人工智能與初中物理教學深度融合策略探索

摘 要：初中物理是一門以觀察和實驗為主的基礎學科，探索人工智能與初中物理教學的融合策略，能有效改變傳統教學理念，創新教學方式，從而能提高物理教學成效，培養學生的物理學科核心素養。闡述了人工智能及其與初中物理教學深度融合的優勢，分析了初中物理教師運用人工智能開展教學的現狀，探討了人工智能與初中物理教學深度融合的策略。

關鍵詞：信息化時代；人工智能；初中物理；深度融合

作者簡介：張正成（1969—），男，甘肅省定西市臨洮縣衙下中學。

人工智能應用背景下，將人工智能與初中物理教學深度融合，可以提升學生的學習效率，培養學生的自主探究意識和能力，激發學生的學習興趣，并幫助學生構建系統的物理知識體系。初中物理作為義務教育階段的基礎學科之一，教師在教學時應以知識的普及教學為主，以引導學生深度學習為輔。同時，教師要積極學習人工智能知識與技能，結合教學實際與學生學情，合理地運用人工智能設計、開展教學活動，從而促進初中物理教學的長遠發展，高質量完成教學任務。

一、人工智能概述及其與初中物理教學深度融合的優勢

人工智能（AI）技術最開始是計算機技術中的一個重要分支，經過不斷發展，現已成為獨立的一門學科，成為人類生產、生活中不可缺少的重要應用技術。人工智能技術具有很多應用優勢，比如提高精準度和準確性、提供個性化服務和支持、提高網絡安全性等。將人工智能與初中物理教學深度融合有重要意義。比如：人工智能可以輔助教師創新教學設計，為學生提供個性化的教學服務和支持，助力學生個性化學習和自主學習，提高學生學習質量和效果；人工智能可以智能評估學生當前的學習情況，幫助教師全面了解學生的實際學情，開展能滿足學生學習需求的教學活動，從而確保學生學習效果，提高教學質量和水平；人工智能可以幫助教師承擔一部分教學任務，減輕教師教學負擔，如針對性批改作業并給出相應的建議等。在人工智能技術的幫助下，教師可以留出更多時間進行教學優化設計。總之，人工智能與初中物理教學深度融合的優勢是顯而易見的，教師需要結合教情與學情深入探索二者融合的途徑與方法，以穩步提高物理教學質量和效率，推動學生物理學科核心素養的提升。

二、初中物理教師應用人工智能教學的現狀

部分初中物理教師已經開始應用人工智能技術開展智能化教學，經過一段時間的調查與探究后，筆者發現利用人工智能技術開展教學有好的一面，但也還存在一些不足。好的一面是教師可以利用人工智能技術為學生提供個性化的教學服務和支持。比如，教師可利用人工智能技術評估學生的學習情況，及時調整教學策略和方法；利用人工智能技術開展虛擬實驗教學，提升學生的實驗學習質量和效果，有效激發學生的物理實驗探究興趣和熱情。不足的一面是物理教師的人工智能應用能力不夠強。一些初中物理教師更注重專業知識水平的提升，對人工智能知識及技術的學習興趣不高，因此僅能在部分教學活動中應用人工智能技術，且應用的方式也較為粗糙，不能充分發揮人工智能技術的優勢和作用。由此可見，初中物理教師的人工智能應用能力能直接影響人工智能與物理學科教學的融合程度。課堂教學能否取得良好成效的關鍵在于師生能否進行有效互動，有些教師雖然利用人工智能技術創設了問題情境，豐富了教學資源，提升了課堂活力，但卻忽視了與學生的有效互動交流，導致教師與學生之間產生了教學隔閡，無法充分發揮人工智能的應用價值。基于此，初中物理教師需要在現有的人工智能應用策略的基礎上進行更加深入的探索和研究，從而促進二者的深度融合，穩步提高教學質量和效率。

