人工智能技術(shù)在中職物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用探討

一、引言

在科技飛速發(fā)展的時代，人工智能技術(shù)已逐漸滲透到教育的各個領(lǐng)域。中職物理實驗教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和科學(xué)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，正面臨著傳統(tǒng)教學(xué)模式的諸多挑戰(zhàn)。人工智能技術(shù)通過智能化的教學(xué)工具和資源，可以豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、人工智能技術(shù)對中職物理實驗教學(xué)方式的變革

（一）從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)在傳統(tǒng)中職物理實驗教學(xué)模式下，學(xué)生往往處于被動狀態(tài)。預(yù)習(xí)時，對實驗內(nèi)容理解淺顯，實驗過程也多是機(jī)械執(zhí)行教師指令，缺乏主動探索精神。生成式人工智能的融入打破了這一局面。在預(yù)習(xí)階段，它能為學(xué)生提供豐富且具引導(dǎo)性的資料，以生動的動畫展示實驗原理，用富有啟發(fā)性的問題激發(fā)學(xué)生思考。在實驗中，該技術(shù)實時監(jiān)測學(xué)生操作，發(fā)現(xiàn)錯誤立即提示并給予正確指導(dǎo)，使學(xué)生能及時糾正錯誤。這一系列功能促使學(xué)生從被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃铀伎肌⒎e極探索，極大地提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自主學(xué)習(xí)能力。

（二）從單一學(xué)習(xí)到多樣化學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)中職物理實驗教學(xué)的資源與學(xué)習(xí)方式較為單一，學(xué)生獲取知識的途徑有限，難以滿足多樣化的學(xué)習(xí)需求。生成式人工智能的出現(xiàn)豐富了教學(xué)資源與學(xué)習(xí)渠道，它整合網(wǎng)絡(luò)信息，提供實驗視頻、電子教材、科普文章等多種資料。同時，還能為同一實驗設(shè)計多種方案，涵蓋傳統(tǒng)方法與創(chuàng)新思路。學(xué)生可根據(jù)自身情況選擇不同方案進(jìn)行實驗，拓寬實驗思路。這種多樣化的學(xué)習(xí)方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，有效提升了物理實驗教學(xué)的效果。

（三）從標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)到個性化學(xué)習(xí)

中職學(xué)生在物理實驗學(xué)習(xí)方面存在顯著的個體差異，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模式難以兼顧每個學(xué)生的需求。生成式人工智能借助對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析，為學(xué)生量身定制學(xué)習(xí)路徑。針對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，安排從基礎(chǔ)操作到簡單探究的學(xué)習(xí)進(jìn)程；對于能力較強(qiáng)的學(xué)生，則提供更具挑戰(zhàn)性的拓展任務(wù)。在學(xué)習(xí)評價上，生成式人工智能綜合考量學(xué)生多方面的表現(xiàn)，生成個性化評價報告，明確指出學(xué)生的優(yōu)勢與不足，并給出針對性的改進(jìn)建議和學(xué)習(xí)資源推薦，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

三、人工智能技術(shù)在物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用導(dǎo)則

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)層面，淡化對識記知識關(guān)注，開展探究性學(xué)習(xí)活動

生成式人工智能為學(xué)生提供知識獲取工具，減少對淺層知識記憶的依賴。通過與生成式人工智能的互動，學(xué)生可以快速獲取豐富的信息和知識，無需花費大量時間記憶瑣碎的細(xì)節(jié)。在物理實驗教學(xué)中，學(xué)生應(yīng)利用這項技術(shù)，將學(xué)習(xí)重點放在深入理解物理概念和培養(yǎng)實驗探究能力上。學(xué)生可快速掌握實驗基礎(chǔ)知識，專注于實驗設(shè)計、操作和分析。通過參與探究性學(xué)習(xí)和小組合作，學(xué)生能深人理解實驗現(xiàn)象背后的物理原理，提出并解決問題。這不僅有助于扎實掌握物理知識，還能培養(yǎng)創(chuàng)新思維、團(tuán)隊協(xié)作和科學(xué)探究精神，提升綜合素養(yǎng)，為未來學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)設(shè)計層面，依托真實情境，開展思維型教學(xué)

