在初中物理實驗教學中運用智能評價系統的實踐

隨著科技的發展和教育的改革，智能評價系統在教學領域得到了廣泛應用，智能評價系統是一種基于人工智能技術的教學輔助系統，能夠通過對學生的語言、文字、圖像等多種數據進行分析和評價，給出準確的評價結果。在物理實驗教學中，傳統的評價方式主要依靠教師對學生手工填寫實驗報告進行評分，由于實驗報告的評分標準不夠明確和客觀，往往存在主觀性和不公平性等問題，且評分需要消耗教師大量的時間和精力，煩瑣且低效。而智能評價系統的應用能夠實現對學生實驗數據的自動分析和評價，提高評價的客觀性和準確性。由此可見，在初中物理實驗教學中運用智能評價系統，可以有效地提高教學效果，提升學生的學習興趣和主動性。

【教學背景】

“物體的浮與沉”是初中物理實驗教學的一個重要內容，主要通過實驗探究物體在液體中的浮力現象。教師通常從物體在水中的浮沉現象入手，引導學生觀察和思考為什么有的物體會浮起來，而有的會沉下去，然后引入浮力的概念。隨后通過實驗測量物體受到的浮力，以及探究浮力與物體下沉體積、液體的密度等因素的關系。最后通過阿基米德原理來解釋浮力的原因，并應用這一原理解決實際問題。本節實驗教學的目標是讓學生理解浮力的產生原理以及影響浮力產生大小的因素，理解并掌握物體的沉浮條件；了解密度計、潛水艇、氣球的工作原理。本節課通過結合智能評價系統引導學生通過觀察、操作和反思來探索和理解物理概念。八年級的學生已經了解一些基本的物理概念，如力和重力，但對浮力和密度的具體概念可能不太熟悉，且此階段的學生處于從具體操作階段向形式操作階段過渡的時期，能夠理解一些抽象概念，但可能需要具體的示例和多感官的學習材料來輔助理解。因此在教學過程中，教師需要通過多種教學資源，如模型、視頻、互動模擬等，來幫助學生形成直觀的理解，結合生活實例來增強教學的相關性和趣味性，且結合智能評價系統重視形成性評價，通過觀察和反饋來調整教學策略，確保每個學生都能跟上進度并理解核心概念。

【教學過程】

（一）課題導入

師：同學們，在很久以前，有一艘豪華的游輪，叫“泰坦尼克號”，它在海上航行的時候不幸撞到了冰山，結果沉沒了，造成了一場悲劇。那么像“泰坦尼克號”或者這樣的鋼鐵巨輪為什么能夠浮在海面上？而撞上冰山后，“泰坦尼克號”為什么會沉沒呢？再看飛艇，在空氣中可以自由地上升和下降，熱氣球也可以在空中停留。那么到底是什么決定了物體的沉與浮呢？

（教師通過多媒體設備為學生展示“泰坦尼克號”相關圖片和視頻資料。）

師：今天這節課我們就來研究物體的沉與浮是由什么因素決定的？

（設計意圖：通過多媒體展示視頻和圖片引入課題，有助于吸引學生的注意力，提升學生的學習興趣，為后續實驗做好鋪墊作用。）

（二）實驗探究活動

▲活動一：探究怎樣使物體上浮或下沉

師：將你們準備的物品浸沒在水中，松開手后，它可能做什么樣的運動？現在，我準備了一個橙子，讓它浸沒在水中，然后松手，你覺得它會上浮還是下沉？

師：現在用你們準備的物體進行實驗探究。第一步，以小組為單位，將你們準備的物品浸沒在水中，松開手后，它可能做什么樣的運動？第二步，記錄下上浮的物體有哪些，下沉的物體有哪些。第三步，也就是我們這堂課的難點，你怎樣使下沉的物體浮起？怎樣使漂浮的物體沉下去？第四步，完成后小組內交流，你是使用什么方法使物體上浮或下沉的，并在小組內進行展示。最后，物理背后的思維是什么？從物體受力的角度分析你的方法哪些改變了物體的什么受力，達到了什么樣的效果。給大家5～10分鐘時間進行探究、分析、討論。

（學生以小組為單位進行實驗探究。在實驗過程中，教師利用智能評價系統對學生的實驗操作進行檢測和反饋，發現學生在實驗探究過程中存在的個性與共性問題，同時利用實驗錄制功能記錄學生的不當和不合理的操作，并給予及時的指導和糾正，強化學生的實驗操作規范，提升學生的實驗技能。）

