AI輔助初中物理實驗教學策略研究

摘要：文章通過對AI輔助教學的深入剖析，闡述其在初中物理實驗教學中的重要作用，并提出一系列切實可行的應用策略.AI輔助教學以其智能性、交互性等特點，為初中物理實驗教學帶來新的活力.在教學中，它有助于激發學生興趣、突破教學難點、培養學生思維等.通過利用AI創設實驗情境、開展虛擬實驗、實現個性化指導、助力實驗數據分析以及促進教學評價多元化等策略，能有效提升實驗教學質量，促進學生物理學科核心素養的發展，為初中物理教學改革提供新的思路.

關鍵詞：AI；初中物理；實驗教學

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

在初中教育體系中，物理作為一門基礎自然科學，其實驗教學的重要性不言而喻.通過實驗，學生能夠直觀感受物理現象，深入理解物理概念和規律，培養科學探究能力和創新思維.然而，傳統的初中物理實驗教學存在諸多難以忽視的局限性[1].在實驗設備方面，許多學校受經費、場地等條件限制，實驗設備有限，無法滿足所有學生獨立操作實驗的需求.一些較為先進或昂貴的實驗設備更是稀缺，導致部分實驗無法開展.例如，“探究磁場對通電導線的作用”實驗需要用到蹄形磁鐵、通電導線、電源等設備，若設備數量不足，學生只能分組觀看教師演示，無法親自操作，大大降低了學習效果.另外，實驗環境也存在局限性，難以模擬一些復雜的物理場景.比如在研究天體運動時，學校實驗室無法模擬宇宙中的微重力環境和巨大的引力場，學生難以直觀感受天體運動的規律.在教學方法上，傳統的初中物理實驗教學方法較為單一.通常是教師講解實驗目的、原理、步驟，學生按照教師的指導進行操作，這種“填鴨式”的教學方式缺乏互動性和趣味性，難以激發學生的學習興趣和主動性[2].每個學生的學習能力、知識基礎和學習風格都存在差異，單一的教學方法無法滿足不同學生的學習需求，導致部分學生參與度不高，學習積極性受挫.

隨著AI（人工智能）技術的飛速發展，其在教育領域的應用日益廣泛.AI具有強大的數據分析、模擬仿真、智能交互等能力，為初中物理實驗教學帶來了新的契機[3].將AI融入初中物理實驗教學，能夠打破傳統教學的束縛，豐富實驗教學的形式和內容，為學生提供更加個性化、多樣化的學習體驗.因此，深入研究AI輔助初中物理實驗教學策略具有重要的現實意義，有助于推動初中物理教學的創新發展，提升學生的物理學科核心素養，培養學生的科學思維、創新能力和實踐能力，為學生未來的學習和發展奠定堅實的基礎.

1AI輔助教學簡介

AI輔助教學是指利用人工智能技術來支持和優化教學過程的一種新型教學方式，它借助機器學習、自然語言處理、計算機視覺等AI技術，實現教學資源的智能化生成、教學過程的個性化支持以及教學效果的精準評估.在教學資源生成方面，AI可以根據教師設定的教學目標和內容，自動生成豐富多樣的教學素材，如課件、練習題、實驗模擬等.在個性化支持方面，AI能夠實時收集和分析學生的學習數據，包括學習進度、答題情況、課堂表現等，從而精準把握每個學生的學習狀態和需求.基于這些數據，AI可以為學生提供個性化的學習建議和輔導，如推薦適合的學習資源、調整學習路徑等.在教學效果評估方面，AI可以利用大數據分析和機器學習算法，對學生的學習成果進行全面、客觀的評價，不僅能夠根據成績深入分析學生的知識掌握情況、能力提升情況以及存在的問題，還能為教師調整教學策略提供有力依據.

