ai人工智能与跨学科融合的策略研究

ai人工智能与跨学科融合的策略研究

陈洁 

江苏省江阴市晨光实验小学  江苏省江阴市  214433

摘要：随着科技的日益发展，人工智能(AI)已经深入到各个领域中，成为21世纪的关键技术之一。AI不仅仅是为专业人士所独有，更是全社会、各个年龄层都需要理解和应用的技能。教育界，尤其是基础教育，也迅速捕捉到了这一趋势，开始探索如何将AI教育融入到传统课程中。小学阶段作为孩子的关键成长期，更是培养学生基础技能和综合素质的黄金时期。如何在此阶段为孩子提供AI的基础教育，使其不仅仅了解AI技术，而是能够跨学科应用，显得尤为重要。本研究旨在探索小学阶段AI教育与其他学科的有效融合策略，期望为教育工作者提供可行的方法和思路，同时为政策制定者提供参考，推动我国基础教育向更加先进、开放的方向发展。

关键词：人工智能；跨学科教育；融合策略

一、AI教育的基本原则和特点

（一）学生为中心的探究式学习

在当前的教育环境中，传统的“教师讲述，学生听讲”的模式已逐渐被越来越多的教育者所挑战和反思。尤其在AI教育领域，一个新的教育理念正在崭露头角——“学生为中心的探究式学习”。探究式学习强调学生的主体性，鼓励他们积极探索、实践和思考。在AI教育中，这意味着学生不再是被动地接受知识，而是主动地参与到项目中，通过实际操作，探索AI技术的工作原理和应用方法。这种学习方式有助于培养学生的创造力、批判性思维和问题解决能力，使他们更为适应未来的科技挑战。而“学生为中心”则进一步确保每一个学生都能在探究式学习中找到自己的位置，根据自己的兴趣和能力进行学习，这不仅有助于提高学习的效果和兴趣，还能够培养学生的自主性和自信心。

（二）实践与理论相结合

AI技术与众多科学技术一样，既有深厚的理论基础，也有广泛的实际应用。因此，在AI教育中，实践与理论的紧密结合显得尤为关键。这一原则旨在确保学生既能够掌握坚实的知识体系，又能够在实际中应用这些知识。在理论层面，学生需要理解AI的基本概念、原理和算法。这为他们提供了对技术背后工作原理的清晰视角，帮助他们建立起扎实的知识基础。同时，理论学习还可以培养学生的抽象思维和逻辑推理能力。然而，仅仅依赖理论是不足够的。AI教育也强调实践的重要性。通过实际操作，学生可以将抽象的理论转化为具体的技能，如编程、数据分析和模型建立等。这种“动手做”的学习方式不仅可以加深学生对知识的理解，还可以培养他们的创新能力和解决实际问题的能力。

二、跨学科融合的意义

（一）培养综合性思维能力

在21世纪的复杂变革时代，综合性思维能力成为了人们所需的关键能力之一。而小学阶段作为学生学习的初级阶段，正是培养这种能力的黄金期。通过跨学科融合的教学，学生不再局限于单一学科的知识体系，而是学会在不同领域之间建立联系，形成一个整体的、综合的认知结构。例如，通过AI与数学的融合，学生可以了解到算法是如何在真实世界中解决问题的，而不仅仅是抽象的数学概念。这种综合性的思维方式不仅帮助学生更好地理解和应用知识，还能够培养他们的创新意识、批判性思维和解决问题的能力。

（二）提高学习的实用性和趣味性

传统的学科隔离式教学可能会导致学生感到学习内容枯燥、孤立，甚至对某些学科产生反感。而当我们尝试将不同学科的内容进行有机融合，学习过程自然会变得更加有趣和生动。首先，跨学科融合能够将抽象的概念与实际生活场景相结合。其次，这种融合方式为学生提供了一个创新的平台。他们可以在跨学科的项目中，发挥想象力，自主设计和实验，这样的学习过程充满了探索和挑战，大大增加了学习的趣味性。再者，当学生从不同学科的角度去看待同一个问题，他们会更容易理解并吸收知识。

