在初中物理實驗教學(xué)中運用智能評價系統(tǒng)的實踐

隨著科技的發(fā)展和教育的改革，智能評價系統(tǒng)在教學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，智能評價系統(tǒng)是一種基于人工智能技術(shù)的教學(xué)輔助系統(tǒng)，能夠通過對學(xué)生的語言、文字、圖像等多種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評價，給出準(zhǔn)確的評價結(jié)果。在物理實驗教學(xué)中，傳統(tǒng)的評價方式主要依靠教師對學(xué)生手工填寫實驗報告進(jìn)行評分，由于實驗報告的評分標(biāo)準(zhǔn)不夠明確和客觀，往往存在主觀性和不公平性等問題，且評分需要消耗教師大量的時間和精力，煩瑣且低效。而智能評價系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的自動分析和評價，提高評價的客觀性和準(zhǔn)確性。由此可見，在初中物理實驗教學(xué)中運用智能評價系統(tǒng)，可以有效地提高教學(xué)效果，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。

【教學(xué)背景】

“物體的浮與沉”是初中物理實驗教學(xué)的一個重要內(nèi)容，主要通過實驗探究物體在液體中的浮力現(xiàn)象。教師通常從物體在水中的浮沉現(xiàn)象入手，引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考為什么有的物體會浮起來，而有的會沉下去，然后引入浮力的概念。隨后通過實驗測量物體受到的浮力，以及探究浮力與物體下沉體積、液體的密度等因素的關(guān)系。最后通過阿基米德原理來解釋浮力的原因，并應(yīng)用這一原理解決實際問題。本節(jié)實驗教學(xué)的目標(biāo)是讓學(xué)生理解浮力的產(chǎn)生原理以及影響浮力產(chǎn)生大小的因素，理解并掌握物體的沉浮條件；了解密度計、潛水艇、氣球的工作原理。本節(jié)課通過結(jié)合智能評價系統(tǒng)引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、操作和反思來探索和理解物理概念。八年級的學(xué)生已經(jīng)了解一些基本的物理概念，如力和重力，但對浮力和密度的具體概念可能不太熟悉，且此階段的學(xué)生處于從具體操作階段向形式操作階段過渡的時期，能夠理解一些抽象概念，但可能需要具體的示例和多感官的學(xué)習(xí)材料來輔助理解。因此在教學(xué)過程中，教師需要通過多種教學(xué)資源，如模型、視頻、互動模擬等，來幫助學(xué)生形成直觀的理解，結(jié)合生活實例來增強(qiáng)教學(xué)的相關(guān)性和趣味性，且結(jié)合智能評價系統(tǒng)重視形成性評價，通過觀察和反饋來調(diào)整教學(xué)策略，確保每個學(xué)生都能跟上進(jìn)度并理解核心概念。

【教學(xué)過程】

（一）課題導(dǎo)入

師：同學(xué)們，在很久以前，有一艘豪華的游輪，叫“泰坦尼克號”，它在海上航行的時候不幸撞到了冰山，結(jié)果沉沒了，造成了一場悲劇。那么像“泰坦尼克號”或者這樣的鋼鐵巨輪為什么能夠浮在海面上？而撞上冰山后，“泰坦尼克號”為什么會沉沒呢？再看飛艇，在空氣中可以自由地上升和下降，熱氣球也可以在空中停留。那么到底是什么決定了物體的沉與浮呢？

（教師通過多媒體設(shè)備為學(xué)生展示“泰坦尼克號”相關(guān)圖片和視頻資料。）

師：今天這節(jié)課我們就來研究物體的沉與浮是由什么因素決定的？

（設(shè)計意圖：通過多媒體展示視頻和圖片引入課題，有助于吸引學(xué)生的注意力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)實驗做好鋪墊作用。）

（二）實驗探究活動

▲活動一：探究怎樣使物體上浮或下沉

師：將你們準(zhǔn)備的物品浸沒在水中，松開手后，它可能做什么樣的運動？現(xiàn)在，我準(zhǔn)備了一個橙子，讓它浸沒在水中，然后松手，你覺得它會上浮還是下沉？

