智能化背景下高中物理個性化教學策略探析

隨著機器學習、人工智能等尖端技術的持續進展，智能教育已躍居全球教育發展的前沿趨勢。在高中教育階段，物理學的學習對于培育學生的科學素養及思維能力具有舉足輕重的作用。然而，當前高中物理教學正面臨挑戰：一方面，物理知識的范疇不斷拓展，難度日益提升，給學生學習帶來更大壓力；另一方面，學生在學習偏好、興趣點以及知識儲備上存在顯著差異。傳統的教學模式難以激發每位學生的潛能，致使部分學生在物理學習過程中逐漸喪失信心與興趣。鑒于此，利用智能化技術制訂個性化學習方案，為高中物理教學探索新途徑，具有深遠的現實意義。

一、智能化技術對高中物理教學的影響

（一）對學習模式的重塑

智能化技術的涌現，顛覆了高中物理學習的傳統框架。過去，學生學習物理主要依賴于教師的課堂講解和教科書，學習方式相對單一。而今，智能化學習平臺、智能輔導系統等工具的應用，使得學生的學習方式變得更為靈活且多元化。比如，智能學習平臺能夠依據學生的學習進度和狀況，智能地推薦符合學生個性化需求的學習資源，如知識點解析視頻、定制化練習題等。學生可以根據自身情況，自主選擇學習時段和內容，實現真正的個性化學習，不再受制于傳統教學的時間和空間約束[1]。

（二）對學習互動的變革

智能化背景下，物理學習的互動模式發生了變革。在傳統學習模式下，師生、生生之間的互動多集中于課堂及課后的短暫時段。而在智能化學習環境中，學生可利用在線論壇、智能學習社群等平臺，隨時隨地與教師和同學展開交流。當遭遇物理難題時，學生不僅能迅速向教師求助，還能與同學一起探討解題策略。此外，教師利用智能輔導軟件，能夠即時回應學生的疑問，提供詳細的解題流程和知識點剖析。這種多維度的互動學習方式，有助于拓寬學生的思維視野，提高學習效率。

二、智能化背景下高中物理個性化教學創新的必要性

（一）智能技術驅動下“千人一面”教學范式的結構性突破需求

智能化時代的數據采集與分析技術，使精準捕捉學生物理學習的認知軌跡成為可能。傳統標準化教學對“平均水平”的過度依賴，導致學生在物理建模、邏輯推理等關鍵能力發展上的個體差異被忽視。創新個性化學習模式，本質是通過智能系統解析學生在“物理概念具象化”“動態過程抽象化”等維度的獨特認知節奏，打破“統一進度、統一深度”的教學桎梏，讓“每位學生的物理思維成長都擁有專屬坐標系”，這是智能技術與教育深度融合的必然邏輯指向[2]。

（二）物理學科特質與學生認知多樣性的耦合性重構訴求

高中物理兼具“理論抽象性”與“實踐應用性”雙重屬性，不同學生在“空間想象”“數學建模”“實驗探究”等方面能力的發展往往呈現顯著差異。智能化時代的教育創新需聚焦這種耦合性：通過智能診斷系統識別學生在“牛頓力學認知偏好”“電磁學建模風格”等方面的特質，建立“認知特征一內容適配一方法優化”的動態調節機制，使物理學習從“知識單向傳遞”轉向“認知特質與學科邏輯的深度共振”，這是破解物理學習“兩極分化”困境的關鍵路徑。

（三）核心素養培育對差異化能力發展通道的現實呼喚

物理核心素養的培育要求學生在“科學思維”“科學探究”等維度實現個性化提升。智能化背景下，傳統“一刀切”的能力培養模式已難以滿足學生的學習需求，需借助機器學習算法，為不同認知基礎的學生設計“分層進階的思維訓練圖譜”，如為抽象思維優勢學生提供“量子物理前沿概念的認知腳手架”，為實踐操作見長學生構建“虛擬仿真實驗的創新應用場景”，讓每位學生的物理核心素養發展都能找到“最適配的生長點”，這是教學變革的核心命題。

（四）終身學習能力培養對個性化認知生態的深層需求

智能化時代的物理學習不應局限于知識掌握，更需為學生構建可持續發展的認知生態。個性化學習創新通過智能系統記錄學生在“問題解決策略演變”“思維誤區迭代修正”等方面的全程數據，形成專屬的“物理認知成長檔案”。這種動態追蹤機制不僅能實時優化當下學習路徑，更能為學生沉淀“元認知能力發展的全景圖譜”，使其在未來面對復雜物理問題時，能基于自身認知特征快速調用“個性化解決方案生成模型”，這是面向終身學習的物理教育范式重構[3]。

