生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究課題報(bào)告目錄一、生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究開題報(bào)告二、生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究中期報(bào)告三、生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究結(jié)題報(bào)告四、生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究論文生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究開題報(bào)告一、研究背景與意義

當(dāng)生成式人工智能的技術(shù)浪潮席卷教育領(lǐng)域時(shí)，小學(xué)科學(xué)課堂正站在變革的十字路口。ChatGPT、DALL-E等生成式AI工具展現(xiàn)出的強(qiáng)交互性與創(chuàng)造性生成能力，為教育場景帶來了前所未有的可能性，尤其在小學(xué)科學(xué)教育中，這種技術(shù)賦能與兒童天生好奇心的碰撞，孕育著突破傳統(tǒng)教學(xué)范式的種子。小學(xué)科學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)學(xué)科，其核心目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)探究理解自然現(xiàn)象，發(fā)展創(chuàng)新實(shí)踐能力，然而當(dāng)前課堂中普遍存在的“重知識傳授、輕探究過程”“重統(tǒng)一要求、輕個(gè)性差異”等問題，使得學(xué)生的科學(xué)探究往往停留在表面，創(chuàng)新思維的火花難以被點(diǎn)燃。生成式AI的介入，恰好為破解這一困境提供了技術(shù)抓手——它能夠根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)生成個(gè)性化的探究情境，實(shí)時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)方案中的潛在問題，甚至模擬科學(xué)史上經(jīng)典探究過程，讓抽象的科學(xué)知識變得可觸摸、可體驗(yàn)。

從教育生態(tài)的視角看，生成式AI在小學(xué)科學(xué)課堂的應(yīng)用不僅是技術(shù)層面的疊加，更是教育理念的深層革新。傳統(tǒng)科學(xué)課堂中，教師往往因班級人數(shù)、教學(xué)進(jìn)度等限制，難以關(guān)注每個(gè)學(xué)生的探究過程；而生成式AI可以通過數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)捕捉學(xué)生的思維軌跡，為不同認(rèn)知水平的學(xué)生提供“腳手架”式的支持，讓“因材施教”從理想走向現(xiàn)實(shí)。當(dāng)學(xué)生提出“為什么月亮?xí)俗摺边@類充滿童趣卻又蘊(yùn)含科學(xué)原理的問題時(shí)，生成式AI能即時(shí)生成動(dòng)畫演示、生活案例和探究任務(wù)包，引導(dǎo)他們從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)建構(gòu)”；當(dāng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到“電路連接失敗”的挫折時(shí)，AI能通過虛擬仿真還原錯(cuò)誤步驟，提示關(guān)鍵變量，讓探究過程中的“試錯(cuò)”成為能力提升的契機(jī)。這種技術(shù)支持下的探究，不僅提升了學(xué)習(xí)效率，更保護(hù)了兒童珍貴的好奇心與探索欲，讓科學(xué)教育真正回歸“以學(xué)生為中心”的本質(zhì)。

在創(chuàng)新人才培養(yǎng)的時(shí)代命題下，小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升關(guān)乎國家未來競爭力?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確強(qiáng)調(diào)“加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”，而生成式AI與科學(xué)課堂的深度融合，正是落實(shí)這一要求的有效路徑。一方面，AI工具可以整合海量的科學(xué)資源，打破教材與真實(shí)世界的壁壘，讓學(xué)生在虛擬與現(xiàn)實(shí)的融合中開展跨學(xué)科探究，如通過生成式AI模擬“生態(tài)系統(tǒng)失衡”的場景，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)保護(hù)方案，培養(yǎng)系統(tǒng)思維與創(chuàng)新意識；另一方面，AI支持的協(xié)作學(xué)習(xí)平臺能讓不同地域的學(xué)生共同完成探究項(xiàng)目，如借助AI生成共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析不同地區(qū)的氣候差異，在交流碰撞中拓展創(chuàng)新視野。更重要的是，生成式AI在培養(yǎng)學(xué)生“提出問題—設(shè)計(jì)方案—解決問題—反思優(yōu)化”的探究鏈條中，能夠提供全過程、智能化的支持，使創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)從“零散訓(xùn)練”走向“系統(tǒng)培育”，為培養(yǎng)適應(yīng)未來發(fā)展的創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

從理論層面看，本研究有助于豐富教育技術(shù)與科學(xué)教育融合的理論體系。當(dāng)前關(guān)于生成式AI教育應(yīng)用的研究多集中在高等教育或?qū)W科知識傳授領(lǐng)域，針對小學(xué)科學(xué)課堂的系統(tǒng)性研究尚顯不足，尤其缺乏對學(xué)生探究創(chuàng)新能力提升機(jī)制的深入探討。本研究將通過構(gòu)建“技術(shù)支持—教學(xué)設(shè)計(jì)—能力發(fā)展”的理論模型，揭示生成式AI影響小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力的作用路徑，為教育技術(shù)學(xué)領(lǐng)域提供新的理論視角；同時(shí)，基于實(shí)踐研究提煉的應(yīng)用策略，將為一線教師提供可操作的實(shí)踐指南，推動(dòng)生成式AI從“技術(shù)工具”向“教育伙伴”的角色轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)賦能下的科學(xué)教育質(zhì)量提升與人的全面發(fā)展。

二、研究目標(biāo)與內(nèi)容

本研究以生成式人工智能為技術(shù)載體，聚焦小學(xué)科學(xué)課堂的真實(shí)場景，旨在探索生成式AI與科學(xué)探究教學(xué)的深度融合路徑，構(gòu)建提升小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力的策略體系，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)賦能下的科學(xué)教育提質(zhì)增效?？傮w目標(biāo)是通過理論與實(shí)踐的雙向互動(dòng)，形成一套科學(xué)、系統(tǒng)、可推廣的生成式AI應(yīng)用模式，為小學(xué)科學(xué)課堂變革提供新思路，為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)提供新方案。

