AI輔助初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略研究

摘要：文章通過對AI輔助教學(xué)的深入剖析，闡述其在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要作用，并提出一系列切實(shí)可行的應(yīng)用策略.AI輔助教學(xué)以其智能性、交互性等特點(diǎn)，為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來新的活力.在教學(xué)中，它有助于激發(fā)學(xué)生興趣、突破教學(xué)難點(diǎn)、培養(yǎng)學(xué)生思維等.通過利用AI創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境、開展虛擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)個性化指導(dǎo)、助力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及促進(jìn)教學(xué)評價多元化等策略，能有效提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，為初中物理教學(xué)改革提供新的思路.

關(guān)鍵詞：AI；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2025）09-0101-03

在初中教育體系中，物理作為一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性不言而喻.通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠直觀感受物理現(xiàn)象，深入理解物理概念和規(guī)律，培養(yǎng)科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維.然而，傳統(tǒng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多難以忽視的局限性[1].在實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面，許多學(xué)校受經(jīng)費(fèi)、場地等條件限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，無法滿足所有學(xué)生獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)的需求.一些較為先進(jìn)或昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備更是稀缺，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)無法開展.例如，“探究磁場對通電導(dǎo)線的作用”實(shí)驗(yàn)需要用到蹄形磁鐵、通電導(dǎo)線、電源等設(shè)備，若設(shè)備數(shù)量不足，學(xué)生只能分組觀看教師演示，無法親自操作，大大降低了學(xué)習(xí)效果.另外，實(shí)驗(yàn)環(huán)境也存在局限性，難以模擬一些復(fù)雜的物理場景.比如在研究天體運(yùn)動時，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室無法模擬宇宙中的微重力環(huán)境和巨大的引力場，學(xué)生難以直觀感受天體運(yùn)動的規(guī)律.在教學(xué)方法上，傳統(tǒng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法較為單一.通常是教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟，學(xué)生按照教師的指導(dǎo)進(jìn)行操作，這種“填鴨式”的教學(xué)方式缺乏互動性和趣味性，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性[2].每個學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)風(fēng)格都存在差異，單一的教學(xué)方法無法滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，導(dǎo)致部分學(xué)生參與度不高，學(xué)習(xí)積極性受挫.

隨著AI（人工智能）技術(shù)的飛速發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛.AI具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、模擬仿真、智能交互等能力，為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了新的契機(jī)[3].將AI融入初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠打破傳統(tǒng)教學(xué)的束縛，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式和內(nèi)容，為學(xué)生提供更加個性化、多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn).因此，深入研究AI輔助初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有助于推動初中物理教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ).

1AI輔助教學(xué)簡介

AI輔助教學(xué)是指利用人工智能技術(shù)來支持和優(yōu)化教學(xué)過程的一種新型教學(xué)方式，它借助機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、計算機(jī)視覺等AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的智能化生成、教學(xué)過程的個性化支持以及教學(xué)效果的精準(zhǔn)評估.在教學(xué)資源生成方面，AI可以根據(jù)教師設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，自動生成豐富多樣的教學(xué)素材，如課件、練習(xí)題、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等.在個性化支持方面，AI能夠?qū)崟r收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，包括學(xué)習(xí)進(jìn)度、答題情況、課堂表現(xiàn)等，從而精準(zhǔn)把握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和需求.基于這些數(shù)據(jù)，AI可以為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)建議和輔導(dǎo)，如推薦適合的學(xué)習(xí)資源、調(diào)整學(xué)習(xí)路徑等.在教學(xué)效果評估方面，AI可以利用大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行全面、客觀的評價，不僅能夠根據(jù)成績深入分析學(xué)生的知識掌握情況、能力提升情況以及存在的問題，還能為教師調(diào)整教學(xué)策略提供有力依據(jù).

2AI在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

2.1激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

初中學(xué)生好奇心強(qiáng)，對新鮮事物充滿探索欲望.AI技術(shù)具有強(qiáng)大的模擬和展示功能，能夠?qū)⒊橄蟮奈锢韺?shí)驗(yàn)以生動、直觀的形式呈現(xiàn)出來，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.例如，在講解“光的折射”實(shí)驗(yàn)時，利用AI動畫可以清晰地展示光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時傳播方向的改變，以及不同角度下折射光線的變化情況.這種動態(tài)、形象的展示方式相較于傳統(tǒng)的靜態(tài)圖片或簡單的文字描述，更能吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生對光的折射現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚的興趣，進(jìn)而主動參與到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中.

