人工智能視域下的初中物理跨學科教學

【摘要】在物理跨學科教學設計中引入人工智能教育機制，教師要有將其融合和對接的意識，結(jié)合學生學習環(huán)境條件展開對應設計，推出更多人工智能跨學科教學活動，從而給學生提供專業(yè)學習的機會，也能夠大幅度提升其學習效率。在物理學科教學中成功引入人工智能助學機制，無疑能夠開闊學生學習視野，豐富學習內(nèi)容，提升學習效率。

【關(guān)鍵詞】初中物理；人工智能；跨學科；教學策略

初中物理跨學科實踐課程的設計和實施，教師要發(fā)揮主導作用，特別是人工智能的科學應用，不僅為跨學科教學組織帶來更多契機，還能夠及時喚醒學生學科思維，在主動探索中建立學科核心能力。教師借助多種教學資源，創(chuàng)設人工智能跨學科教學情境、組織人工智能跨學科教學活動、展開人工智能跨學科教學評價、延伸人工智能跨學科教學訓練，都能夠為學生帶來更多學習體驗機會，這對全面培養(yǎng)學生學科綜合能力有積極輔助作用。

一、梳理學科資料，創(chuàng)設人工智能跨學科教學情境

教師深度分析教材內(nèi)容，利用人工智能手段創(chuàng)設教學情境，能讓學生感知體驗更為豐富，助學效果更為顯著。特別是跨學科教學設計，能夠調(diào)動學生學科思維，教師借助媒體、手機、大數(shù)據(jù)、計算機、知識圖譜等人工智能展開教學設計，無疑能夠?qū)W生感官帶來一定沖擊。

1.生成跨學科教學資源

物理教學跨界信vS9LHskmV7Tp8C1GIEIgufHZHmTnl8m2XZnXTmLYXRc=息科技、化學、藝術(shù)、語文等學科，其實現(xiàn)途徑無疑是借助了人工智能手段，對相關(guān)信息素材進行整合、深化、拓展處理，為物理學科教學帶來更多契機。人工智能助力學科教學已經(jīng)成為自然選擇，媒體展示、網(wǎng)絡交互、圖譜識別、大數(shù)據(jù)、語音識別等，這些輔學手段在物理教學、物理實驗、物理研究中有廣泛應用，教師有意識地整合跨學科教學資源，組織學生展開人工智能手段的學習應用，學生感知體驗更為豐滿，學習效率大幅度提升。

如教學八年級物理“聲音的特性”，教師引導學生閱讀教材內(nèi)容，了解一些物理概念，如振幅、響度、頻率、赫茲等，讓學生對聲音特性有了全新的了解。隨后教師拿出一面小銅鑼和一面小鼓，現(xiàn)場擊打這些樂器，課堂內(nèi)頓時熱鬧起來。學生紛紛操控這些樂器，教師組織學生展開分辨行動，對樂音和噪音進行分辨和判斷。為強化學生學習體驗，教師播放多種樂器演奏的歌曲，讓學生了解打擊樂、弦樂、管樂的特點。學生對樂音和樂器比較敏感，教師以此展開教學引導，讓學生親自操作，分辨聲音的特性，由此形成的學習體驗更為深刻。教師有意識地將物理和音樂學科進行融合設計，利用媒體播放樂器演奏歌曲，將學生帶入特定學習情境之中。跨學科和人工智能輔學手段的科學融合，成功調(diào)動學生學習主動性。

2.設計跨學科學習情境

人工智能應用的學科教學，教師需要科學合理地整合人工智能教學條件，結(jié)合學生認知展開教學設計，讓更多學生自然進入到學科探索環(huán)節(jié)，在主動交流中形成學科核心能力。知識圖譜展示、物理實驗設計、網(wǎng)絡信息搜集等，都與人工智能手段應用分不開，學生對人工智能有強烈需求，也能夠順利接納人工智能相關(guān)內(nèi)容，教師利用媒體手段、智能手機、現(xiàn)場實驗、網(wǎng)絡搜集等教學設計，引導學生進入人工智能探索環(huán)節(jié)，其助學效果更為顯著。