師：現(xiàn)在用你們準(zhǔn)備的物體進(jìn)行實驗探究。第一步，以小組為單位，將你們準(zhǔn)備的物品浸沒在水中，松開手后，它可能做什么樣的運動？第二步，記錄下上浮的物體有哪些，下沉的物體有哪些。第三步，也就是我們這堂課的難點，你怎樣使下沉的物體浮起？怎樣使漂浮的物體沉下去？第四步，完成后小組內(nèi)交流，你是使用什么方法使物體上浮或下沉的，并在小組內(nèi)進(jìn)行展示。最后，物理背后的思維是什么？從物體受力的角度分析你的方法哪些改變了物體的什么受力，達(dá)到了什么樣的效果。給大家5～10分鐘時間進(jìn)行探究、分析、討論。

（學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實驗探究。在實驗過程中，教師利用智能評價系統(tǒng)對學(xué)生的實驗操作進(jìn)行檢測和反饋，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗探究過程中存在的個性與共性問題，同時利用實驗錄制功能記錄學(xué)生的不當(dāng)和不合理的操作，并給予及時的指導(dǎo)和糾正，強(qiáng)化學(xué)生的實驗操作規(guī)范，提升學(xué)生的實驗技能。）

師：大家都實際操作了，先匯報一下有哪些物品是下沉的。

生：裝有螺絲的玻璃瓶是下沉的；拆掉包裝的橡皮泥也是下沉的。

師：那上浮的物品有哪些呢？

生：泡沫、蠟燭、帶包裝的橡皮泥。

師：剛才我們所見到的上浮和下沉的現(xiàn)象在生活中都是常見的，那么你是怎么讓下沉的物體浮起來的呢？有沒有愿意上來演示的？

生：（邊演示邊說明）我所用的物體是裝有螺絲的玻璃瓶，放入水中是下沉的，但當(dāng)我把其中的螺絲取出再將玻璃瓶放入水中，玻璃瓶就上浮了。

生：（邊演示邊說明）我所用的物體是橡皮泥，放入水中時是下沉的，但是我將它的形狀捏為船形，它就可以漂浮在水面上了。

師：接下來思考一下，你們的這些方法從受力的角度來看，分別改變了哪些力。

生：漂浮的物體沉下去是往里面添加了重物，增加了它的重力。

師：那么請問在這個過程中浮力有沒有變呢？（邊演示邊講解）首先我把物體放入水中，物體漂浮在水面上，但當(dāng)我往物體中加入重物后，物體往下沉了，這個時候浮力變了沒有？

生：變了。

師：變大還是變?。繛槭裁?？

生：變大，因為物體下沉后排水量增加。

師：由此可見，在物體下沉實驗過程中，其實我們既改變了它的重力也改變了它的浮力，而且兩者都是變大了，那為什么物體還是會下沉呢？

生：增加的重力大于增加的浮力。

師：那么回到我們一開始的這個橙子，把它放在水中它會上浮，怎么能讓它下沉呢？

生：可以通過改變浮力。

師：怎么改變它的浮力？浮力還與什么有關(guān)？

生：密度，改變水的密度。

師：由此可見，通過剛才的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，要想改變物體的浮與沉，不是改變物體本身的重力就是改變它的浮力。所以物體的浮與沉與重力和浮力有關(guān)。

（教師通過共享屏幕將物體在水中的受力分析分享到學(xué)生端。）（見圖1）

師：當(dāng)物體沉底后的受力分析是怎樣的？

（學(xué)生通過智能設(shè)備畫出物體沉底后的受力分析圖。教師通過共享屏幕檢查每位學(xué)生的受力分析過程，及時指導(dǎo)并提出針對性建議。）

▲活動二：探究、潛水艇下潛與上浮的原理

閱讀教材，分析潛水艇下潛與上浮的原理。

生：當(dāng)潛水艇漂浮在水面時，此時F浮=G物，浮力和重力平衡；當(dāng)潛水艇閥門打開，海水進(jìn)入壓力倉，重力增加，此時F?。糋物，潛水艇開始下潛；當(dāng)壓縮空氣打入壓力艙將海水排出時，潛水艇重力降低，此時F?。綠物，潛水艇開始上浮。

