付 邦
(廣州大學(xué)附屬中學(xué),廣東 廣州 510000)
隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)的迅猛發(fā)展,精準(zhǔn)教學(xué)作為一種有力的教育理念和實(shí)踐方法,引起了教育界的廣泛關(guān)注。同時(shí),2017 年,國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,明確提出了人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略態(tài)勢(shì)。人工智能的興起和發(fā)展為教育領(lǐng)域帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇。在此背景下,人機(jī)協(xié)同成為探索教育領(lǐng)域的重要議題。人機(jī)協(xié)同的理念強(qiáng)調(diào)教師、學(xué)生和機(jī)器之間的緊密合作與互動(dòng),通過(guò)充分利用機(jī)器智能分析和數(shù)據(jù)處理的能力,個(gè)性化地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,提供精準(zhǔn)的教學(xué)支持。
然而,當(dāng)前人機(jī)協(xié)同在教育領(lǐng)域的研究成果相對(duì)有限。雖然國(guó)內(nèi)外一些機(jī)構(gòu)和學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注人機(jī)協(xié)同教學(xué),但在初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)方面的探索還較為薄弱。因此,本研究旨在通過(guò)對(duì)物理“凸透鏡成像的規(guī)律”教學(xué)案例的深入研究,探索如何在人機(jī)協(xié)同的模式下實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué),為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)和創(chuàng)新提供有益的借鑒和參考。
人機(jī)協(xié)同教學(xué)是指教師和機(jī)器作為教學(xué)主體,通過(guò)相互合作和互補(bǔ),利用先進(jìn)的技術(shù)和智能系統(tǒng)來(lái)提供個(gè)性化、適應(yīng)性強(qiáng)的教學(xué)支持。在初中物理實(shí)驗(yàn)中,人機(jī)協(xié)同教學(xué)可以強(qiáng)調(diào)教師和機(jī)器在教學(xué)過(guò)程中的分工合作,充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。教師在人機(jī)協(xié)同教學(xué)中發(fā)揮著重要的指導(dǎo)和引導(dǎo)作用。他們通過(guò)熟悉學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和特點(diǎn),設(shè)計(jì)和組織適應(yīng)性強(qiáng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境,提供個(gè)性化的教學(xué)策略和資源。教師還能借助智能技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展和困難,并及時(shí)給予針對(duì)性地指導(dǎo)和反饋。與此同時(shí),機(jī)器在人機(jī)協(xié)同教學(xué)中扮演著重要的角色。通過(guò)智能系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析技術(shù),機(jī)器可以收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),識(shí)別學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求。基于這些信息,機(jī)器能夠提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和活動(dòng)推薦,輔助教師進(jìn)行教學(xué)決策和干預(yù)。人機(jī)協(xié)同下的初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)注重教師與機(jī)器之間的密切合作,共同實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。教師通過(guò)深入理解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求,結(jié)合智能技術(shù)的支持,能夠更好地調(diào)整教學(xué)策略,提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持。機(jī)器的參與則能夠提供大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和個(gè)性化的推薦,幫助教師更準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展,并作出有針對(duì)性的教學(xué)決策。
教師角色是人機(jī)協(xié)同下初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)的首要要素之一。教師在教學(xué)過(guò)程中扮演著指導(dǎo)者和引導(dǎo)者的角色。他們不僅需要具備扎實(shí)的物理知識(shí)和教學(xué)技能,還要具備敏銳的觀察力和分析能力,能夠理解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和困難。同時(shí),教師還應(yīng)通過(guò)合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、提供個(gè)性化教學(xué)資源和策略,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)。學(xué)生的積極參與是人機(jī)協(xié)同下初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)的另一個(gè)重要因素。學(xué)生需要積極參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出疑問(wèn),并通過(guò)探究和實(shí)踐來(lái)構(gòu)建知識(shí)和解決問(wèn)題。學(xué)生參與的程度和深度將影響教學(xué)效果和學(xué)習(xí)成果。此外,學(xué)生還需要具備合作和溝通的能力,與教師和同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)和交流。智能技術(shù)的應(yīng)用是人機(jī)協(xié)同下初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)的關(guān)鍵要素之一。智能技術(shù)包括數(shù)據(jù)分析、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)等,能夠收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),并根據(jù)個(gè)體差異提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和反饋。例如,智能系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展和需求,推薦適合其水平和興趣的學(xué)習(xí)資源和活動(dòng),以促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)和理解。
