中學物理教學智能化轉型：智慧助手“豆包”的應用與思考

隨著教育數字化進程的加速，人工智能技術逐漸融入教育教學的各個環節。充分利用人工智能的優勢，加速發展適應每個人的教育，以及更加開放和靈活的教育，這是時代的要求。《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）提出，要堅持反映時代要求，關注信息化環境下的教學改革，促進人才培養模式的轉變，著力發展學生的核心素養^[1]。然而，傳統中學物理教學在激發學生學習興趣、滿足個性化學習需求等方面仍面臨諸多挑戰。“豆包”等生成式人工智能工具的出現為解決這些問題提供了新的思路與方法。研究發現，“豆包”能夠為教師提供豐富的教學資源、精準的內容與學情分析以及創新的教學設計思路，有效提升教學效率與質量，但針對性不強、信息準確度不高等局限性。基于此，筆者以“豆包”在中學物理教學中的應用為例，結合具體案例，探討其在教學資源開發、內容與學情分析、教學設計等方面的作用與價值，旨在為中學物理教學的數字化轉型提供實踐參考與理論支持，并提出合理建議。

一、智能工具“豆包”在中學物理教學中的應用價值

生成式人工智能作為教育教學的輔助工具，在各類學校均有不同程度的應用。2022年2月，教育部對于教育數字化提出明確要求：加快教育數字化改革、智能化進步和整體創新步伐。公平且優質的教育一直是我國追求的目標，促使教育向數字化方向轉變是教育高質量均衡發展的必然趨勢。數字教育已成為全球教育部門關注的焦點。

中學物理作為一門重要的基礎學科，對于培養學生的科學思維和創新能力具有不可替代的作用。然而，傳統的教學方法在某些方面存在一定的局限性，難以充分激發學生的學習興趣和主動性。隨著生成式人工智能的崛起，大語言模型的出現為教育帶來了新的機遇。大語言模型憑借其強大的語言理解和生成能力，能夠與用戶自然而流暢地對話，提供豐富的信息和解決方案。這一技術的引入，為中學物理教學注入新活力，突破傳統教學困境，提升教學質量和效果。筆者結合案例展示了教師如何用智能工具“豆包”開展中學物理教學，闡明如何利用智能工具提升物理教師的教學技能，促進其專業發展。教師探索智能工具在教學資源的開發與利用、內容分析和學情分析、教學設計等方面的作用，可以更好地發揮生成式人工智能優勢，為學生創造更優質、更高效的課堂學習，促進中學物理教育的發展。

二、智能工具“豆包”在中學物理教學中的應用案例

課標明確修訂的基本原則為堅持反映時代要求，反映先進的教育思想和理念，關注信息化環境下的教學改革，關注學生個性化、多樣化的學習和發展需求，促進人才培養模式的轉變，著力發展學生的核心素養。課標要求教師順應時代的變化，借助科技提升自己的專業水平，使教育進入信息化2.0時代。中學物理教學過程是個多因素相互作用的過程，智能工具能從哪些方面為教師提供幫助？筆者將從以下方面進行探討。

（一）教學資源的開發與利用

研究表明，教師的學科教學知識（pedagogical content knowledge，PCK）顯著影響教師的教學資源開發與利用能力，進而影響學生成績。PCK之所以重要，是因為它讓教師將學科內容與教學技能結合，使學生輕松獲得學科知識。

由于教師的學科教學知識不同，因此有些教師的教學資源開發與利用能力較強，而有些教師在這方面稍顯不足。但在智能工具的助力下，每位教師都能輕松根據教學內容進行有針對性的資源開發與利用。例如，在“豆包”聊天對話框輸入“如何開發物理教學資源”，它會給出詳細的步驟（如圖1），讓教師清晰地知道自己接下來應該做什么。教師還可以在同一個對話框，針對以上回答再進行追問，要求其給出更多信息。

教學資源的開發與利用包含文本教學資源的開發與利用、實驗室及多媒體類教學資源的開發與利用、生活與社會環境教學資源的開發與利用等。例如，在新建聊天框中輸入“請幫助我開發高中物理‘牛頓第二定律’這節課的教學資源”，就可以得到包括文字資料資源、圖片資源、視頻資源、動畫資源、在線學習平臺資源等方面的建議，全部符合教學資源的開發與利用原則。“豆包”的回答框架如圖2所示。

1.文本資源的開發與利用

以文本形式呈現的資源稱為文本教學資源，如物理教科書、物理教學參考書、物理教學期刊、物理科普讀物等。如果教師手中的資源不多，此時就可以利用“豆包”來進行文本資源的開發。在本主題研究中，“豆包”提供了牛頓第二定律的發現歷史，力、質量、加速度等關鍵概念的多角度剖析，還提供了汽車安全性能設計、體育運動中的力學分析等實際應用案例集。這些文本資源可在課前利用線上渠道發布，激起學生的學習興趣，激活相關生活經驗。

