人工智能技術賦能高中物理課堂教學的策略分析

人工智能技術的廣泛應用，給人們的學習和生活帶來了極大的影響，也為推動教育創新改革提供了重要的技術支持。通過人工智能技術的幫助，可以優化高中物理教學模式，促進教學成效的提升，更好地落實核心素養教學要求，加深學生對物理概念的理解，對培養學生的科學思維以及科學探究能力起到了重要的作用。

一、高中物理教學現狀

隨著我國教育事業改革的深入實施，新教學理念會和傳統教育理念產生一定的碰撞，造成各種矛盾的發生，形成新的教學問題，對物理教學造成一定的干擾，不利于提升教學質量。雖然我國高中教育一直處于改革創新階段，但是在教學實踐中，仍然存在一定的問題，制約了教學模式的創新，不利于教學效果的提升。

（一）教師教學存在的問題

雖然信息化技術在物理教學中有著重要的應用價值，但是根據相關調查，大部分物理教師的信息化教學能力還處于偏低的水平，而且教學理念也存在滯后的問題。首先，高中物理教學任務繁重，教師大部分時間都用于教學，對信息化教學工具的研究時間不多，對信息化教學工具的應用水平不高，導致未能充分發揮信息化技術的教學價值。其次，許多物理教師依然受到傳統教學觀念的深刻影響，采取的教學模式比較落后，會存在思維固化的問題，不利于提升教學質量，也不利于促進學生思維的創新發展。

當前高中物理教師在教學中之所以會出現上述的問題，主要是因為大部分物理教師的教學任務較多，甚至需要負責多個班級的物理教學任務，不同班級學生的物理水平不同，教師也需要及時調整教學內容和教學策略，需要投入較多的時間來進行備課，整體的工作壓力較大，教師缺乏足夠的時間開展自主學習。此外，部分教師也會受到教學壓力等多個因素的影響，造成了自主學習意識下降。由于缺乏良好的學習意識和學習時間，許多教師對先進教學工具和技術的了解程度不高，不能充分發揮教學技術的價值和作用，也會制約教學質量的提升。大部分高中物理教師在教學過程中，會受到自身教學思維和習慣的影響，對創新教學手段的接受程度不高，因此也會造成教學模式落后的現象。例如，部分年齡較大的教師會更加習慣使用講授法開展教學，而講授法教學模式會存在一定的滯后性，不利于調動學生的學習主動性。

（二）學生學習存在的問題

學生在學習物理時，由于各種因素的影響，也存在著一定的問題，制約著學習成效的提升，影響其物理核心素養的發展。高中生在前期的學習成長中，基本已經形成較為成熟的學習模式，形成獨有的學習習慣。但是高中物理知識點較多，學習難度較大，教師需要引導好學生學會學習方法，指導學生運用所學的物理知識來解決各種問題，提升學生的知識應用能力。

根據相關調查表明，當前許多高中生在進行物理知識學習時，所采用的學習方式存在不合理的現象，不利于提升學生的學習效果。例如，在學習理論知識時，大部分學生會采用死記硬背的方式，缺乏對知識的深入理解，造成了學生對于理論知識的理解和記憶程度均不高的現象，會影響后續的物理知識學習。此外，部分學生也缺乏良好的學習習慣。如部分學生進行物理習題練習時，未能形成仔細閱讀題目的習慣，未能厘清題自的內容以及相關的邏輯關系，造成了解答過程中會出現知識點遺漏甚至理解錯誤的問題。實驗作為高中物理的重要內容，許多學生的物理實驗動手能力并不強，不利于提升學生的物理核心素養。由于多個因素的限制，許多學生缺乏親自動手操作實驗的機會，造成了學生對實驗原理、實驗過程、實驗操作以及實驗結果的認識不夠深刻，不利于提升學生對物理知識的理解。例如，由于學校實驗室設備有限，教師只能在課堂上向學生展示一些簡單的物理實驗，而針對一些較為復雜的實驗，主要是通過視頻講解的形式開展教學，學生對實驗步驟以及操作過程的認識不足，制約了學生實驗動手能力的提升。

二、人工智能技術賦能高中物理課堂教學的意義

（一）可以強化學生的學習體驗

人工智能技術在各個行業中均有著重要的應用價值，加強人工智能技術在教育領域中的應用，對于教學效率以及質量的提升，起著十分重要的作用。加強人工智能技術在高中物理教學中的應用，可以強化學生的學習體驗，加深學生對于教學知識點的理解，促進學生物理素養的提升。通過人工智能技術的幫助，教師可以將一些復雜且抽象的知識轉化為更加直觀的圖片或者視頻，提高教學的直觀性，加深學生對知識的理解[1]。教師也可以借助人工智能技術來開展情境教學，結合教學內容來構建相應的教學情境，如構建真實的生活化情境，將物理知識融入相應的情境中，從中喚醒學生的感官體驗，激發學生的探索興趣。