人機(jī)協(xié)同下的初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)的實(shí)施策略包括教師的角色與活動(dòng)、學(xué)生的參與和發(fā)展,以及機(jī)器的支持與功能。教師通過(guò)制定動(dòng)態(tài)的教學(xué)目標(biāo)、提供個(gè)性化的教學(xué)支持和反思,引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)與學(xué)習(xí),而機(jī)器通過(guò)數(shù)據(jù)分析和對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析,為教師提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋和干預(yù)建議。
在人機(jī)協(xié)同下的初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)模式中,精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定是關(guān)鍵的第一步。教師與學(xué)生共同參與目標(biāo)設(shè)定過(guò)程,確保學(xué)習(xí)目標(biāo)具體、可衡量,并與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)生需求緊密對(duì)應(yīng)。教師通過(guò)充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求,結(jié)合教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,制定明確的教學(xué)目標(biāo)。這些目標(biāo)應(yīng)該具有可操作性和可評(píng)估性,能夠指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng),并在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的全面發(fā)展。在設(shè)定精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)時(shí),教師需要考慮學(xué)生的不同水平和興趣,確保目標(biāo)的個(gè)性化和差異化。同時(shí),目標(biāo)應(yīng)與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的特點(diǎn)相匹配,能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐探究和問(wèn)題解決,促進(jìn)他們的思維能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。機(jī)器在精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定中發(fā)揮著重要的作用。通過(guò)學(xué)習(xí)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),機(jī)器可以提供學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和特征信息,為教師提供個(gè)性化目標(biāo)設(shè)定的參考。機(jī)器的智能算法可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和需求,生成相應(yīng)的目標(biāo)建議,幫助教師制定更加精準(zhǔn)和有效的教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定,教師與學(xué)生共同明確學(xué)習(xí)的方向和目標(biāo),為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)導(dǎo)引和教學(xué)反饋提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這將有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)效果,促進(jìn)他們?cè)谖锢韺?shí)驗(yàn)中的全面發(fā)展和成長(zhǎng)。
以物理“凸透鏡成像的規(guī)律”教學(xué)為例,初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)模式中教學(xué)目標(biāo)如表1 所示:
表1 “凸透鏡成像的規(guī)律”精準(zhǔn)教學(xué)模式下教學(xué)目標(biāo)
通過(guò)人機(jī)協(xié)同下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)導(dǎo)引,促進(jìn)學(xué)生對(duì)“凸透鏡成像的規(guī)律”進(jìn)行全面而深入的學(xué)習(xí)。教師的引導(dǎo)和支持以及機(jī)器的輔助工具和學(xué)習(xí)資源共同推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程,使其在實(shí)踐中不斷探索和發(fā)現(xiàn),從而達(dá)到精準(zhǔn)教學(xué)的目標(biāo)。