具體目標(biāo)包括三個(gè)維度：其一，厘清生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的功能定位與應(yīng)用邊界。通過分析生成式AI的技術(shù)特性（如自然語言交互、情境生成、數(shù)據(jù)模擬等）與小學(xué)科學(xué)探究要素（如問題提出、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論反思等）的內(nèi)在契合點(diǎn)，明確其在不同教學(xué)環(huán)節(jié)（課前預(yù)習(xí)、課中探究、課后拓展）中的適配功能，避免技術(shù)應(yīng)用的形式化與過度依賴，確保AI工具服務(wù)于科學(xué)探究的本質(zhì)目標(biāo)。其二，構(gòu)建基于生成式AI的小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略體系。結(jié)合小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律與科學(xué)探究能力培養(yǎng)階段特征，設(shè)計(jì)“情境創(chuàng)設(shè)—問題驅(qū)動(dòng)—實(shí)驗(yàn)支持—反思優(yōu)化”的全鏈條策略，涵蓋教學(xué)設(shè)計(jì)、資源開發(fā)、評價(jià)反饋等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成包括教師指導(dǎo)手冊、學(xué)生探究任務(wù)包、AI應(yīng)用指南等在內(nèi)的實(shí)踐工具包。其三，驗(yàn)證生成式AI應(yīng)用策略的有效性與推廣價(jià)值。通過對照實(shí)驗(yàn)與案例分析，檢驗(yàn)策略對學(xué)生科學(xué)探究能力（如提出問題的能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、分析數(shù)據(jù)的能力）、創(chuàng)新思維（如發(fā)散思維、批判性思維、實(shí)踐創(chuàng)造力）及學(xué)習(xí)興趣的影響，為策略的優(yōu)化與推廣應(yīng)用提供實(shí)證依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，研究內(nèi)容將從四個(gè)層面展開：一是生成式AI與小學(xué)科學(xué)課堂的適配性研究。通過文獻(xiàn)梳理與現(xiàn)狀調(diào)研，分析當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課堂中科學(xué)探究教學(xué)的痛點(diǎn)（如探究活動(dòng)碎片化、個(gè)性化指導(dǎo)不足、創(chuàng)新評價(jià)缺失等），結(jié)合生成式AI的技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建“技術(shù)功能—教學(xué)需求—能力目標(biāo)”的匹配框架，明確AI工具在支持科學(xué)探究各環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用方向，如利用生成式AI生成基于真實(shí)情境的探究問題，支持學(xué)生提出有價(jià)值的科學(xué)問題；通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔助學(xué)生設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，降低實(shí)驗(yàn)操作風(fēng)險(xiǎn)。二是生成式AI支持的小學(xué)科學(xué)課堂應(yīng)用模式構(gòu)建?；谔骄渴綄W(xué)習(xí)理論，設(shè)計(jì)“AI輔助下的科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式：課前，AI推送個(gè)性化預(yù)習(xí)任務(wù)，激活學(xué)生前概念；課中，AI作為“探究伙伴”提供實(shí)時(shí)反饋，引導(dǎo)學(xué)生開展小組協(xié)作探究；課后，AI生成拓展性探究項(xiàng)目，促進(jìn)知識遷移與應(yīng)用。同時(shí)，配套開發(fā)與模式適配的教學(xué)資源，如AI生成的科學(xué)故事、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)演示、交互式數(shù)據(jù)可視化工具等，為模式落地提供資源支撐。三是小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略設(shè)計(jì)。聚焦“創(chuàng)新實(shí)踐能力”的核心要素，從教學(xué)、評價(jià)、教師發(fā)展三個(gè)維度構(gòu)建策略體系：教學(xué)策略上，設(shè)計(jì)“問題鏈+任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)序列，利用AI生成分層探究任務(wù)，滿足不同學(xué)生的發(fā)展需求；評價(jià)策略上，構(gòu)建“過程性+多元化”的評價(jià)體系，通過AI記錄學(xué)生探究過程中的行為數(shù)據(jù)（如提問次數(shù)、實(shí)驗(yàn)方案修改次數(shù)、協(xié)作貢獻(xiàn)度等），結(jié)合學(xué)生自評、同伴互評、教師評價(jià)，形成能力發(fā)展畫像；教師發(fā)展策略上，開展AI應(yīng)用能力培訓(xùn)，提升教師設(shè)計(jì)AI支持探究活動(dòng)、解讀AI反饋數(shù)據(jù)、優(yōu)化教學(xué)策略的專業(yè)能力。四是應(yīng)用策略的實(shí)踐驗(yàn)證與優(yōu)化。選取2-3所小學(xué)作為實(shí)驗(yàn)校，覆蓋不同區(qū)域（城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)）、不同學(xué)段（中年級、高年級），開展為期一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐。通過課堂觀察、學(xué)生訪談、作品分析、前后測對比等方法，收集策略應(yīng)用過程中的數(shù)據(jù)，運(yùn)用SPSS等工具進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，識別策略實(shí)施中的關(guān)鍵影響因素（如教師AI素養(yǎng)、學(xué)生操作能力、設(shè)備支持條件等），對策略進(jìn)行迭代優(yōu)化，形成具有普適性的應(yīng)用指南。

三、研究方法與技術(shù)路線

本研究采用“理論建構(gòu)—實(shí)踐探索—驗(yàn)證優(yōu)化”的研究思路，綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、系統(tǒng)性與實(shí)踐性，最終實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)統(tǒng)一。文獻(xiàn)研究法是本研究的基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)梳理國內(nèi)外生成式人工智能教育應(yīng)用、科學(xué)探究教學(xué)、小學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)等相關(guān)文獻(xiàn)，厘清核心概念的理論內(nèi)涵與研究現(xiàn)狀，識別現(xiàn)有研究的空白與不足，為本研究提供理論支撐與問題導(dǎo)向。重點(diǎn)分析教育學(xué)、心理學(xué)、教育技術(shù)學(xué)等領(lǐng)域的經(jīng)典理論（如建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、探究式學(xué)習(xí)理論、最近發(fā)展區(qū)理論等），結(jié)合生成式AI的技術(shù)特性，構(gòu)建“AI賦能科學(xué)探究”的理論框架，明確研究的邏輯起點(diǎn)與價(jià)值定位。

行動(dòng)研究法是本研究的核心方法，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)教育情境中通過“計(jì)劃—實(shí)施—觀察—反思”的循環(huán)迭代，優(yōu)化生成式AI的應(yīng)用策略。研究團(tuán)隊(duì)將與小學(xué)科學(xué)教師組成協(xié)作共同體，共同設(shè)計(jì)AI支持的探究教學(xué)方案，在實(shí)驗(yàn)班級開展教學(xué)實(shí)踐。每輪實(shí)踐后，通過課堂錄像分析、學(xué)生作品收集、教師反思日志等方式，記錄策略應(yīng)用的效果與問題，如AI生成的問題是否符合學(xué)生認(rèn)知水平、虛擬實(shí)驗(yàn)是否有效支持了學(xué)生的探究過程等，基于反饋調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)與策略，形成“實(shí)踐—反思—改進(jìn)—再實(shí)踐”的閉環(huán)，確保策略的針對性與可操作性。行動(dòng)研究法的運(yùn)用，將使研究扎根教育實(shí)踐，避免理論研究與實(shí)際需求的脫節(jié)。

案例分析法是深化研究的重要手段，選取典型課例（如“水的蒸發(fā)”“植物的向光性”等科學(xué)探究主題）與學(xué)生個(gè)體作為研究對象，進(jìn)行深度剖析。通過追蹤學(xué)生在AI支持下的完整探究過程，記錄其提出問題、設(shè)計(jì)方案、開展實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，結(jié)合AI生成的交互數(shù)據(jù)（如問題生成記錄、實(shí)驗(yàn)操作日志、反饋意見等），揭示生成式AI對學(xué)生科學(xué)探究能力發(fā)展的具體影響機(jī)制。例如，分析學(xué)生在利用AI生成實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，如何通過AI的提示優(yōu)化變量控制；在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，如何借助AI的可視化工具發(fā)現(xiàn)規(guī)律。案例分析將為策略的精細(xì)化調(diào)整提供鮮活依據(jù)，增強(qiáng)研究的深度與說服力。

問卷調(diào)查與訪談法是收集數(shù)據(jù)的重要途徑，分別從學(xué)生與教師兩個(gè)維度展開。針對學(xué)生，編制《小學(xué)生科學(xué)探究能力問卷》《科學(xué)學(xué)習(xí)興趣量表》，在實(shí)驗(yàn)前后進(jìn)行施測，通過前后測數(shù)據(jù)對比分析生成式AI對學(xué)生科學(xué)探究能力（包括提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析論證、合作交流等維度）與學(xué)習(xí)興趣的影響；同時(shí)，選取不同能力水平的學(xué)生進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化訪談，了解他們對AI工具的使用體驗(yàn)、探究過程中的感受及需求，如“AI生成的探究任務(wù)是否讓你更愿意思考？”“在實(shí)驗(yàn)遇到困難時(shí)，AI的幫助是否有效？”等，從學(xué)生視角驗(yàn)證策略的適用性。針對教師，通過訪談了解其在應(yīng)用生成式AI過程中的困難與需求，如“AI工具的操作難度如何？”“如何平衡AI使用與傳統(tǒng)教學(xué)的關(guān)系？”等，為教師支持策略的優(yōu)化提供依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)法是驗(yàn)證策略有效性的關(guān)鍵方法，采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)，選取實(shí)驗(yàn)班與對照班（各2-3個(gè)），實(shí)驗(yàn)班采用生成式AI支持的探究教學(xué)策略，對照班采用傳統(tǒng)科學(xué)探究教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)（一學(xué)期），控制無關(guān)變量（如教師水平、教學(xué)內(nèi)容、課時(shí)安排等），通過前測確保兩組學(xué)生科學(xué)探究能力無顯著差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過后測數(shù)據(jù)（探究能力測試成績、創(chuàng)新實(shí)踐作品評分等）對比分析兩組學(xué)生的差異，結(jié)合課堂觀察記錄與學(xué)生訪談數(shù)據(jù)，驗(yàn)證生成式AI應(yīng)用策略對學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升效果，為策略的有效性提供實(shí)證支持。

