〔摘""要〕"《教育部等十八部門(mén)關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見(jiàn)》和教育部辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)中小學(xué)人工智能教育的通知》強(qiáng)調(diào)，在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法，引導(dǎo)學(xué)生廣泛參與探究實(shí)踐；科學(xué)與人工智能教育相吻合，將培養(yǎng)科學(xué)精神、提升科學(xué)素質(zhì)、引導(dǎo)孩子編織當(dāng)科學(xué)家的夢(mèng)想，落實(shí)到中小學(xué)教育全過(guò)程。本文探討了“備—教—學(xué)—評(píng)”一致性背景下的小學(xué)科學(xué)與人工智能融通式教學(xué)。〔關(guān)鍵詞〕"小學(xué)科學(xué)；人工智能；融通式教學(xué)山區(qū)小學(xué)如何緊跟科技與人工智能教育的發(fā)展步伐，踐行“培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力”的科學(xué)教育理念，在教育“雙減”中做好科學(xué)教育的加法？筆者結(jié)合所在山區(qū)學(xué)校師資力量、場(chǎng)館條件和辦學(xué)特色，經(jīng)過(guò)多年的探索與實(shí)踐，創(chuàng)新地構(gòu)建“1·2·3”科學(xué)與人工智能融通的教育模式，即“一體為本、兩翼推進(jìn)、三普助力”模式，因地制宜探索山區(qū)小學(xué)科學(xué)教育新樣態(tài)。一、“一體為本”，落實(shí)科學(xué)課程教學(xué)義務(wù)教育科學(xué)課程是一門(mén)體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，是貫徹落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的重要部分，是提升全民科學(xué)素質(zhì)，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的基礎(chǔ)。開(kāi)齊、開(kāi)足、開(kāi)好小學(xué)科學(xué)課程是國(guó)家戰(zhàn)略意志的體現(xiàn)，是學(xué)校科學(xué)教育的主體，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力的基石。現(xiàn)實(shí)的教育環(huán)境下，科學(xué)專(zhuān)職教師占全?？茖W(xué)教師的比例很低，山區(qū)小學(xué)尤為突出。為化解這一矛盾，學(xué)校通過(guò)三“大”途徑，解決科學(xué)課程落實(shí)過(guò)程中面臨的專(zhuān)職科學(xué)學(xué)科教師不足、學(xué)科教科研力量薄弱等問(wèn)題，開(kāi)足開(kāi)好科學(xué)課。（一）融匯式重整，組建“大科學(xué)”教研團(tuán)隊(duì)學(xué)校針對(duì)科學(xué)、信息科技、綜合實(shí)踐、勞動(dòng)教育學(xué)科素養(yǎng)之間具有重復(fù)性、相似性、互補(bǔ)性的特點(diǎn)，融匯這四門(mén)國(guó)家課程內(nèi)容上的“相同塊”“相似塊”“重復(fù)塊”，充分考慮學(xué)科知識(shí)體系和學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，以“大科學(xué)”理念將四門(mén)學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行“梳理”“重構(gòu)”“整合”，組建“科學(xué)—信息科技—綜合實(shí)踐—?jiǎng)趧?dòng)教育”的“大”科學(xué)教研組。重整既有效解決四門(mén)學(xué)科專(zhuān)職教師較少、單獨(dú)教科研氛圍不濃等問(wèn)題，又充分發(fā)揮各學(xué)科名師骨干專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)的引領(lǐng)作用，實(shí)現(xiàn)“1+1gt;2”的效果。四支教研隊(duì)伍，左右聯(lián)動(dòng)，將不同學(xué)科的知識(shí)交叉運(yùn)用，融合成新的知識(shí)體系，既解決了師資不足的問(wèn)題，又使學(xué)校科學(xué)教研形成了規(guī)模，匯集起了真正落實(shí)科學(xué)課程的新動(dòng)能。（二）跨領(lǐng)域呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)“大單元”校本作業(yè)現(xiàn)行的多個(gè)版本的小學(xué)教材是依據(jù)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》13個(gè)科學(xué)核心概念，按物理、化學(xué)、生物、地理、工程、技術(shù)等不同領(lǐng)域進(jìn)行細(xì)化編排，包括物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化4個(gè)跨學(xué)科概念。