▲活動三：解決問題

師：向清水中加入鹽能使沉在水底的雞蛋上浮，請用本節(jié)學(xué)過的知識說明其中的道理。

生：清水中放入雞蛋，此時F浮＜G物，雞蛋下沉，而往清水中加鹽，增加了水的密度，從而增加了浮力，使得F?。綠物，因此雞蛋上浮。

師：我們從受力的角度分析物體的沉與浮與重力和浮力有關(guān)，那么從物體和液體的密度方面來分析物體的沉與浮，怎么判斷呢？

生：物體的密度如果大于液體的密度，物體會下沉；相反，物體的密度若小于液體的密度，則會上浮。

師：我們從F浮=G物這個公式來推導(dǎo)，F(xiàn)浮=ρ液V排g，G物=ρ物V物g，此時我們可以得到V排=V物，那么物體的沉與浮就與ρ液和ρ物有關(guān)，從理論上驗證了你們的猜想。

（設(shè)計意圖：通過探究性實驗讓學(xué)生在實驗操作中明確了改變物體沉與浮的條件及其原理，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體性地位，同時激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過智能設(shè)備對學(xué)生的實驗操作過程進(jìn)行檢測和反饋，及時給予指導(dǎo)和糾正，強(qiáng)化了學(xué)生的實驗操作規(guī)范和實驗技能。）

（三）探究浮沉條件的應(yīng)用

▲活動四：迷你實驗室

實驗1：

師：如圖3所示，利用我們準(zhǔn)備的實驗物品進(jìn)行實驗，觀察蠟塊、橡皮、瓶塞、雞蛋等分別位于哪一層液面上。（教師通過智能設(shè)備進(jìn)行實驗?zāi)M操作，并通過屏幕共享至學(xué)生端。）

師：通過實驗觀察，你能夠得出什么結(jié)論？

生：密度越小的物體就漂浮在上層，密度越大的物體就沉到最下層。

實驗2：橡皮泥小船和橡皮泥小球

教師通過智能設(shè)備進(jìn)行實驗?zāi)M操作，并通過屏幕共享至學(xué)生端。

師：通過實驗現(xiàn)象，很明顯我們看到把橡皮泥捏成小船以后，它竟然浮在水面上，實際上它的原理也就是輪船的工作原理，大家看輪船的工作原理是利用物體漂浮在水面上。具體而言，它是利用把密度比水大的鋼材制成空心的，使它排開更多的水，增大可利用的浮力，即V排變大，使得浮力變大，從而使輪船漂浮在水面上。

師：通過這個實驗視頻，我們也可以知道浸在液體中的物體，其浮沉取決于它所受到的浮力和重力的大小。請看表1，我們剛才已經(jīng)具體分析過物體的浮沉條件，現(xiàn)在我們來復(fù)習(xí)一下。

師：改變物體浮沉的方法有哪些？

生：改變物體的重力、改變物體的體積、改變液體的密度。

師：通過探究改變物體浮沉的方法，我們來看一看物體浮沉條件的具體應(yīng)用。

▲活動五：探究浮沉條件的具體應(yīng)用

1.密度計。

師：密度計的用途是可以直接測量液體密度，當(dāng)它靜止時，液面所對應(yīng)的那個刻度就是這個液體的密度。它的刻度的特點是上面小、下面大，刻度間的間隔是不均勻的，其工作原理是利用物體漂浮在液面上時，浮力等于重力。你能結(jié)合所學(xué)的知識說出其中的道理嗎？

