观塘玛利诺书院以AI生成模拟实验器 科学理论具象化提升学习兴趣

撰文: 卢劲扬 彭彦怡
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特区政府于《施政报告2024》提出成立“数字教育策略发展督导委员会”,推动数字教育,并更新初中科学科课程,支援教师使用人工智能教学,亦于《施政报告2025》宣布拨款20亿元支援中小学推动数字教育。

观塘玛利诺书院已经第二年推行AI入课,其中科学科目引入以AI生成的科学实验模拟器,使学生在进行真实的实验之前,能够预先体验实验重点。以“化学浓度与温度反应”为例,学生可以任意调节各项变数,以观察液体颜色变化,再检视现实实验结果是否与模拟实验相符。该校化学科教师张舜剀博士指出,AI容许学生在近乎无成本及无风险的前提下进行多次实验,学生亦可透过AI预测实验结果、深化对科学原理的理解。他又提到,AI将抽象的科学原理及数据具象化,一样有助学生理解。

观塘玛利诺书院的科学科目以AI生成的模拟器供学生进行模拟实验,将抽象数据具象化(Visualization),再配合真实实验,大幅提升学生的学习体验与成效。(夏家朗摄)

模拟实验容许反复尝试 突破资源及课时限制

相比传统教学,模拟实验有多项优势。以上述“化学浓度与温度反应”实验为例,受限于课堂时间及资源,过往学生一般只能进行一次实验,不能反复尝试,无法比较不同实验条件。模拟实验则能调整各项变数,变相进行多次实验,同时学生亦可先用模拟器预测结果,最后进行真实实验来验证准确性,学生可亲自探索不同条件下的细微差异。

另外以“空气阻力与跳伞”为例,传统做法会将小型降伞从学校高处掷落地面测试,同样碍于资源及时间,学生只有一次机会尝试,若计算错误或操作不当,实验便告失败,无法再次进行实验。透过使用模拟实验,学生能多次调整变数,如掷下物的重量、空气阻力、高度等,掌握各项变数之间的关系后,才进行真实实验。模拟实验更能即时显示数据如速度及高度,让原本只能以肉眼观察的过程变成实在的数字。

张舜剀老师又提到,模拟器的具象化效果对于学生学习的帮助很大。(夏家朗摄)

具象化提升学习兴趣 学生用AI辅助学习

张老师指,模拟实验的具象化效果对学生帮助很大,特别是学校是男校,男孩子对于动画的视觉效果反应较大,学习兴趣明显提升。在备课阶段,教师可以将教科书的内容变成图像,让学生更易理解抽象原理。

观塘玛利诺书院的学生亦认为,模拟实验比起课本文字更加生动,有助他们记住知识。另外,模拟实验可以调整现实中难以控制的参数,并即时看到结果,模拟器的即时回应有助验证假设。他们又提到,日常学习也会应用AI,例如向AI持续发问及对话,帮助厘清概念,或是以AI生成温习笔记、针对个人弱项生成练习题、及将答案交由AI批改并提供题解等。

AI促进学生“三角互证” 加快学习进程

观塘玛利诺书院校长冼雅琳认为,AI发展是大势所趋,如同当年互网际网推出,重点是引导学生善用,而非禁止。(夏家朗摄)

冼雅琳校长提到,“传统科学教学流程是‘实验、数据、分析’,现在AI就做多一步,提供多角度分析,甚至可进行‘三角互证’(Triangulation),科技的进步确令有志从事研究的学生加快学习进程”。

就学校应用AI的策略,她强调AI发展是大势所趋,如同当年互联网推出,重点是引导学生善用,而非禁止。在学校应用AI的最大挑战是确保内容的准确性,学生需懂得判断AI资讯的真伪。学校的三年发展计划有包括推广AI应用,上学年是酝酿期,包括教师培训与内部分享。目前进入第二年,已逐步将AI应用于课堂如科学科,内容涵盖了资料搜集、内容组织及课前预习。未来学校会持续善用资源,与大学合作课程进行专业发展。教师亦会协力开发AI教材,建立共享资源库,期望将氛围延伸至学生,形成共同探究的学习文化。