AI 模擬實驗在小學科學課中的應用案例總結

一、引言 随着科技的飞速发展，人工智能（AI）技术正逐渐融入小学教育领域，为科学课教学带来全新变革。AI 实验模拟凭借其独特优势，在教师备课和学生探究环节发挥着重要作用，有效提升了科学课的教学质量和学生的学习效果。本文结合广东省部分小学的实际应用案例，详细阐述 AI 实验模拟在小学科学课中的具体应用情况 [1][2]。 二、AI 實驗模擬助力教師備課案例 案例一：智能備課資源生成 学校：广州市越秀区东风东路小学 学科：科学 教学内容：《植物的一生》 应用情况：该校科学教师在备课时，运用了基于 AI 技术的 “粤教翔云” 教育资源平台。教师在平台中输入课程主题《植物的一生》及教学目标后，平台通过大数据分析，从海量教学资源库中筛选出与课程高度契合的素材，包括植物生长各阶段的高清图片、种子萌发过程的延时摄影视频、植物生长周期的动态图表等。同时，平台依据广州市小学科学课程标准和该校学生的认知水平，自动生成了详细的教学课件框架，涵盖教学环节设计、各环节时间分配以及课堂活动建议。例如，在讲解种子萌发条件这一知识点时，平台建议教师先播放种子在不同环境下（光照、温度、水分差异）的萌发对比视频，然后组织学生进行小组讨论，分析影响种子萌发的关键因素 [3][4]。 效果反馈：参与应用的教师反馈，以往备这节课需要花费 3 - 4 小时在网上搜索、筛选和整合资料，而借助 AI 平台后，备课时间缩短至 1 - 2 小时，效率提升显著。课堂上，丰富多样的可视化资源极大地吸引了学生的注意力，学生参与课堂讨论和互动的积极性明显提高，对植物生长过程的理解更加直观和深入。该案例在广东省小学科学教学资源应用评比中获得好评 [5]。

案例二：實驗設計與模擬優化 学校：深圳市福田区园岭小学 学科：科学 教学内容：《水的蒸发》 应用情况：在准备《水的蒸发》这一实验课时，教师使用了 AI 实验设计模拟软件。教师输入实验主题后，软件提供了三种不同的实验方案供选择，并对每种方案的实验原理、所需器材、操作步骤、预期现象及可能出现的误差进行了详细分析。教师初步选定 “对比不同温度下水的蒸发速度” 方案后，通过软件的模拟功能，虚拟操作实验过程，可调整水温、水面面积、环境风力等参数，观察虚拟环境中水的蒸发变化情况，并生成数据曲线图表。模拟过程中，教师发现原方案中使用普通玻璃烧杯测量蒸发量误差较大，软件提示可更换为带有刻度的蒸发皿并增加平行实验次数。根据软件建议，教师对实验方案进行了优化 [6][7]。 效果反馈：优化后的实验方案在课堂实施时效果良好，学生能够清晰地观察到不同条件下水的蒸发差异，实验数据的准确性明显提高。教师表示，AI 模拟功能帮助其提前发现了实验设计中的潜在问题，避免了课堂时间的浪费，同时也让实验教学更具科学性和严谨性。该实验设计被纳入福田区小学科学优秀实验案例库 [8]。 三、AI 實驗模擬助力學生探究案例 案例三：激發探究興趣與問題提出 学校：佛山市南海区桂城中心小学 学科：科学 教学内容：《光的传播》 应用情况：在《光的传播》一课的教学中，教师引入了 AI 虚拟实验情境系统。课堂导入环节，学生通过平板电脑登录系统，进入虚拟的 “光影实验室”。在虚拟环境中，学生可以操作不同的光源（手电筒、蜡烛、台灯）、改变障碍物的形状和材质，观察光的传播路径变化，还能模拟彩虹形成、小孔成像等奇妙现象。系统会根据学生的操作行为，适时弹出引导性问题，如 “当你移动光源位置时，影子的大小和位置发生了怎样的变化？”“为什么不同颜色的玻璃会让光变成不同颜色？”。在虚拟探索过程中，学生们提出了许多有价值的问题，如 “光在水中传播和在空气中传播速度一样吗？”“没有光源的情况下，我们还能看到物体吗？”[9][10]。 效果反馈：课后调查显示，90% 以上的学生表示对这节科学课的兴趣明显高于传统课堂。学生的问题意识显著增强，提出的问题数量比以往同类型课程增加了近一倍。教师表示，AI 虚拟情境有效激发了学生的好奇心和探究欲望，为后续的实验探究活动奠定了良好基础。该教学模式在佛山市小学科学课堂创新展示活动中进行了示范 [11]。

