，创建了一位名为聪聪的数字人小伙伴。为了使聪聪的形象更符合课堂故事情境和学情，教师没有应用模板中现成的数字人素材，而是先用Midjoumey软件，将构思的聪聪的具体形象，如性别、外貌特征、穿着打扮、性格特点等，输入到工具的相应文本框中，再选择画面风格和参数，最终生成了聪聪的3D立体图片。接着，在闪剪中为聪聪输入适切的语音文本，利用闪剪的语音合成和文字转语音功能，选择音色、调节语速等参数，使聪聪能以高度拟真的方式对口型说话，为学生在闯关挑战的学习环节中提供有力的辅助与引导。

在充满趣味的“固体探秘”环节中，学生需要利用感官猜出箱子里面藏着什么物品。聪聪充分发挥了指导作用，极大地激发了学生的学习兴趣与参与热情。

例如，聪聪引导学生利用感官猜测百宝箱里的物品：用摸一摸感受物体的质地、轮廓，用捏一捏判断其软硬度，用摇一摇感知其重量与内部结构，用听一听捕捉物体运动发出的声响，全方位获取箱子内物品的信息。为保障活动的公平有序，聪聪明确要求每个小组的学生轮流来猜，每次仅安排一人进行猜测，其余三人则充当裁判，确保每个人都有均等的参与机会，让活动有条不紊地推进。

在学生对观察结果进行汇报时，聪聪能根据他们的回答即时生成问题，有效促进了他们的深度思考。有的学生回答：“我用手摸出来了黄瓜和苹果，用耳朵听声音判断出了铃铛。”聪聪提问：“你猜出的黄瓜和苹果，它们在形状、质地、气味等方面有什么不同？这些不同之处对你们的猜测有什么启发？"学生回答：“黄瓜长长的，摸起来有点疙疙瘩瘩，闭上眼睛闻有清淡的味道，而苹果圆圆的，摸起来很光滑，味道香香甜甜的。”在汇报完毕后，聪聪让学生课后利用废旧材料制作一个猜物箱，并准备一些物品放入其中，邀请家人或朋友一起玩猜物品的游戏，记录游戏过程和结果，下节课分享。这样，将课上的知识自然地延伸到了课外，让学生在课下游戏互动中继续加深对感官的认知。

三、根据学习需求，提供个性化支持

AI可以通过分析学生的学习数据，根据不同学生的学习需求，自动生成适合不同学习水平的任务和资源，以便实现更精准的教学。

例如，在感官保卫战环节，某学生对眼睛的保护做得比较好，而对于正确保护鼻、耳等感官的具体操作存在困难。于是，教师利用Kimi智能助手生成一个解决方案。要求：实用性强，方案里面可以包括视频资源、互动练习、拓展阅读等。Kimi很快生成了一份个性化的学习方案，推荐了一些类似《感官保护》的动画视频和科普短片，帮助学生更好地理解和记忆操作步骤；生成一系列保护感官的互动练习，如“我是小医生”角色扮演、“感官保护连连看”游戏等；推荐一些关于人体感官的科普绘本，如《我的身体》《感官的奇妙之旅》。通过这些个性化的学习资源，学生能够更有针对性地弥补知识短板，提高学习效果。

小结

该课的内容生动有趣，故事情节吸引人，任务设计富有挑战性。教师通过“人工智能赋能科学课堂教学评价项目"平台，对教学效果进行了全面评估，结果显示，学生对感官的理解更加深刻，学习的兴趣大大提升，同时在小组合作中感受到了团队的力量，增强了沟通能力和社交能力。通过小组闯关时的方案设计、实验观察记录，学生在合作探究和动手实验中的参与度显著提高，体现出对科学学习的浓厚兴趣和积极态度。

在实施过程中教师也遇到了一些挑战。例如，当学生直接与人工智能互动时，它给出的答案有时会超出学生的认知范围。为了解决这一问题，在互动环节的设计中可以增加教师的指导，也可以利用讯飞星火等AI，学生通过描述想要创建的智能体的角色、目标任务和细节要求，生成专属智能体，经过测试与优化后可提供适切的学习内容。

[课题：河北省教育科学“十四五”规划2023年度区域主导专项课题“科学课堂中数字化转型的实践研究”，编号：2307031]

（作者单位：米宇，河北省唐山市教育局；杨东英，河北省唐山市玉田县教研训中心）