2AI在初中物理實驗教學中的作用

2.1激發學生學習興趣

初中學生好奇心強，對新鮮事物充滿探索欲望.AI技術具有強大的模擬和展示功能，能夠將抽象的物理實驗以生動、直觀的形式呈現出來，從而有效激發學生的學習興趣.例如，在講解“光的折射”實驗時，利用AI動畫可以清晰地展示光從一種介質進入另一種介質時傳播方向的改變，以及不同角度下折射光線的變化情況.這種動態、形象的展示方式相較于傳統的靜態圖片或簡單的文字描述，更能吸引學生的注意力，讓學生對光的折射現象產生濃厚的興趣，進而主動參與到實驗學習中.

2.2突破教學難點

物理實驗中存在許多抽象的概念和復雜的原理，學生理解起來較為困難，往往成為教學的難點.AI技術可以通過虛擬仿真、3D建模等手段，將抽象的內容具象化，幫助學生突破難點.以“磁場”概念為例，磁場是看不見、摸不著的，學生很難直觀理解其性質和特點.借助AI技術創建的虛擬磁場環境，學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行可視化處理，用不同顏色和疏密程度來表示磁場的強弱，使學生更加清晰地理解磁場的特性.

2.3培養學生思維能力

在AI支持的虛擬實驗環境中，學生可以自主設計實驗方案、選擇實驗器材、調整實驗參數并觀察實驗結果.在這個過程中，學生需要不斷提出假設、進行推理和驗證，從而培養邏輯思維能力.例如，在“探究滑動摩擦力的影響因素”實驗中，學生可以利用AI模擬實驗，自主改變物體的質量、接觸面的粗糙程度等因素，觀察滑動摩擦力的變化情況，并分析實驗數據得出結論.此外，AI還可以根據學生的實驗操作和結果，提出一些拓展性問題，引導學生深入思考，培養學生的批判性思維和創新思維能力.

3AI在初中物理實驗教學中的應用策略

3.1利用AI創設實驗情境，激發學習動機

為了讓學生更深入地融入利用AI創設的實驗情境中，教師可以利用AI交互功能，開展情景式問答活動.比如，在聲音的傳播實驗情境中，AI隨機提問：在月球上，宇航員之間如何交流？學生根據之前在情境中對聲音傳播需要介質的理解，思考并回答月球是真空環境，聲音無法傳播，宇航員需要借助無線電設備交流.通過這種方式，不僅強化了學生對物理知識的理解，還增強了學生的參與感.同時，教師還可以利用AI生成具有挑戰性的任務，如讓學生利用所學的聲音知識，設計一個在嘈雜環境中能有效隔音的裝置.學生在完成任務的過程中，主動運用物理知識，能夠進一步激發他們對物理實驗的興趣和探索欲望.隨著AI技術的不斷發展，未來還可以利用虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術，讓學生以第一人稱視角更加沉浸式地體驗物理實驗情境.

3.2開展AI虛擬實驗，拓展實驗體驗

在AI虛擬實驗中，除了常規的實驗操作模擬，還可以增加實驗難度級別設置.以“探究磁場對通電導線的作用”實驗為例，初級難度中，學生只需按照基本步驟操作，觀察通電導線在磁場中的運動方向；中級難度則要求學生自己調整磁感應強度、電流大小和導線與磁場之間的夾角，分析這些因素對導線運動的影響；高級難度可以設置一些故障模擬，如電路短路、磁場不穩定等，讓學生排查問題并解決，從而全面提升學生的實驗能力和應對問題的能力.此外，AI虛擬實驗平臺還可以引入競爭和合作機制.學生可以與虛擬對手進行實驗競賽，看誰能更快、更準確地完成實驗任務并得出正確結論，也可以進行小組合作實驗，共同完成一些復雜的實驗項目，培養學生的團隊協作能力.同時，虛擬實驗平臺可以記錄學生的實驗歷史和成績，學生可以隨時回顧自己的實驗過程，總結經驗教訓，不斷提高自己的實驗水平.