2.2突破教學(xué)難點(diǎn)

物理實(shí)驗(yàn)中存在許多抽象的概念和復(fù)雜的原理，學(xué)生理解起來較為困難，往往成為教學(xué)的難點(diǎn).AI技術(shù)可以通過虛擬仿真、3D建模等手段，將抽象的內(nèi)容具象化，幫助學(xué)生突破難點(diǎn).以“磁場”概念為例，磁場是看不見、摸不著的，學(xué)生很難直觀理解其性質(zhì)和特點(diǎn).借助AI技術(shù)創(chuàng)建的虛擬磁場環(huán)境，學(xué)生可以通過操作虛擬儀器，如小磁針，觀察其在磁場中的受力和轉(zhuǎn)動情況，從而直觀地感受磁場的存在和方向變化.同時，AI還可以對磁場的分布進(jìn)行可視化處理，用不同顏色和疏密程度來表示磁場的強(qiáng)弱，使學(xué)生更加清晰地理解磁場的特性.

2.3培養(yǎng)學(xué)生思維能力

在AI支持的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生可以自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材、調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)并觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果.在這個過程中，學(xué)生需要不斷提出假設(shè)、進(jìn)行推理和驗(yàn)證，從而培養(yǎng)邏輯思維能力.例如，在“探究滑動摩擦力的影響因素”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以利用AI模擬實(shí)驗(yàn)，自主改變物體的質(zhì)量、接觸面的粗糙程度等因素，觀察滑動摩擦力的變化情況，并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論.此外，AI還可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果，提出一些拓展性問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新思維能力.

3AI在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

3.1利用AI創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)

為了讓學(xué)生更深入地融入利用AI創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)情境中，教師可以利用AI交互功能，開展情景式問答活動.比如，在聲音的傳播實(shí)驗(yàn)情境中，AI隨機(jī)提問：在月球上，宇航員之間如何交流？學(xué)生根據(jù)之前在情境中對聲音傳播需要介質(zhì)的理解，思考并回答月球是真空環(huán)境，聲音無法傳播，宇航員需要借助無線電設(shè)備交流.通過這種方式，不僅強(qiáng)化了學(xué)生對物理知識的理解，還增強(qiáng)了學(xué)生的參與感.同時，教師還可以利用AI生成具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，如讓學(xué)生利用所學(xué)的聲音知識，設(shè)計一個在嘈雜環(huán)境中能有效隔音的裝置.學(xué)生在完成任務(wù)的過程中，主動運(yùn)用物理知識，能夠進(jìn)一步激發(fā)他們對物理實(shí)驗(yàn)的興趣和探索欲望.隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，未來還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，讓學(xué)生以第一人稱視角更加沉浸式地體驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)情境.

3.2開展AI虛擬實(shí)驗(yàn)，拓展實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)

在AI虛擬實(shí)驗(yàn)中，除了常規(guī)的實(shí)驗(yàn)操作模擬，還可以增加實(shí)驗(yàn)難度級別設(shè)置.以“探究磁場對通電導(dǎo)線的作用”實(shí)驗(yàn)為例，初級難度中，學(xué)生只需按照基本步驟操作，觀察通電導(dǎo)線在磁場中的運(yùn)動方向；中級難度則要求學(xué)生自己調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流大小和導(dǎo)線與磁場之間的夾角，分析這些因素對導(dǎo)線運(yùn)動的影響；高級難度可以設(shè)置一些故障模擬，如電路短路、磁場不穩(wěn)定等，讓學(xué)生排查問題并解決，從而全面提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛻?yīng)對問題的能力.此外，AI虛擬實(shí)驗(yàn)平臺還可以引入競爭和合作機(jī)制.學(xué)生可以與虛擬對手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)競賽，看誰能更快、更準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)并得出正確結(jié)論，也可以進(jìn)行小組合作實(shí)驗(yàn)，共同完成一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項目，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力.同時，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺可以記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)歷史和成績，學(xué)生可以隨時回顧自己的實(shí)驗(yàn)過程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷提高自己的實(shí)驗(yàn)水平.