三、人工智能與初中物理教學深度融合策略

（一）創設問題情境，培養學生探究能力

學生探究能力的強與弱決定了其學習質量的高與低。若學生的探究能力強，那么其不僅可以獨立自主地完成新知預習和舊知鞏固，還可以發現新知與舊知之間的聯系，實現深度學習；反之，若學生的探究能力較弱，那么其只能被動地接受教師的教學指導，新知學習效率低下，舊知鞏固不足，學習質量很難明顯提升。因此，從教學質量和學生學習效果的角度分析，初中物理教師應重視發揮人工智能的助教、助學優勢，為學生創設質疑問難的問題情境，培養并提高學生的探究能力［1］。

例如，在人教版物理九年級全一冊第十五章“電流和電路”一課的教學中，教師可以利用人工智能技術創設問題情境，培養學生的探究能力。教師借助人工智能技術開展虛擬實驗，可以在安全的情況下講解本課物理實驗，讓學生在不接觸電的情況下理解電流與電路知識。同時，虛擬實驗可以為學生呈現具體的問題情境。如在“家庭電路”虛擬實驗中，學生可以直觀地看到電路的連接方式，了解家庭照明電路的內部構造和各電路元件的分布及其起到的作用。在該虛擬實驗中，教師可切斷電路中的相應部分，并提出問題：為什么切斷這個電器連接點后，整個家庭電路還可以正常運轉？學生通過觀看虛擬實驗，可以發現教師切斷的電器連接點部分與整個電路處于并聯狀態，并不會影響整個電路的正常運轉。之后，教師還可提出新的問題：要想在原來的家庭電路的基礎上接新的閉合電路，應如何操作？對此，學生可以結合該虛擬實驗開展探究學習，逐步提高探究能力。

（二）開展物理實踐，激發學生學習興趣

學生的知識學習興趣對其課堂學習積極性有重要的影響。因此，初中物理教師要想將物理教學與人工智能深度融合，首先要激發學生的學習興趣。物理實踐活動以實驗為主，而實驗以觀察和操作為主要內容，為此，教師可從觀察和操作兩個方面研究人工智能的應用策略［2］。

例如，在人教版物理八年級上冊第二章第1節“聲音的產生與傳播”一課的教學中，教師可以借助智能軟件開展物理實踐教學活動，以激發學生的學習興趣。在課堂教學中，教師可先為學生講解“聲音的產生與傳播”的理論知識，讓學生對本課所學內容有一個清晰的認識。在知識講解過程中，教師可滲透一些人工智能知識，讓學生知曉目前很多聲音都是可以被捕捉到的。在教師介紹人工智能技術時，學生會對教師所說的人工智能物理實踐產生濃厚的學習興趣，產生探究人工智能具體應用方式的積極性。此時，教師可抓住時機，打開相應的智能軟件，并邀請一名學生上臺演示，讓其對著智能軟件發出或大或小的聲音。班級中的其他學生可以通過交互式電子屏幕看到智能軟件共享的內容。在這樣的教學中，學生能看到聲音變化的情況，進而對所學知識產生探究興趣。

（三）引入智能樹形圖，幫助學生構建物理知識體系

在新時代背景下，初中物理教師必須積極創新教學理念，革新教學思想，這樣才能打破傳統教學模式的束縛，幫助學生構建系統的知識體系，發現知識點間的聯系，最終提升學生的學科核心素養。對此，初中物理教師可以借助人工智能技術設計智能樹形圖，引導學生根據自己的學習能力和認知逐步補充完善樹形圖，從而幫助學生構建系統的物理知識體系［3］。

例如，在人教版物理八年級上冊第三章“物態變化”的單元教學中，教師要讓學生理解知識點間的內在聯系，系統地學習本單元的知識內容，促進學生的深度學習，提高學生的學習質量和效率。為此，教師可利用人工智能技術將本單元的知識內容進行梳理、歸納、整合，制作智能樹形圖。智能樹形圖類似于思維導圖，學生需要根據所學內容和自己的認識將其補充完善。在實際教學中，教師可以利用人工智能技術為學生呈現“物態變化”一課的智能樹形圖，豐富課堂教學內容，并引導學生進行深度探究，尋找知識點間的聯系，逐步豐富樹形圖的內容，以此加深學生對知識的理解和記憶。在完善樹形圖的過程中，學生能發現自己對本單元知識的理解還存在哪些不足，進而有針對性地學習和彌補，提升學習效果，構建更系統的物理知識體系。

