初中物理教學(xué)與智能化技術(shù)深度融合的策略探索

摘要：隨著技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，人工智能的運(yùn)用日益普遍。將其運(yùn)用到中學(xué)的物理課堂中，人工智能技術(shù)可協(xié)助教師們共同創(chuàng)造物理情境，形成認(rèn)知圖譜，并適時(shí)進(jìn)行反饋與評估。不僅可以協(xié)助教師減少繁瑣的重復(fù)性的工作，將傳統(tǒng)教學(xué)融合促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)行之有效，讓中學(xué)物理課堂更高效、更精細(xì)化。基于此，本文從人工智能技術(shù)角度出發(fā)，對當(dāng)前初中物理教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行分析并提出初中物理教學(xué)與智能化技術(shù)深度融合的有效策略，旨在為日后相關(guān)人員的研究提供參考性建議。

關(guān)鍵詞：初中物理;物理教學(xué);人工智能技術(shù);教學(xué)融合

一、引言

在科技不斷發(fā)展的過程中人工智能得到了社會(huì)的廣泛重視，而將其運(yùn)用在初中物理教學(xué)過程中，能夠有效輔助師生進(jìn)行共同學(xué)習(xí)在針對性物理情境創(chuàng)設(shè)過程中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并構(gòu)建相應(yīng)的知識圖譜，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效能不斷提升。長期以來，人們一直強(qiáng)調(diào)關(guān)注學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)，因此需要對教師因材施教，而一般初中教育又是以教育為中心，實(shí)行填鴨式教育，在當(dāng)前應(yīng)試教育的大環(huán)境下，學(xué)校教育出來的人才也大都重書本輕于實(shí)際。教師要針對處在不同知識水平的學(xué)生，根據(jù)學(xué)生已掌握的學(xué)習(xí)能力和自身素養(yǎng)來提出個(gè)體化教學(xué)方法，是一個(gè)非常有困難的事。但是，當(dāng)傳統(tǒng)思維和尖端科技沖擊，給中學(xué)物理教育提供了全新契機(jī)。

二、人工智能技術(shù)概述

人工智能技術(shù)作為一門新技術(shù)，被納入了計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一些主要分支，包括圖像識別、機(jī)器人、語音識別等都屬于人工智能的不同體現(xiàn)，其本身所具備的收集能力、反應(yīng)能力、判斷能力等，能夠有效代替人類進(jìn)行工作[1]。人工智能技術(shù)因?yàn)楸旧淼奶厥庵幨蛊淇梢詮V泛地應(yīng)用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。首先，人工智能也具備認(rèn)知能力，系統(tǒng)可以像人那樣借助鼻子、耳朵等感官認(rèn)識外部世界，從而進(jìn)行內(nèi)部與外部的溝通。其次，人工智能具有一定的思維邏輯，其內(nèi)在系統(tǒng)可以模仿人類思考的方式，運(yùn)用相應(yīng)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，開展信息的加工與發(fā)展，使內(nèi)部信息與外部信息能夠有效結(jié)合提升信息處理效能[2]。在此人工智能具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，能夠在各種環(huán)境中獲得新鮮東西，捕捉新的知識點(diǎn)，并將其進(jìn)行存儲和分析，使其在教學(xué)過程中改進(jìn)自身認(rèn)知框架。最后人工智能具有一定的行為能力能夠?qū)ν獠啃畔⒆龀黾皶r(shí)反應(yīng)，并且進(jìn)行相應(yīng)的輸出。根據(jù)上述特征可知，若將人工智能運(yùn)用在教學(xué)過程中，可以為物理學(xué)科提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐，是初中物理教學(xué)方式更加優(yōu)化，從而達(dá)到深化教育改革的效果，實(shí)現(xiàn)交互式教學(xué)系統(tǒng)。

