人工智能與初中物理教學(xué)深度融合策略探索

近年來，人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用備受關(guān)注，引領(lǐng)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的全面變革，對教與學(xué)均起到了一定的促進(jìn)作用。在教學(xué)中，將人工智能與初中物理教學(xué)深度融合，利用人工智能對學(xué)生的興趣愛好、物理知識儲備、學(xué)習(xí)能力、發(fā)展需求進(jìn)行分析，為學(xué)生提供合適的學(xué)習(xí)資源，及時為學(xué)生解疑釋惑，夯實(shí)學(xué)生的物理基礎(chǔ)；并為學(xué)生提供物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力，促使學(xué)生的物理知識技能協(xié)同發(fā)展。因此，有必要加強(qiáng)對人工智能與初中物理教學(xué)深度融合的相關(guān)研究，最大程度地調(diào)動學(xué)生物理學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生全面化、個性化發(fā)展。

一、人工智能與初中物理教學(xué)深度融合的重要意義

人工智能是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿照人類的思維進(jìn)行學(xué)習(xí)、推理、計(jì)算等活動的先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)已在多個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，為人類生產(chǎn)生活帶來了巨大便利。

人工智能與初中物理教學(xué)深度融合是信息化時代教育改革的重要趨勢，具有以下幾點(diǎn)重要意義。

首先，人工智能可根據(jù)初中學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析其興趣愛好、物理知識掌握程度及學(xué)習(xí)習(xí)慣，為學(xué)生提供合適的物理學(xué)科學(xué)習(xí)資源和具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，解答學(xué)生的疑惑，為學(xué)生改正不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣提出建議，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)和發(fā)展需求。其次，人工智能創(chuàng)建生動有趣的虛擬場景，增加學(xué)生沉浸式、互動式體驗(yàn)，有助于激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，使之深人理解物理知識內(nèi)涵，增加學(xué)生物理學(xué)習(xí)的獲得感和成就感。再次，應(yīng)用人工智能創(chuàng)建物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生可以隨時隨地在線實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)操作，平臺會自動采集學(xué)生的操作數(shù)據(jù)，標(biāo)注學(xué)生的錯誤行為，給出正確的做法，有助于強(qiáng)化學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。最后，依托人工智能自動生成教學(xué)課件和教學(xué)方案，還能對學(xué)生進(jìn)行智能化輔導(dǎo)，有助于減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，使教師根據(jù)教學(xué)評價(jià)結(jié)果實(shí)施初中物理教學(xué)改革，全面提高初中物理教學(xué)效能。

二、人工智能與初中物理教學(xué)深度融合的實(shí)踐策略

（一）為學(xué)生個性化學(xué)習(xí)提供智能定制服務(wù)

由于初中學(xué)生有著明顯的個體差異性，以往初中物理教學(xué)采用統(tǒng)一教學(xué)方式，以中等層次學(xué)生為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)物理學(xué)科教學(xué)方案，難以滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求。這導(dǎo)致學(xué)優(yōu)生感到物理學(xué)習(xí)毫無挑戰(zhàn)性，學(xué)困生跟不上教學(xué)進(jìn)度，學(xué)習(xí)壓力倍增，抑制了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。在信息化時代下，應(yīng)用人工智能推動初中物理教學(xué)改革，為學(xué)生個性化學(xué)習(xí)提供智能定制服務(wù)，符合因材施教理念，提高了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，教師可將物理學(xué)習(xí)資源上傳到人工智能教學(xué)系統(tǒng)，讓學(xué)生在線自主預(yù)習(xí)，學(xué)生可以在對話框中輸入自已遇到的問題，系統(tǒng)會給出精準(zhǔn)回答，還會評估學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，實(shí)時反饋給教師。課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)方案，人工智能教學(xué)系統(tǒng)自動統(tǒng)計(jì)每個學(xué)生回答問題的次數(shù)和正確率，生成學(xué)生課堂參與評估報(bào)告，作為初中物理教學(xué)改革依據(jù)。課后復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生在人工智能教學(xué)系統(tǒng)中完成習(xí)題訓(xùn)練和自主測驗(yàn)，系統(tǒng)自動批改學(xué)生的作業(yè)，評估學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度，向?qū)W生推薦學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生及時查缺補(bǔ)漏，以此落實(shí)教學(xué)評一體化。

例如，在蘇科版初中物理八年級上冊“光的直線傳播\"教學(xué)中，教師可以運(yùn)用人工智能教學(xué)系統(tǒng)提供關(guān)于光在不同介質(zhì)中傳播、小孔成像、日食和月食等視頻和圖片，鼓勵學(xué)生使用系統(tǒng)功能獲得智能輔導(dǎo)，全程監(jiān)控學(xué)生的物理學(xué)習(xí)狀況，有針對性地改進(jìn)課堂教學(xué)方案和教學(xué)策略，彰顯學(xué)生在初中物理教學(xué)中的主體地位，提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)成效。