具體而言,教師借助機(jī)器的支持,通過(guò)模擬軟件或虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬凸透鏡成像過(guò)程,幫助學(xué)生更直觀地理解光線的折射和聚焦過(guò)程。同時(shí),通過(guò)可視化工具展示不同參數(shù)變化對(duì)成像結(jié)果的影響,幫助學(xué)生更好地理解凸透鏡成像規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面,教師可以結(jié)合機(jī)器的輔助工具,設(shè)計(jì)具有一定挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。通過(guò)設(shè)定不同的條件,如不同的物距、透鏡焦距和物體尺寸等,學(xué)生可以進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)觀察,并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生借助機(jī)器提供的數(shù)據(jù)記錄工具,如實(shí)驗(yàn)記錄表格或圖表,準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后,機(jī)器可以幫助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,通過(guò)圖像或圖表展示成像結(jié)果的變化,幫助學(xué)生更清晰地觀察、分析和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步掌握凸透鏡成像規(guī)律。在學(xué)習(xí)導(dǎo)引方面,教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和分析,與理論知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系。教師可以提出問(wèn)題、給予思考提示,激發(fā)學(xué)生的思維,幫助他們將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與凸透鏡成像規(guī)律聯(lián)系起來(lái)。機(jī)器可以提供相關(guān)的學(xué)習(xí)資源,如教學(xué)視頻、參考資料或交互式課件,輔助學(xué)生在學(xué)習(xí)導(dǎo)引過(guò)程中深入理解凸透鏡成像規(guī)律。
通過(guò)智能學(xué)習(xí)分析與反饋,教師能夠更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求,調(diào)整教學(xué)策略并提供個(gè)性化指導(dǎo)。同時(shí),機(jī)器的智能分析和推薦功能可以幫助學(xué)生更高效地學(xué)習(xí)凸透鏡成像規(guī)律,拓展知識(shí)面。具體而言,利用學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),如實(shí)驗(yàn)記錄、練習(xí)題答案等,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),機(jī)器能夠識(shí)別學(xué)生的學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)偏好和學(xué)習(xí)困難等關(guān)鍵信息?;趯W(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果,機(jī)器能夠提供個(gè)性化的反饋。這包括針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)困難給予解題提示、錯(cuò)誤糾正和深入解釋等。個(gè)性化反饋幫助學(xué)生更好地理解凸透鏡成像規(guī)律,并促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)進(jìn)步。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展。通過(guò)追蹤學(xué)生在不同學(xué)習(xí)階段的表現(xiàn)和理解程度,識(shí)別學(xué)生的強(qiáng)項(xiàng)和薄弱項(xiàng),為教師提供詳細(xì)的學(xué)生學(xué)習(xí)報(bào)告。利用學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果,為學(xué)生提供智能推薦的學(xué)習(xí)資源。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和個(gè)性化特點(diǎn),機(jī)器可以推薦適合他們的教材、學(xué)習(xí)資料和在線學(xué)習(xí)平臺(tái),以支持他們?cè)谕雇哥R成像規(guī)律學(xué)習(xí)中的進(jìn)一步探索。
在人機(jī)協(xié)同下的初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)中,合作與互動(dòng)學(xué)習(xí)模式作為一種重要策略,通過(guò)學(xué)生之間的合作和互動(dòng)以及機(jī)器的支持,有助于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)的目標(biāo)。在這種模式中,學(xué)生被組織成小組,通過(guò)集體合作的方式參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。他們可以分享實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果、數(shù)據(jù)記錄以及實(shí)驗(yàn)心得,共同探討和解決問(wèn)題,從而提升彼此的學(xué)習(xí)成效。機(jī)器作為協(xié)同伙伴,提供在線協(xié)作平臺(tái)或多媒體交互工具,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合作學(xué)習(xí)的環(huán)境,并提供相關(guān)資源和參考資料,以促進(jìn)小組合作中的學(xué)習(xí)活動(dòng)。這種合作與互動(dòng)學(xué)習(xí)模式旨在激發(fā)學(xué)生的積極參與和主動(dòng)學(xué)習(xí),培養(yǎng)他們的合作與溝通能力,并促進(jìn)知識(shí)的共享和理解。通過(guò)人機(jī)協(xié)同的方式,合作與互動(dòng)學(xué)習(xí)模式能夠更好地實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)的目標(biāo),提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo),使學(xué)生能夠深入理解凸透鏡成像規(guī)律,并培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力。這種學(xué)習(xí)模式在實(shí)踐中能夠引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí),培養(yǎng)他們的批判性思維和問(wèn)題解決能力,為其未來(lái)的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在精準(zhǔn)教學(xué)中,知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系和層級(jí)關(guān)系的建立是靈活可調(diào)整的,其目的是根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。