在教學“運動的快慢”這部分內(nèi)容時，教師利用多媒體播放學校運動會實況視頻。在短跑場面展示時，教師引導學生展開細致觀察，做出準確判斷，再具體說說自己的判斷依據(jù)。學生對短跑比賽比較熟悉，會關(guān)注運動快和慢的現(xiàn)象，教師提出具體的觀察要求，學生根據(jù)觀察做出快慢的判斷，對運動快慢概念有了全新理解。教師引導學生閱讀教材資料，對一些物體運動速度有了客觀了解，進一步建立運動快慢的概念。在這個教學案例中，教師將物理與體育進行對接設計，體現(xiàn)跨學科教學特征，特別是多媒體播放比賽視頻，這是典型的人工智能手段的運用，學生在具體觀察和討論中建立物理學科概念認知。學生對人工智能學習情境比較感興趣，教師適時運用媒體手段創(chuàng)設學習情境，成功調(diào)動學生學科思維。

二、開展物理實踐，組織人工智能跨學科教學活動

在物理實踐活動中，教師組織學生進行多種形式的展示、交流、識別、辯論等學習活動，利用更多學科知識進行助學設計，充分發(fā)揮人工智能手段的調(diào)動作用，將學生帶入特定學習情境之中，其訓練效果更為突出。

1.設定跨學科活動方案

物理是自然學科，其知識應用涉及化學、地理、信息技術(shù)等多種學科，教師主動引入跨學科教學機制，設計完善的活動方案，學生主動響應教師倡議，在跨學科學習中形成物理學科認知。信息科技手段的引入，這是最為典型的跨學科教學組織，學生對網(wǎng)絡、媒體、手機等人工智能手段比較熟悉，教師在學科教學活動組織時引入這些人工智能手段，學生感官觸動更為突出，自然會快速進入到學科探索行動之中。

如教學“汽化和液化”時，教師引導學生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)學生對“紙鍋燒水”小實驗比較感興趣。因為實驗材料比較好找，教師讓學生自行搜集實驗材料，現(xiàn)場進行實驗操作，歸結(jié)實驗結(jié)論。學生找到比較厚的紙張，做成一個盒子，在盒子里放入清水，將盒子放到火上，不久，盒子里的水開始沸騰起來。實驗進展比較順利，教師要求學生解讀實驗現(xiàn)象，歸結(jié)實驗結(jié)論。學生利用手機拍攝實驗過程，并將實驗視頻投放到家校互動平臺，讓更多家長觀看這些視頻，參與到實驗結(jié)論的討論活動之中。學生開始解讀實驗原理，教師組織學生展開互動評價活動，課堂研學氣氛逐漸形成。學生對操作實驗比較感興趣，教師鼓勵學生自行操作實驗，將實驗拍成視頻，這無疑是人工智能輔學手段的具體運用。

2.創(chuàng)新跨學科活動指導

教師借助人工智能手段進行輔學組織，要做好教情和學情分析，以提升教學活動組織效率。學生對跨學科學習活動比較感興趣，如信息搜集、網(wǎng)絡交互、思維導圖解讀、知識圖譜辨識等，都帶有跨學科教學的特質(zhì)，教師與學生一起探索和討論，借助人工智能手段展開深度交流，學生感知體驗更為深刻而廣泛。跨學科活動組織能夠創(chuàng)造更多探索契機，也能夠調(diào)動學生學習主動性，教師優(yōu)化創(chuàng)新跨學科活動設計，給予學生更多技術(shù)方面的指導，確保跨學科教學活動的順利啟動。

