一、引言

《义务教育科学课程标准(2022年版)》明确将科学思维作为核心素养的重要组成部分，强调要通过多样化教学活动，引导学生形成科学的思维方式，提升模型建构、推理论证等核心能力。思维可视化作为将学生内在思维过程与结果显性化、直观化的有效手段，能够破解小学科学教学中抽象概念难理解、学生思维难捕捉、教学指导难精准等痛点，成为落实新课标要求的重要教学方式。当前，思维可视化“说画演建”策略在小学科学教学中逐步推广，但在实践过程中，仍面临诸多现实困境：部分教师对思维可视化的实施要领把握不足，难以针对性设计教学活动；教学资源匮乏，无法为“画思维”“建模型”等环节提供充足支撑；对学生思维表现的评估多依赖教师主观判断，缺乏精准化、数据化的评价依据。

AI 数智教研员作为依托人工智能技术打造的专业教学辅助载体，具备智能分析、资源整合、精准指导、效果评估等核心优势，能够精准对接小学科学思维可视化教学的需求，为“说画演建”策略的高效实施提供全方位支撑。与传统教研指导相比，AI 数智教研员可依托大数据分析学生的思维表现数据，为教师提供个性化的教学改进建议；可整合优质教学资源，丰富“画思维”“建模型”的素材供给；可实时跟踪学生思维发展动态，实现对思维可视化教学效果的精准评估。基于此，本文结合小学科学教学实际，探索 AI 数智教研员赋能下“说画演建”策略的实践路径，以期为小学科学思维可视化教学的优化升级提供新的思路与实践参考。

二、核心概念内涵及相互关系辨析

（一）核心概念内涵界定

思维可视化是指运用多样化教学方法或借助科学技术，将学生在科学学习中的思维过程、思考方式、思维结果转化为图像、语言、模型、情境等直观化形式，使抽象思维显性化、具象化的过程。在小学科学教学中，思维可视化的核心目标是帮助学生理解抽象科学概念、梳理探究思路、提升科学思维能力，其核心实施策略为“说画演建”，涵盖语言表达、绘画呈现、情境演绎、模型建构四大维度，贴合小学生形象思维为主的认知特点。

AI 数智教研员是人工智能技术与小学教研深度融合的产物，是为小学教师提供教学指导、资源支撑、效果评估的智能辅助工具。其核心优势在于，能够依托大数据技术采集、分析学生在思维可视化教学中的各类表现数据，包括“说思维”的语言表达逻辑、“画思维”的作品创意、“演思维”的情境呈现效果、“建模型”的成果质量等，为教师提供精准的教研指导建议；同时，可整合海量优质教学资源，为“画思维”“建模型”等环节提供素材支撑，还能实时跟踪教学过程，对思维可视化教学效果进行全面、客观的评估，弥补传统教研的不足。

小学科学教学以培养学生科学兴趣、科学思维和核心素养为核心目标，注重引导学生通过探究、实践等方式理解科学知识、掌握科学方法。思维可视化是落实这一目标的重要路径，而 AI 数智教研员则为思维可视化教学的高效实施提供了技术赋能与专业保障，三者相互支撑、协同共生，共同服务于小学教学质量的提升与学生核心素养的发展。

（二）三者的相互关系辨析

首先，思维可视化与小学科学教学是相互适配、协同共进的关系。思维可视化贴合小学科学教学的学科特点与小学生的认知规律，能够将抽象的科学概念、复杂的探究过程转化为学生易于理解、感知的形式，破解小学科学教学的难点，提升教学的趣味性与实效性；而小学科学教学为思维可视化提供了具体的应用场景，明确了思维可视化的实施方向与核心目标，推动思维可视化从理论走向实践。

其次，AI 数智教研员为思维可视化与小学教学的深度融合提供技术支撑与专业保障。AI 数智教研员能够精准捕捉思维可视化教学中的痛点与难点，为教师实施“说画演建”策略提供个性化指导，帮助教师优化教学设计；能够整合优质教学资源，丰富思维可视化教学的素材供给，提升“画思维”“建模型”等环节的实施质量；能够通过大数据分析，对学生的思维发展动态进行实时跟踪，为思维可视化教学效果评估提供数据支撑，推动教学改进与优化。