3.3借助AI實現個性化指導，滿足學生差異

AI學習輔助系統不僅可以在實驗過程中提供指導，還可以在實驗前和實驗后發揮重要作用.在實驗前，AI可以根據學生以往的學習數據和實驗表現，為學生制訂個性化的預習計劃.例如，對于在電路實驗方面表現較弱的學生，AI會推送相關的電路基礎知識講解視頻、簡單的電路連接模擬練習等，幫助學生做好實驗前的準備.實驗結束后，AI可以根據學生的實驗結果和操作過程，為學生生成詳細的學習報告.報告中不僅指出學生的錯誤和不足之處，還提供針對性的改進建議和拓展學習資源.比如，在“測量小燈泡的電功率”實驗中，對計算出現錯誤的學生，AI會詳細分析錯誤原因，提供電功率計算的相關知識點講解和練習題，幫助學生鞏固知識.

3.4運用AI助力實驗數據分析，培養科學思維

AI在實驗數據分析中的應用還可以進一步拓展.例如，在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗中，AI不僅可以分析學生的實驗數據，還可以整合多個班級或多個學校的實驗數據進行大數據分析.通過大數據分析，可以發現不同地區、不同教學環境下學生實驗數據的差異，以及這些差異背后的原因，為教師改進教學方法提供參考.同時，AI可以引導學生進行更深入的科學探究.比如，在“探究牛頓第二定律”實驗數據分析后，AI提出問題：如果考慮空氣阻力，實驗結果會有怎樣的變化？如何在實驗中盡量減小空氣阻力的影響？引導學生思考實驗中的理想條件與實際情況的差異.此外，AI還可以幫助學生將實驗數據與理論模型進行對比，讓學生理解物理理論的建立過程，培養學生的科學建模能力.

3.5基于AI促進教學評價多元化，全面評估學生

為了更好地發揮AI在教學評價中的作用，教師可以將AI評價結果與學生自評、互評相結合.在“探究浮力大小與哪些因素有關”小組實驗后，學生先進行自評，回顧自己在實驗中的表現、遇到的問題和解決方法，然后進行小組互評，成員之間互相評價實驗操作、團隊協作等方面的表現，最后教師結合AI教學評價系統的結果，對學生進行全面評價.這種多元評價方式可以讓學生從多個角度了解自己的學習情況，提高學生的自我認知和反思能力.此外，AI教學評價系統還可以與家長進行互動.系統定期向家長發送學生的實驗學習報告，包括實驗操作技能的提升、團隊協作能力的表現、創新思維的展示等.家長可以根據報告了解學生在物理實驗學習中的情況，與教師進行溝通交流，共同促進學生的成長.同時，AI評價數據還可以用于學校教學質量的評估，為學校制定教學政策、改進教學設施等提供數據支持.

4結束語

AI技術的發展為初中物理實驗教學帶來了前所未有的機遇和變革.通過對AI輔助教學的深入了解，我們認識到其在激發學生學習興趣、突破教學難點、培養學生思維能力等方面具有顯著作用.在實際教學中，通過合理運用AI創設實驗情境、開展虛擬實驗、實現個性化指導、助力實驗數據分析以及促進教學評價多元化等策略，能夠有效提升初中物理實驗教學的質量和效果，為學生提供更加豐富、高效的學習體驗.然而，我們也應該清醒地認識到，AI輔助教學雖然具有諸多優勢，但它并不能完全取代傳統的教學方式.在教學過程中，教師應充分發揮主導作用，將AI技術與傳統教學方法有機結合，根據教學內容和學生的實際情況，靈活選擇合適的教學手段.

參考文獻：

［1］侯曉波.核心素養下初中物理實驗教學的優化策略研究[J].學周刊，2025（03）：47-49.

[2]魏武龍.核心素養視域下初中物理探究性實驗教學策略微探[J].國家通用語言文字教學與研究，2024（11）：48-50.

[3]張會思.新課標下初中物理實驗教學增效策略研究[J].智力，2024（31）：164-167.

［責任編輯：李璟］

收稿日期：2024-12-25

作者簡介：徐江，本科，中學一級教師，從事初中物理教學研究.