论文观点 || AI赋能小学科学“四思·四层”生态系统的校本建构

当人工智能已经能即时生成知识、完成常规推演，科学教育真正要回答的问题就变了：从「记住什么」转向「能想什么、能做什么」。

但很多学校的第一反应，是把 AI 用在课件和演示上。我们三年校本实践得出的判断恰好相反：技术越容易拿到答案，课堂越要把重心放回思维过程本身。

这篇不谈工具清单，只拆一件事：一套让高阶思维有地方生长的生态，究竟怎么搭起来。

真正的痛点不是设备不够，是教育生态链上的要素没有连起来。把它拆开看，是三处失衡：

理论支点是思维型教学理论：教学的核心活动是思维。AI 在这条链上能做的事很具体——用反常现象制造认知失衡，用多模态资源提供脚手架，用数据回溯把隐性思维显性化，用变式情境拓宽迁移。

但它始终是思维的外化脚手架与镜像，不是思维本身。缺少明确的问题设计和思维任务，技术只会把「动手多、动脑少」放大一遍。

借鉴布朗芬布伦纳人类发展生态学的视角，我们把科学教育看成一个核心层与保障层嵌套、并持续与外部环境交换资源的生态系统，这就是「四思·四层」。

图 1　四思·四层生态系统模型

关键在于：四层不是四个并列的特色项目，而是一条资源输入 → 实践反馈 → 认知深化的闭环。空间给场域，课堂提炼方法，活动检验并拓展成果，保障层把资源和动力送回来。

AI 的位置更关键——它不作为第五层存在，而是贯穿四层的神经中枢，承担感知、分析、反馈与连接，让各层从人工衔接转向智能联动。

思·探｜让问题先有地方长出来

「问题树」墙面鼓励学生把日常疑问写成便签，科普广播每周播报校园科学新闻。学校对提问做周期性整理，借助人工智能聚类生成校园问题图谱，并对高频问题生成追问提示，比如「你的猜测能用什么证据来检验？」

课堂外，花园是植物观察区，孔雀园成了动物实验区；传感器记录温度、湿度、光照，由 AI 整理成可视化图表。零散的好奇心，被攒成可以不断追问的问题链。

思·融｜一节课怎么从「讲现象」改成「用现象」

图 2　「思·融」课堂三阶教学范式

以《产生泡泡的秘密》为例。小苏打与白醋是情境锚点，教师用反应容器外壁温度的反常变化制造「原有经验解释不了」的失衡；学生记录气泡、瓶壁变凉，形成观察、记录、证据梳理的证据链。

此时 AI 采集数据、生成图表并标记异常值，把「变量控制是否严谨」「数据记录是否规范」这类内隐要求，变成看得见的反馈，提示学生复核或重测。

最后交给变式任务：检验气体是否为二氧化碳、剩下的液体是否仍为白醋，再延伸到自制柠檬汽水、「为什么汽水开瓶后会冒泡」。迁移不是多做几道题，是同一个概念在不同情境里被反复叫醒。

思·创｜从观察到工程，再到跨学科

校园笔记里，学生用形色、识花君等工具辅助辨识，把定性描述转成数据；科技节「求是挑战赛」的纸结构承重、鸡蛋撞地球防震装置，走的是设计、制作、测试、优化的完整流程，AI 虚拟实验室在论证环节提供受力模拟与方案对比，让迭代从「做坏了再改」走向「想清楚了再做」。

「小孔雀跨学科奇妙秀」则把一只孔雀变成多学科的共同对象：科学做生态观察、语文写观察日记、数学探究羽毛对称、美术做线描写生，AI 充当跨学科信息整合枢纽。

思·协｜把家校社接进系统，而不只是请来听讲座

中医家长开《穴位与人体结构》，工程师家长带简易机器人，「家庭科学实验室」把探究放进生活；社会上，流动科学馆进校园、佛灵湖做生态观察基地、寮步豆酱厂看黄豆发酵，光电研究院工程师结合「发光孔雀模型」把光学原理变成可操作项目。

真正让这四层转起来的，是机制：空间使用记录、课堂探究数据、活动成果与家庭参与情况汇成学生思维成长档案，学校由此从被动的资源供给者，变成能及时发现联动阻滞的生态调节者。

近三年学生累计获国家级奖项 4 项、省级 55 项、市级 98 项，其中工程实践类占比高，与「思·创」活动的工程流程高度契合。教师侧同步长出 3 门校本课程、5节思维型教学课例，6 篇论文与设计在市级以上评选中获奖。

数据说明：以上均来自学校三年校本实践统计与市统测反馈，原始表述见作者相关研究成果，此处未作推算或外推。

教师从知识传授者变成生态培育者，家长从旁观者变成共育伙伴，学生从参与者变成生态建构者。当课堂思维训练、实践创新、学校小生态与社会大生态互相支撑，敢质疑、善思考、乐创造才会成为一群人的群体特质，而不是几句口号。

如果你也在推进「AI＋科学教育」，不妨先画一张图：学生的思维，究竟在哪一层被卡住？想清楚这个，再决定要不要上 AI、上在哪一环。这比选哪款工具重要得多。

本文系项目1：教育部学校规划建设发展中心重点课题《《基于人工智能的“问思研创”精准教学模式研究》（编号：CSDP26LF8B426）；项目2：广东省中小学科学教育指导中心2025年度一般课题《基于共同体的小学科学“5+N”镇域教研课程的开发研究》（编号：GD25KJZ15）；项目3：东莞市教育科研2025年度规划专项类课题《基于现象的小学科学“思维课堂”建构与实践研究》（编号：2025PZ98）的项目研究成果。

     李定宇.AI赋能小学科学“四思·四层”生态系统的校本建构——指向高阶思维培养的实践探索[N].2026-09-22(B042).

 14.《湖北教育》（科学课）：校园笔记的跨学科实践

      16.《广东教育》（综合）：探索教育的生长之力

      17.《广东教育》（综合）：生长教育：小学教育生态改革的创新路径

      18.《湖北教育》（科学课） ：基于现象教学的方法论证课实践