3.3借助AI實(shí)現(xiàn)個性化指導(dǎo)，滿足學(xué)生差異

AI學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)不僅可以在實(shí)驗(yàn)過程中提供指導(dǎo)，還可以在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后發(fā)揮重要作用.在實(shí)驗(yàn)前，AI可以根據(jù)學(xué)生以往的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，為學(xué)生制訂個性化的預(yù)習(xí)計劃.例如，對于在電路實(shí)驗(yàn)方面表現(xiàn)較弱的學(xué)生，AI會推送相關(guān)的電路基礎(chǔ)知識講解視頻、簡單的電路連接模擬練習(xí)等，幫助學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，AI可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和操作過程，為學(xué)生生成詳細(xì)的學(xué)習(xí)報告.報告中不僅指出學(xué)生的錯誤和不足之處，還提供針對性的改進(jìn)建議和拓展學(xué)習(xí)資源.比如，在“測量小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)中，對計算出現(xiàn)錯誤的學(xué)生，AI會詳細(xì)分析錯誤原因，提供電功率計算的相關(guān)知識點(diǎn)講解和練習(xí)題，幫助學(xué)生鞏固知識.

3.4運(yùn)用AI助力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)科學(xué)思維

AI在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用還可以進(jìn)一步拓展.例如，在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)中，AI不僅可以分析學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還可以整合多個班級或多個學(xué)校的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析.通過大數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)、不同教學(xué)環(huán)境下學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異，以及這些差異背后的原因，為教師改進(jìn)教學(xué)方法提供參考.同時，AI可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深入的科學(xué)探究.比如，在“探究牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后，AI提出問題：如果考慮空氣阻力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會有怎樣的變化？如何在實(shí)驗(yàn)中盡量減小空氣阻力的影響？引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中的理想條件與實(shí)際情況的差異.此外，AI還可以幫助學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論模型進(jìn)行對比，讓學(xué)生理解物理理論的建立過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)建模能力.

3.5基于AI促進(jìn)教學(xué)評價多元化，全面評估學(xué)生

為了更好地發(fā)揮AI在教學(xué)評價中的作用，教師可以將AI評價結(jié)果與學(xué)生自評、互評相結(jié)合.在“探究浮力大小與哪些因素有關(guān)”小組實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生先進(jìn)行自評，回顧自己在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)、遇到的問題和解決方法，然后進(jìn)行小組互評，成員之間互相評價實(shí)驗(yàn)操作、團(tuán)隊協(xié)作等方面的表現(xiàn)，最后教師結(jié)合AI教學(xué)評價系統(tǒng)的結(jié)果，對學(xué)生進(jìn)行全面評價.這種多元評價方式可以讓學(xué)生從多個角度了解自己的學(xué)習(xí)情況，提高學(xué)生的自我認(rèn)知和反思能力.此外，AI教學(xué)評價系統(tǒng)還可以與家長進(jìn)行互動.系統(tǒng)定期向家長發(fā)送學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)報告，包括實(shí)驗(yàn)操作技能的提升、團(tuán)隊協(xié)作能力的表現(xiàn)、創(chuàng)新思維的展示等.家長可以根據(jù)報告了解學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的情況，與教師進(jìn)行溝通交流，共同促進(jìn)學(xué)生的成長.同時，AI評價數(shù)據(jù)還可以用于學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的評估，為學(xué)校制定教學(xué)政策、改進(jìn)教學(xué)設(shè)施等提供數(shù)據(jù)支持.

4結(jié)束語

AI技術(shù)的發(fā)展為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了前所未有的機(jī)遇和變革.通過對AI輔助教學(xué)的深入了解，我們認(rèn)識到其在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、突破教學(xué)難點(diǎn)、培養(yǎng)學(xué)生思維能力等方面具有顯著作用.在實(shí)際教學(xué)中，通過合理運(yùn)用AI創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境、開展虛擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)個性化指導(dǎo)、助力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及促進(jìn)教學(xué)評價多元化等策略，能夠有效提升初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，為學(xué)生提供更加豐富、高效的學(xué)習(xí)體驗(yàn).然而，我們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，AI輔助教學(xué)雖然具有諸多優(yōu)勢，但它并不能完全取代傳統(tǒng)的教學(xué)方式.在教學(xué)過程中，教師應(yīng)充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，將AI技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況，靈活選擇合適的教學(xué)手段.

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［責(zé)任編輯：李璟］

收稿日期：2024-12-25

作者簡介：徐江，本科，中學(xué)一級教師，從事初中物理教學(xué)研究.