AI時代，科學教師創新探索的三大視角

　　在AI（人工智能）迅速發展的今天，科學教育正面臨著前所未有的機遇和挑戰。科學教師需要敏感地意識到，沿用牛頓和達爾文時代的實驗工具和思維方式，已無法滿足培養未來科學創新人才的需要。為此，我們可以從以下三個視角對科學教育進行創新探索。

　　重構實驗方式：

　　數字化實驗與虛擬模擬實驗融合

　　在科學課堂里，彈簧秤、玻璃管酒精溫度計等古老的、精度差的測量工具依然還在使用，顯微鏡觀察還在使用手繪的方式做記錄。而在AI時代，數字化的科學工具已相當廉價易得，學生完全可以使用新工具去做新的實驗探究。不用教，學生就會用平板電腦或手機將顯微鏡中的微生物拍攝清楚；教師還可利用手機或平板電腦中的光傳感器APP，讓學生測量不同光照強度下溫度的變化、瞳孔大小的變化等。

　　有了新的研究工具，做簡單電路實驗時，教師就可以引導學生先思考如何連接電路小燈泡才能亮，然后用PhET模擬實驗網站上免費開源的軟件模擬連接電路，看是否符合自己的預想，再通過真實的電路連接去驗證。這種從理論建模到軟件模擬再到實驗驗證的方法，正是現代科學研究的方式。

　　至于小學天文課程，教師可以讓學生利用免費的虛擬天文館（Stellarium）電腦軟件和APP，自己模擬日食、月食甚至火星上的日食月食的發生過程，進而了解太陽、行星及其衛星三者之間的空間關系。這種沉浸式體驗能激發學生探究天文奧秘的興趣。

　　通過數字化實驗與虛擬模擬實驗的有機結合，我們為學生搭建了成本低廉而又充滿體驗感的實驗平臺。

　　重構思維方式：

　　數據思維與批判性思維的提升

　　實驗方式的重構帶來了科學思維的優化。傳統的小學科學課堂缺乏必要的數據分析和對實驗結果的質疑，而AI是建立在大數據基礎上的，這就要求科學教師在教學中強化提升學生的數據思維和批判性思維。

　　以“設計隔音裝置”為例，學生利用手機或平板電腦中的分貝儀，收集不同材料的隔音效果數據。教師引導學生討論數據之間的關系，嘗試提出假設，并預測不同條件下可能出現的變化，從而培養他們從數據中提取信息、發現問題的能力。在實驗探究中，教師不斷通過提問引導學生對實驗數據和結論進行批判性思考，學會提出疑問并加以驗證。比如，在測量音量時，可能會遇到數據波動較大的情況，教師要引導學生形成反思審查的習慣：這種波動是否由實驗環境噪聲、儀器誤差或操作不當造成？而后進一步討論如何改進實驗設計或重復測量。通過這樣的質疑和反思過程，教師不僅能引導學生關注結果，更會重視過程中的合理性和數據的可信度。

　　重構教學模式：

　　以真問題為核心的自主探究

　　傳統的小學科學教學缺乏真正意義上的自主探究，而以真問題為核心的教學模式，則要求教師設計貼近生活、具有真實性和挑戰性的問題，鼓勵學生自主探索和合作解決問題。

　　比如，面對“看誰設計的電磁鐵磁力大”這一問題，教師為避免作品雷同，不再為學生統一提供標準化的實驗材料，而是鼓勵學生把各種材料都拿來做導線和鐵芯，甚至包括不銹鋼水壺。雖然這樣測不出磁力，但學生收獲了失敗的快樂。而在圍繞“看誰的土豆船裝載的硬幣多”這一問題開展的實驗中，學生用大土豆制作的船反被中等土豆的船超越，因為大土豆形狀不規則，難以把里面的肉都挖空，反而因為太重而在裝載少量的硬幣后就沉沒了……這樣的自主探究過程全由學生掌控，鍛煉了學生解決實際問題的綜合能力。學生獲取的隱性知識經驗更豐富，其創造力也得以凸顯。

　　在AI時代，小學科學教育的優化重構是推動教育創新的必由之路。與時俱進、不斷創新，我們才能高起點高質量地落實小學科學教育，助力我國科技人才的培養。

　　（作者系深圳市龍崗區深圳中學龍崗學校［集團］依山郡小學科學特級、正高級教師，廣東省中小學名教師工作室主持人［科學學科］）

《中國教育報》2025年06月26日 第03版