三、當(dāng)前初中物理教學(xué)過程中存在的問題

（一）未能有效地發(fā)揮學(xué)生的主體地位

正在初中物理教學(xué)角度而言，教師在實(shí)際教學(xué)過程中，對于學(xué)生的主體地位較為忽視，致使整體課堂知識講解過程中未發(fā)揮有效的學(xué)生主體地位，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主體意識逐漸弱化，并且在實(shí)際教學(xué)過程中，教師運(yùn)用填鴨式方式使得學(xué)生受到傳統(tǒng)應(yīng)試教育影響，過于關(guān)注考試成績[3]。因此在初中物理教學(xué)過程中，教師不僅需要對學(xué)生進(jìn)行知識的講解與教學(xué)，還需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行班級管理，使得學(xué)生在此種教學(xué)模式的運(yùn)用下積極性大，打折扣無法展現(xiàn)自我，內(nèi)心所思所想，長此以往造成相應(yīng)的厭學(xué)心理，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的積極性無法有效提升。

（二）教學(xué)方式過于傳統(tǒng)

初中物理課堂的教師往往無法采取有效的教育方式并加以點(diǎn)撥，也無法引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生們讀書的積極度并不高，復(fù)習(xí)效率也較差[4]。因此高中物理課程是相當(dāng)重要的一個(gè)學(xué)科，但對于大多數(shù)高中學(xué)生而言，掌握起來卻相當(dāng)吃力。中學(xué)物理有著很大的科學(xué)化、復(fù)雜化及其抽象性，自然讓他們?nèi)菀仔纬晌冯y情緒，所以如果是由于教師們不能通過合理的教育方法，激不起他們的學(xué)習(xí)積極性，那么他們將會(huì)不愿主動(dòng)掌握物理學(xué)知識點(diǎn)，也不愿積極投入到學(xué)業(yè)之中。如果如此下去，將會(huì)極大降低他們的學(xué)習(xí)效果并且影響教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而對中學(xué)物理課程教學(xué)的順利進(jìn)行形成阻礙。

（三）物理實(shí)驗(yàn)過程中的器具較少

中學(xué)物理學(xué)課程中實(shí)踐是最主要的內(nèi)容，是有助于學(xué)生更深入掌握和了解物理學(xué)基礎(chǔ)知識的重要途徑[5]。但就中國目前的教育環(huán)境分析，在中學(xué)物理教育中實(shí)踐操作性明顯欠缺，尤其是在中國教育資源分配不均的部分地區(qū)的中學(xué)，受教育條件的影響，中學(xué)物理實(shí)踐操作性也相對欠缺。更重要的是，由于中學(xué)物理教學(xué)主要是應(yīng)試教育，試卷也大都為紙質(zhì)試卷，沒有結(jié)合實(shí)踐作業(yè)，這些現(xiàn)象導(dǎo)致了教師在教學(xué)課堂中并不注重實(shí)踐課堂，也沒有實(shí)驗(yàn)操作或?qū)嵺`教學(xué)活動(dòng)，從而造成了學(xué)生的動(dòng)手操作能力不強(qiáng)，也不利于干學(xué)生進(jìn)一步了解物理現(xiàn)象。

四、初中物理教學(xué)與智能化技術(shù)深度融合的策略探索

（一）重點(diǎn)關(guān)注知識薄弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)減負(fù)增效

現(xiàn)階段我國的教學(xué)過程中，由于受到傳統(tǒng)教育的影響，學(xué)生的課業(yè)壓力較重，受到了政府不同教育培訓(xùn)部門的高度重視，致使減負(fù)工作成為教育部門發(fā)展中需要解決的問題，雖然政府也開展過各種方式的教育實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，但減負(fù)增效還是未能反映出實(shí)際成效[6]。由于人工智能技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析的到來，給降低成本提高效率帶來了新辦法及新思維。

在具體課程教學(xué)中，教師需要明確減負(fù)提效工作的具體內(nèi)容，而這里的為主要是指消減超過學(xué)生本身生理和心智發(fā)展水平所限制的學(xué)業(yè)任務(wù)，并減去了具體練習(xí)項(xiàng)目的一些枯燥無味且缺乏實(shí)際成效的作業(yè)練習(xí)[7]。為進(jìn)一步提升實(shí)際工作成效，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教師應(yīng)有計(jì)劃的進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)劃，致使學(xué)生能夠有目標(biāo)、有計(jì)劃的完成實(shí)際學(xué)習(xí)目標(biāo)。基于此，教師應(yīng)將學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)進(jìn)行全面了解，然后借助人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析，在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行學(xué)生成果的檢測，之后分析學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，掌握學(xué)生的弱勢之處，進(jìn)而進(jìn)行針對性的知識講解，使學(xué)生可以在限定時(shí)期內(nèi)，并根據(jù)自身學(xué)習(xí)中存在的不足之處完成學(xué)業(yè)，從而真正達(dá)到了減負(fù)目的。