2.實驗室及多媒體資源的開發與利用

一般情況下，教師在講解“牛頓第二定律”的實驗內容時，只會講解打點計時器實驗裝置和用打點計時器探究加速度與力、質量的關系，形式較為單一。用“豆包”進行實驗室資源開發，可以得到更豐富的實驗器材介紹、實驗方案設計與實施等內容，包括實驗目的、實驗步驟、數據處理與分析，還可以要求其提供操作視頻和圖片資源下載鏈接。筆者利用“豆包”生成了不一樣的實驗方案（見表1）。有條件的學校，可將學生分組，單數組用打點計時器進行探究，雙數組用氣墊導軌進行探究，接著互換。以此拓寬學生的科學思維，培養其科學探究能力。

（二）內容分析和學情分析

教學內容分析和學情分析是教學設計和教育評估中的兩個關鍵環節，它們能夠幫助教師更好地理解教學材料和學生的具體需求，從而提高教學效果。

1.內容分析

教學內容分析主要是指根據教學目標對教科書中的內容進行分析，它是教師進行下一步工作的基礎，是確保教學任務完成的起點，也是教師教學專業發展的必由之路，體現了教師的創造性思維。教學內容分析主要包括三個方面：一是知識的背景材料、內在邏輯關系等；二是物理學的研究方法；三是內容中蘊含的各種科學教育的價值。教師分析教學內容可以確定哪些知識點是必須教授的，哪些是學生已經掌握的，以及如何組織教學活動以獲得最大化的學習效果。此外，教學內容分析還幫助教師理解不同主題之間的關聯，確保教學活動的連貫性和邏輯性。

就內容分析而言，“豆包”能夠覆蓋中學物理的廣泛話題，從基本的物理概念到復雜的問題，都能提供豐富的信息和深入的解析。此外，在快速處理與分析大量文本方面也能提供不少助力，“豆包”能迅速閱讀和分析大量的教學資料，包括書籍、文章和論文，從而幫助教師高效地整理和提煉關鍵信息。表2展示了“豆包”對“牛頓第二定律”主題的內容分析過程：緊貼物理核心素養中的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任得出相應的教學目標。在核心內容剖析中，“豆包”對定律內容進行詳細解讀并指出適用條件。在教學重難點確定上，“豆包”首先指出重點需要掌握的知識，然后指出難點以及學生完成任務所需的能力。此外，還將牛頓第二定律與牛頓第一定律、牛頓第三定律、運動學知識等進行聯系，提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力。對“牛頓第二定律”這節內容全面分析之后，教師在課前準備時可以更加清晰地明確教學目標、把握教學重難點，并根據學生的實際情況設計出更加合理、有效的教學方案，以幫助學生更好地理解和掌握這一重要的物理定律。

2.學情分析

對內容的分析離不開學情分析。學情分析是指教師對學生的學習基礎、能力、需求、興趣和學習風格等方面進行評估的過程。這一分析幫助教師了解學生在物理學科或技能上的當前水平，以及他們的個體差異。這種分析通常包含兩個方面：一是學生普遍感到難學的知識，這是由內容本身和學生的思維障礙所決定的；二是學生普遍有興趣、樂于思考和愿意動手參與的活動，也是值得關注和研究的^[2]。學情分析要注意優秀與困難學生在物理概念理解以及多元智力上的差異，可使用測試成績、作業評估、學生反饋和其他形式的數據來識別學生的優勢和不足。對于學生來說，構建能夠將新信息轉化為熟悉材料的教學是有益的。“豆包”在分析學情時會對學生的知識基礎、學習能力和學習興趣進行分析，教師可根據自己所帶班級的情況，用文字詳細描述出來，生成的內容很有針對性。

（三）教學設計

教師最基本的技能是教學設計能力。教學設計與課堂教學是教學工作的兩個最重要的環節。教學設計是指根據教學目標、教學內容、學生特點、教學條件等因素，運用教育學、心理學等相關理論，有計劃、有目的、有組織地設計和安排教學活動的過程。教師科學、合理設計教學活動，使之更加有序、有效，促進學生全面發展，實現教育教學的目標。它涉及教育理論與實踐的密切結合，需要教師不斷地學習和創新，根據學生的實際情況和教學資源的變化靈活調整。中學物理教師教學設計的水平直接關系到中學物理課程的目標是否能夠實現，同時它也是物理教師專業發展的核心內容。一名中學物理教師在成長的過程中只有鉆研教學設計才能不斷提高教學質量。好的教學設計使教師能夠快速診斷學生的概念理解和學習困難，監測進度，并評估教學方法的有效性。教師創建和實施適應不同學習偏好和先前知識水平的多樣化任務，可以促進包容性課堂，并考慮學生的多樣性，從而直接影響教育質量。

促進學生核心素養全面發展的物理教學設計，其主要具備4個特征：一是落實以學生為主體，以認知發展理論為前提，在學生的最近發展區內積極引導，促進學生物理觀念的發展；二是從身邊的情境出發，引導學生進行觀察和思考，鼓勵合作探究，培養科學思維，提高科學探究意識；三是提倡小組學習與合作學習，讓互助學習為學生的進步添磚加瓦；四是關注學生對科學本質的認識，從實際出發，用實踐來檢驗真理，理解科學與社會及環境的關系。利用“豆包”進行物理教學設計能更全面地考慮以上特征，從而設計出促進學生核心素養全面發展的教學設計。教師利用“豆包”生成了教學設計（掃碼看圖）。