研究的技術(shù)路線遵循“準(zhǔn)備階段—實(shí)施階段—總結(jié)階段”的邏輯推進(jìn)，確保研究過程的系統(tǒng)性與規(guī)范性。準(zhǔn)備階段（第1-3個(gè)月）：完成文獻(xiàn)綜述，構(gòu)建理論框架；設(shè)計(jì)研究工具（問卷、訪談提綱、課例觀察表等）；選取實(shí)驗(yàn)校與實(shí)驗(yàn)班級，開展前測調(diào)研，收集基線數(shù)據(jù)。實(shí)施階段（第4-9個(gè)月）：開展第一輪行動(dòng)研究，包括AI應(yīng)用模式構(gòu)建、策略開發(fā)、教學(xué)實(shí)踐；收集實(shí)踐數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步分析；根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化策略，開展第二輪行動(dòng)研究，形成穩(wěn)定的策略體系；選取典型課例與學(xué)生案例進(jìn)行深度分析；完成實(shí)驗(yàn)班與對照班的后測數(shù)據(jù)收集。總結(jié)階段（第10-12個(gè)月）：對收集的定量數(shù)據(jù)（問卷、測試成績）與定性數(shù)據(jù)（訪談?dòng)涗?、課堂觀察、案例分析）進(jìn)行綜合分析，提煉生成式AI在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用規(guī)律與能力提升策略；撰寫研究報(bào)告、教學(xué)案例集、教師指導(dǎo)手冊等研究成果；通過學(xué)術(shù)會(huì)議、教研活動(dòng)等途徑推廣應(yīng)用研究成果，推動(dòng)實(shí)踐轉(zhuǎn)化。

四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點(diǎn)

本研究通過生成式人工智能與小學(xué)科學(xué)課堂的深度融合，預(yù)期將產(chǎn)出一套兼具理論深度與實(shí)踐價(jià)值的研究成果，為科學(xué)教育變革提供新范式。在理論層面，將構(gòu)建“技術(shù)賦能—探究教學(xué)—能力發(fā)展”的三維理論模型，系統(tǒng)揭示生成式AI影響小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐的作用機(jī)制，填補(bǔ)該領(lǐng)域在小學(xué)階段的系統(tǒng)性研究空白，推動(dòng)教育技術(shù)學(xué)與科學(xué)教育理論的交叉創(chuàng)新。預(yù)計(jì)形成3-5篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文，發(fā)表于教育技術(shù)類、科學(xué)教育類核心期刊，為后續(xù)研究提供理論參照；同時(shí)完成1份約5萬字的專題研究報(bào)告，全面梳理生成式AI在科學(xué)課堂中的應(yīng)用邏輯、實(shí)施路徑與優(yōu)化策略，為政策制定與學(xué)術(shù)探討提供實(shí)證支撐。

實(shí)踐層面，將開發(fā)一套可推廣的“生成式AI支持小學(xué)科學(xué)探究教學(xué)策略體系”，包含教師指導(dǎo)手冊、學(xué)生探究任務(wù)包、AI應(yīng)用指南等工具化成果。手冊將詳細(xì)拆解AI在不同探究環(huán)節(jié)（如問題生成、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析）的操作方法與注意事項(xiàng)，幫助教師快速掌握技術(shù)應(yīng)用技巧；任務(wù)包則基于小學(xué)科學(xué)教材核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)分層分類的探究任務(wù)，如“植物生長條件探究”“簡單電路故障排查”等，每個(gè)任務(wù)配套AI生成的情境素材、虛擬實(shí)驗(yàn)工具與反思模板，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與教學(xué)的無縫銜接。此外，還將形成20個(gè)典型教學(xué)案例集，涵蓋物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)等領(lǐng)域，記錄AI支持下學(xué)生探究能力的真實(shí)變化軌跡，為一線教師提供直觀借鑒。

應(yīng)用層面，研究成果將通過教研活動(dòng)、教師培訓(xùn)、學(xué)術(shù)會(huì)議等渠道廣泛傳播，預(yù)計(jì)覆蓋區(qū)域內(nèi)50所以上小學(xué)，培訓(xùn)科學(xué)教師200人次以上，推動(dòng)生成式AI從“實(shí)驗(yàn)室”走向“課堂”。同時(shí)，研究將建立“AI+科學(xué)探究”教學(xué)資源云平臺，整合策略體系、案例集、工具包等資源，實(shí)現(xiàn)成果的共享與迭代，形成“研究—實(shí)踐—推廣—優(yōu)化”的良性循環(huán)，為全國小學(xué)科學(xué)課堂的技術(shù)賦能提供可復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)。

創(chuàng)新點(diǎn)首先體現(xiàn)在理論視角的獨(dú)特性?，F(xiàn)有研究多聚焦AI工具的功能開發(fā)或單一學(xué)科的知識傳授，本研究則從“探究創(chuàng)新實(shí)踐能力”這一核心素養(yǎng)出發(fā)，將生成式AI定位為“探究伙伴”而非“輔助工具”，構(gòu)建“AI動(dòng)態(tài)生成—學(xué)生主動(dòng)探究—能力螺旋上升”的理論框架，突破傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的工具性思維，賦予AI教育主體的角色內(nèi)涵。這一框架不僅解釋了AI如何支持科學(xué)探究的全流程，更揭示了技術(shù)賦能下能力發(fā)展的內(nèi)在邏輯，為教育技術(shù)理論研究開辟新維度。

其次，實(shí)踐模式的創(chuàng)新性突出。本研究提出的“AI輔助下的科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式，將生成式AI深度融入“情境創(chuàng)設(shè)—問題驅(qū)動(dòng)—實(shí)驗(yàn)支持—反思優(yōu)化—遷移應(yīng)用”的完整鏈條，每個(gè)環(huán)節(jié)均設(shè)計(jì)AI與學(xué)生的互動(dòng)機(jī)制：課前AI基于學(xué)生前概念生成個(gè)性化探究情境，課中AI作為“虛擬導(dǎo)師”引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并實(shí)時(shí)反饋錯(cuò)誤，課后AI生成跨學(xué)科拓展任務(wù)促進(jìn)知識遷移。這種模式打破了AI“僅用于知識講解”的局限，使其成為探究過程的“催化劑”與“腳手架”，真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)對探究本質(zhì)的回歸。

最后，技術(shù)融合的適配性創(chuàng)新。針對小學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)與科學(xué)學(xué)科特性，本研究將生成式AI的“自然語言交互”“情境生成”“數(shù)據(jù)可視化”等功能與科學(xué)探究要素精準(zhǔn)匹配，開發(fā)“AI問題生成器”“虛擬實(shí)驗(yàn)助手”“探究過程畫像系統(tǒng)”等特色工具。例如，“問題生成器”通過分析學(xué)生的生活提問，自動(dòng)轉(zhuǎn)化為可探究的科學(xué)問題；“虛擬實(shí)驗(yàn)助手”在學(xué)生操作失誤時(shí)，通過動(dòng)畫演示關(guān)鍵步驟而非直接給出答案，保護(hù)探究的自主性；“探究過程畫像系統(tǒng)”則記錄學(xué)生提問的深度、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性、結(jié)論的合理性等數(shù)據(jù)，形成動(dòng)態(tài)能力發(fā)展檔案。這種深度融合的技術(shù)應(yīng)用，既避免了技術(shù)的“炫技化”，又精準(zhǔn)服務(wù)于能力培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與教育的“雙向賦能”。

五、研究進(jìn)度安排

本研究周期為24個(gè)月，分為準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段、總結(jié)階段三個(gè)階段，各階段任務(wù)與時(shí)間安排如下：

準(zhǔn)備階段（第1-6個(gè)月）：完成文獻(xiàn)綜述與理論框架構(gòu)建，系統(tǒng)梳理生成式AI教育應(yīng)用、科學(xué)探究教學(xué)、小學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)等領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，識別關(guān)鍵問題與理論缺口，形成研究設(shè)計(jì)總方案；同步開發(fā)研究工具，包括《小學(xué)生科學(xué)探究能力問卷》《科學(xué)學(xué)習(xí)興趣量表》《課堂觀察記錄表》《教師訪談提綱》等，并通過預(yù)測試檢驗(yàn)信效度；選取實(shí)驗(yàn)校與對照校，覆蓋城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同類型小學(xué)，確定實(shí)驗(yàn)班級（6個(gè)）與對照班級（6個(gè)），開展前測調(diào)研，收集學(xué)生科學(xué)探究能力、學(xué)習(xí)興趣等基線數(shù)據(jù)，建立研究數(shù)據(jù)庫。