如教學“長度和時間的測量”時，教師先布設預習任務，要求學生借助網(wǎng)絡搜集測量長度和時間的專業(yè)工具和測量方法等相關(guān)信息，通過家校網(wǎng)絡交互平臺進行信息交互。學生對網(wǎng)絡信息搜集比較熟悉，教師任務下達后，家校網(wǎng)絡交互順利啟動。教師對學生提供信息進行評價和篩選，最終確定推薦方案，在課堂上展示這些圖片、案例信息，成功打開學生學習視野，順利啟動學生學科思維。在這個教學案例中，教師利用預習任務形式，將物理與信息科技學科融合到一起，學生回饋主動積極，訓練效果顯著。特別是信息技術(shù)的廣泛應用，這是人工智能教學的重要形式，學生接受度更高，學習習慣培養(yǎng)更為成功。跨學科教學設計與人工智能輔學手段的有機結(jié)合，為學生創(chuàng)造難得學習探索契機，教師需要根據(jù)學生學習訴求特點展開設計。

三、引入評價機制，提升人工智能跨學科教學品質(zhì)

跨學科教學本身具有融合性、拓展性，教師在教學設計環(huán)節(jié)融入人工智能機制，無疑能夠給學生帶來不一樣的學習體驗。多媒體、智能手機、軟件、模擬實驗等，都屬于人工智能教學手段，教師有意識地運用這些輔助手段，學生感知體驗更為深刻。

1.側(cè)重跨學科教學評價

課堂評價教學環(huán)節(jié)滲透人工智能內(nèi)容，會讓學生感到新鮮，教師借助網(wǎng)絡交互平臺組織評價活動，吸引更多學生家長參與進來，利用一些網(wǎng)絡符號進行輔助評價，無疑是一種創(chuàng)新設計。在具體設計和應用時，不妨借鑒語文、歷史、信息科技、藝術(shù)等學科的符號展開評價，學生感官受到強烈觸動。學生對符號評價、網(wǎng)絡評價比較有好感，教師抓住學生學習心理展開專業(yè)點評，組織學生進入網(wǎng)絡參與交流活動，都能夠創(chuàng)造嶄新學習契機。

如教學“光的直線傳播”時，教師組織學生閱讀教材內(nèi)容，講述牛郎織女的故事，讓學生了解光年的概念，了解牛郎織女相會的不可行，因為牛郎星和織女星相隔太遙遠，即便以光速行進，要想相會一次需要16年的時間，每年相會一次是不可能的事情。在這個教學案例中，教師講述神話傳說故事，這是物理與語文學科的結(jié)合，利用媒體手段展示牛郎星和織女星的相對位置和實際距離，這是物理與地理學科的融合。跨學科教學和人工智能的科學融合，將物理學科教學推向更高位置，開闊學生學習視野，由此建立起來的學習體驗認知更為豐實。

2.關(guān)注跨學科探索反思

教師組織學科評價時引入反思內(nèi)容，要求學生利用多種手段展開學術(shù)交流行動，學生回饋更為主動，自我反思效果更為突出。如實驗總結(jié)、概念歸結(jié)、知識梳理、信息搜集分析等，都帶有總結(jié)和梳理的特點，反思意味濃重，特別是知識圖片建設、信息搜集分析、網(wǎng)絡教研應用，這些活動本身帶有跨學科特點，學生對這些學習探索行動有不同認知，教師深度研究人工智能手段資源應用情況，適時組織學生展開跨學科探索反思，以提升學科教學效率和品質(zhì)。

在教學“顯微鏡和望遠鏡”時，教師利用多媒體展示顯微鏡圖片，介紹顯微鏡的構(gòu)造特點，以及顯微鏡的應用原理。顯微鏡具有放大功能，在醫(yī)學、科研等生活應用中發(fā)揮重要作用，教師利用多媒體展示一些生活案例信息，學生對顯微鏡應用原理有了清晰了解。隨后教師拿出一架望遠鏡，現(xiàn)場組織學生利用望遠鏡觀察較遠的物體，解讀望遠鏡的使用原理，學生熱情地參與到觀察活動之中，對望遠鏡使用有了直觀了解。教師講述望遠鏡在戰(zhàn)爭環(huán)境的故事，學生對望遠鏡的使用價值有了更深刻的理解。學生有實踐操作經(jīng)歷，教師將醫(yī)學、科技、歷史、語文等學科信息進行對接和融入，成功觸動學生學習心理，這是典型的跨學科學習。

