基于核心素养发展的人工智能与农村小学科学教学融合实践探究

摘要：本文聚焦农村小学科学教学中人工智能应用现状，分析当前农村科学教育面临困境和人工智能技术潜在价值，构建基于核心素养发展人工智能辅助教学模式，探索适合农村小学科学课堂人工智能工具选择和应用策略，设计核心素养导向智能化科学探究活动。通过提出人工智能融合农村小学科学教学实践路径，包括教师能力提升策略和学生发展评价体系建构，推动农村小学科学教育质量提升，促进学生核心素养全面发展。

关键词：核心素养；人工智能；农村小学

引言：随着教育信息化进程加速，人工智能技术日益成为推动教育变革重要力量，农村小学科学教学是培养学生科学素养关键阶段，面临诸多现实困境，将人工智能技术融入农村小学科学教学有助于突破教学资源限制，创新教学方式提升教学效果，立足核心素养发展视角探索人工智能和农村小学科学教学融合实践路径，为促进农村小学生科学核心素养全面发展提供新思路。

一、农村小学科学教学中人工智能应用现状分析

（一）农村小学科学教学面临的实际困境

教师方面农村小学科学教师普遍存在专业背景薄弱、教学能力有限等问题，多数教师采用以往教学方式开展教学，难以激发学生科学探究兴趣和创新思维，课程实施中受限于客观条件限制，农村小学科学教学经常流于形式，实验操作环节缺失学生难以获得真实科学探究体验，科学学科核心素养培养落实不到位。农村学生家庭教育支持不足，科学学习氛围淡薄并且学习动力不足，科学学习成效通常不尽如人意，农村科学教育评价体系相对落后，过分强调知识记忆和考试成绩，反而忽视学生科学探究能力、创新思维等核心素养培养，导致农村小学生科学素养整体偏低，和城市学生差距日益扩大。

信息化基础设施建设滞后制约着农村小学科学教学质量提升，许多农村小学网络设备配置不完善，网络覆盖范围有限难以支撑现代化教学需求，受经费限制，农村小学科学教室智能化程度低，缺乏必要多媒体教学设备和数字化学习工具，教师无法充分利用信息技术开展教学活动。学校管理层面农村小学对科学教育重视程度不够，课时安排少投入不足，缺乏系统规划和持续推进机制。

（二）人工智能技术在农村小学科学教学中的潜在价值

人工智能技术能够有效弥补农村小学科学教育资源不足问题，通过智能教学系统、知识图谱等技术手段为农村小学提供丰富优质科学教育资源，打破地域限制实现优质教育资源共享。人工智能驱动教学方式变革，基于智能技术支持自适应学习、个性化教学等新型教学模式，满足不同学习基础学生学习需求，提高科学教学针对性和有效性。学习过程中人工智能能够准确捕捉学生学习行为和学习轨迹，记录分析学习数据为教师提供学情分析报告，辅助教师精准把握每位学生学习状态，开展靶向教学指导提升教学精准度。

人工智能技术赋能农村小学科学教师专业发展，提供智能备课工具、教学设计辅助系统等支持，帮助教师提升教学能力和专业素养，学科融合视角下人工智能促进跨学科知识整合和应用，打破学科壁垒实现科学学科和数学、语文等学科深度融合，培养学生综合思维能力和问题解决能力。学习评价维度上人工智能构建多元立体评价体系，关注学生科学探究全过程，形成性评价和终结性评价相结合全面客观反映学生科学素养发展状况。

二、基于核心素养发展的人工智能辅助教学模式构建

（一）农村小学科学课堂中的人工智能工具选择和应用

实用性方面应当优先选择操作简便、界面友好、功能实用智能教学工具，便于教师和学生快速掌握使用方法，降低技术应用门槛，经济性考量上应当选择性价比高、维护成本低智能教学设备和系统，满足农村小学有限教育经费条件下科学教学需求。兼容性层面上智能工具应当和现有教学设备系统兼容，确保新旧设备融合使用，避免因系统不兼容造成资源浪费，安全性角度应当选择安全可靠、隐私保护完善智能教学工具，确保学生信息安全和网络使用安全。典型智能工具包括智能教学助手、自适应学习系统等，这些工具能够在不同教学环节发挥独特作用，支持农村小学科学课堂教学活动有效开展。

人工智能工具应用应当着眼课堂教学全过程，贯穿教学准备、课堂实施、课后延伸各环节，教学准备阶段教师应当借助智能备课系统，获取优质教学资源生成个性化教学设计，制作精美课件提高备课效率和质量，课堂导入环节利用智能识别技术创设情境激发学生学习兴趣，建立认知冲突引导学生进入探究状态。知识讲解过程中运用智能讲解系统，结合技术手段将抽象科学概念形象化、直观化，帮助学生理解掌握科学知识，实验探究环节采用智能实验模拟系统，为学生提供虚拟实验环境，开展难以在现实条件下完成科学实验，培养学生科学探究能力和创新思维。课堂互动中智能提问系统根据学生认知水平自动生成层次化问题，促进深度思考和讨论，课堂评价环节智能评测系统实时采集学生学习数据，即时反馈学习效果，教师据此调整教学策略实现精准教学。