最后，三者协同的核心目标是落实小学科学核心素养目标。以小学科学教学为场景载体，以思维可视化“说画演建”策略为实施路径，以 AI 数智教研员为技术与专业支撑，推动三者深度融合，既能破解小学科学教学的现实困境，提升教学质量，也能有效培养学生的科学思维、探究能力与创新意识，助力学生核心素养的全面提升。

三、当前小学科学思维可视化教学的实施难点

在小学科学教学实践中，思维可视化“说画演建”策略虽已逐步推广，但受教师专业能力、教学资源、评估方式等因素的制约，仍面临诸多实施难点，具体体现在以下三个方面。

一是教师专业能力不足，教学指导缺乏针对性。部分小学科学教师对思维可视化的内涵理解不深入，对“说画演建”四大策略的实施要领把握不准，在设计教学活动时，难以结合教学内容与学生认知特点，针对性引导学生开展“说思维”“画思维”等活动；同时，教师缺乏对学生思维表现的精准分析能力，无法根据学生的思维特点，提供个性化的指导建议，导致思维可视化教学效果大打折扣。

二是教学资源匮乏，难以支撑策略落地实施。“画思维”“建模型”等环节需要丰富的教学资源作为支撑，包括绘画素材、建模工具、案例参考等，但当前部分小学缺乏相关教学资源，教师难以获取优质的素材与工具，导致“画思维”环节学生作品形式单一、创意不足，“建模型”环节难以开展数字建模、数学建模等多样化活动，限制了思维可视化教学的深度与广度。

三是评估方式单一，效果评估缺乏精准性。当前对思维可视化教学效果的评估多依赖教师的主观判断，主要通过观察学生的课堂表现、查看学生的作品成果等方式进行，缺乏客观、数据化的评估依据；同时，评估内容较为片面，多聚焦于学生的思维结果，忽视了对学生思维过程的跟踪与评估，无法全面、精准把握学生的思维发展动态，也难以针对性提出教学改进建议。

四、AI 数智教研员赋能下“说画演建”策略的实践路径

破解当前小学科学思维可视化教学的实施难点，需充分发挥 AI 数智教研员的智能分析、资源整合、精准指导、效果评估优势，结合“说画演建”四大策略，优化教学实施路径，推动思维可视化教学提质增效。

（一）赋能“说思维”：智能分析，精准优化语言表达路径

“说思维”是学生通过语言描述展现思维路径、再现探究过程的重要方式，核心是引导学生清晰、有条理地表达对科学知识的理解、探究过程的设计与结论的推理。AI 数智教研员可从教学指导、过程跟踪、效果优化三个维度，为“说思维”环节提供精准赋能。

在教学准备阶段，AI 数智教研员可根据教学内容，为教师提供“说思维”环节的教学设计建议，包括提问设计、引导话术、评价标准等，帮助教师明确教学重点与引导方向。例如，在教科版小学科学五年级上册“地球的结构”一课教学中，AI 数智教研员可结合课程标准与学生认知特点，为教师推荐针对性的提问方式，引导学生结合生活经验，描述自己对地球内部结构的认知，同时提供评价标准，明确“说思维”的核心评价维度，包括语言逻辑性、知识准确性、结合生活实际的合理性等。

在课堂实施阶段，AI 数智教研员可实时采集学生“说思维”的语言数据，通过智能分析，精准捕捉学生的思维亮点与不足，为教师提供实时指导建议。例如，当学生在描述地球内部结构时，出现概念混淆、逻辑混乱等问题，AI 数智教研员可及时提醒教师，并提供针对性的引导话术，帮助学生梳理思维路径，规范语言表达；对于表现优秀的学生，AI 数智教研员可自动生成表扬建议，强化学生的学习成就感。

