人工智能在中學物理STSE教育的實踐研究

胡彩甜

摘 要：21世紀的學習運動正在慶祝它的20周年。由于社會需求的巨大變化，對人力資源開發的需求也在發生變化。當今世界各國都十分重視學生核心素養的培養。許多教育工作者愿意幫助學習者解決復雜的問題，并在現實世界中迅速發展。我在尋找一種新的教學方式，新的變化。項目研究作為一種建立在建構主義理論基礎上的教學方法，為課程改革開辟了一條新的途徑。根據《中學物理綜合課程標準（2017年版）》，“項目研究和綜合學習等提出的方法都是基于STSE理念，并根據實際情況和跨學科的問題解決能力，促進學生的成長和發展。

關鍵詞：人工智能;微型項目式學習;中學物理;STSE教育

引言：長期以來，我們一直提倡以學生為中心的個性化學習，要求教師根據自己的能力來教學生，但大多數學校的教育都是以教師為中心，以教材為基礎的，大部分的人才培養都集中在課堂上練習。根據認知水平和教師學習能力不同的學生的素質制定個性化學習計劃是困難的。然而，在傳統觀念與前沿技術發生沖突的情況下，初級中學物理教學STSE理念的出現為物理教學開辟了新的機遇。

一、人工智能學習理念

人工智能這個詞1956年在達特茅斯首次出現。通過研究人類智能的規律，利用計算機技術來模擬這些智能行為，研究者發展了一套智能人工系統的基本理論、方法和技術。人工智能技術的獨特之處在于它可以應用于各個領域。首先，人工智能具有通過模擬鼻子、耳朵和其他感官的傳感器與外界交換信息的能力。第二，人工智能具有思維能力，模擬人類智能思維，將獨特的信息與智能結合起來處理外部信息。第三，人工智能有能力在一個環境中學習、獲取和儲存知識結構，并隨著時間的推移不斷改進。最后，在這種情況下，人工智能能夠輸出和響應外部信息的功能模塊。這四個特點是人工智能在初中物理教學中應用的基礎。

二、人工智能在中學物理STSE理念教學中的應用

STSE理念強調“科學，技術的發展與社會，環境的統一”。事實上，從進化的角度來看，社會正變得越來越數字化。在新的時代背景下，教育觀念需要進一步完善，形成研究與實踐相結合的模式。在傳統工業社會，教育集中于基本知識和技能，這導致了課堂系統的創建。社會價值更加鼓勵培養專業技術人員，而不是促進人才的全面發展。但是現今學生的思想感情是不容忽視的。向華教授在他的文章中表達出他的觀點：“激發學生學習興趣和社會角色的基礎教育，是人類將知識與社會、生產和環境因素結合起來，強調實踐和探究的基礎教育，這是STSE理念基礎教育，建議教師需要支持基礎教育一體化教育。”它反映了社會及其社會屬性，而學生需要樹立科學價值觀，這些都是STSE理念教育的核心功能。

1.創設物理情景

在初中物理教學中，STSE理念是激發學生運用情境教育學習物理知識的有效手段。教師在課堂上為學生創造物理場景，激發他們探索物理世界的興趣。這對于培養學生的創造性思維非常重要。在傳統的課堂教學中，教師和學生利用想象力構建物理學歷史的敘事情境，識別古代知識，建立學習情境，普遍實現教育目標，觸發與生活相關的情境表達。當教師使用人工智能模擬現實世界的情況，并作出口頭陳述時，教師在學生面前以吸引人的聲音、照片和影片的形式說話，是直觀而清晰的。物理學是一門自然科學，實驗的重要性是不言而喻的，但并非所有的實驗都能進行。教師可以使用人工智能系統來模擬物理實驗，提高課堂愉悅感。

2.構建知識圖譜

人工智能根據每個學生的教育目標和智力發展水平建立和優化物理模型，創建物理知識地圖，使學生能夠更快更準確地找到正確的學習內容和能力。當使用人工智能系統的學生人數達到一定數量時，學生的學習情境會在人工智能系統中留下“痕跡”，并在這些痕跡的基礎上進行處理，將STSE概念與教材信息相結合。明智地推薦對學生未來的表現和成長最好的東西。例如，當一個學生正在解決一個與電有關的問題時，人工智能系統會根據前一個學生的電學知識，通過獲取前一個學生的知識來發現和填補學生的空白，在未來根據學生的整體情況提供更多的幫助。

3.反饋和評價

傳統的教育反饋與評價是以試卷的最終評價為基礎的。基于STSE理念老師和學生用試卷來分析問題，但是學校教育是一個很大的課堂，一對一的反饋評估是不可能的。學生們只會看到分數。在大多數情況下，人工智能可以為教育系統提供反饋和評價。以我國自然科學教育中九年級物理網絡課程為例。基于STSE理念，每節課結束后，學生們首先使用人工智能系統來測試不同水平的學生。在第一次測試之后，系統會分析這種差異，對于薄弱的學生知識環節能使學生以文字和圖表的形式清楚地了解自己的問題，根據學生的各種薄弱環節學習相應的知識點，參與綜合性學習和測試，直到通過。最后，在完成基于STSE理念的調查之后，教師將為不同的學生創建一個不同學習單元的“診斷報告卡”。通過這份報告，可以評價和總結學生的學習和成長過程。基于STSE理念對分析學生在知識、能力、方法、弱點等方面的差異，幫助學生和教師了解真相。學生可以清楚地看到自己的問題，有效地學習。同時，教師為每個學生選擇正確的教學目標和內容，并采用不同的教學方法進行有針對性的教學，項目研究和綜合學習等提出的方法都是基于STSE理念，并根據實際情況和跨學科的問題解決能力，促進學生的成長和發展。

總之，與傳統的物理教育相比，利用人工智能進行物理STSE理念教育在許多方面更加關注學生的整體發展。它要求學生運用跨學科的知識和方法，注重自主性與合作性的結合，引導學生根據自己的知識關注社會問題。

總結：隨著人工智能技術的不斷成熟，老師和學生也收到了很高的要求。正如人工智能已經成為初級中學物理教育的工具一樣，教師需要學習人工智能，學生需要提高自己的學習意識。人工智能在初級中學物理教育中有一定的使用價值，但學生的創造價值和創造性思維的發展有明顯的局限性。在現實生活中，老師可以在某些情況下需要靈活變通，只有這樣才能將其中真正的價值體現出來，并未來根據學生的整體情況提供更多的幫助。

參考文獻：

[1]張亞鍇.現代教育技術及其在中學物理教學中應用研究的可視化分析[D].洛陽師范學院，2020.