研讀“豆包”給出的教學設計可以看出，利用“豆包”輔助教師進行教學設計的效果已經超越了教師獨自進行教學設計，其在完整性和豐富性方面更為突出。教師可以利用智能工具整合不同學科的知識，聚焦跨學科學習，設計出更有特色的教學方案。在生成式人工智能發展起來之前，教師需要以查閱文獻等方式來進行備課，了解課程的前沿知識，完成教學設計，以便呈現更好的課堂效果，相當耗時耗力。現在，教師可以直接通過與“豆包”等智能工具對話來獲取信息，擁有實時的答案、更高的生產力以及無盡的靈感，在同等教學效果下備課花費的時間更少^[3]。

三、智能工具在中學物理教學中的應用成效與改進建議

（一）應用智能工具取得多方面成效

在教育數字化浪潮中，智能工具的應用為中學物理教學帶來了深刻變革。首先，在教學資源開發方面，教師利用“豆包”等工具進行智能檢索與內容生成，能獲得豐富多樣的教學素材，包括動畫演示、虛擬實驗等，有效彌補了傳統資源的單一性。這些直觀的呈現形式使抽象的物理知識更加易于理解，極大地激發了學生的學習興趣。其次，在內容與學情分析方面，智能工具展現出精準的洞察能力。它能夠深度剖析教學內容的結構與重點，并基于大數據分析學生的學習軌跡、知識掌握情況及思維模式，助力教師精準把握教學節奏，為學生定制個性化的學習路徑，實現因材施教。最后，在教學設計環節，智能工具成為創新的驅動力。教師借助智能工具設計靈活多樣的教學活動，如項目式學習、小組協作探究等，有效增強了課堂互動性與學生參與度，提升了教學效果。

（二）局限性及改進建議

然而，智能工具在中學物理教學中的應用并非完美無缺，其局限性主要體現在以下幾個方面。

1.提示方式與教師培訓需求

實踐研究表明，語言模型的回答準確性高度依賴于提問的精準性。例如，要求“豆包”解釋一個賽車問題時，提示“像物理教師那樣從圓周運動中的力的角度來解釋”會比“從圓周運動中的力的角度來解釋”得到的答案更為貼切。這表明，教師需要掌握更精準的提示方式，以獲得更準確的教學支持。因此，建議對教師進行相關培訓，幫助他們適應智能工具的使用，掌握更有效的提問技巧，從而更好地利用信息技術為教學助力。

2.知識更新與信息準確性問題

智能工具的知識庫是基于訓練數據構建的，這意味著它的知識可能不是最新的，特別是在科學快速發展的領域。作為一個基于大數據和機器學習模型的工具，“豆包”等平臺在信息的準確性和可靠性方面可能存在局限，錯誤的信息會誤導學生。因此，建議教師在使用智能工具時，結合最新的科學文獻和權威教育資源，對智能工具生成的信息進行仔細甄別和驗證，確保教學內容的準確性和可靠性。

3.智能工具與教師角色的本質差異

盡管智能工具功能強大，但其無法替代教師在教學中的核心地位。為促進學生全面發展，教師需要巧妙設計教學方案，營造積極的課堂氛圍，關注學生的情感體驗和價值觀塑造。教師能夠根據教學現場的實際情況，靈活調整教學節奏和方法，敏銳捕捉學生的學習狀態并給予及時反饋和引導，而這些是智能技術目前無法企及的。因此，建議教師理性看待智能工具，將其視為傳統教育方法的輔助工具，而不是替代品。教師應充分發揮自身的專業優勢，結合智能工具的優勢，實現教學效果的最大化。

盡管存在局限，但智能工具為中學物理教學帶來的變革與影響不可忽視。未來，隨著技術的不斷更新迭代以及教育者應用能力的逐步提升，教師應充分發揮智能技術優勢。同時，持續探索與實踐，推動智能技術與中學物理教學深度融合，構建更高效、更具活力的智慧課堂，為學生物理素養的培養提供有力支持。推動教育數字化進程，促進教育公平，擔負起新時代的光榮使命。

正文

注：本文系國家級一流本科課程“中學物理教學論”、西藏自治區一流本科課程“中學物理教學論”、教育部產學合作協同育人項目（編號：202102538051），西藏自治區優秀教學團隊“普通物理學教學團隊”、西藏大學研究生“高水平人才培養計劃”項目（編號：2022-GSP-S045），西藏大學研究生課程“物理學史”建設資助項目的成果。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準：2017年版2020年修訂[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]閻金鐸，郭玉英.中學物理教學概論[M].第4版.北京：高等教育出版社，2019.

[3] 李英哲，劉劍玲.新課標背景下ChatGPT在初中數學備課中的創新功能與價值定位[J].中國電化教育，2024（3）：109-114.

（作者萬秋汝系西藏大學理學院碩士研究生；楊曉榮系西藏大學理學院教授，本文通訊作者）

責任編輯：祝元志