（二）開啟學(xué)生與人工智能的深度互動

課堂互動是激發(fā)學(xué)生思維活躍性、引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)物理知識的重要途徑，依托人工智能開啟與學(xué)生的對話，提高學(xué)生的課堂參與度，促使學(xué)生在一對一交流過程中解決疑惑，對物理知識和物理現(xiàn)象進(jìn)行深層次探索，增強(qiáng)初中物理教學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活的關(guān)聯(lián)性，為學(xué)生自主高效學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。人工智能教學(xué)系統(tǒng)可以創(chuàng)建對話場景，與學(xué)生進(jìn)行深度互動，根據(jù)學(xué)生的提問輸出精準(zhǔn)、全面的答案，學(xué)生即可深入理解和牢固掌握物理知識，將物理知識內(nèi)化，形成結(jié)構(gòu)化的物理知識體系。

例如，在蘇科版初中物理八年級下冊“牛頓第一定律\"教學(xué)中，賦予人工智能亞里士多德的角色，學(xué)生與其展開辯論，針對“力是否是維持物體運(yùn)動狀態(tài)的原因？\"“一旦失去外力作用，你認(rèn)為物體為什么會逐漸減速并最終停止？\"等問題，人工智能會給出相應(yīng)的回答。學(xué)生根據(jù)這些答案進(jìn)一步追問，在此過程中不斷深入思考運(yùn)動與力的關(guān)系、阻力對物體運(yùn)動的影響及慣性現(xiàn)象，有效鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力和批判性思維能力，深化了學(xué)生對牛頓第一定律的理解。

為了增加初中物理教學(xué)的趣味性，教師可以借助人工智能設(shè)計(jì)物理游戲，學(xué)生則利用所學(xué)物理知識進(jìn)行闖關(guān)，借此檢驗(yàn)學(xué)生對物理知識的掌握和應(yīng)用，提高學(xué)生學(xué)以致用的意識和能力。如在蘇科版初中物理九年級上冊“歐姆定律\"教學(xué)過后，讓人工智能設(shè)計(jì)一款關(guān)于歐姆定律的闖關(guān)游戲，需要學(xué)生運(yùn)用 V=1R 這一公式解決問題。學(xué)生的角色是電工學(xué)徒，走在電路迷宮中，隨身攜帶測量電流、電壓的工具，需要利用歐姆定律計(jì)算電路中電壓、電流或電阻的數(shù)值，得到正確結(jié)果，解開每一個關(guān)卡的謎題，才能開啟通往下一關(guān)卡的大門，最終目標(biāo)是找到黃金電阻。這類物理游戲契合了初中學(xué)生的興趣點(diǎn)，吸引學(xué)生主動參與游戲，利用物理知識解決實(shí)際問題，增強(qiáng)學(xué)生與人工智能之間的互動，對于打造物理高效課堂效果顯著。

（三）利用人工智能拓寬學(xué)生的知識視野

在初中教育體系中，學(xué)科之間存在壁壘，學(xué)生的知識面較為窄，對學(xué)科的關(guān)聯(lián)性缺乏足夠認(rèn)識，嚴(yán)重影響學(xué)生對各學(xué)科知識的理解和應(yīng)用。通過將人工智能應(yīng)用到初中物理教學(xué)中，打破學(xué)科界限，組織跨學(xué)科融合教學(xué)活動，展現(xiàn)物理、語文、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、地理等學(xué)科的密切聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用不同學(xué)科知識解決問題，拓寬學(xué)生的知識視野，鍛煉學(xué)生知識遷移能力、跨學(xué)科思維和解決問題能力，助力學(xué)生全面發(fā)展。

例如，在蘇科版初中物理九年級下冊“能源與可持續(xù)發(fā)展\"的教學(xué)中，教師可以利用人工智能設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題實(shí)踐活動，開展一系列的實(shí)驗(yàn)活動，包括：（1）燃燒煤炭，讓學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考化石燃料燃燒產(chǎn)生的物質(zhì)，討論二氧化碳對自然生態(tài)環(huán)境的影響以及應(yīng)對措施；（2）制作簡易太陽能電池模型，將收集的太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用，增加學(xué)生對可再生能源的了解，認(rèn)識到太陽能在多個領(lǐng)域中的具體應(yīng)用；（3）設(shè)計(jì)小型風(fēng)力發(fā)電裝置，為小燈泡提供電能，引入全球能源分布情況，討論新能源開發(fā)技術(shù)。這些跨學(xué)科主題活動的開展有助于促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和思考，結(jié)合自身知識儲備和生活經(jīng)驗(yàn)提出解決問題的可行方案，有效培育了學(xué)生綜合實(shí)踐能力。