生：當(dāng)密度計漂浮在液面上時，浮力等于重力，此時液體的密度與對應(yīng)刻度的密度相同。

師：我們可以看到密度計頂端有黑色的小鉛丸，有誰知道它的作用是什么？

生：小鉛丸可以降低密度計的重心，使密度計在液體中保持穩(wěn)定狀態(tài)。

2.閱讀教材中關(guān)于“鹽水選種”的內(nèi)容，你能結(jié)合所學(xué)知識說明其中的道理嗎？

生：浸沒在液體中的物體受到的浮力，跟液體的密度、溶液有關(guān)。鹽水選種的道理就是飽滿種子的密度大于鹽水的密度，因而飽滿的種子會下沉。

（四）課堂小結(jié)：從本節(jié)課學(xué)到了什么？

1.決定物體浮與沉的因素：_________。

2.物體的浮沉條件：當(dāng)_________時，物體上??；當(dāng)_________時，物體下沉；當(dāng)_________時，物體處于漂浮或懸浮。

【教學(xué)反思】

本次實驗教學(xué)主要以學(xué)生自主實驗操作為主，結(jié)合智能評價系統(tǒng)對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價。

在教學(xué)目標(biāo)和效果方面，教師通過引導(dǎo)學(xué)生探究實驗理解物體浮沉的原理，以及能夠靈活運用所學(xué)知識解釋日常生活中相關(guān)的現(xiàn)象，評估教學(xué)效果時，通過智能評價系統(tǒng)檢測學(xué)生的參與程度、課堂提問的響應(yīng)時長以及實驗完成度來進(jìn)行判斷。

在實驗準(zhǔn)備和指導(dǎo)方面，為保證學(xué)生的安全，在正式實驗之前，教師對實驗物品進(jìn)行了充分的檢查和準(zhǔn)備，并評估學(xué)生的分組情況，讓每個學(xué)生都有充足的機(jī)會參與實驗操作，并在實驗過程中給予學(xué)生足夠的自主探究空間，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，能夠及時解答學(xué)生的疑問。

在學(xué)生的參與和交流方面，教師通過將實驗內(nèi)容與理論知識相結(jié)合，幫助學(xué)生形成完整的知識體系，在實驗之前、之中和之后對知識點進(jìn)行了有效的串聯(lián)和復(fù)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生的實驗參與度。

本教學(xué)過程中仍存在一定的不足之處需要優(yōu)化及改進(jìn)：（1）由于實驗教學(xué)設(shè)備有限，學(xué)生不能進(jìn)行深度實驗操作，因此缺乏一定的實驗體驗。（2）智能評價系統(tǒng)可以為學(xué)生提供實時評價和反饋，但是有些學(xué)生可能對評價結(jié)果不夠滿意，或者對評價標(biāo)準(zhǔn)存在異議，所以需要通過給予反饋來提出自己的意見和建議，從而促進(jìn)評價標(biāo)準(zhǔn)的完善和改進(jìn)?；谏鲜龇此迹處熜柰ㄟ^調(diào)整教學(xué)方法、增加實驗示范、加強(qiáng)理論與實驗的聯(lián)系來改進(jìn)教學(xué)。

【教學(xué)啟示】

初中物理實驗教學(xué)不僅可以幫助學(xué)生鞏固課堂所學(xué)的知識，還可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和科學(xué)思維。在實驗教學(xué)中，教師可從以下幾方面著手：第一，教師要引導(dǎo)學(xué)生主動參與實驗活動，通過設(shè)計具有互動性和參與性的實驗，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲。第二，教師應(yīng)將實驗內(nèi)容與學(xué)生的日常生活聯(lián)系起來，使抽象的物理知識變得具體易懂。在實驗原材料的選擇方面，教師可以選擇與學(xué)生實際生活密切相關(guān)的物品。如在“物體的浮與沉”實驗中，選擇學(xué)生生活中常見的雞蛋、橡皮泥等，讓學(xué)生更容易理解物理知識，并增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第三，教師在實驗教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)實際情況合理選擇和運用輔助教學(xué)工具，如模型、多媒體教學(xué)、虛擬實驗軟件，幫助學(xué)生從不同角度理解知識，使實驗教學(xué)更加生動有趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗技能。第四，教師要強(qiáng)調(diào)觀察和思考，鼓勵學(xué)生在實驗中仔細(xì)觀察現(xiàn)象，并引導(dǎo)學(xué)生思考觀察到的現(xiàn)象背后的物理原理。

（作者單位：濟(jì)南市槐蔭區(qū)西城實驗學(xué)校）

編輯：張俐麗