三、AI教育与其他学科的融合策略

（一）与数学的融合：算法思维、逻辑推理等

小学阶段的数学教育重在培养学生的基本算法能力、逻辑思考和数学兴趣。AI在这其中起到的作用，是为数学知识提供更加生动和实际的应用场景。考虑到小学生的认知特点和知识背景，教师可以简化AI的内容，将其与小学数学知识结合。例如，当学生学习基本的加减法时，可以引入一个简单的算法题目，如“设计一个机器人帮助自己自动计算10以内的加法”。通过这种方式，学生不仅能够巩固加法的知识，还能够初步体验到算法设计的乐趣。再如，逻辑推理在小学数学中常常体现为简单的逻辑问题或者数学小故事。在此基础上，我们可以引入AI的概念，让学生设计一个简单的决策树，帮助他们解决问题。例如，当面临“如果苹果每个2元，梨每个3元，那么5个苹果和3个梨需要多少钱？”这样的问题时，学生可以通过决策树模型来进行计算。

（二）与自然科学的融合：数据收集、模型建立等

自然科学为小学生提供了探索世界的窗口，而AI则为这种探索提供了一个现代化、实用的工具。当AI与小学自然科学融合时，它们共同为孩子们创造出更加丰富、深入的学习经验。首先，数据收集是自然科学实验的基础。比如，学生们在学习植物生长的过程中，可以定期测量植物的高度、叶子数量等，并记录下这些数据。然后，使用简单的AI工具，如电子表格或基础的数据分析软件，帮助他们对这些数据进行分析，寻找植物生长的规律。此外，模型建立是AI的核心概念之一。在小学自然科学的学习中，学生可以尝试用简单的图形或图表，模拟某些自然现象，例如水的循环、食物链等。随后，通过基础的AI应用，如拖拽式编程工具，学生可以将这些模型变得更加动态，模拟真实的自然过程。例如，当学生学习太阳对植物生长的影响时，他们可以使用简单的AI模型来模拟太阳在不同时间、不同角度下对植物生长的影响，从而更直观地理解相关的科学原理。

（三）与艺术的融合：创意设计、AI艺术创作等

在艺术与AI的交汇点上，孩子们不仅可以体验到技术的魅力，还能更加深入地挖掘自己的创意潜力。小学阶段正是孩子们想象力丰富、好奇心旺盛的时期，因此，与AI结合的艺术教育可以为他们提供一个全新的创作平台。首先，创意设计在艺术中占据着核心位置。在小学艺术课上，教师常鼓励学生们独自创作作品，如绘画或手工艺品。现在，有了AI的辅助，他们可以使用简单的设计软件，如拖拽式的图形设计工具，来实现自己的创意。例如，设计一个自己心目中的理想家园，然后通过AI工具将它转化为一个动态的、三维的模型。此外，AI艺术创作为艺术创新提供了更广阔的空间。一些简单的AI程序可以帮助学生进行颜色匹配、自动生成图案等，让他们的作品更加独特和富有创意。例如，学生们可以输入自己喜欢的颜色或形状，然后由AI生成一个与之相匹配的艺术图案或设计。

四、结论

综上所述，本研究发现，AI技术为各学科提供了全新的教学工具和方法，帮助学生更加深入、直观地理解复杂的概念，同时也激发了他们的创新思维和实践能力。例如，在数学领域，算法思维和逻辑推理通过AI得到了更为生动的应用场景；在自然科学中，数据收集和模型建立则成为了连接理论与实践的桥梁；而在艺术领域，AI为创意设计和艺术创作带来了无限的可能性。同时，AI与学科的融合还促进了跨学科的交叉合作，使得知识更加全面、系统，有助于培养学生的综合性思维能力。不仅如此，AI的引入也提高了学习的实用性和趣味性，使教学更加与时俱进、生动有趣。总的来说，AI与多学科的成功融合为教育领域开辟了新的疆域，为现代教育带来了革命性的变革，也为未来的学习模式提供了有力的支撑。

参考文献：

[1]尹慧荣,谢颖洁.人工智能时代跨学科教学的内涵、困境与破解路径[J].教育信息技术,2023(09):61-64.

[2]唐燕南.小学人工智能跨学科教学实践与探索——以“智能循线小车”为例[J].安徽教育科研,2023(25):71-73+70.