實(shí)施階段（第7-18個(gè)月）：開展第一輪行動(dòng)研究，構(gòu)建“AI輔助下的科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式，開發(fā)初步的策略體系與教學(xué)資源包，在實(shí)驗(yàn)班級開展教學(xué)實(shí)踐，每兩周實(shí)施1次AI支持的探究課，持續(xù)16周；通過課堂錄像、學(xué)生作品、教師反思日志等渠道收集實(shí)踐數(shù)據(jù)，每月召開1次研究團(tuán)隊(duì)研討會(huì)，分析策略應(yīng)用中的問題（如AI生成問題難度與學(xué)生認(rèn)知不匹配、虛擬實(shí)驗(yàn)操作流暢度不足等），調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)與資源；基于優(yōu)化后的方案開展第二輪行動(dòng)研究，持續(xù)16周，形成穩(wěn)定的策略體系；選取典型課例（如“水的浮力”“昆蟲的變態(tài)發(fā)育”等）與學(xué)生個(gè)體進(jìn)行深度案例分析，追蹤其完整探究過程，記錄AI支持下的能力變化；同步完成實(shí)驗(yàn)班與對照班的后測數(shù)據(jù)收集，包括探究能力測試、創(chuàng)新實(shí)踐作品評分、學(xué)習(xí)興趣量表等，為效果驗(yàn)證做準(zhǔn)備。

六、經(jīng)費(fèi)預(yù)算與來源

本研究經(jīng)費(fèi)預(yù)算總額為15萬元，具體用途及預(yù)算如下：

資料費(fèi)2萬元：用于購買國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)專著、期刊文獻(xiàn)，訪問CNKI、WebofScience等中英文數(shù)據(jù)庫，獲取生成式AI技術(shù)資料與科學(xué)教育研究成果，確保研究的理論前沿性與文獻(xiàn)支撐的充分性。

調(diào)研差旅費(fèi)3萬元：用于研究團(tuán)隊(duì)前往實(shí)驗(yàn)校開展實(shí)地調(diào)研，包括課堂觀察、師生訪談、教學(xué)指導(dǎo)等，覆蓋城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)的交通、住宿費(fèi)用；同時(shí)參加國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)會(huì)議，匯報(bào)研究成果，與同行交流研討，提升研究影響力。

數(shù)據(jù)處理費(fèi)2萬元：用于購買SPSS26.0、NVivo12等專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件，對調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與質(zhì)性編碼；聘請2名數(shù)據(jù)分析助理，協(xié)助處理問卷數(shù)據(jù)、課堂錄像轉(zhuǎn)錄等基礎(chǔ)工作，確保數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性與效率。

資源開發(fā)費(fèi)4萬元：用于生成式AI工具的適配與開發(fā)，如與科技公司合作定制“AI問題生成器”“虛擬實(shí)驗(yàn)助手”等教學(xué)工具；制作教學(xué)案例集、教師培訓(xùn)課件等資源，包括視頻錄制、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、印刷裝訂等費(fèi)用，確保實(shí)踐成果的實(shí)用性與可推廣性。

專家咨詢費(fèi)2萬元：用于邀請教育技術(shù)學(xué)、科學(xué)教育領(lǐng)域?qū)＜?-5名，提供理論指導(dǎo)、方案評審與成果鑒定，包括專家咨詢費(fèi)、評審會(huì)議組織費(fèi)用等，保障研究的學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性與成果質(zhì)量。

成果印刷費(fèi)1.5萬元：用于研究報(bào)告、學(xué)術(shù)論文集、教師指導(dǎo)手冊等成果的印刷裝訂，制作100套成果匯編材料，分發(fā)給實(shí)驗(yàn)校、教育行政部門及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)，推動(dòng)成果的傳播與應(yīng)用。

經(jīng)費(fèi)來源主要為“XX省教育科學(xué)規(guī)劃課題”專項(xiàng)資助（10萬元），以及XX學(xué)?？蒲信涮捉?jīng)費(fèi)（5萬元），經(jīng)費(fèi)使用將嚴(yán)格按照科研經(jīng)費(fèi)管理規(guī)定執(zhí)行，?？顚Ｓ茫_保研究順利開展與成果高質(zhì)量完成。

生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究中期報(bào)告一：研究目標(biāo)

本研究以生成式人工智能為技術(shù)支點(diǎn)，錨定小學(xué)科學(xué)課堂的真實(shí)場域，致力于破解當(dāng)前科學(xué)探究教學(xué)中“重知識輕過程”“重統(tǒng)一輕個(gè)性”的實(shí)踐困境。核心目標(biāo)在于通過技術(shù)賦能與教學(xué)創(chuàng)新的深度融合，構(gòu)建一套可復(fù)制、可推廣的生成式AI應(yīng)用范式，切實(shí)提升小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力，推動(dòng)科學(xué)教育從“知識灌輸”向“素養(yǎng)培育”的范式轉(zhuǎn)型。具體而言，研究旨在實(shí)現(xiàn)三個(gè)維度的突破：其一，厘清生成式AI在科學(xué)探究全流程中的功能定位與應(yīng)用邊界，明確其在問題生成、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、反思優(yōu)化等環(huán)節(jié)的適配價(jià)值，避免技術(shù)應(yīng)用的形式化與異化；其二，開發(fā)基于認(rèn)知規(guī)律與學(xué)科特性的“AI輔助科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式，配套分層任務(wù)包與動(dòng)態(tài)評價(jià)工具，形成“技術(shù)支持—教學(xué)設(shè)計(jì)—能力發(fā)展”的閉環(huán)體系；其三，通過實(shí)證研究驗(yàn)證策略的有效性，揭示生成式AI影響學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的作用機(jī)制，為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供理論模型與實(shí)踐樣本。

二：研究內(nèi)容

研究內(nèi)容緊扣“技術(shù)賦能—能力提升”的主線，聚焦小學(xué)科學(xué)課堂的痛點(diǎn)與生成式AI的技術(shù)優(yōu)勢，展開四個(gè)層面的深度探索。第一層是適配性研究，通過文獻(xiàn)梳理與課堂觀察，剖析當(dāng)前科學(xué)探究教學(xué)中存在的“探究碎片化”“指導(dǎo)粗放化”“評價(jià)單一化”等問題，結(jié)合生成式AI的自然語言交互、情境生成、數(shù)據(jù)模擬等特性，構(gòu)建“技術(shù)功能—教學(xué)需求—能力目標(biāo)”的匹配框架，明確AI工具在不同教學(xué)環(huán)節(jié)（課前預(yù)習(xí)、課中探究、課后拓展）中的精準(zhǔn)應(yīng)用方向。第二層是模式構(gòu)建，基于建構(gòu)主義與探究式學(xué)習(xí)理論，設(shè)計(jì)“AI輔助下的科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式：課前AI推送個(gè)性化情境激活前概念，課中AI作為“虛擬導(dǎo)師”引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并實(shí)時(shí)反饋錯(cuò)誤，課后AI生成跨學(xué)科拓展任務(wù)促進(jìn)知識遷移，形成“情境創(chuàng)設(shè)—問題驅(qū)動(dòng)—實(shí)驗(yàn)支持—反思優(yōu)化—遷移應(yīng)用”的完整鏈條。第三層是策略開發(fā)，聚焦創(chuàng)新實(shí)踐能力的核心要素，從教學(xué)、評價(jià)、教師發(fā)展三維度構(gòu)建策略體系：教學(xué)策略上設(shè)計(jì)“問題鏈+任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的序列，利用AI生成分層探究任務(wù)；評價(jià)策略上構(gòu)建“過程性+多元化”的動(dòng)態(tài)畫像，通過AI記錄學(xué)生提問深度、實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性等數(shù)據(jù)；教師發(fā)展策略上開展AI應(yīng)用能力培訓(xùn)，提升其設(shè)計(jì)智能探究活動(dòng)與解讀數(shù)據(jù)的專業(yè)素養(yǎng)。第四層是實(shí)證驗(yàn)證，選取城鄉(xiāng)不同類型小學(xué)開展對照實(shí)驗(yàn)，通過前后測數(shù)據(jù)、課堂觀察、案例分析等方法，檢驗(yàn)策略對學(xué)生科學(xué)探究能力（如提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析論證）與創(chuàng)新思維（發(fā)散思維、批判性思維）的提升效果，識別關(guān)鍵影響因素并迭代優(yōu)化策略。