教師在教學(xué)過(guò)程中要持續(xù)觀察和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn),以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略,確保教學(xué)的針對(duì)性和有效性。教師應(yīng)該具備敏銳的觀察力,通過(guò)細(xì)致觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn),了解他們?cè)谥R(shí)掌握、思維能力和學(xué)習(xí)態(tài)度方面的特點(diǎn)和需求。通過(guò)細(xì)致觀察,教師能夠準(zhǔn)確判斷學(xué)生對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)的理解程度,發(fā)現(xiàn)他們存在的困惑和學(xué)習(xí)障礙,從而有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。在調(diào)整方面,重新組織知識(shí)的層級(jí)關(guān)系,使其更加貼合學(xué)生的認(rèn)知和學(xué)習(xí)路徑;調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣;提供不同難度和深度的學(xué)習(xí)資源,以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力水平。充分利用技術(shù)手段,如學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和智能化教學(xué)軟件,通過(guò)數(shù)據(jù)分析和反饋機(jī)制獲取更全面的學(xué)生學(xué)習(xí)信息,以便更精準(zhǔn)地進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。通過(guò)技術(shù)的支持,教師能夠及時(shí)獲知學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,發(fā)現(xiàn)他們的問(wèn)題和困難,并根據(jù)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)提供個(gè)性化的教學(xué)支持和指導(dǎo)。
在物理“凸透鏡成像的規(guī)律”教學(xué)實(shí)踐中,人機(jī)協(xié)同發(fā)揮了重要作用,幫助教師進(jìn)行反思與調(diào)整教學(xué)策略。教師通過(guò)利用智能化教學(xué)軟件和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng),結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和反饋,進(jìn)行深入分析和評(píng)估。通過(guò)技術(shù)手段,教師能夠及時(shí)獲知學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,發(fā)現(xiàn)他們?cè)谕雇哥R成像規(guī)律方面的問(wèn)題和困難?;趯W(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的多維細(xì)粒度分析,機(jī)器能夠提供個(gè)性化的教學(xué)支持和指導(dǎo),為教師的教學(xué)調(diào)整提供有力依據(jù)。在實(shí)踐中,教師通過(guò)觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的困惑和障礙,以及機(jī)器提供的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和反饋,反思教學(xué)策略并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。例如,教師注意到使用教材中的實(shí)驗(yàn)器材,如蠟燭、凸透鏡、光屏和刻度尺,可能會(huì)導(dǎo)致蠟燭的火焰受氣流影響晃動(dòng)不穩(wěn)定等問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題,教師進(jìn)行了反思并進(jìn)行了調(diào)整。教師意識(shí)到使用光具座可以更好地解決調(diào)節(jié)焰心、光心和光屏中心在同一直線和同一高度的問(wèn)題。通過(guò)使用光具座,可以固定蠟燭的位置,減少氣流的影響,保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在這個(gè)實(shí)踐中,教師的觀察力和敏銳性起到了關(guān)鍵作用。他們通過(guò)觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的困惑和障礙,發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性。基于這一觀察,教師決策調(diào)整實(shí)驗(yàn)器材,選擇更適合的光具座,以確保學(xué)生能夠更準(zhǔn)確地觀察和分析凸透鏡成像過(guò)程。因此,人機(jī)協(xié)同在精準(zhǔn)教學(xué)中扮演著重要角色,教師利用機(jī)器提供的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和智能分析結(jié)果,得以深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展和困難,并基于這些信息進(jìn)行反思與調(diào)整教學(xué)策略,以提供更精準(zhǔn)的教學(xué)支持和指導(dǎo),從而確保教學(xué)的針對(duì)性和有效性。
人機(jī)協(xié)同下的初中物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)模式為教學(xué)提供了新的視角和思路,通過(guò)精準(zhǔn)教學(xué)的理念和人機(jī)協(xié)同的支持,教師能夠更好地滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求,提供針對(duì)性的教學(xué)支持和指導(dǎo)。同時(shí),機(jī)器的智能學(xué)習(xí)分析和反饋機(jī)制使教學(xué)過(guò)程更加科學(xué)、精確和有效。教師應(yīng)合理利用教師、學(xué)生和機(jī)器的優(yōu)勢(shì),實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)策略和實(shí)踐應(yīng)用,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和興趣,推動(dòng)教學(xué)的創(chuàng)新和發(fā)展。