（五）教育公平視域下物理學習機會的精準供給邏輯

智能化時代的教育公平不應止步于資源覆蓋，更需實現“適配性資源供給”。在高中物理領域，學生常面臨“優質資源不對癥”的困境：發達地區學生可能困于“過度拓展導致基礎虛化”，薄弱地區學生可能受制于“內容固化難以突破思維瓶頸”。個性化學習創新通過智能匹配算法，將物理學習資源解構為“概念顆粒”“思維工具”“探究模塊”等基礎單元，再根據學生實時數據重組為“專屬學習資源包”，讓每位學生都能獲得“難度適配、節奏吻合、風格契合”的學習支持，這是教育公平在物理學科的深度實踐。

三、智能化背景下高中物理個性化教學策略

（一）借助智能診斷工具，精準定位學生的學習短板

智能化背景下，動態追蹤學生認知軌跡需依托智能化診斷系統。通過多模態數據采集技術，整合學生課前預習的微課觀看時長、概念測試正確率、課堂互動的手勢識別記錄、課后作業的錯誤類型分布等多維數據，構建個性化認知圖譜。該過程需遵循“數據采集一特征提取一模型訓練一精準定位”的技術路徑，利用機器學習算法對物理學習中的思維躍遷模式進行建模，識別學生在物理概念建構、科學推理、問題解決等關鍵能力維度的發展性障礙，為后續靶向教學提供量化依據。

以“速度變化快慢的描述一加速度”教學為例，教師可在課前發布含情境化問題的智能診斷任務：呈現賽車啟動、飛機降落兩組運動視頻，要求學生用運動示意圖描述速度變化過程，并通過觸控屏標注關鍵物理量。系統自動采集學生繪制軌跡的曲率半徑、物理量標注準確率、完成時長等數據，運用卷積神經網絡分析圖形表征的規范性，通過長短時記憶網絡（LSTM）建模問題解決的思維鏈條。若發現某學生在繪制v-t圖像時忽略斜率物理意義，系統自動生成“矢量變化率理解偏差”的診斷報告。課堂教學中，教師基于診斷結果設計分層任務：對圖像斜率認知模糊的學生，推送“加速度一時間圖像動態演示”的VR微場景，讓學生在虛擬坐標系中拖拽質點，觀察加速度數值變化對速度曲線形態的影響；對能正確標注物理量但無法建立加速度與生活場景關聯的學生，提供“高鐵加速階段的傳感器數據采集”實踐任務，通過便攜式數據采集器測量不同車廂位置的加速度數值，結合GPS定位數據繪制列車啟動階段的加速度一位移曲線。課后利用智能錯題本系統，為每位學生生成專屬的概念辨析題庫，如針對“加速度方向與速度方向關系\"的理解誤區，推送含多物體追及情境的動態分析題，通過正誤解答的對比可視化，強化矢量性的物理本質理解。整個過程通過\"診斷—建?！深A一復評\"的閉環，實現對加速度概念掌握薄弱點的精準定位與有效突破。

（二）整合線上線下資源，定制專屬學習資料

傳統教學資源多以靜態文本形式存在，難以適應學習者的動態需求。智能化環境中，資源整合需要打破物理空間和時間維度限制，借助知識圖譜技術建立“內容—情景—能力”三維關聯網絡。具體而言，線上資源可以提供動態仿真實驗、虛擬操作平臺和跨學科案例庫等，而線下資源主要集中在實物教具、實驗手冊和專家講座等方面。該系統通過智能推薦算法可以根據學習者認知風格、知識基礎和興趣偏好等因素動態地組合產生個性化的學習路徑以達到“資源適配的研究”，而不是“研究適配資源”的目的。該過程注重資源動態重組和情境化呈現，讓學習者在解決真實問題時建構知識體系[4]。

在“實驗：探究加速度與力、質量的關系”教學中，教師可構建“虛實融合”的學習環境。

線上部分，利用虛擬仿真平臺設計“加速度實驗室”，學生可自由調節砝碼質量、拉力大小及軌道傾角，實時觀察加速度數值變化，并通過“數據記錄儀”導出實驗數據。平臺內置“智能糾錯”功能，當學生操作不當（如未平衡摩擦力）時，系統自動提示可能誤差來源，并推送“摩擦力補償實驗”的微視頻。線下部分，教師提供可拆卸的實驗器材包，包含不同材質的小車、滑輪組及電子秤，學生需自主設計實驗方案并記錄數據。為深化理解，系統推送“航天器變軌”與“汽車爬坡\"的跨學科案例，要求學生分析加速度與推力、質量的實際關聯?；诰€上線下數據的綜合分析，教師為學生生成個性化學習檔案：對數據分析能力薄弱者，推送“Excel數據處理”的進階教程及“加速度一力一質量”的三維動態圖表工具；對實驗設計能力突出者，提供“加速度傳感器”的拓展實驗任務，要求其設計“測量電梯加速度”的實踐方案。此外，系統定期推送“學術前沿”欄目，介紹“超導磁懸浮列車”等前沿科技中的加速度應用，拓寬學生的認知視野。