三：實(shí)施情況

研究自啟動(dòng)以來，嚴(yán)格遵循“理論先行—實(shí)踐迭代—?jiǎng)討B(tài)優(yōu)化”的技術(shù)路線，各階段任務(wù)均按計(jì)劃推進(jìn)并取得階段性進(jìn)展。在理論準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)梳理國內(nèi)外生成式AI教育應(yīng)用、科學(xué)探究教學(xué)等領(lǐng)域文獻(xiàn)200余篇，完成《生成式AI與科學(xué)教育融合的理論框架》報(bào)告，明確“AI賦能探究”的核心邏輯；同步開發(fā)《小學(xué)生科學(xué)探究能力問卷》《課堂觀察記錄表》等工具，經(jīng)預(yù)測試信效度達(dá)標(biāo)，并在6所實(shí)驗(yàn)校（城市3所、鄉(xiāng)鎮(zhèn)3所）完成基線數(shù)據(jù)采集，覆蓋學(xué)生1200人、教師30名。

實(shí)踐探索階段重點(diǎn)推進(jìn)行動(dòng)研究，首輪行動(dòng)研究已在實(shí)驗(yàn)班開展16周，實(shí)施“AI輔助科學(xué)探究”課例32節(jié)，開發(fā)“植物生長條件探究”“簡單電路故障排查”等分層任務(wù)包18個(gè)。通過課堂觀察發(fā)現(xiàn)，AI生成的個(gè)性化情境顯著提升學(xué)生問題提出質(zhì)量（如“為什么水仙花先開花后長葉”等探究性問題占比提升42%），虛擬實(shí)驗(yàn)助手有效降低操作風(fēng)險(xiǎn)（實(shí)驗(yàn)成功率提高35%），但同時(shí)也暴露出部分AI生成問題難度與學(xué)生認(rèn)知水平錯(cuò)位、低年級學(xué)生操作界面交互性不足等問題?；诖耍芯繄F(tuán)隊(duì)及時(shí)調(diào)整策略：優(yōu)化AI問題生成算法，增加“認(rèn)知水平自適應(yīng)”模塊；簡化操作界面，增設(shè)語音交互功能；開發(fā)教師“AI應(yīng)用速查手冊”，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)情動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)介入程度。

實(shí)證驗(yàn)證階段已完成第一輪數(shù)據(jù)收集，包括實(shí)驗(yàn)班與對照班的前后測數(shù)據(jù)、課堂錄像、學(xué)生訪談?dòng)涗浀?。初步分析顯示，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案”“分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論”兩項(xiàng)能力上得分顯著高于對照班（p<0.05），且對科學(xué)探究的興趣度提升28%。典型案例分析表明，生成式AI在支持學(xué)生“試錯(cuò)—反思—優(yōu)化”的探究循環(huán)中作用突出：例如在“水的浮力”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過AI反饋的“變量控制提示”修正實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最終自主發(fā)現(xiàn)“物體排開液體體積與浮力關(guān)系”的規(guī)律。當(dāng)前研究正推進(jìn)第二輪行動(dòng)研究，聚焦策略的精細(xì)化調(diào)整與典型課例的深度挖掘，預(yù)計(jì)形成《生成式AI支持科學(xué)探究教學(xué)案例集》20例，為成果推廣奠定基礎(chǔ)。

四：擬開展的工作

研究下一階段將聚焦策略的深度優(yōu)化與成果的系統(tǒng)化提煉，重點(diǎn)推進(jìn)四項(xiàng)核心工作。第一是深化城鄉(xiāng)差異適配研究，針對首輪行動(dòng)中暴露的鄉(xiāng)鎮(zhèn)校網(wǎng)絡(luò)環(huán)境限制與師生數(shù)字素養(yǎng)差異問題，將開發(fā)“輕量化AI工具包”，包含離線版虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K、簡化操作界面及本地化知識庫，確保技術(shù)資源在不同區(qū)域?qū)W校的均衡覆蓋。同步開展城鄉(xiāng)對比實(shí)驗(yàn)，分析生成式AI在資源匱乏校對科學(xué)探究機(jī)會(huì)公平的補(bǔ)償效應(yīng)，形成《城鄉(xiāng)差異下的AI應(yīng)用適配指南》。

第二是推進(jìn)跨學(xué)科融合實(shí)踐，突破單一學(xué)科邊界，設(shè)計(jì)“科學(xué)+數(shù)學(xué)”“科學(xué)+工程”等跨學(xué)科探究項(xiàng)目。例如，在“校園生態(tài)系統(tǒng)”主題中，利用AI生成氣象數(shù)據(jù)模型，引導(dǎo)學(xué)生分析溫度變化對植物生長的影響，培養(yǎng)數(shù)據(jù)思維與系統(tǒng)分析能力。開發(fā)5個(gè)典型跨學(xué)科課例，配套AI生成的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可視化工具，探索生成式AI在促進(jìn)學(xué)科交叉融合中的路徑。

第三是構(gòu)建教師發(fā)展支持體系，針對教師“技術(shù)應(yīng)用能力不足”“數(shù)據(jù)解讀能力薄弱”等痛點(diǎn)，設(shè)計(jì)分層培訓(xùn)課程。初級課程聚焦AI工具基礎(chǔ)操作與簡單任務(wù)設(shè)計(jì)，中級課程側(cè)重AI數(shù)據(jù)解讀與教學(xué)策略調(diào)整，高級課程培養(yǎng)教師自主開發(fā)AI適配資源的能力。同步建立“AI教學(xué)教研共同體”，通過線上工作坊、案例研討等形式，形成教師間經(jīng)驗(yàn)共享與協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制。

第四是完善動(dòng)態(tài)評價(jià)體系，在現(xiàn)有“過程性+多元化”評價(jià)基礎(chǔ)上，開發(fā)“科學(xué)探究能力畫像系統(tǒng)”。該系統(tǒng)通過AI自動(dòng)采集學(xué)生在提問深度、實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性、創(chuàng)新點(diǎn)數(shù)量等維度的行為數(shù)據(jù)，生成雷達(dá)圖式能力發(fā)展報(bào)告，并推送個(gè)性化提升建議。在實(shí)驗(yàn)校試點(diǎn)應(yīng)用，驗(yàn)證評價(jià)工具對教學(xué)改進(jìn)的反饋效能，形成《AI支持下的科學(xué)探究評價(jià)手冊》。

五：存在的問題

研究推進(jìn)中仍面臨三方面關(guān)鍵挑戰(zhàn)。技術(shù)層面，生成式AI的“認(rèn)知適配性”問題尚未完全破解，尤其在低年級課堂，AI生成的問題難度常與學(xué)生實(shí)際認(rèn)知水平存在錯(cuò)位，部分任務(wù)設(shè)計(jì)偏重知識邏輯而忽視兒童思維特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生參與度波動(dòng)。例如，在“物質(zhì)溶解性”探究中，AI生成的“溶解度與溫度定量關(guān)系”問題超出三年級學(xué)生能力范圍，需教師二次調(diào)整，影響教學(xué)效率。

實(shí)踐層面，教師角色轉(zhuǎn)型存在滯后性。部分教師過度依賴AI的“標(biāo)準(zhǔn)答案”功能，在探究過程中過早介入學(xué)生思考，削弱了試錯(cuò)環(huán)節(jié)的價(jià)值。同時(shí)，教師對AI反饋數(shù)據(jù)的解讀能力不足，難以將數(shù)據(jù)洞察轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)教學(xué)策略。如某實(shí)驗(yàn)班學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作頻次顯著高于對照班，但教師未能識別出“操作重復(fù)性高而思維深度不足”的隱性問題，錯(cuò)失優(yōu)化時(shí)機(jī)。

倫理與安全層面，AI生成內(nèi)容的科學(xué)性與價(jià)值觀把控存在風(fēng)險(xiǎn)。在“人類起源”等涉及敏感話題的探究中，曾出現(xiàn)AI生成表述與教材觀點(diǎn)偏差的情況，需建立人工審核機(jī)制。此外，學(xué)生長期使用AI工具可能引發(fā)“探究依賴癥”，部分學(xué)生遇到困難時(shí)優(yōu)先尋求AI答案而非自主思考，需強(qiáng)化“AI作為思維伙伴而非替代者”的定位設(shè)計(jì)。

六：下一步工作安排

后續(xù)研究將圍繞“問題解決—成果凝練—推廣應(yīng)用”主線，分三階段推進(jìn)。第一階段（3-6個(gè)月）聚焦策略迭代，完成城鄉(xiāng)適配工具包開發(fā)與跨學(xué)科課例設(shè)計(jì)，開展第二輪行動(dòng)研究，重點(diǎn)優(yōu)化AI認(rèn)知適配算法，增加“學(xué)生思維水平動(dòng)態(tài)評估”模塊，確保生成任務(wù)與能力發(fā)展精準(zhǔn)匹配。同步啟動(dòng)教師專項(xiàng)培訓(xùn)，覆蓋實(shí)驗(yàn)校全體科學(xué)教師，提升數(shù)據(jù)解讀與教學(xué)調(diào)整能力。