師：大家都實際操作了，先匯報一下有哪些物品是下沉的。

生：裝有螺絲的玻璃瓶是下沉的；拆掉包裝的橡皮泥也是下沉的。

師：那上浮的物品有哪些呢？

生：泡沫、蠟燭、帶包裝的橡皮泥。

師：剛才我們所見到的上浮和下沉的現象在生活中都是常見的，那么你是怎么讓下沉的物體浮起來的呢？有沒有愿意上來演示的？

生：（邊演示邊說明）我所用的物體是裝有螺絲的玻璃瓶，放入水中是下沉的，但當我把其中的螺絲取出再將玻璃瓶放入水中，玻璃瓶就上浮了。

生：（邊演示邊說明）我所用的物體是橡皮泥，放入水中時是下沉的，但是我將它的形狀捏為船形，它就可以漂浮在水面上了。

師：接下來思考一下，你們的這些方法從受力的角度來看，分別改變了哪些力。

生：漂浮的物體沉下去是往里面添加了重物，增加了它的重力。

師：那么請問在這個過程中浮力有沒有變呢？（邊演示邊講解）首先我把物體放入水中，物體漂浮在水面上，但當我往物體中加入重物后，物體往下沉了，這個時候浮力變了沒有？

生：變了。

師：變大還是變小？為什么？

生：變大，因為物體下沉后排水量增加。

師：由此可見，在物體下沉實驗過程中，其實我們既改變了它的重力也改變了它的浮力，而且兩者都是變大了，那為什么物體還是會下沉呢？

生：增加的重力大于增加的浮力。

師：那么回到我們一開始的這個橙子，把它放在水中它會上浮，怎么能讓它下沉呢？

生：可以通過改變浮力。

師：怎么改變它的浮力？浮力還與什么有關？

生：密度，改變水的密度。

師：由此可見，通過剛才的分析我們可以發現，要想改變物體的浮與沉，不是改變物體本身的重力就是改變它的浮力。所以物體的浮與沉與重力和浮力有關。

（教師通過共享屏幕將物體在水中的受力分析分享到學生端。）（見圖1）

師：當物體沉底后的受力分析是怎樣的？

（學生通過智能設備畫出物體沉底后的受力分析圖。教師通過共享屏幕檢查每位學生的受力分析過程，及時指導并提出針對性建議。）

▲活動二：探究、潛水艇下潛與上浮的原理

閱讀教材，分析潛水艇下潛與上浮的原理。

生：當潛水艇漂浮在水面時，此時F浮=G物，浮力和重力平衡；當潛水艇閥門打開，海水進入壓力倉，重力增加，此時F浮＜G物，潛水艇開始下潛；當壓縮空氣打入壓力艙將海水排出時，潛水艇重力降低，此時F浮＞G物，潛水艇開始上浮。

▲活動三：解決問題

師：向清水中加入鹽能使沉在水底的雞蛋上浮，請用本節學過的知識說明其中的道理。

生：清水中放入雞蛋，此時F浮＜G物，雞蛋下沉，而往清水中加鹽，增加了水的密度，從而增加了浮力，使得F浮＞G物，因此雞蛋上浮。

師：我們從受力的角度分析物體的沉與浮與重力和浮力有關，那么從物體和液體的密度方面來分析物體的沉與浮，怎么判斷呢？

生：物體的密度如果大于液體的密度，物體會下沉；相反，物體的密度若小于液體的密度，則會上浮。

師：我們從F浮=G物這個公式來推導，F浮=ρ液V排g，G物=ρ物V物g，此時我們可以得到V排=V物，那么物體的沉與浮就與ρ液和ρ物有關，從理論上驗證了你們的猜想。

（設計意圖：通過探究性實驗讓學生在實驗操作中明確了改變物體沉與浮的條件及其原理，充分體現了學生的主體性地位，同時激發了學生的學習興趣。通過智能設備對學生的實驗操作過程進行檢測和反饋，及時給予指導和糾正，強化了學生的實驗操作規范和實驗技能。）

（三）探究浮沉條件的應用

▲活動四：迷你實驗室

實驗1：

師：如圖3所示，利用我們準備的實驗物品進行實驗，觀察蠟塊、橡皮、瓶塞、雞蛋等分別位于哪一層液面上。（教師通過智能設備進行實驗模擬操作，并通過屏幕共享至學生端。）

師：通過實驗觀察，你能夠得出什么結論？

生：密度越小的物體就漂浮在上層，密度越大的物體就沉到最下層。

實驗2：橡皮泥小船和橡皮泥小球

教師通過智能設備進行實驗模擬操作，并通過屏幕共享至學生端。

師：通過實驗現象，很明顯我們看到把橡皮泥捏成小船以后，它竟然浮在水面上，實際上它的原理也就是輪船的工作原理，大家看輪船的工作原理是利用物體漂浮在水面上。具體而言，它是利用把密度比水大的鋼材制成空心的，使它排開更多的水，增大可利用的浮力，即V排變大，使得浮力變大，從而使輪船漂浮在水面上。