（二）可以調動學生的學習主動性

加強人工智能技術在物理教學中的應用，可以調動學生的學習主動性。高中物理的知識點較多，包含各種理論知識和實踐操作知識，對于學生的邏輯思維能力要求較高。如果教師仍然使用傳統的單一且枯燥的教學方式，不僅不能激發學生的學習興趣，甚至還會引起學生的反感。而借助人工智能技術，可以實現理論知識和實踐教學之間的融合，教師可以借助人工智能技術來構建三維的物理模型，向學生直觀地傳遞相應的物理理論知識，教師也可以借助人工智能技術來構建虛擬的實驗環境，為學生展示不同物理實驗的操作，并從多個角度進行實驗步驟和操作的展示，提高學生對物理實驗的全面認知，有效地彌補傳統物理教學存在的不足，提高教學趣味性，也可以更好地激發學生的學習主動性。

（三）可以提高教學的針對性

人工智能技術賦能高中物理課堂教學，有利于提升教學的針對性，促進教學效果的提升。由于各種條件限制，大部分物理知識都是通過課堂教學進行集中傳授，課堂教學時間十分緊張，教師很難對學生進行差異化指導。而學生由于物理基礎以及學習能力的差異，造成了對課堂教學知識的理解水平不一，如果教師采用統一的指導方式，不能有效地提升全體學生的學習成效。而借助人工智能技術的幫助，教師可以突破原有線下教學的限制，可以通過智能化平臺來開展線上教學，和學生進行線上互動溝通，實現課堂教學的延伸。此外，教師可以借助人工智能技術來廣泛收集學生的學習數據，如學生的作業完成數據、測驗數據等，將相關數據輸入智能化系統，系統可以對學生物理知識水平進行智能化診斷，幫助教師快速了解各個學生對物理知識的掌握水平，并根據不同等級的標準來進行智能化分類，對不同等級的學生開展針對性教學[2]例如，根據不同等級學生的物理水平，系統可以自動推薦不同難度的習題進行練習，也可以根據學生的學情以及喜好來推送不同的學習資源，極大地提升教學的針對性，能有效地提升學生的學習成效。

三、人工智能技術賦能高中物理課堂教學的創新策略

（一）借助人工智能技術模擬情境，直觀呈現物理概念

在物理教學課堂中，教師可以借助人工智能技術來模擬情境，將物理概念等相關知識更加直觀地呈現出來，加深學生對物理概念的直觀理解。由于部分高中物理概念較為抽象，教師可以通過人工智能技術來展現和概念相關的真實情境，讓學生可以直觀地了解概念的形成，加深對物理概念的理解[3]。

例如，在開展“萬有引力與宇宙航行”單元教學時，關于衛星變軌知識的教學，在傳統的教學模式中，教師可能會直接在多媒體黑板上描畫出地球、衛星以及衛星軌道，開展“衛星變軌”知識的教學。隨著人工智能技術的應用，教師可以借助3D動畫軟件來繪畫衛星變軌的動態視頻，將遠地點和近地點的速度變化直觀地呈現出來，提高學生對“衛星變軌”知識的理解。此外，教師也可以借助虛擬技術創造航空環境，讓學生身臨其境地感受衛星高低軌道的變化，真實地體驗到衛星變軌的特點。

為了進一步加強學生對物理概念以及規律的掌握，教師還可以借助人工智能技術來進行歌詞的改編，總結不同物理定律的關鍵信息，將其輸入智能化系統當中，選擇不同的改編歌曲，實現自動化改編，學生可以通過唱歌的形式來記憶物理定律要點。例如，學生可以選擇自己喜歡的歌曲，將“牛頓定律”的內容編成歌曲，通過唱歌的形式來強化對牛頓定律的記憶。

（二）構建物理模型，培養學生的科學思維

人工智能技術的應用，可以協助教師進行物理模型的構建，開展難點重點教學，加深學生對于物理知識的理解。在高中物理教學中，會出現多種物理模型，如雙星模型、傳送帶模型等，物理模型的學習難度較大，教師可以根據學生的物理知識水平來進行立體物理模型的構建，并借助人工智能技術來分析學生的認知水平，繪制不同的思維導圖，幫助學生更好地理解物理模型知識點，促進學生科學思維的發展。

例如，在開展“圓周運動”單元教學時，教師可以借助Flash動畫軟件來進行物理模型的構建，將圓周運動模型構建出來，并制作動畫，讓學生可以直觀地看到圓周運動的過程。在講解雙星問題時，教師也可以借助Flash動畫來構建雙星模型，將雙星的橢圓軌道運動過程展現出來，讓學生認識到橢圓軌道運動和圓周運動之間的差異，從中引導學生形成科學的運動思維。在教學過程中，教師還可以借助人工智能技術來構建智能化的實驗平臺，借助傳感器來開展單軌運動演示，讓學生直觀地觀察到單軌運動過程，并進行單軌模型的構建。在構建單軌模型后，教師可以指導學生進行單軌運動臨界值的研究分析，學生在推理分析過程中，也可以形成良好的科學素養。