例如，在初中物理課堂教學(xué)結(jié)束之后，教師需要根據(jù)各個(gè)學(xué)生的實(shí)際情況，運(yùn)用人工智能軟件進(jìn)行個(gè)性化作業(yè)的推送，以此減少作業(yè)數(shù)量。與此同時(shí)，在實(shí)際教學(xué)的過程中，教師還應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)需要布置一些課外內(nèi)容，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生自身的學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)現(xiàn)階段的減負(fù)政策的實(shí)施和深化現(xiàn)狀可知，在具體學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生的作業(yè)量在不斷減少的同時(shí)學(xué)習(xí)質(zhì)量也在不斷提升，并且增加了課外活動(dòng)時(shí)間，降低學(xué)生焦慮的學(xué)習(xí)情緒。而物理作為自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要意義，但是部分物理實(shí)驗(yàn)無法在課程中得到實(shí)際操作，此時(shí)教師可以運(yùn)用人工智能系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M，之后再利用大屏幕進(jìn)行演示，學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)的過程中可以根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中和實(shí)驗(yàn)知識學(xué)習(xí)，以此提升自身的學(xué)習(xí)效能。由此可見，將人工智能技術(shù)融合在初中物理的教學(xué)過程中，對于學(xué)生而言能有效地在減負(fù)的同時(shí)提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效。

（二）進(jìn)行因材施教，注重先學(xué)后教

根據(jù)我國具體教育改革要求和教育目的可知，在實(shí)際教學(xué)過程中，教師必須以學(xué)生為主體地位，并且其教育教學(xué)模式應(yīng)從傳統(tǒng)應(yīng)試教學(xué)逐漸轉(zhuǎn)向，信息化教學(xué)人工智能技術(shù)教學(xué)方向，致使整體教學(xué)課程呈現(xiàn)更為直觀立體，強(qiáng)化教師與學(xué)生之間的溝通性，從而提升學(xué)生的主體地位[8]。基于此，教師在具體開展教學(xué)過程中運(yùn)用先學(xué)后教的方式。首先，教師應(yīng)先運(yùn)用人工智能軟件進(jìn)行有效測評，之后對于課程中的主要內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的解析。其次，教師在解析后運(yùn)用精講點(diǎn)評、分類訓(xùn)練以及分組討論等方法根據(jù)學(xué)生需要進(jìn)行個(gè)體化、針對性課堂教學(xué)，以此保障中學(xué)物理教學(xué)的針對性，達(dá)到因材施教的效果[9]。但是，因材施教的過程中重，需要教師對于班級的實(shí)際情況進(jìn)行全面了解

首先利用人工智能評測，解析出課程的主要內(nèi)容，然后再運(yùn)用，進(jìn)行個(gè)體化的課堂教學(xué)，真正做到了中學(xué)物理的個(gè)體化教學(xué)和因材施教。因材施教的前提就在于全面了解整個(gè)班級的學(xué)習(xí)狀況，并掌握各個(gè)學(xué)生間的具體區(qū)別，而為了全面了解學(xué)生信息，應(yīng)改變傳統(tǒng)的教育技術(shù)手段，逐漸運(yùn)用高新技術(shù)教學(xué)方式，通過人工智能分析和其他現(xiàn)代化技術(shù)來完成。