（四）豐富教學資源，彌補課堂教學不足

在信息時代背景下，初中物理教師要明白教材資源僅僅是學科教學的一部分，并不是知識教學的全部內容，若想有效培養學生的學科核心素養，僅依靠教材資源是遠遠不夠的，必須重視開發新的課程資源，拓展學生的知識視野，彌補課堂教學的不足。

例如，在人教版物理八年級下冊第十二章第3節“機械效率”一課的教學中，教師可先分析學生的學情，了解學生對“效率”一詞的理解程度。由于機械效率的概念涉及“總功”“有用功”“額外功”等概念，而這些概念本身又較為抽象，因此學生在學習這些知識時容易遇到困難。本課的教材資源多為理論知識，并不能幫助學生深入探究相應的知識概念。因此，為幫助學生加深對機械效率知識的理解，教師在課堂教學中可運用人工智能技術，引入相應的課外教學資源，豐富教學內容，以彌補課堂教學的不足，讓學生學會正確區分這些概念。在課堂教學之初，教師可利用人工智能技術模擬真實的物理實驗環境，讓學生在虛擬實驗環境中體驗實驗過程，運用滑輪組實驗裝置測量并計算不同情況下的滑輪組的機械效率。此實驗教學能有效豐富課堂教學的內容，彌補課堂教學的不足。此外，教師還可以利用人工智能技術制作動態的滑輪組物理現象演示視頻，讓學生更好地理解滑輪組的機械效率。教師通過這樣的教學，能有效降低“機械效率”這部分知識內容的學習理解難度，加深學生對相應知識的理解，提高學生的學習有效性。

（五）提升課堂活力，創造課堂新局面

信息時代背景下，初中物理教師要認識到應試教育理念和教學模式的不足，了解新時代對人才的要求已經發生了改變，應重視創造課堂新局面，讓課堂更具活力和吸引力，從而在完成理論知識教學的同時激發學生的學習熱情，培養學生的科學精神與態度，提升學生的學科核心素養［4］。為此，初中物理教師要重視人工智能技術的合理應用，有效發揮人工智能技術的助教、助學價值。

例如，在人教版物理九年級全一冊第十三章第3節“比熱容”一課的教學中，教師可改變傳統的直接進行理論講解的教學模式，以核心素養培養為目標優化設計課堂教學內容，在課堂教學中利用人工智能技術創設具有互動性的教學情境，讓抽象的物理知識變得生動有趣。如教師可利用人工智能技術呈現新疆塔克拉瑪干沙漠的場景，讓學生產生身臨其境之感，能直觀了解該地區的晝夜溫差非常大的情況，以有效激發學生的知識學習興趣，促使學生主動去探究該地區出現這種情況的原因，最終加深學生對比熱容知識的理解。此外，教師也可以結合學生實際學習情況，利用人工智能技術布置合理的練習題目，并在學生完成題目后及時給出反饋，以此幫助學生加深對知識的理解。這樣的教學能提高初中物理課堂的活力，創造新的課堂局面，有效提升課堂教學效果。

結語

總而言之，人工智能與初中物理教學的深度融合具有明顯的優勢，初中物理教師在課堂教學中應用人工智能技術，能有效提升課堂教學效果。因此，初中物理教師應深入探究將人工智能與課堂教學深度融合的策略，以培養學生的各項能力，激發學生的學習興趣，幫助學生構建系統的物理知識體系，彌補課堂教學的不足，提升課堂活力，促進初中物理課堂教學的發展。

［參考文獻］

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