在课后总结阶段，AI 数智教研员可对学生“说思维”的整体表现进行大数据分析，生成班级与个人的思维表现报告，明确学生在语言表达、思维逻辑、知识理解等方面的优势与不足，为教师提供教学改进建议，同时为学生提供个性化的提升指导，帮助学生优化语言表达能力，提升思维的逻辑性与条理性。此外，AI 数智教研员还可整合优质的“说思维”案例，供教师与学生参考学习，丰富教学与学习素材。

（二）赋能“画思维”：资源整合，丰富艺术化呈现形式

“画思维”是学生通过绘画、思维导图等形式，艺术化呈现科学思维过程与结果的方式，能够培养学生的创新思维与审美能力，帮助学生构建系统的科学知识体系。AI 数智教研员可通过资源整合、智能指导、作品评价等方式，为“画思维”环节赋能，丰富呈现形式，提升作品质量。

在资源供给方面，AI 数智教研员可整合海量优质的教学资源，包括科学绘画素材、思维导图模板、优秀作品案例等，供教师与学生免费使用。例如，在教科版小学科学五年级下册“设计和制作生态瓶”一课教学中，AI 数智教研员可根据教学需求，为学生提供生态系统相关的绘画素材、生态瓶设计模板，以及优秀的学生绘画作品案例，帮助学生拓宽创作思路，提升绘画表征的准确性与创意性；同时，AI 数智教研员还可推荐适合小学生使用的绘画软件、思维导图制作工具，如MindMaster、画图工具等，为学生开展数字化“画思维”活动提供技术支撑。

在课堂指导阶段，AI 数智教研员可结合学生的绘画、思维导图作品，为教师提供针对性的指导建议，帮助教师引导学生优化作品。例如，当学生在绘制生态瓶设计图时，出现生物与非生物搭配不合理、结构设计不科学等问题，AI 数智教研员可通过智能分析，识别问题所在，并为教师提供引导建议，帮助学生修正不足；对于思维导图制作中存在的逻辑混乱、重点不突出等问题，AI 数智教研员可提供优化模板与修改建议，帮助学生梳理知识逻辑，提升思维导图的质量。

在作品评价阶段，AI 数智教研员可建立多元化的评价体系，从创意性、科学性、逻辑性、美观性等维度，对学生的作品进行智能评分与点评，生成个性化的评价报告。同时，AI 数智教研员可将学生的优秀作品进行整理、分类，构建校园内的思维可视化作品资源库，供全校师生参考学习，营造良好的教学氛围，激发学生的创作热情。

（三）赋能“演思维”：情境优化，强化思维情境化再现效果

“演思维”是学生通过科普剧、科学推演等方式，情境化再现思维过程的方式，能够让学生在沉浸式体验中深化对科学知识的理解，提升合作能力与创新思维。AI 数智教研员可从剧本设计、情境优化、效果评估三个方面，为“演思维”环节提供精准赋能。

在剧本设计阶段，AI 数智教研员可根据教学内容，为教师与学生提供科普剧剧本模板、科学推演思路，帮助学生明确表演主题与核心内容。例如，在教科版小学科学五年级下册“食物链和食物网”一课教学中，AI 数智教研员可结合课程核心知识点，提供“食物网模拟扮演”的剧本模板，明确角色分配、剧情设计、核心台词等，同时提供科学推演的思路与方法，引导学生结合所学知识，设计科学合理的推演流程，确保“演思维”环节贴合教学目标。

在课堂实施阶段，AI 数智教研员可实时跟踪学生的表演与推演过程，通过智能分析，识别情境呈现中的亮点与不足，为教师提供实时指导建议。例如，在“食物网模拟扮演”活动中，若学生对生物角色的作用理解不透彻、情境呈现不生动，AI 数智教研员可及时提醒教师，并提供优化建议，帮助学生调整表演方式，强化情境的科学性与趣味性；在科学推演环节，若学生出现推理逻辑混乱、结论错误等问题，AI 数智教研员可提供针对性的引导，帮助学生梳理推理思路，确保推演过程的科学性与逻辑性。