以筆者所任教地區(qū)教材為例，教學(xué)內(nèi)容豐富多彩，教學(xué)活動(dòng)充分體現(xiàn)實(shí)踐性和探究性，但作為課堂教學(xué)延續(xù)和學(xué)生學(xué)習(xí)情況檢閱手段的跟蹤練習(xí)與操作，卻在現(xiàn)行各版本的教材中均未體現(xiàn)，“讀本式”學(xué)科教材成了兼職教師落實(shí)科學(xué)課程的難點(diǎn)，科學(xué)教研組設(shè)計(jì)具有探究性、開(kāi)放性、整合性特點(diǎn)的“大單元”校本作業(yè)，立足科學(xué)“大單元”視角設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課堂練習(xí)題、實(shí)驗(yàn)操作探究題、實(shí)踐活動(dòng)拓展題?！按髥卧弊鳂I(yè)設(shè)計(jì)遵循系統(tǒng)性、層次性、強(qiáng)化整體設(shè)計(jì)，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，杜絕死記硬背結(jié)論性知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生懂得搜集、處理信息的同時(shí)還貼近生活。讓作業(yè)成為學(xué)生檢查自己學(xué)習(xí)效果的一種方式，成為學(xué)生展示自我、自由發(fā)展、不斷成長(zhǎng)的舞臺(tái)?；趩卧w“視角”，跨領(lǐng)域呈現(xiàn)，進(jìn)行校本作業(yè)設(shè)計(jì)，站在單元之上，教師看清全局，摸清教材中的脈絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)專(zhuān)兼職教師科學(xué)課堂高質(zhì)量教學(xué)的重要途徑。（三）開(kāi)放式陣地，開(kāi)展“大概念”科學(xué)探究由于科學(xué)課程、人工智能校本課程和個(gè)性社團(tuán)活動(dòng)時(shí)間有限，常有學(xué)生探究沒(méi)有完成的現(xiàn)象或有學(xué)生感覺(jué)“不過(guò)癮”。甚至還有部分學(xué)生通過(guò)課堂學(xué)習(xí)，了解了科學(xué)原理，便想利用課余時(shí)間自行選擇器材、自行實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)大研究范圍，探索更多未知。為滿足這些不同層次、不同興趣學(xué)生的不同需求，我們利用課間、課余時(shí)間、節(jié)假日全天等，開(kāi)放人工智能實(shí)驗(yàn)室、紅領(lǐng)巾勞動(dòng)基地、科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、綜合實(shí)踐活動(dòng)室等，加強(qiáng)人工智能與其他各門(mén)課程的滲透融合，涌現(xiàn)出了“垃圾智能分揀裝置”“智慧校園小氣象站”“旋風(fēng)解魔方機(jī)器人”“物聯(lián)網(wǎng)系列機(jī)器人”等實(shí)用又有創(chuàng)意的作品，這些科學(xué)實(shí)踐場(chǎng)所不僅成為學(xué)生探索科學(xué)的樂(lè)園，還將各科學(xué)陣地朝數(shù)字化、智能化方向升華?？茖W(xué)陣地的開(kāi)放，既引領(lǐng)學(xué)生的科學(xué)思維向縱深發(fā)展，理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境的關(guān)系，又創(chuàng)設(shè)了人人可參與、人人可實(shí)踐、人人可創(chuàng)新的低平臺(tái)活動(dòng)空間，使學(xué)生感受到“大科學(xué)”教育的魅力。二、“兩翼推進(jìn)”，凸顯科學(xué)教育特色《教育部等十八部門(mén)關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見(jiàn)》明確要求，打造“家門(mén)口”科學(xué)教育陣地，為中小學(xué)生提供更加優(yōu)質(zhì)的科學(xué)教育，全面提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，培育具備科學(xué)家潛質(zhì)、愿意獻(xiàn)身科學(xué)研究事業(yè)的青少年群體。筆者所在學(xué)校緊緊錨定“人工智能”科技前沿，充分結(jié)合山區(qū)小學(xué)特有的地域優(yōu)勢(shì)，融合科學(xué)、信息科技、勞動(dòng)教育、綜合實(shí)踐等學(xué)科，構(gòu)建以“低成本玩轉(zhuǎn)高科技”為核心的兩大科學(xué)教育特色課程。