師：通過這個實驗視頻，我們也可以知道浸在液體中的物體，其浮沉取決于它所受到的浮力和重力的大小。請看表1，我們剛才已經具體分析過物體的浮沉條件，現在我們來復習一下。

師：改變物體浮沉的方法有哪些？

生：改變物體的重力、改變物體的體積、改變液體的密度。

師：通過探究改變物體浮沉的方法，我們來看一看物體浮沉條件的具體應用。

▲活動五：探究浮沉條件的具體應用

1.密度計。

師：密度計的用途是可以直接測量液體密度，當它靜止時，液面所對應的那個刻度就是這個液體的密度。它的刻度的特點是上面小、下面大，刻度間的間隔是不均勻的，其工作原理是利用物體漂浮在液面上時，浮力等于重力。你能結合所學的知識說出其中的道理嗎？

生：當密度計漂浮在液面上時，浮力等于重力，此時液體的密度與對應刻度的密度相同。

師：我們可以看到密度計頂端有黑色的小鉛丸，有誰知道它的作用是什么？

生：小鉛丸可以降低密度計的重心，使密度計在液體中保持穩定狀態。

2.閱讀教材中關于“鹽水選種”的內容，你能結合所學知識說明其中的道理嗎？

生：浸沒在液體中的物體受到的浮力，跟液體的密度、溶液有關。鹽水選種的道理就是飽滿種子的密度大于鹽水的密度，因而飽滿的種子會下沉。

（四）課堂小結：從本節課學到了什么？

1.決定物體浮與沉的因素：_________。

2.物體的浮沉條件：當_________時，物體上浮；當_________時，物體下沉；當_________時，物體處于漂浮或懸浮。

【教學反思】

本次實驗教學主要以學生自主實驗操作為主，結合智能評價系統對學生學習效果進行評價。

在教學目標和效果方面，教師通過引導學生探究實驗理解物體浮沉的原理，以及能夠靈活運用所學知識解釋日常生活中相關的現象，評估教學效果時，通過智能評價系統檢測學生的參與程度、課堂提問的響應時長以及實驗完成度來進行判斷。

在實驗準備和指導方面，為保證學生的安全，在正式實驗之前，教師對實驗物品進行了充分的檢查和準備，并評估學生的分組情況，讓每個學生都有充足的機會參與實驗操作，并在實驗過程中給予學生足夠的自主探究空間，引導學生思考和討論，能夠及時解答學生的疑問。

在學生的參與和交流方面，教師通過將實驗內容與理論知識相結合，幫助學生形成完整的知識體系，在實驗之前、之中和之后對知識點進行了有效的串聯和復習，增強了學生的實驗參與度。

本教學過程中仍存在一定的不足之處需要優化及改進：（1）由于實驗教學設備有限，學生不能進行深度實驗操作，因此缺乏一定的實驗體驗。（2）智能評價系統可以為學生提供實時評價和反饋，但是有些學生可能對評價結果不夠滿意，或者對評價標準存在異議，所以需要通過給予反饋來提出自己的意見和建議，從而促進評價標準的完善和改進。基于上述反思，教師需通過調整教學方法、增加實驗示范、加強理論與實驗的聯系來改進教學。

【教學啟示】

初中物理實驗教學不僅可以幫助學生鞏固課堂所學的知識，還可以培養學生的實踐能力和科學思維。在實驗教學中，教師可從以下幾方面著手：第一，教師要引導學生主動參與實驗活動，通過設計具有互動性和參與性的實驗，激發學生的好奇心和探究欲。第二，教師應將實驗內容與學生的日常生活聯系起來，使抽象的物理知識變得具體易懂。在實驗原材料的選擇方面，教師可以選擇與學生實際生活密切相關的物品。如在“物體的浮與沉”實驗中，選擇學生生活中常見的雞蛋、橡皮泥等，讓學生更容易理解物理知識，并增強學生的學習興趣。第三，教師在實驗教學中應該根據實際情況合理選擇和運用輔助教學工具，如模型、多媒體教學、虛擬實驗軟件，幫助學生從不同角度理解知識，使實驗教學更加生動有趣，提高學生的學習興趣和實驗技能。第四，教師要強調觀察和思考，鼓勵學生在實驗中仔細觀察現象，并引導學生思考觀察到的現象背后的物理原理。

（作者單位：濟南市槐蔭區西城實驗學校）

編輯：張俐麗