案例四：實驗探究過程支持 学校：东莞市莞城实验小学 学科：科学 教学内容：《简单电路》 应用情况：在《简单电路》的实验课上，该校为学生配备了带有 AI 辅助功能的实验套装。学生在连接电路时，AI 系统通过摄像头实时监测操作过程，当出现接线错误（如短路、接触不良）时，系统会立即通过语音提示 “请注意，电路存在短路风险，请检查导线连接”，并在配套平板上显示正确的连接示意图。当学生成功点亮小灯泡后，系统引导学生尝试改变电池数量、更换不同规格的灯泡，观察灯泡亮度变化，并自动记录实验数据，生成对比表格。学生还可以通过语音向 AI 提问，如 “为什么增加电池后灯泡更亮了？”，系统会用通俗易懂的语言进行解答 [12][13]。 效果反馈：学生们表示，AI 辅助让他们在实验中更有信心，减少了因操作错误导致的挫败感。与以往相比，学生完成电路连接的平均时间缩短了 15 分钟，实验成功率从原来的 70% 提升至 95%。教师发现，学生能够更专注于探究电路原理，而不是纠结于操作失误，课堂探究的深度和广度都有所增加。该实验辅助系统在东莞市小学科学实验教学装备应用评比中获奖 [14]。 四、總結與展望 从广东省上述小学的应用案例可以看出，AI 实验模拟在小学科学课中具有重要的应用价值。在教师备课方面，AI 能够快速生成优质的教学资源，优化实验设计，大幅提高备课效率和质量；在学生探究方面，AI 通过创设生动的虚拟情境激发学生兴趣，在实验过程中提供及时指导和反馈，有效培养了学生的问题意识、探究能力和科学思维。 然而，在实际应用中也存在一些问题，如部分年长教师对 AI 技术的操作不够熟练，部分 AI 实验资源与教材的契合度有待提高等。未来，应加强对小学科学教师的 AI 技术培训，开发更多贴合教材内容和小学生认知特点的 AI 实验模拟资源，进一步推动 AI 技术与小学科学教育的深度融合，为培养小学生的科学素养提供更有力的支持 [15][16]。

參考文獻 [1] 广东省教育厅。广东省教育信息化发展 “十四五” 规划 [Z]. 2021. [2] 王建军，李丽。人工智能在小学科学教学中的应用研究 [J]. 教育信息技术，2022 (05):34 - 37. [3] 广州市越秀区教育发展中心。粤教翔云平台在小学科学教学中的应用实践 [R]. 2023. [4] 东风东路小学。小学科学数字化教学资源应用案例集 [C]. 2022. [5] 广东省教育技术中心. 2023 年广东省小学科学教学资源应用评比结果通报 [Z]. 2023. [6] 深圳市福田区教育科学研究院。小学科学实验创新设计指南 [M]. 深圳：深圳教育出版社，2022. [7] 园岭小学科学教研组. AI 辅助小学科学实验设计的实践研究 [J]. 深圳教育，2022 (11):45 - 48. [8] 福田区小学科学优秀实验案例库 [Z]. 2023. [9] 佛山市南海区教育发展研究中心。小学科学情境化教学模式创新研究 [R]. 2023. [10] 桂城中心小学。基于 AI 的小学科学探究式教学实践报告 [Z]. 2022. [11] 佛山市教育局. 2023 年佛山市小学科学课堂创新展示活动总结 [Z]. 2023. [12] 东莞市教育局教学研究室。小学科学数字化实验教学实践探索 [R]. 2023. [13] 莞城实验小学. AI 辅助小学科学实验教学案例集 [C]. 2022. [14] 东莞市教育装备中心. 2023 年东莞市小学科学实验教学装备应用评比结果公告 [Z]. 2023. [15] 张敏，刘杰。人工智能赋能小学科学教育的挑战与对策 [J]. 基础教育参考，2023 (02):23 - 26. [16] 广东省教育研究院。广东省小学科学教育发展报告 (2023)[M]. 广州：广东教育出版社，2023.