（一）多學(xué)科整合，構(gòu)建項(xiàng)目探究活動(dòng)課程山區(qū)縣城有著廣袤的自然生態(tài)資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)的實(shí)踐環(huán)境，為所在地的小學(xué)提供了豐富的科技資源和實(shí)踐機(jī)會(huì)。與勞動(dòng)實(shí)踐整合。學(xué)校以現(xiàn)有一塊占地5畝的紅領(lǐng)巾勞動(dòng)實(shí)踐基地、一間設(shè)施齊全能容納一個(gè)教學(xué)班的烹飪室為陣地，充分挖掘勞動(dòng)教育、綜合實(shí)踐活動(dòng)中的科學(xué)教育內(nèi)涵，整合開(kāi)發(fā)以蔬菜“種植—烹飪”為主題的項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)課程，課程分為“種植挖土—除草施肥—修剪搭架—手工扦插—營(yíng)養(yǎng)烹飪”等五大板塊。以班級(jí)為單位，學(xué)生自主設(shè)計(jì)、合作管理，在學(xué)?！疤槭袌?chǎng)”自由交易收獲的蔬菜、后期的烹飪等，學(xué)生通過(guò)春種秋收體驗(yàn)氣候變化對(duì)生命的影響，感受一粒粒種子從萌發(fā)、生長(zhǎng)、成熟再到親手烹飪、品嘗美食，感受生物與環(huán)境的變化。五大項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)課程把“田間地頭”和“小廚房”變成“天然科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，既在勞動(dòng)實(shí)踐過(guò)程中體驗(yàn)生活、感悟生命，保持對(duì)自然生命的好奇心，又從親近自然走向親近科學(xué)，助推基本科學(xué)能力的發(fā)展。與信息科技整合。在此基礎(chǔ)上，信息科學(xué)組結(jié)合智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程內(nèi)容，拓展并共享科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程與技術(shù)等學(xué)科外延，開(kāi)設(shè)以菜園“智慧—物聯(lián)”為主題的項(xiàng)目探究活動(dòng)課程，課程由“信息采集—土壤監(jiān)測(cè)—智能物聯(lián)—自動(dòng)澆灌—小氣象站”五個(gè)部分組成。學(xué)生經(jīng)歷土壤濕度等各種傳感器的使用，將獲取的各種數(shù)據(jù)同步到物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制與反饋的真實(shí)探究，如實(shí)時(shí)觀測(cè)、自動(dòng)澆水。“智慧—物聯(lián)”的五個(gè)項(xiàng)目探究活動(dòng)課程把“田間地頭”的勞動(dòng)實(shí)踐基地升華成“信息科學(xué)數(shù)字實(shí)驗(yàn)室”，通過(guò)智慧菜園系統(tǒng)設(shè)計(jì)和信息技術(shù)融合應(yīng)用，讓學(xué)生感受菜園數(shù)字化的同時(shí)，又引領(lǐng)學(xué)生的科學(xué)思維向縱深發(fā)展，理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境的關(guān)系，感受“大科學(xué)”教育的魅力。（二）普及加競(jìng)賽，構(gòu)建人工智能特色課程人工智能是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力，小學(xué)階段是提高全民科學(xué)素養(yǎng)和培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才的重要啟蒙期，是推開(kāi)“科學(xué)之窗”遠(yuǎn)眺創(chuàng)新世界的黃金期。如何緊緊抓住這一育人的時(shí)間窗口，在資源相對(duì)薄弱的山區(qū)小學(xué)開(kāi)展學(xué)生全員普惠的人工智能普及教育？鑿開(kāi)硬件“銅墻”——普惠式課程套件。作為山區(qū)縣城小學(xué)，開(kāi)展人工智能教育曾經(jīng)面臨著許多考驗(yàn)。首先硬件“燒錢(qián)”，筆者所在的學(xué)校教研團(tuán)隊(duì)基于開(kāi)源硬件，自行設(shè)計(jì)開(kāi)模，3D打印研發(fā)了面向六個(gè)年級(jí)的開(kāi)源人工智能普及學(xué)習(xí)套件；同步開(kāi)發(fā)科技類(lèi)競(jìng)賽、開(kāi)源軟硬件、開(kāi)源+3D建模三大社團(tuán)課程，這樣使用開(kāi)源硬件、自主建模設(shè)計(jì)，3D打印結(jié)構(gòu)的人工智能學(xué)習(xí)套件，將硬件造價(jià)成本降至最低，為在山區(qū)小學(xué)開(kāi)展人工智能普惠教學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。