例如，在初中物理教學(xué)中，教師對《物態(tài)變化》這一章節(jié)內(nèi)容展開教學(xué)時(shí)，首先，應(yīng)提前準(zhǔn)備與本節(jié)課程相關(guān)的練習(xí)題課件，之后在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)給學(xué)生提前預(yù)習(xí)，以便學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。其次，使用人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)對于學(xué)生們預(yù)習(xí)過的內(nèi)容進(jìn)行審核和評論，給予學(xué)生自身預(yù)習(xí)進(jìn)行反饋，而在此過程中教師能夠根據(jù)學(xué)生的課業(yè)了解自身教學(xué)中的不足之處，學(xué)生能夠根據(jù)教師的反饋，了解自身學(xué)習(xí)中的弱點(diǎn)并進(jìn)行完善和優(yōu)化。與此同時(shí)，教師還可以運(yùn)用人工智能手段針對學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行分析，并運(yùn)用小組學(xué)習(xí)的方式細(xì)致劃分學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)生自身的特點(diǎn)使其負(fù)責(zé)相應(yīng)的學(xué)習(xí)模塊，之后再促使學(xué)生進(jìn)行自主探究，對學(xué)習(xí)資料進(jìn)行收集和梳理，以此提升課堂效率。

（三）創(chuàng)設(shè)物理情境，構(gòu)建知識圖譜

在中學(xué)的物理課程中，運(yùn)用情景化方式教學(xué)，能夠有效啟發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)思維，從而提升自身物理知識理解能力[10]。由于在課堂教學(xué)過程中，教師為學(xué)生創(chuàng)造相應(yīng)的物理情景，因此學(xué)生探索物理知識的內(nèi)生動(dòng)力，得到了一定的激發(fā)。傳統(tǒng)教學(xué)上，針對物理教學(xué)知識設(shè)置故事情景和教學(xué)情景，為使學(xué)生能夠更好地融入情境中去，教師可以利用以前已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識進(jìn)行復(fù)習(xí)創(chuàng)造新的物理學(xué)習(xí)情境以及聯(lián)系生活實(shí)際事件引發(fā)學(xué)生情感共鳴等方式，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生思維立體發(fā)展的目標(biāo)。若是在教師口頭描述的同時(shí)，運(yùn)用人工智能虛擬具體的現(xiàn)實(shí)情景，以語音、圖像、音頻等多種形式把教師講述的現(xiàn)實(shí)情景展示在眼前，效果直接生動(dòng)清晰，引人入勝。物理也是一種自然科學(xué)，實(shí)踐的意義不言而喻，但并不是一切的科學(xué)實(shí)驗(yàn)都能夠?qū)嶋H進(jìn)行操作，教師們便可以講科學(xué)實(shí)驗(yàn)，過程枯燥無味。對于這一類實(shí)驗(yàn)，教師們也可運(yùn)用人工智能系統(tǒng)進(jìn)行仿真或物理實(shí)驗(yàn)，以提高教學(xué)趣味性。人工智能系統(tǒng)可按照教育總體目標(biāo)，以及每位學(xué)生的實(shí)際智力發(fā)展水平構(gòu)建并完善物理模型，從而形成物理學(xué)認(rèn)知圖譜，使學(xué)生能夠比較迅速精準(zhǔn)地找到最適合自身的學(xué)習(xí)內(nèi)容，把因材施教原則落到實(shí)處。當(dāng)使用人工智能系統(tǒng)的學(xué)員人數(shù)超過一定量后，他們的學(xué)習(xí)狀態(tài)便會(huì)在機(jī)器人系統(tǒng)上產(chǎn)生痕跡，通過這種痕跡并結(jié)合自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，進(jìn)而可以預(yù)知某一名學(xué)員后面的學(xué)業(yè)成績，從而智能化選擇最有利于他們發(fā)展的內(nèi)容。

例如，當(dāng)學(xué)生正在解答輸出電功率的有關(guān)習(xí)題時(shí)，新一代人工智能操作系統(tǒng)就會(huì)針對當(dāng)前學(xué)生對電輸出功率認(rèn)識的掌握狀況提出難易程度適合當(dāng)前學(xué)生能力水平的問題，以什么樣的類型考察學(xué)生更易于掌握，從而在盡可能長的時(shí)期里保持學(xué)生對當(dāng)前認(rèn)識的掌握狀況，從而便于學(xué)生查漏補(bǔ)缺，在以后還能夠針對當(dāng)前學(xué)生的總體狀況進(jìn)行更多的幫助。