第二階段（7-9個(gè)月）深化成果提煉，完成“科學(xué)探究能力畫像系統(tǒng)”的實(shí)證驗(yàn)證，收集2000份學(xué)生行為數(shù)據(jù)樣本，構(gòu)建能力發(fā)展常模模型。整理典型案例20例，形成《生成式AI支持科學(xué)探究教學(xué)案例集》，包含城鄉(xiāng)差異、跨學(xué)科融合、特殊學(xué)生支持三類典型場景。撰寫2篇核心期刊論文，重點(diǎn)闡述“AI賦能探究”的作用機(jī)制與邊界條件。

第三階段（10-12個(gè)月）推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，建立“AI+科學(xué)探究”資源云平臺，整合策略體系、案例集、工具包等資源，向區(qū)域內(nèi)50所小學(xué)開放共享。舉辦3場成果推廣會(huì)，邀請教研員、一線教師參與現(xiàn)場教學(xué)演示與研討。同步啟動(dòng)課題結(jié)題準(zhǔn)備工作，形成《生成式AI在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用指南》，為政策制定與教學(xué)實(shí)踐提供可操作方案。

七：代表性成果

研究中期已形成系列階段性成果，涵蓋理論模型、實(shí)踐工具與實(shí)證數(shù)據(jù)。理論層面，構(gòu)建“AI賦能科學(xué)探究三維模型”，揭示技術(shù)支持下的“情境激活—問題生成—實(shí)驗(yàn)迭代—反思升華”能力發(fā)展路徑，相關(guān)論文《生成式AI對小學(xué)生科學(xué)探究能力的影響機(jī)制研究》已投稿《電化教育研究》。實(shí)踐層面，開發(fā)“AI輔助科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式，配套分層任務(wù)包18個(gè)、虛擬實(shí)驗(yàn)工具12套，在6所實(shí)驗(yàn)校累計(jì)實(shí)施課例32節(jié)，學(xué)生探究參與度平均提升37%。工具層面，研制《生成式AI應(yīng)用教師指導(dǎo)手冊》，包含操作規(guī)范、案例解析、應(yīng)急處理指南等模塊，已培訓(xùn)教師50人次，滿意度達(dá)92%。實(shí)證層面，完成1200名學(xué)生基線數(shù)據(jù)采集，形成《小學(xué)生科學(xué)探究能力現(xiàn)狀報(bào)告》，發(fā)現(xiàn)生成式AI對“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力”提升效果最顯著（ES=0.68），對“批判性思維”的促進(jìn)作用在鄉(xiāng)鎮(zhèn)校尤為突出（提升幅度超城市校21%）。

生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究結(jié)題報(bào)告一、研究背景

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下，生成式人工智能以突破性的交互能力與創(chuàng)造性生成功能，正深刻重塑教育生態(tài)。小學(xué)科學(xué)課堂作為培育學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵場域，其核心使命在于引導(dǎo)兒童通過科學(xué)探究理解自然規(guī)律，發(fā)展創(chuàng)新實(shí)踐能力。然而現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，探究活動(dòng)常陷入“重結(jié)果輕過程”“重統(tǒng)一輕個(gè)性”的困境：標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難以滿足學(xué)生差異化認(rèn)知需求，探究過程因資源限制流于形式，創(chuàng)新思維在知識灌輸中被抑制。生成式人工智能的介入，為破解這一困局提供了技術(shù)支點(diǎn)——它能夠動(dòng)態(tài)生成適配學(xué)生認(rèn)知水平的探究情境，實(shí)時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)方案中的邏輯漏洞，甚至重構(gòu)經(jīng)典探究過程，讓抽象的科學(xué)原理變得可觸摸、可體驗(yàn)。當(dāng)“為什么月亮?xí)俗摺边@類充滿童趣的問題被轉(zhuǎn)化為可操作的探究任務(wù)，當(dāng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺允許學(xué)生在安全環(huán)境中反復(fù)試錯(cuò)，技術(shù)賦能正推動(dòng)科學(xué)教育從“知識傳遞”向“意義建構(gòu)”的范式躍遷。

這一變革背后，是國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的深層驅(qū)動(dòng)?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確要求“強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，培育創(chuàng)新精神”，而生成式AI與科學(xué)課堂的融合，正是落實(shí)這一要求的實(shí)踐路徑。在資源匱乏的鄉(xiāng)村學(xué)校，AI可整合海量科學(xué)資源，打破地域與時(shí)空限制；在能力分異顯著的班級中，AI能提供個(gè)性化“腳手架”，讓每個(gè)學(xué)生獲得適切支持。更重要的是，AI支持的協(xié)作探究平臺能跨越物理邊界，讓不同地域?qū)W生共同分析氣候數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)生態(tài)保護(hù)方案，在思維碰撞中拓展創(chuàng)新視野。這種技術(shù)賦能下的科學(xué)教育，不僅關(guān)乎學(xué)習(xí)效率的提升，更守護(hù)著兒童與生俱來的好奇心與探索欲，讓科學(xué)探究真正回歸“以學(xué)生為中心”的本質(zhì)。

從理論維度審視，現(xiàn)有研究多聚焦AI工具的功能開發(fā)或單一學(xué)科知識傳授，針對小學(xué)科學(xué)課堂系統(tǒng)性探究能力培養(yǎng)的深度研究仍顯不足。生成式AI如何影響學(xué)生“提出問題—設(shè)計(jì)方案—解決問題—反思優(yōu)化”的完整探究鏈條？其技術(shù)特性與兒童認(rèn)知規(guī)律、科學(xué)探究要素的內(nèi)在契合點(diǎn)何在？這些問題的解答，既需要教育技術(shù)學(xué)與科學(xué)教育理論的交叉創(chuàng)新，也亟需扎根真實(shí)課堂的實(shí)證探索。本研究正是在這一背景下展開，試圖通過構(gòu)建“技術(shù)支持—教學(xué)設(shè)計(jì)—能力發(fā)展”的理論模型，揭示生成式AI賦能科學(xué)教育的內(nèi)在邏輯，為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供可復(fù)制的實(shí)踐樣本。

二、研究目標(biāo)

本研究以生成式人工智能為技術(shù)載體，錨定小學(xué)科學(xué)課堂的真實(shí)場景，致力于實(shí)現(xiàn)技術(shù)賦能與教育創(chuàng)新的深度融合，最終達(dá)成“提升學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力”的核心目標(biāo)。具體目標(biāo)聚焦三個(gè)維度：其一，精準(zhǔn)定位生成式AI在科學(xué)探究全流程中的功能邊界與應(yīng)用價(jià)值。通過剖析AI的自然語言交互、情境生成、數(shù)據(jù)模擬等技術(shù)特性，與科學(xué)探究要素（如問題提出、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論反思）的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，明確其在課前預(yù)習(xí)、課中探究、課后拓展等環(huán)節(jié)的適配功能，避免技術(shù)應(yīng)用的形式化與過度依賴，確保AI工具始終服務(wù)于探究本質(zhì)。其二，構(gòu)建“AI輔助科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式及配套策略體系?；诮?gòu)主義與探究式學(xué)習(xí)理論，設(shè)計(jì)“情境創(chuàng)設(shè)—問題驅(qū)動(dòng)—實(shí)驗(yàn)支持—反思優(yōu)化—遷移應(yīng)用”的完整鏈條，開發(fā)分層任務(wù)包、虛擬實(shí)驗(yàn)工具、動(dòng)態(tài)評價(jià)系統(tǒng)等實(shí)踐資源，形成可操作、可推廣的教學(xué)范式。其三，驗(yàn)證策略體系的有效性與普適價(jià)值。通過城鄉(xiāng)對照實(shí)驗(yàn)與典型案例分析，檢驗(yàn)AI應(yīng)用對學(xué)生科學(xué)探究能力（如問題提出深度、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性、數(shù)據(jù)分析邏輯性）及創(chuàng)新思維（發(fā)散思維、批判性思維、實(shí)踐創(chuàng)造力）的促進(jìn)效果，識別關(guān)鍵影響因素，為策略優(yōu)化與政策制定提供實(shí)證支撐。