穿透軟件“鐵壁”——圖形化編程軟件。軟件方面，開(kāi)源硬件使用的編程環(huán)境主要是代碼編程，對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)門(mén)檻高、難度大，難以普及?，F(xiàn)有的開(kāi)源圖形化編程平臺(tái)無(wú)法對(duì)接自主開(kāi)發(fā)的人工智能學(xué)習(xí)套件，筆者所在小學(xué)的科學(xué)教研團(tuán)隊(duì)在“免費(fèi)開(kāi)源圖形化編程平臺(tái)”基礎(chǔ)上，二次開(kāi)發(fā)人工智能學(xué)習(xí)套件的硬件模塊圖形化編程庫(kù)，形成“使用開(kāi)源硬件—3D建模打印—圖形化編程教學(xué)”的人工智能教學(xué)環(huán)境。這樣的圖形化編程的機(jī)器人造價(jià)僅有兩三百元，為山區(qū)人工智能教育普及降低門(mén)檻，鋪平道路。突破競(jìng)賽“瓶頸”——3D建模設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。3D打印技術(shù)與人工智能相結(jié)合，為各類(lèi)科技競(jìng)賽提供了更多優(yōu)勢(shì)和可能性。在機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、模型等科技競(jìng)賽中，3D打印技術(shù)使學(xué)生能夠通過(guò)創(chuàng)意設(shè)計(jì)軟件定制各種競(jìng)賽個(gè)性化的硬件，這在傳統(tǒng)科技競(jìng)賽中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。此外，通過(guò)3D打印，學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求，精確地打印出不同場(chǎng)景所需的零件，這不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的互動(dòng)性和趣味性，還促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)造力和實(shí)踐能力的提升，突破了科技競(jìng)賽“作品”實(shí)現(xiàn)難的瓶頸。三、“三普助力”，推動(dòng)鄉(xiāng)村科學(xué)教育在縣域內(nèi)的縣城小學(xué)和鄉(xiāng)村小學(xué)，科學(xué)教育發(fā)展不均衡，鄉(xiāng)村小學(xué)人工智能教育課程資源和師資力量相對(duì)匱乏，筆者所在學(xué)校通過(guò)“課程資源送出去”"“鄉(xiāng)村教師請(qǐng)進(jìn)來(lái)”和“城鄉(xiāng)學(xué)生共分享”的方式推動(dòng)鄉(xiāng)村人工智能教育普及，在鄉(xiāng)村小學(xué)播下科學(xué)教育的種子。一是送教普及，課程全覆蓋。“大科學(xué)”組組織“人工智能創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室”骨干教師建設(shè)本地化的優(yōu)質(zhì)人工智能課程資源，為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村小學(xué)師生定期開(kāi)展送教送培活動(dòng)，將自主研發(fā)的優(yōu)質(zhì)人工智能課程資源與鄉(xiāng)村學(xué)校共享。二是研訓(xùn)普及，師資全覆蓋。教育發(fā)展的核心是教師，鄉(xiāng)村科學(xué)教師的質(zhì)量和數(shù)量直接關(guān)系到縣域內(nèi)科學(xué)教育質(zhì)量的高低和科學(xué)教育的發(fā)展水平。利用縣內(nèi)科學(xué)名優(yōu)骨干教師團(tuán)隊(duì)及配套教學(xué)套件，每學(xué)期為縣域內(nèi)農(nóng)村科技輔導(dǎo)員進(jìn)行人工智能專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)提升的培訓(xùn)。三是競(jìng)賽普及，學(xué)校全覆蓋。小學(xué)科技類(lèi)競(jìng)賽在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科學(xué)思維和動(dòng)手實(shí)踐能力方面具有重要意義，對(duì)學(xué)生的個(gè)人成長(zhǎng)和發(fā)展有著深遠(yuǎn)的積極影響。山區(qū)小學(xué)受經(jīng)濟(jì)等各方面條件限制，參加科技競(jìng)賽的項(xiàng)目和人數(shù)無(wú)法滿足學(xué)生發(fā)展的需求，在縣域內(nèi)搭建科技競(jìng)賽平臺(tái)，制定競(jìng)賽規(guī)則，開(kāi)展競(jìng)賽培訓(xùn)，組織競(jìng)賽開(kāi)展