在效果评估阶段，AI 数智教研员可结合学生的表演表现、推演过程与结果，从科学性、趣味性、合作性、思维逻辑性等维度，进行全面评估，生成评估报告。同时，AI 数智教研员可整合优质的科普剧表演、科学推演案例，供教师与学生参考学习，帮助学生提升“演思维”的能力，强化思维情境化再现的效果。此外，AI 数智教研员还可根据学生的表现，为教师提供教学改进建议，优化后续“演思维”环节的教学设计。

（四）赋能“模型建构”：技术支撑，推动思维成果物化落地

“模型建构”是学生通过数字建模、数学建模等方式，物化思维成果的重要方式，能够帮助学生将抽象的科学概念与原理具象化，提升空间思维与实践能力。AI 数智教研员可通过技术指导、资源支撑、效果优化等方式，为“模型建构”环节赋能，推动思维成果高效物化。

在技术指导阶段，AI 数智教研员可根据学生的认知特点，为教师与学生提供数字建模、数学建模的操作指导，包括软件使用教程、建模方法技巧等。例如，在教科版小学科学五年级上册“地球的结构”一课教学中，AI 数智教研员可提供 Microsoft Visio 软件的操作教程，引导学生运用该软件绘制地球内部结构图解；在教科版小学科学六年级下册“八颗行星”一课教学中，AI 数智教研员可提供数学建模的方法指导，帮助学生处理行星与太阳距离的数据，掌握比例缩小、数据换算的技巧，顺利完成行星位置关系模型的建构。同时，AI 数智教研员可实时解答学生在建模过程中遇到的技术难题，为学生提供个性化的指导建议。

在资源支撑阶段，AI 数智教研员可整合建模相关的资源，包括建模软件、数据素材、优秀模型案例等，供教师与学生使用。例如，为学生提供3Done绘图软件的免费使用权限，以及小船、行星等相关的建模素材；整合优质的数字建模、数学建模案例，供学生参考学习，拓宽建模思路，提升建模质量。此外，AI 数智教研员还可根据教学内容，为教师提供模型建构环节的教学设计建议，帮助教师明确教学重点与引导方向，确保建模环节顺利实施。

在效果优化阶段，AI 数智教研员可对学生的模型成果进行智能分析，从科学性、准确性、创新性、实用性等维度进行评估，生成个性化的评价报告，指出模型存在的不足与改进建议。同时，AI 数智教研员可将学生的优秀模型成果进行整理、展示，构建模型成果资源库，供全校师生参考学习；还可根据学生的建模表现，为教师提供教学改进建议，优化模型建构环节的教学设计，推动学生思维成果的高效物化，提升学生的实践能力与空间思维能力。

五、结语

思维可视化“说画演建”策略是小学科学教学中培养学生科学思维、落实核心素养目标的有效路径，而 AI 数智教研员作为数字化教学赋能的新型载体，为思维可视化教学的高效实施提供了技术支撑与专业保障。AI 数智教研员能够精准对接“说画演建”四大策略的实施需求，通过智能分析、资源整合、精准指导、效果评估等优势，破解当前小学科学思维可视化教学中教师专业能力不足、教学资源匮乏、评估方式单一等难点，推动教学提质增效。

未来，小学科学教学应进一步加强人工智能技术与思维可视化教学的深度融合，充分发挥 AI 数智教研员的赋能作用，不断优化“说画演建”策略的实施路径，结合教学内容与学生认知特点，设计更具针对性、趣味性、实效性的教学活动。同时，要加强对教师的培训，提升教师运用 AI 数智教研员开展思维可视化教学的能力，推动教师教学理念与教学方式的升级。此外，还应加强校际交流与合作，分享 AI 数智教研员赋能思维可视化教学的实践经验，推广优秀教学案例，共同破解教学实践中的共性难题，推动小学科学教育高质量发展，助力学生科学思维与核心素养的全面提升。随着人工智能技术的不断发展，AI 数智教研员的功能将不断优化完善，其在小学科学思维可视化教学中的应用前景将更加广阔，为小学科学教育数字化转型注入新的动能。