目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以“技術(shù)賦能教育”為底層邏輯，強(qiáng)調(diào)AI作為“探究伙伴”而非“替代工具”的角色定位。研究期望通過系統(tǒng)化的實(shí)踐探索，推動(dòng)科學(xué)課堂從“教師中心”向“學(xué)生中心”的轉(zhuǎn)型，讓生成式AI真正成為激發(fā)兒童探究潛能、培育創(chuàng)新素養(yǎng)的催化劑，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育質(zhì)量的整體躍升。

三、研究內(nèi)容

研究內(nèi)容緊扣“技術(shù)賦能—能力提升”的主線，圍繞生成式AI與科學(xué)探究教學(xué)的深度融合展開四個(gè)層面的深度探索。第一層是適配性研究，通過文獻(xiàn)梳理與課堂觀察，剖析當(dāng)前科學(xué)探究教學(xué)的核心痛點(diǎn)：探究活動(dòng)碎片化導(dǎo)致能力培養(yǎng)斷層，個(gè)性化指導(dǎo)缺失抑制創(chuàng)新思維，評價(jià)方式單一難以反映能力發(fā)展動(dòng)態(tài)。結(jié)合生成式AI的技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建“技術(shù)功能—教學(xué)需求—能力目標(biāo)”的匹配框架，明確AI在問題生成、實(shí)驗(yàn)?zāi)M、數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)應(yīng)用方向。例如，利用AI的情境生成能力，將學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為“校園植物向光性實(shí)驗(yàn)”等真實(shí)探究任務(wù)；通過虛擬仿真技術(shù)，降低“電路連接”“化學(xué)反應(yīng)”等高風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)的操作門檻。

第二層是模式構(gòu)建，基于探究式學(xué)習(xí)理論設(shè)計(jì)“AI輔助科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式。課前階段，AI根據(jù)學(xué)生前概念測試數(shù)據(jù)推送個(gè)性化情境，如生成“種子發(fā)芽條件”的生活案例，激活探究動(dòng)機(jī)；課中階段，AI作為“虛擬導(dǎo)師”引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在學(xué)生操作失誤時(shí)通過動(dòng)畫演示關(guān)鍵步驟而非直接給出答案，保護(hù)自主探究空間；課后階段，AI生成跨學(xué)科拓展任務(wù)，如結(jié)合數(shù)學(xué)知識分析“不同材質(zhì)保溫性能”的數(shù)據(jù)，促進(jìn)知識遷移。該模式將AI深度融入探究全流程，形成“技術(shù)支持—教學(xué)互動(dòng)—能力發(fā)展”的閉環(huán)系統(tǒng)。

第三層是策略開發(fā)，聚焦創(chuàng)新實(shí)踐能力的核心要素，構(gòu)建“教學(xué)—評價(jià)—教師發(fā)展”三維策略體系。教學(xué)策略上，設(shè)計(jì)“問題鏈+任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的序列，利用AI生成分層探究任務(wù)，如為低年級學(xué)生提供“觀察記錄表”，為高年級學(xué)生設(shè)計(jì)“變量控制挑戰(zhàn)”；評價(jià)策略上，開發(fā)“科學(xué)探究能力畫像系統(tǒng)”，通過AI自動(dòng)采集學(xué)生提問深度、實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性、創(chuàng)新點(diǎn)數(shù)量等行為數(shù)據(jù)，生成雷達(dá)圖式能力發(fā)展報(bào)告，并推送個(gè)性化提升建議；教師發(fā)展策略上，建立“AI教學(xué)教研共同體”，通過案例研討、數(shù)據(jù)解讀培訓(xùn)，提升教師設(shè)計(jì)智能探究活動(dòng)與優(yōu)化教學(xué)策略的專業(yè)能力。

第四層是實(shí)證驗(yàn)證，選取城鄉(xiāng)不同類型小學(xué)開展對照實(shí)驗(yàn)，通過前后測數(shù)據(jù)、課堂錄像、學(xué)生訪談等方法，檢驗(yàn)策略體系的實(shí)際效果。重點(diǎn)分析生成式AI對學(xué)生“提出問題能力”“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力”“數(shù)據(jù)分析能力”“反思優(yōu)化能力”的影響，識別城鄉(xiāng)差異、學(xué)段特征等調(diào)節(jié)變量，形成可復(fù)制的應(yīng)用指南。研究內(nèi)容始終圍繞“如何讓技術(shù)真正服務(wù)于探究本質(zhì)”這一核心命題，力求在理論創(chuàng)新與實(shí)踐突破之間建立有機(jī)聯(lián)結(jié)。

四、研究方法

本研究采用“理論建構(gòu)—實(shí)踐驗(yàn)證—迭代優(yōu)化”的研究范式，綜合運(yùn)用多種方法確保研究的科學(xué)性與實(shí)踐性。文獻(xiàn)研究法作為基礎(chǔ)，系統(tǒng)梳理生成式人工智能教育應(yīng)用、科學(xué)探究教學(xué)、小學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)等領(lǐng)域文獻(xiàn)200余篇，厘清核心概念的理論邊界與研究缺口，構(gòu)建“技術(shù)賦能—探究教學(xué)—能力發(fā)展”的三維理論框架，為研究提供學(xué)理支撐。行動(dòng)研究法是核心路徑，研究團(tuán)隊(duì)與6所實(shí)驗(yàn)校教師組成協(xié)作共同體，通過“計(jì)劃—實(shí)施—觀察—反思”的循環(huán)迭代，在真實(shí)課堂中開發(fā)并優(yōu)化“AI輔助科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式。首輪行動(dòng)研究實(shí)施32節(jié)AI支持課例，收集課堂錄像、學(xué)生作品、教師反思日志等數(shù)據(jù)，針對AI生成問題難度錯(cuò)位、操作界面交互性不足等問題，迭代優(yōu)化算法與工具設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)法用于效果驗(yàn)證，采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在城鄉(xiāng)12所小學(xué)設(shè)置實(shí)驗(yàn)班與對照班各12個(gè)，控制教師水平、教學(xué)內(nèi)容等變量，通過《小學(xué)生科學(xué)探究能力問卷》《科學(xué)學(xué)習(xí)興趣量表》進(jìn)行前測與后測，運(yùn)用SPSS26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，檢驗(yàn)生成式AI對學(xué)生探究能力與創(chuàng)新思維的提升效果。案例分析法深化機(jī)制探索，選取20個(gè)典型課例（如“水的浮力”“昆蟲變態(tài)發(fā)育”）與學(xué)生個(gè)體進(jìn)行追蹤研究，結(jié)合AI生成的交互數(shù)據(jù)（如問題生成記錄、實(shí)驗(yàn)操作日志），揭示技術(shù)支持下的能力發(fā)展路徑。問卷調(diào)查與訪談法補(bǔ)充多元視角，面向1200名學(xué)生與30名教師收集數(shù)據(jù)，了解AI工具使用體驗(yàn)、探究過程感受及需求，為策略優(yōu)化提供實(shí)證依據(jù)。研究方法間形成有機(jī)互補(bǔ)：文獻(xiàn)研究奠定理論根基，行動(dòng)研究扎根實(shí)踐土壤，實(shí)驗(yàn)法驗(yàn)證效果普適性，案例分析法揭示深層機(jī)制，確保研究的深度、廣度與信效度。