四、規(guī)劃樹形圖示，促進人工智能跨學科教學內(nèi)化

在跨學科教學訓練設計時，教師有意識地規(guī)劃樹形知識圖示，利用多媒體展示這些信息，讓學生自然進入到直觀學習環(huán)節(jié)，在知識梳理和構(gòu)建中完成學科學習。

1.延伸跨學科訓練維度

在物理訓練設計環(huán)節(jié)，教師主動引入跨學科訓練內(nèi)容，學生感知體驗更為深刻。如實驗組織，包括實驗方案設計、實驗材料準備、實驗操作探索、實驗結(jié)論歸結(jié)等，整個學習過程與化學、科學、生物等學科實驗教學有諸多聯(lián)系和融入，跨學科特征鮮明，學生主動參與到研學環(huán)節(jié)，借助其他學科知識展開物理學習和討論，其感知體驗更為深刻。

在教學“質(zhì)量”這部分內(nèi)容時，教師搬出一架天平，要求學生自行選擇一些物品，利用天平測量其質(zhì)量。學生對天平操作比較熟悉，教師及時作出提醒，整個操作過程進展順利。教師講述“質(zhì)量單位千克的由來”故事，要求學生進入生活環(huán)境之中，利用家庭稱量工具，具體測量身邊的物品，將測量數(shù)據(jù)記錄下來，準備參與班級集體討論活動，對生活實踐操作情況做總結(jié)，對質(zhì)量概念做解讀。學生根據(jù)教師要求進入生活實踐環(huán)節(jié)，在深入研究和集體研討中找到學習路徑。教師讓學生在生活中進行實驗操作活動，這是典型的生活化訓練，將物理學習與生活實踐活動相結(jié)合，具有跨學科特點。

2.注重跨學科認知重構(gòu)

物理學科教學引入其他學科內(nèi)容，教師需要有整合吸納的主觀意識，對相近學科知識應用做梳理和聯(lián)系分析，在跨學科教學中引導學生進行認真重構(gòu)。化學、信息、地理、生物等學科知識應用具有關(guān)聯(lián)性和融合性，教師組織學生展開跨學科學習討論，集中梳理和應用其他學科知識，學生反饋主動積極，調(diào)度效果顯著。特別是人工智能手段的廣泛參與，無疑能夠?qū)W生多種感官帶來一定沖擊。

在教學“密度”這部分內(nèi)容時，教師設計生活探索行動，要求學生先了解密度物理概念，然后尋找身邊的物品，具體測量其密度數(shù)值，將測量結(jié)果傳輸?shù)郊倚＝换テ脚_上，看誰測量計算更為準確。教師在網(wǎng)絡平臺公布正確答案，學生對照自身測量結(jié)果，對密度概念有了更深刻的理解。學生進入實驗測量階段，測量計算數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，教師組織學生進行對比分析，逐漸理清一些操作方法。教師公示一些常見物體的密度數(shù)據(jù)，學生討論氣氛活躍起來，在深度研究和廣泛互動中達成共識。在這個教學案例中，教師要求學生進入到生活環(huán)境中展開實驗行動，這是物理與生活實踐的高度融合。學生有豐富生活實驗經(jīng)歷，由此形成的學科認知更為豐富多樣。教師利用交互平臺組織訓練行動，這是典型的人工智能手段的教學運用。

在物理學科教學中，教師有意識地引入跨學科教學機制，讓學生學習視野開闊起來，學習體驗更為深刻，特別是人工智能手段的廣泛應用，為跨學科教學帶來更多契機和條件。知識圖譜、思維導圖、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡交流、信息搜集等，都屬于人工智能助學手段范疇，教師針對教學內(nèi)容實際展開對應設計，為學生規(guī)劃探索路線，其訓練效果顯著，學生學科能力得到有效歷練。

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