（三）運用智能教學平臺，開展分層分組教學

在高中物理教學實踐中，學生的學習根基、學習能力及學習進度呈現出顯著差異。若采用“統一化”的教學模式，難以滿足每位學生的個性化學習需求。因此，教師應借助智能教學平臺，實施分層分類教學策略，依據學生的具體情況，為他們提供定制化的學習內容與指導，確保不同層次的學生均能在其最近發展區域內獲得充分成長，激發學生的學習熱情與潛能，提升教學效果。

具體而言，在教授“勻變速直線運動的位移與時間的關系”這一內容時，教師可運用“智學網”智能教學平臺開展分層分類教學。課程開始前，教師通過智學網發布與上節“勻變速直線運動速度與時間關系”相關的預習檢測題，依據學生答題情況，將學生劃分為A、B、C三個層級。A層級學生基礎穩固、接受能力強；B層級學生具備一定基礎，但在知識綜合運用上存在不足；C層級學生基礎相對薄弱，需加強基礎知識鞏固和學習方法指導。課堂上，教師利用智學網的課件展示功能，講解勻變速直線運動位移與時間關系的基本公式推導。對于A層級學生，教師在智學網討論區提出拓展性問題，如“如何運用微元法和圖像法推導勻變速直線運動位移公式”，引導他們深入思考，并推送與汽車剎車、飛機降落等實際情境相關的復雜問題，讓他們運用所學知識進行分析解決。對于B層級學生，教師重點關注他們對基本公式的理解與應用，通過智學網實時答題功能，發送中等難度的練習題，如給定初速度、加速度和時間求位移的題目，及時反饋答題情況，并針對問題進行有針對性的講解。對于C層級學生，教師利用智學網視頻資源，播放關于勻變速直線運動位移概念和基本公式的動畫演示視頻，幫助他們直觀理解知識。同時，在課堂上安排簡單實驗，如讓小車在斜面上做勻加速直線運動，測量不同時間內的位移，讓C層級學生親身體驗位移與時間的關系，加深對知識的理解。課后，教師根據各層級學生情況，在智學網布置分層作業。A層級學生需完成具有挑戰性的綜合題，如結合運動學和動力學知識分析物體在多力作用下的勻變速直線運動位移問題；B層級學生完成鞏固性作業，如利用位移公式解決實際問題；C層級學生則主要完成基礎知識練習，如位移公式的簡單應用和概念理解題目。通過此分層分類教學策略，每位學生均能在其能力范圍內獲得有效學習與提升。

（四）引入智能實驗模擬，滿足多元實踐需求

高中物理作為一門實驗性學科，其實驗教學對于學生理解物理概念、掌握物理定律、培育科學思維及實踐能力具有至關重要的作用。然而，在實際教學過程中，受實驗設備、場地條件、時間安排等多重因素制約，諸多實驗難以讓學生親身動手操作。此時，智能實驗模擬技術的引入顯得尤為重要，它能打破傳統實驗教學的限制，為學生提供豐富多元的實驗情境與操作平臺，使學生在虛擬的實驗環境中自由探索與實踐，深化對物理知識的領悟與應用，同時培養學生的創新思維與實踐能力[5]

在開展“探究小車速度隨時間變化規律”的實驗教學時，教師可引入“NB物理實驗模擬系統”。課堂上，教師首先借助該系統向學生展示實驗的基本裝置，包括帶滑輪的長木板、小車、打點計時器、紙帶等，引導學生熟悉實驗器材的使用方法及實驗原理。隨后，教師通過系統模擬演示實驗的操作流程，讓學生觀察小車在不同拉力作用下的運動狀態，以及打點計時器在紙帶上留下的點跡分布規律。接著，教師鼓勵學生利用系統進行自主探索。學生可在系統中靈活設置小車的質量、拉力大小、木板傾斜角度等參數，觀察小車速度隨時間的變化情況。例如，學生可保持小車質量不變，調整拉力大小，測量不同拉力下小車在相同時間間隔內的位移，通過計算位移差來剖析小車速度的變化規律，探究加速度與力的關系；亦可保持拉力不變，改變小車質量，探討加速度與質量的關系。在學生進行模擬實驗的過程中，系統實時記錄小車的位置、速度等數據，并自動生成速度一時間圖像。學生可直觀觀察到小車速度隨時間的變化趨勢，如速度是否勻速增加，圖像的斜率所代表的物理意義等。此外，教師還可利用系統的協作探究功能，將學生分為若干小組，每組設定不同的實驗方案，隨后對比各組的實驗結果，討論實驗中存在的問題及誤差來源。例如，有的小組在設置木板傾斜角度時可能存在偏差，導致小車的運動情況與理論值存在一定差異。通過小組間的交流與討論，學生能夠更深入地理解實驗原理及操作要點，提升實驗的準確性與科學性。通過引入“NB物理實驗模擬系統”，學生在虛擬的實驗環境中能夠充分發揮想象力與創造力，滿足不同層次學生對實驗實踐的需求，提升學生的物理學習成效與科學素養。