（二）核心素养导向下的智能化科学探究活动设计

活动设计应当体现层次性原则，根据学生认知发展规律和学习能力水平设计不同难度和复杂度探究任务，实现由浅入深、循序渐进探究过程，开放性原则要求探究活动设计应当保持适度开放性，为学生提供充分思考和创造空间，鼓励多角度思考和多路径探索，培养学生创新精神和批判性思维。生活化原则强调探究活动应当贴近农村学生生活实际，选择来自农村生活场景真实问题当做探究对象，增强学习亲近感和实用性。智能支持原则要求充分利用人工智能技术辅助探究活动开展，借助智能工具提升探究效果，实现传统探究活动难以达成目标，具体活动类型包括智能观测探究、数据分析探究等多种形式，满足不同教学内容和学习目标需求。

智能化科学探究活动实施应当遵循明确流程，包括问题情境创设、探究方案设计等关键环节，问题情境创设阶段教师利用智能技术呈现真实问题情境，引导学生发现问题、明确探究目标，探究方案设计环节学生在智能辅助下制定探究计划，明确探究步骤、方法和工具形成初步探究路径，探究实施过程中学生借助智能工具开展观察、实验等探究活动，智能系统全程记录探究行为和数据。数据处理阶段智能分析系统辅助学生整理分析探究数据发现规律并形成结论，结论验证环节通过智能模拟技术验证探究结论有效性，必要时修正完善探究结果，成果交流阶段学生利用智能展示平台分享探究成果，开展同伴评价和讨论。反思提升环节智能系统生成探究全过程报告，帮助学生反思探究过程总结经验教训，从而提升科学探究能力，教师评价方面采用过程性评价和结果性评价相结合方式，关注学生科学探究能力、科学思维方式等核心素养表现，形成客观全面评价结果为后续教学提供参考依据。

三、人工智能融合农村小学科学教学的实践路径

（一）农村小学科学教师人工智能应用能力提升策略

应当包含信息素养培育、智能工具操作、教学设计创新、学情分析应用四大核心模块并按入门应用、深度融合、创新引领三个梯度实施培训，满足不同基础教师发展需求，建立智能教学资源库和案例中心提供丰富实践参考和教学素材，支持教师自主学习和能力提升。学校层面可以组织集体备课、同课异构等活动，促进教师间交流合作和实践探索，区域层面应当整合高校、企业等资源，定期开展专题培训和示范教学，提供专业指导和技术支持。建立激励评价机制，将人工智能教学应用纳入教师考核体系，设立专项奖励鼓励教师积极尝试创新实践，搭建在线学习社区平台，支持教师跨校交流和资源共享，形成良好学习生态和文化氛围，推动教师群体专业水平整体提升。

湘教版三年级上册第三单元《土壤的种类》教学中，某农村小学科学教师通过参与人工智能教学应用培训项目，掌握智能教学工具和方法后开展创新实践。课前教师利用智能备课系统收集整理各类土壤图片、视频资源，生成多媒体教学素材库并设计层次化探究任务，探究环节中教师借助智能实验模拟平台，引导学生虚拟种植不同作物于各类土壤中并观察生长状况，突破以往实验时间限制，课堂互动环节智能问答系统根据学生回答自动调整问题难度，实现个性化引导，评价环节采用智能评测工具记录学生探究全过程，生成个体学习报告为教学反思和改进提供依据。

（二）基于学生发展的人工智能科学教学评价体系建构

基于学生发展人工智能科学教学评价体系遵循发展性、全程性、多元化、智能化原则，关注学生学习过程和进步幅度而非单纯结果比较，评价实施路径包括建立学生智能学习档案袋全面记录学习轨迹和成果，运用学习分析技术挖掘学习行为数据，构建自适应评价机制动态调整评价内容和标准，建立师生互评、生生互评、家校协同评价机制集成多方评价意见。技术支持层面借助人工智能技术开发智能诊断系统精准识别学习问题和认知障碍，基于评价结果推送适切学习资源和任务，开发学习预警机制及时发现学习困难学生并提供干预支持。评价结果应用策略上将评价数据用于教学改进、学习指导等实际工作中，充分发挥评价导向和促进功能形成评—教—学良性循环，持续推动学生科学素养全面发展。

湘教版四年级下册第三单元《植物与环境》教学评价实践中，某教师构建融合人工智能技术多元评价体系，全面评估学生科学素养发展状况。课前智能测评系统对学生植物知识基础进行诊断，教师据此调整教学重点难点，学习过程中智能学习平台实时记录学生探究行为，包括观察记录频次、实验操作步骤等维度，形成过程性评价数据，学生通过智能终端开展植物生长环境调查，收集社区植物分布和环境因素关系数据，系统自动分析整理形成可视化结果，探究活动中学生分组设计植物适应环境变化实验，智能评价系统从实验设计合理性、操作规范性等方面进行量化评分，同伴互评环节学生通过评价平台对其他小组成果展示进行评价，系统整合多方评分形成客观评价结果。这种教学不但能提高学习兴趣和课堂效率，更能帮助学生形成积极的人生态度和正确的价值观，为学生的未来发展奠定坚实基础。

结论：基于核心素养发展人工智能和农村小学科学教学融合实践是信息化时代教育变革重要方向，通过分析农村小学科学教学现实困境和人工智能技术潜在价值，构建核心素养导向智能辅助教学模式，探索农村小学科学课堂智能工具应用策略，设计智能化科学探究活动，提出教师应用能力提升策略和学生智能教学评价体系建构路径，为推动农村小学科学教育质量提升和学生核心素养全面发展提供实践参考。

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