（四）開展科學(xué)反饋與

傳統(tǒng)物理課堂教學(xué)過程中的反饋與評估主要是運(yùn)用應(yīng)試試卷考核方式，進(jìn)行最終結(jié)果的評判，在此過程中，教師與學(xué)生會(huì)根據(jù)考試成績以及考試?yán)}進(jìn)行問題分析和研究，以此找到學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的誤區(qū)[11]。但是此種方式僅適用于一對一或是一對二等小班課堂教學(xué)，對于一般學(xué)校教育過程中的大課堂教學(xué)方式，教師無法進(jìn)行有效的針對性教學(xué)反饋與評估，使得學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，無法針對自身問題進(jìn)行調(diào)整，所看到的最終結(jié)果，僅僅為成績和分?jǐn)?shù)。因此為改變此類教學(xué)弱點(diǎn)，在實(shí)際物理教學(xué)過程中，教師可以運(yùn)用人工智能針對學(xué)校教學(xué)體系和教師教學(xué)模式進(jìn)行反饋與評估。

例如，在九年級物理教學(xué)過程中，每當(dāng)課程正式結(jié)束之后，學(xué)生可以運(yùn)用新一代人工智能系統(tǒng)對自身一掌握的知識進(jìn)行有效檢測，而該系統(tǒng)能夠在檢測后通過結(jié)果，分析學(xué)生的知識掌握情況以及薄弱環(huán)節(jié)，從而做到針對性分析，針對性管理，運(yùn)用文本或表格等方式，使學(xué)生能夠清晰了解自身問題所在，并且知曉如何提升自身學(xué)習(xí)效能，解決學(xué)習(xí)問題，時(shí)期在有效復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)過程中，不斷強(qiáng)化自身物理知識積累效能，直至學(xué)生通過檢測成績之后，還有綜合練習(xí)和競賽拓展等模塊。

最后，系統(tǒng)會(huì)在完成課程之后根據(jù)不同的學(xué)生情況進(jìn)行各個(gè)綜合練習(xí)模塊的相應(yīng)的診斷報(bào)告單。教師可以根據(jù)此診斷報(bào)告單，對學(xué)生的成長過程以及學(xué)習(xí)歷程進(jìn)行全方位了解性評估，并給予相應(yīng)的評價(jià)報(bào)告，教師就能對教學(xué)期間學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行全面了解，并有效知曉各個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況運(yùn)用的學(xué)習(xí)方法，以及各堂課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生之間存在的差異，使學(xué)校和教師能夠根據(jù)學(xué)生真實(shí)情況開展有效的針對性教學(xué)。而學(xué)生在人工智能技術(shù)與物理學(xué)科融合過程中能夠明確地了解自身問題所在，掌握自身學(xué)習(xí)情況，配合教師積極整改自身在學(xué)習(xí)方面存在的不足，選取相應(yīng)的學(xué)習(xí)方式并，提升學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效能，培養(yǎng)學(xué)生良好的物理學(xué)習(xí)習(xí)慣。

五、結(jié)束語

總而言之，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，其在各個(gè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。在教育教學(xué)過程中為提升教學(xué)效能，教師和學(xué)校應(yīng)針對學(xué)科特點(diǎn)，融合人工智能技術(shù)是學(xué)生在此教學(xué)背景下能夠強(qiáng)化自身學(xué)習(xí)能力。而教師也應(yīng)在實(shí)際教學(xué)過程中，能夠良好地運(yùn)用人工智能技術(shù)和相關(guān)理論知識，使其成為物理教學(xué)過程中的重要工具，輔助和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。雖然人工智能技術(shù)對于中學(xué)物理教學(xué)而言具有一定的促進(jìn)作用，但是在學(xué)生科學(xué)價(jià)值觀培養(yǎng)以及思維能力發(fā)展方面，還存在著一定的局限性，因此教師在具體教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況進(jìn)行經(jīng)過選擇。

作者單位：樊旭光? ? 甘肅省靜寧縣古城初級中學(xué)

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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