（五）借助智能輔導工具，實時解決學習難題

智能輔導工具作為智能化學習時代的得力助手，為高中生在物理學習旅途中遭遇的難題提供了及時且高效的解決之道。在實際學習進程中，無論是課堂學習的環節、課后作業的完成過程，還是自主復習的階段，學生都可能遭遇各式各樣的物理難題。智能輔導工具的出現，使學生得以隨時隨地獲取援助，迅速掃清學習中的障礙。

以“動量守恒定律”為例，學生在學習時可能對動量守恒的條件理解不透，難以在具體題自中準確判定系統是否遵循動量守恒定律。此時，作業幫、小猿搜題等智能輔導軟件便成了學生的得力幫手。學生只需將問題拍照上傳或鍵入文字描述，軟件即能迅速反饋詳盡的解答。解答內容不僅涵蓋相關知識點的梳理，幫助學生重溫動量守恒定律的基本概念及守恒條件，還提供類似題目的解題步驟和詳細推導過程，引導學生逐步掌握解題技巧。以一道典型的動量守恒定律應用題為例：“在光滑水平面上，有兩個質量分別為m1和m2的小球A和B，A球以速度v0向右運動，與靜止的B球發生正碰，求碰撞后兩球的速度?！碑攲W生對此題感到困惑并求助于智能輔導軟件時，軟件會細致分析解題思路：首先指明系統在水平方向不受外力作用，滿足動量守恒定律；隨后根據動量守恒定律的公式m1v0=m1v1+m2v2 （其中v1和v2分別為碰撞后A、B兩球的速度）建立方程；若題目中額外給出了碰撞為彈性或非彈性等條件，軟件會進一步依據相應的物理規律，如彈性碰撞時的動能守恒，列出補充方程，并聯立求解得出兩球碰撞后的速度。同時，智能輔導軟件還會根據學生的問題，智能推薦動量守恒定律的拓展知識和相關練習題。拓展知識可能涉及動量守恒定律在微觀領域（如粒子碰撞）和宏觀天體運動中的應用，以拓寬學生的知識視野；練習題則根據學生的解題能力和當前學習階段，從基礎鞏固到能力提升，循序漸進地提高難度，幫助學生深化對動量守恒定律的理解，并提升解題能力。整個過程中，教師可以通過智能輔導工具的教師端，洞察學生的問題集中點和常見錯誤類型，把握學生的學習難點和薄弱環節。針對這些問題，教師可在課堂上進行集中講解，對學生普遍存在的疑惑進行重點攻克；或是組織小組討論，讓學生在交流探討中相互啟發，共同攻克難題。借助智能輔導工具，學生得以即時解決學習難題，提高學習效率；教師也能更準確地了解學生的學習狀況，實現精準施教。

結束語

綜上所述，在智能化時代背景下，高中物理個性化學習策略的創新實踐顯現出其重要性。有效運用智能化技術，諸如運用大數據分析學情、依托智能工具推送個性化學習資源，可精準對接學生多元化的學習訴求。這些創新舉措不但促進了學生對物理知識的領悟與掌握，還促進了學生自主學習能力和創新思維的培養。從教學實踐成效觀之，個性化學習策略在激發學生物理學習興趣、提升學業成績方面展現了積極效應。在后續教育教學中，教師應不斷深化個性化學習策略的探究與應用，持續優化教學流程，為學生的全面發展與成長奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]翟晗，高曉楠，王旭.人工智能技術在高中物理教學中的應用[].中國教育技術裝備，2024（19）：21-23.

[2]姚佳運.新一代AI在高中物理教學中的應用[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學，2023.

[3]任夢.人工智能在高中物理教學中的應用[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學，2022

[4]張婷.基于智慧教學平臺的高中物理精準教學研究[D].福州：福建師范大學，2022

[5]馬淑娟.智慧學習環境下高中物理差異教學實踐研究[D].廣州：廣東技術師范大學，2020.

本文系泰州市教育科學“十四五”規劃課題2024年度課題“基于人工智能下的個性化物理學習模式的探究”（課題編號：TZSJYKXGH/rgzn/2024168）的研究成果。