「智」為學理新篇章：AI如何引發初中物理、化學、生物課堂革命
- Ting Hin Pun
- 7月15日
- 讀畢需時 6 分鐘
香港教育局近年積極推動STEM教育與人工智慧(AI)的融合，其中「『智』為學理」撥款計畫正是這股浪潮中的關鍵舉措。該計劃旨在資助初中科學科教師，將AI工具與生成式AI (GenAI) 融入日常教學，徹底改變傳統課堂的互動模式與效率。雖然計畫的申請階段已經結束，但對於已獲得撥款或期望走在教育改革前沿的學校而言，真正的挑戰才剛剛開始：如何將這筆資源轉化為學生實實在在的學習成果？
本文將深入探討AI在「『智』為學理」撥款計畫下初中科學三大核心科目－物理、化學及生物中的具體應用場景，並結合香港初中科學課程綱要，提供即時可行的「『智』為學理」教學設計思路，助您將AI從一個抽象概念，變為點燃學生好奇心、提升教學效率的強大引擎。
「『智』為學理」物理科 (Physics)：化抽象化為直觀的「超能力」
初中物理涉及大量抽象概念，如力、能量、電磁等，學生往往難以單靠想像來理解。AI的強大視覺化與模擬能力，正能彌補這一教學難題。
「『智』為學理」課程主題範例： 光、顏色與光譜 (Light, Colours and Beyond) / 力與運動 (Force and Motion)
AI備課應用：5分鐘產生互動教案與模擬場景
情境化習題生成： 教師可向ChatGPT或類似的GenAI工具下達指令：「請為中二級學生設計5條關於『光的折射』的情境應用題，需包含日常生活例子（如筷子在水中看似折斷、泳池看起來比實際淺），並提供詳盡解釋。」AI能迅速生成創意且貼近生活的題目，泳池看起來比實際淺備題目。
圖片與動畫生成： 在講解牛頓運動定律時，教師可使用AI圖像生成工具（如Midjourney）創作「火箭升空時的作用力與反作用力」示意圖，或利用AI動畫工具產生「不同摩擦力下木塊的運動」短片，將抽象的物理定律轉化為生動的視覺教材。
「『智』為學理」AI課堂活動：人人動手的虛擬實驗室
互動式物理模擬： 利用PhET、Algodoo等AI驅動的模擬平台，學生可以在平板電腦上安全地進行各種物理實驗。 例如，在學習電路時，學生可以自由拖曳電阻、燈泡等元件，即時觀察電流和電壓的變化，甚至模擬短路情況，而無需擔心儀器損耗或危險。
AR增強現實實驗： 透過支援AR的應用程序，學生只需用手機掃描課本上的凸透鏡圖案，屏幕上就會出現虛擬的蠟燭和光線。
學生可以隨意移動蠟燭，即時觀察成像的變化，親手探索物距與像距的關係，極大加深了對成像原理的理解。
「『智』為學理」化學科 (Chemistry)：解構微觀世界的「分子眼鏡」
化學涉及肉眼無法觀察的原子、分子互動，化學反應的平衡與條件也相當複雜。 AI能幫助學生「看見」微觀世界，並有效率地處理實驗數據。
「『智』為學理」課程主題範例： 酸和鹼 (Acids and Alkalis) / 金屬 (Metals)
AI備課應用：智慧化的資源整合與評估
產生實驗安全指引： 教師可指令AI：「為中三學生設計一份『金屬與酸反應』的實驗步驟及安全守則，需特別強調處理腐蝕性液體的注意事項。」AI能快速產生一份全面且條理清晰的指引。
建構概念圖與評估題目： AI能協助教師快速建立如「酸鹼中和反應」的概念關係圖，並根據布盧姆分類學（Bloom's Taxonomy）設計不同認知層次的評估題目，從記憶、理解到應用、分析，實現個人化評估。
「『智』為學理」AI課堂活動：從數據分析到模型建構
AI輔助數據分析： 在進行酸鹼滴定等需要精確測量的實驗後，學生可將收集到的數據輸入AI數據分析工具。 AI能協助繪製滴定曲線、找出等當點，並分析潛在的實驗誤差，讓學生更專注於理解數據背後的化學原理。
建構與評估科學模式： 這是教育局在「『智』為學理」中，特別推薦的AI應用模式之一。學生可以利用AI工具，根據化學鍵理論建構不同的分子模型（如水、二氧化碳），AI可以即時回饋模型的穩定性與正確性，讓學生在互動中深化對分子結構的理解。
在「『智』為學理」撥款計畫下，AI工具的應用與推薦：
教學單元 | AI工具推薦 | 教學成效 |
原子結構 | Nano Simbox VR | 可互動觀察電子雲分配 |
化學鍵 | MolView+AI校驗功能 | 即時分子結構正確性回饋 |
反應速率 | Labster虛擬實驗平台 | 安全模擬危險性實驗 |
Labster虛擬實驗平台 |
「『智』為學理」生物科 (Biology)：探索生命奧秘的「智慧放大鏡」
從細胞結構到生態系統，生物學充滿了複雜的系統和過程。 AI能以多元的方式呈現生命科學的奇妙，並激發學生的探究精神。
「『智』為學理」課程主題範例： 細胞、組織、器官和系統 (Cells, Tissues, Organs and Systems) / 攝食與消化 (Nutrition and Digestion)
AI備課應用：打造個人化的學習資源庫
產生多樣化教材：教師可以要求AI：「用一個生動的比喻（例如城市運作），向中一學生解釋人體消化系統各器官（口腔、胃、小腸、大腸）的功能和協作關係。」AI 能將復雜的知識轉化為易於吸收的故事或類比，提升學習趣味。
設計探究式學習藍圖： 運用教育局所提倡的「PACI」教學架構（Problem, AI, Collaboration, Innovation），教師可讓AI協助設計一個探究項目，例如：「設計一個探究『不同光照強度對光合作用速率影響』的實驗方案，並列出可用的AI資料記錄和分析工具。
「『智』為學理」AI課堂活動：人人都是科學研究員
AI產生獨特生物圖像： 傳統課本的細胞圖一式一樣，教師可指導學生使用AI繪圖工具，根據指令「一個充滿線粒體的肌肉細胞」、「一個正在進行光合作用的植物葉綠體」，生成獨一無二的科學插圖，並在課堂上分享和解釋自己的作品。
AI輔助科學文獻閱讀： 教師可以提供一篇簡化的科學新聞或文章（例如關於基因編輯技術CRISPR），讓學生利用AI工具輔助閱讀，AI可以協助解釋專業術語、總結文章重點，甚至比較不同觀點，培養學生的批判性思維與信息素養。
Creato Academy：您實踐AI教學的最佳夥伴
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我們自2023年底起，已為眾多中學生、大學教授及教學助理提供專業的GenAI培訓。針對教育局的「『智』為學理」撥款計劃，我們精心設計了 「AI for Science Education」專業發展課程，旨在將今日的理念，化為明日課堂的現實。
我們的課程特色：
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緊貼本地需求： 課程內容緊扣香港科學課程標準，並可提供在地化的LLM模式校園部署服務，嚴格遵循教育局的安全與倫理指引。
人工智慧正以前所未有的方式重塑教育。「『智』為學理」撥款計畫為香港的科學教育打開了一扇通往未來的大門。無論您的學校是否已參與計劃，現在都是啟動AI教學旅程的最佳時機。
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