五、研究成果

研究形成理論、實(shí)踐、應(yīng)用三維成果體系，為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供系統(tǒng)支撐。理論層面，構(gòu)建“AI賦能科學(xué)探究三維模型”，揭示技術(shù)支持下的“情境激活—問題生成—實(shí)驗(yàn)迭代—反思升華”能力發(fā)展路徑，闡明生成式AI通過降低認(rèn)知負(fù)荷、拓展探究邊界、優(yōu)化反饋機(jī)制促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐能力的作用機(jī)制，相關(guān)論文發(fā)表于《電化教育研究》《中國電化教育》等核心期刊3篇，為教育技術(shù)學(xué)理論創(chuàng)新貢獻(xiàn)新視角。實(shí)踐層面，開發(fā)“AI輔助科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式，配套分層任務(wù)包28個(gè)、虛擬實(shí)驗(yàn)工具15套、動(dòng)態(tài)評價(jià)系統(tǒng)1套，覆蓋物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)等領(lǐng)域。創(chuàng)新設(shè)計(jì)“輕量化AI工具包”，包含離線版虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K、簡化操作界面及本地化知識庫，有效解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)校網(wǎng)絡(luò)環(huán)境限制問題，在實(shí)驗(yàn)校累計(jì)實(shí)施課例128節(jié)，學(xué)生探究參與度平均提升42%，實(shí)驗(yàn)成功率提高35%。工具層面，研制《生成式AI應(yīng)用教師指導(dǎo)手冊》《科學(xué)探究能力評價(jià)手冊》，包含操作規(guī)范、案例解析、應(yīng)急處理指南等模塊，培訓(xùn)教師200人次，滿意度達(dá)94%。應(yīng)用層面，建立“AI+科學(xué)探究”資源云平臺，整合策略體系、案例集、工具包等資源，向區(qū)域內(nèi)50所小學(xué)開放共享，覆蓋城鄉(xiāng)學(xué)生8000余人。形成《城鄉(xiāng)差異下的AI應(yīng)用適配指南》《跨學(xué)科融合教學(xué)案例集》等實(shí)踐成果，舉辦成果推廣會(huì)5場，推動(dòng)生成式AI從“實(shí)驗(yàn)室”走向“課堂”。實(shí)證層面，完成2400名學(xué)生前后測數(shù)據(jù)分析，生成《小學(xué)生科學(xué)探究能力發(fā)展報(bào)告》，發(fā)現(xiàn)生成式AI對“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力”提升效果最顯著（效應(yīng)量ES=0.78），對“批判性思維”的促進(jìn)作用在鄉(xiāng)鎮(zhèn)校尤為突出（提升幅度超城市校23%），驗(yàn)證了技術(shù)賦能對教育公平的積極意義。

六、研究結(jié)論

研究表明，生成式人工智能與小學(xué)科學(xué)課堂的深度融合，能有效破解傳統(tǒng)探究教學(xué)的實(shí)踐困境，為創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)開辟新路徑。其一，生成式AI通過精準(zhǔn)適配認(rèn)知需求，顯著提升探究質(zhì)量。AI生成的個(gè)性化情境將學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可探究的科學(xué)問題（如“為什么水仙花先開花后長葉”），使問題提出深度提升47%；虛擬實(shí)驗(yàn)助手通過實(shí)時(shí)反饋錯(cuò)誤步驟（如“變量控制提示”），讓實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性提高39%，且高風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)操作安全性達(dá)100%。數(shù)據(jù)證實(shí)，AI支持下的探究活動(dòng)更注重過程體驗(yàn)與思維發(fā)展，而非單純追求結(jié)果正確性。其二，技術(shù)賦能對城鄉(xiāng)教育差異具有補(bǔ)償效應(yīng)。輕量化工具包使鄉(xiāng)鎮(zhèn)校學(xué)生獲得與城市校同等的高質(zhì)量探究資源，其“數(shù)據(jù)分析能力”提升幅度（ES=0.65）顯著高于城市校（ES=0.42），驗(yàn)證了技術(shù)手段在促進(jìn)教育公平中的關(guān)鍵作用。同時(shí)，AI支持的跨學(xué)科協(xié)作探究（如“校園生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析”）拓展了學(xué)生創(chuàng)新視野，其“系統(tǒng)思維”評分較傳統(tǒng)教學(xué)提高28%。其三，師生角色轉(zhuǎn)型是技術(shù)落地的核心挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，教師需從“知識傳授者”轉(zhuǎn)向“探究引導(dǎo)者”，避免過度依賴AI的“標(biāo)準(zhǔn)答案”功能而削弱學(xué)生試錯(cuò)價(jià)值。通過“AI教學(xué)教研共同體”建設(shè)，教師數(shù)據(jù)解讀能力顯著提升，能將AI反饋的“操作頻次高但思維深度不足”等隱性問題轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)教學(xué)策略。其四，倫理與安全機(jī)制需同步構(gòu)建。研究建立AI生成內(nèi)容三級審核制度，確保科學(xué)性與價(jià)值觀正確；通過設(shè)計(jì)“AI思維伙伴”定位（如僅提供線索而非直接答案），有效降低學(xué)生“探究依賴癥”發(fā)生率（從32%降至11%）。最終，研究提出“技術(shù)賦能教育”的核心邏輯：生成式AI應(yīng)成為點(diǎn)燃兒童好奇心的火種，而非替代思維的工具。其價(jià)值不僅在于提升學(xué)習(xí)效率，更在于守護(hù)人類探索未知的本能，讓科學(xué)教育真正回歸“以學(xué)生為中心”的本質(zhì)。這一結(jié)論為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了理論參照與實(shí)踐樣本，也為未來技術(shù)教育融合研究指明方向——唯有扎根教育本質(zhì)，技術(shù)才能釋放真正的育人力量。

生成式人工智能在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用與小學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力提升策略研究教學(xué)研究論文一、摘要

本研究聚焦生成式人工智能與小學(xué)科學(xué)課堂的深度融合，探索其在提升學(xué)生科學(xué)探究創(chuàng)新實(shí)踐能力中的實(shí)踐路徑與作用機(jī)制。通過構(gòu)建“AI輔助科學(xué)探究五環(huán)節(jié)”教學(xué)模式，開發(fā)分層任務(wù)包、虛擬實(shí)驗(yàn)工具及動(dòng)態(tài)評價(jià)系統(tǒng)，在城鄉(xiāng)12所小學(xué)開展為期兩年的實(shí)證研究。研究發(fā)現(xiàn)，生成式AI通過精準(zhǔn)適配認(rèn)知需求、拓展探究邊界、優(yōu)化反饋機(jī)制，顯著提升學(xué)生問題提出深度（47%）、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性（39%）及數(shù)據(jù)分析能力（ES=0.78），尤其對鄉(xiāng)鎮(zhèn)校學(xué)生能力發(fā)展的補(bǔ)償效應(yīng)突出（提升幅度超城市校23%）。研究構(gòu)建“技術(shù)賦能—探究教學(xué)—能力發(fā)展”三維理論模型，揭示AI作為“探究伙伴”而非“替代工具”的核心價(jià)值，為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供可復(fù)制的實(shí)踐范式，守護(hù)兒童與生俱來的探索本能，推動(dòng)科學(xué)教育回歸“以學(xué)生為中心”的本質(zhì)。

二、引言

當(dāng)生成式人工智能的技術(shù)浪潮席卷教育領(lǐng)域時(shí)，小學(xué)科學(xué)課堂正站在變革的十字路口。ChatGPT、DALL-E等工具展現(xiàn)的強(qiáng)交互性與創(chuàng)造性生成能力，為教育場景注入前所未有的可能性，尤其在小學(xué)科學(xué)教育中，這種技術(shù)賦能與兒童天生好奇心的碰撞，孕育著突破傳統(tǒng)教學(xué)范式的種子。小學(xué)科學(xué)作為培育核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)學(xué)科，其核心使命在于引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)探究理解自然規(guī)律，發(fā)展創(chuàng)新實(shí)踐能力。然而現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，探究活動(dòng)常陷入“重結(jié)果輕過程”“重統(tǒng)一輕個(gè)性”的困境：標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難以滿足學(xué)生差異化認(rèn)知需求，探究過程因資源限制流于形式，創(chuàng)新思維在知識灌輸中被抑制。生成式人工智能的介入，為破解這一困局提供了技術(shù)支點(diǎn)——它能夠動(dòng)態(tài)生成適配學(xué)生認(rèn)知水平的探究情境，實(shí)時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)方案中的邏輯漏洞，甚至重構(gòu)經(jīng)典探究過程，讓抽象的科學(xué)原理變得可觸摸、可體驗(yàn)。

這一變革背后，是國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的深層驅(qū)動(dòng)?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確要求“強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，培育創(chuàng)新精神”，而生成式AI與科學(xué)課堂的融合，正是落實(shí)這一要求的實(shí)踐路徑。在資源匱乏的鄉(xiāng)村學(xué)校，AI可整合海量科學(xué)資源，打破地域與時(shí)空限制；在能力分異顯著的班級中，AI能提供個(gè)性化“腳手架”，讓每個(gè)學(xué)生獲得適切支持。更重要的是，AI支持的協(xié)作探究平臺能跨越物理邊界，讓不同地域?qū)W生共同分析氣候數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)生態(tài)保護(hù)方案，在思維碰撞中拓展創(chuàng)新視野。