教師應(yīng)利用生成式人工智能進(jìn)行思維型教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實情境，如模擬自然現(xiàn)象和工程場景，將物理實驗融入教學(xué)。

通過情境驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識解決實際問題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教師應(yīng)提出啟發(fā)性問題，鼓勵學(xué)生思考和探索，培養(yǎng)邏輯、批判和創(chuàng)新思維。采用多元化評價方式，全面評估學(xué)生表現(xiàn)和能力，確保提升思維和實踐能力。

（三）教師角色層面，轉(zhuǎn)變角色，爭做復(fù)合教育者

教師需精通并運(yùn)用技術(shù)，整合進(jìn)教學(xué)活動，設(shè)計創(chuàng)新教學(xué)策略，提供個性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)。同時，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)新能力，引導(dǎo)分析評估人工智能信息，避免技術(shù)依賴。組織討論探究活動，關(guān)注學(xué)生情感價值觀塑造，滿足人工智能時代教育新需求。

四、人工智能技術(shù)在中職物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）利用虛擬實驗技術(shù)，突破實驗條件限制

虛擬實驗技術(shù)是人工智能技術(shù)在物理實驗教學(xué)中的重要應(yīng)用之一。它借助先進(jìn)的計算機(jī)模擬和圖形渲染技術(shù)，為學(xué)生創(chuàng)造了一個高度逼真的虛擬實驗環(huán)境。通過虛擬實驗，學(xué)生可以在計算機(jī)上模擬真實的物理實驗過程，包括搭建實驗裝置、調(diào)整實驗參數(shù)、觀察實驗現(xiàn)象以及分析實驗數(shù)據(jù)等。學(xué)?？梢砸颂摂M實驗軟件，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行物理實驗。在進(jìn)行電學(xué)實驗時，學(xué)生可以通過虛擬實驗軟件搭建電路，進(jìn)行電流、電壓的測量和分析，無需擔(dān)心實驗設(shè)備的損壞和實驗安全問題。虛擬實驗還可以模擬一些在現(xiàn)實中難以實現(xiàn)的實驗，如微觀物理實驗、天體物理實驗等，拓寬學(xué)生的視野，加深學(xué)生對物理知識的理解。

如，在“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”教學(xué)中，教師利用3D動畫幫助學(xué)生深人理解閉合電路中的電磁學(xué)概念。通過動畫，抽象的磁場強(qiáng)度B、回路面積S和夾角0變得直觀易懂。學(xué)生能清晰地看到磁場線分布、回路面積變化和夾角變化，直觀理解磁通量變化規(guī)律。這種教學(xué)方法降低了磁通量概念的難度，突破了教學(xué)難點，加深了學(xué)生對電磁感應(yīng)的理解。

（二）借助智能輔導(dǎo)系統(tǒng)，提供個性化學(xué)習(xí)支持

智能輔導(dǎo)系統(tǒng)能夠依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和需求，提供定制化的學(xué)習(xí)支持。它通過人工智能技術(shù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、知識掌握程度和學(xué)習(xí)習(xí)慣，生成個性化的學(xué)習(xí)計劃和練習(xí)方案。智能輔導(dǎo)系統(tǒng)還具備豐富的學(xué)習(xí)資源和互動功能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，助力學(xué)生實現(xiàn)高效學(xué)習(xí)和全面發(fā)展。教師可借助智能輔導(dǎo)系統(tǒng)布置實驗任務(wù)，學(xué)生在執(zhí)行這些任務(wù)時，系統(tǒng)能夠?qū)崟r追蹤學(xué)習(xí)進(jìn)度和狀況，迅速識別問題并給予援助。此外，智能輔導(dǎo)系統(tǒng)通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，向教師提供針對性的教學(xué)建議，協(xié)助教師優(yōu)化教學(xué)方法，從而提升教學(xué)效果。