（四）利用人工智能進(jìn)行智能評價(jià)

物理學(xué)習(xí)是一個不斷反思和提高的過程，學(xué)生只有準(zhǔn)確了解自己的優(yōu)勢和不足，在物理學(xué)習(xí)過程中注重發(fā)揚(yáng)自身優(yōu)勢，不斷改進(jìn)自身不足，才能獲得進(jìn)步和提升。在以往教學(xué)中，教師對學(xué)生的評價(jià)通常以考試成績?yōu)橹饕獦?biāo)準(zhǔn)，這種評價(jià)方式難免有所偏頗。通過實(shí)施人工智能與初中物理教學(xué)的深度融合，借助人工智能教學(xué)系統(tǒng)的智能評價(jià)功能，可以得到客觀全面的評價(jià)結(jié)果，包括學(xué)生的預(yù)習(xí)質(zhì)量、課堂參與度、學(xué)習(xí)成效、學(xué)習(xí)態(tài)度等，評價(jià)將融入初中物理教學(xué)的整個流程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)評一致性。人工智能教學(xué)系統(tǒng)會將評價(jià)結(jié)果及時反饋給教師和學(xué)生，為初中物理教學(xué)改革和學(xué)生物理知識體系構(gòu)建提供了有力支持。

例如，在蘇科版初中物理八年級上冊“光的折射”教學(xué)中，教師向?qū)W生提問：“為什么光線在不同介質(zhì)中會發(fā)生折射？\"學(xué)生在人工智能教學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行回答，系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生的回答分析學(xué)生的思維方式，從學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、知識、能力等角度進(jìn)行多元化評價(jià)，將評價(jià)結(jié)果反饋給教師和學(xué)生，引領(lǐng)教師對學(xué)生進(jìn)行個性化輔導(dǎo)。同時系統(tǒng)向?qū)W生推薦有關(guān)光的折射的學(xué)習(xí)資源，運(yùn)用學(xué)生更易理解的語言與學(xué)生進(jìn)行智能對話，鞏固學(xué)生的物理知識，促使學(xué)生不斷完善知識體系?；谌斯ぶ悄芙虒W(xué)系統(tǒng)開展初中物理教學(xué)，創(chuàng)新了教學(xué)評價(jià)模式，促進(jìn)學(xué)生不斷朝著最近發(fā)展區(qū)邁進(jìn)。

（五）在物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行實(shí)踐操作

物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺是應(yīng)用人工智能構(gòu)建的虛擬平臺，在該平臺上學(xué)生可以開展各類物理實(shí)驗(yàn)，深化對實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)原理和相關(guān)物理知識的理解，有效鍛煉學(xué)生的實(shí)操能力。而且平臺會根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的問題提出解決方案，指出學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的錯誤之處，幫助學(xué)生改正不良操作習(xí)慣。除此之外，受到實(shí)驗(yàn)條件和安全性等方面的制約，有些物理實(shí)驗(yàn)無法在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。而物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺可以打破這一局限，使學(xué)生對物理學(xué)科的好奇心和探索欲得到充分滿足，為學(xué)生自主深入探究物理創(chuàng)造了優(yōu)質(zhì)環(huán)境，為初中物理教學(xué)創(chuàng)新注入了無限動力。

例如，學(xué)生進(jìn)行光的折射實(shí)驗(yàn)時，需要測量不同介質(zhì)下光線的偏折角度。在物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺上操作，平臺會全程實(shí)時監(jiān)測學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，通過智能算法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性，并即時提供反饋。倘若學(xué)生的測量數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，平臺會迅速識別出并提示學(xué)生檢查實(shí)驗(yàn)裝置，引導(dǎo)其分析為什么會產(chǎn)生誤差，并提出多種改進(jìn)建議，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生物理知識和技能融合發(fā)展。

三、結(jié)束語

總之，要想實(shí)現(xiàn)人工智能與初中物理教學(xué)的深度融合，需要建立人工智能教學(xué)系統(tǒng)和物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺。我們也需豐富系統(tǒng)平臺的功能，對學(xué)生進(jìn)行智能化、定制化輔導(dǎo)，解答學(xué)生的疑惑，對學(xué)生的物理學(xué)習(xí)情況進(jìn)行客觀綜合評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生在虛擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，幫助學(xué)生改正不良習(xí)慣，從而滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生的素質(zhì)、知識、能力水平，為學(xué)生全面發(fā)展保駕護(hù)航。

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