以“智學(xué)網(wǎng)”在中職物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用為例，在“探究牛頓第二定律”實驗前，系統(tǒng)通過課前小測驗評估學(xué)生知識掌握程度。若學(xué)生對牛頓第二定律理解不足，系統(tǒng)推送知識點講解視頻和練習(xí)題，幫助鞏固基礎(chǔ)。實驗中，系統(tǒng)監(jiān)測操作，若學(xué)生操作不當(dāng)，系統(tǒng)提示糾正。實驗后，系統(tǒng)分析實驗報告，指出問題并提供建議，滿足不同學(xué)習(xí)需求，提升學(xué)習(xí)效果。

（三）運(yùn)用人工智能數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化教學(xué)評價

人工智能技術(shù)可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為教學(xué)評價提供客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。通過收集和處理學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的各種數(shù)據(jù)，例如作業(yè)完成情況、考試成績、課堂參與度、學(xué)習(xí)時間分配以及在線學(xué)習(xí)行為等，人工智能可以精準(zhǔn)地識別出學(xué)生的學(xué)習(xí)優(yōu)勢和薄弱環(huán)節(jié)。教師可以通過分析學(xué)生的實驗操作數(shù)據(jù)、實驗報告數(shù)據(jù)等，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)問題并進(jìn)行反饋。人工智能還可以對教學(xué)過程進(jìn)行分析，評估教學(xué)方法的有效性，為教師改進(jìn)教學(xué)提供參考。通過運(yùn)用人工智能數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)教學(xué)評價的科學(xué)化、精準(zhǔn)化，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

如，“雨課堂”教學(xué)平臺記錄了學(xué)生在“探究滑動摩擦力的影響因素”實驗中的預(yù)習(xí)、提問、回答準(zhǔn)確率、操作規(guī)范性、完成時間和實驗報告質(zhì)量等數(shù)據(jù)。教師利用數(shù)據(jù)分析功能清晰掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，針對操作錯誤多的學(xué)生加強(qiáng)教學(xué)。平臺還提供班級學(xué)習(xí)報告，幫助教師識別教學(xué)弱點，調(diào)整策略，實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)。

五、結(jié)語

人工智能技術(shù)為中職物理實驗教學(xué)帶來創(chuàng)新與變革，在教學(xué)方式、應(yīng)用導(dǎo)則和策略上成果顯著，提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素養(yǎng)。但應(yīng)用中面臨教師技術(shù)掌握、數(shù)據(jù)安全和學(xué)生依賴等挑戰(zhàn)。未來，學(xué)校、教師和教育部門應(yīng)攜手應(yīng)對，加強(qiáng)教師培訓(xùn)，保障數(shù)據(jù)安全，引導(dǎo)學(xué)生正確使用技術(shù)，以發(fā)揮其最大優(yōu)勢，推動中職物理實驗教學(xué)發(fā)展，培育更多高素質(zhì)技能型人才。

參考文獻(xiàn)

[1]潘崇佩，廖康啟，孔勇發(fā).生成式人工智能背景下的近代物理實驗教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2024，43（12）：117-122.

[2]軒書科.人工智能在計算機(jī)物理模擬中的應(yīng)用探索[J].張江科技評論，2024，（05）：173-175.

[3]王柳敏，楊國清.人工智能在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用探析[J].名師在線，2023，（09）：27-29.

[4]曹寶龍.運(yùn)用人工智能改進(jìn)和創(chuàng)新物理教學(xué)的實踐[J].物理教學(xué)探討，2025，43（04）：1-4+13.

[5]曾寶枝.基于人工智能培養(yǎng)高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的研究[J].中學(xué)理科園地，2024，20（04）：5-6.

[6]王柳敏，楊國清.人工智能在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用探析[J].名師在線，2023，（09）：27-29.

責(zé)編/馬銘陽