（三）構建仿真實驗室，鍛煉學生的實踐能力

實驗作為高中物理的核心內容，對于鍛煉學生的動手實踐能力以及思維發展起到了十分重要的作用，教師可以借助人工智能技術的幫助來構建虛擬的仿真實驗室，有效地解決傳統實驗教學存在的不足和問題[4]。通過計算機建模技術以及虛擬技術的幫助，教師可以構建虛擬的仿真實驗，將真實的實驗現象更加真實地反映出來，讓學生直觀地認識到具體的實驗原理和過程。基于人工智能技術所構建的虛擬仿真實驗室，對于設備的要求不高，師生只需要具備移動設備或者電腦就可以進行虛擬仿真實驗室的應用，并且不會受到時間和空間的限制，學生可以隨時進行仿真實驗。開展虛擬仿真實驗，可以為學生提供良好的學習體驗感，也可以培養學生的實踐能力，提高學生對實驗原理的深刻認識。

例如，在開展“萬有引力定律”相關知識點教學時，教師可以仿真實驗室來模擬不同天體的運動實驗，讓學生直觀地認識到天體的運動軌跡，深入認識到牛頓三大運動定律的形成原理以及內容。此外，通過構建虛擬仿真實驗室，學生還可以通過更改不同的實驗數據來分析實驗現象的變化，從中總結實驗結論，分析實驗原理。如在學習“加速度與力和質量的關系”實驗時，可以通過虛擬仿真實驗室來調整各項實驗參數，設置對照組來進行觀察分析，深入地分析加速度和力、質量之間的關系。

（四）提供個性化學習資源和智能輔導

在將人工智能技術應用于高中物理教學中，教師可以構建智能化的輔導系統，為學生提供個性化的學習資源以及提供智能化的輔導，構建更加高效的物理課堂。

首先，教師可以借助智能輔導系統來為學生推送個性化的教學資源[5]?；谌斯ぶ悄芗夹g所構建的智能輔導系統，可以根據相關的數據來分析學生的物理知識水平，了解學生的學習特點，為學生推送個性化的學習資源，實現精準化教學。智能化系統會根據學生的學習反饋，如預習情況、作業完成情況來分析診斷學生對各個知識點的掌握情況，針對學生理解較差的知識點，系統會自動推送相關的教學視頻資源，或者推送相應的練習題，幫助學生更加深入地理解和鞏固薄弱知識點。系統也可以根據學生的學習資源瀏覽情況來分析學生的學習偏好，推送針對性的學習資源。例如，當系統分析學生觀看了大量的教學視頻，系統則會自動推送不同知識點的教學視頻，迎合學生的學習偏好。

其次，智能化系統還可以為學生提供智能化答疑解惑，幫助學生解答學習問題，促進學生學習成效的提升。由于學生的物理基礎和學習能力之間存在一定的差異，因此學生對課堂教學知識點的掌握程度不一，學習疑問也存在一定的差異。而智能化系統通過分析學生的學習現狀，可以分析每一位學生學習中存在的難點和困惑，并針對性地進行答疑。例如，智能化系統可以通過自然語言處理技術來為學生提供全天候的答疑服務，學生只需要通過登錄系統來提出相應的問題，系統就會進行自動回應，通過提煉關鍵信息來給出相對應的答案。學生可以用手機拍攝不懂的題目，并上傳到智能化系統，系統則會進行圖像的自動識別，識別具體的題目，呈現出具體的解答思路和方法。系統還可以通過收集分析學生錯誤率較高的題目，形成錯題集，方便學生進行鞏固練習。

（五）為學生提供個性化學習路徑規劃

人工智能技術的應用，可以促進高中物理教學的個性化發展，教師可以借助人工智能技術來為學生規劃個性化的學習路徑，提高學生的學習效率和效果。智能化輔導系統可以通過分析學生的學習數據來診斷學生的學習現狀，預測學生的學習需求，提供精準的學習資源以及幫助學生規劃個性化的學習路徑。

教師可以通過智能化系統來分析學生的知識理解情況，針對學生已經熟練掌握的知識點，不再安排復習學習，主要進行學生未掌握知識點的鞏固教學。由于不同學生所掌握的知識點存在差異，系統可以根據學生的學情來自動生成科學的學習計劃，規劃個性化的學習路徑。如系統診斷學生物理基礎較好，則會制訂提升的學習計劃，設計安排更具挑戰性的學習任務來鍛煉學生的物理思維。如系統診斷學生物理基礎較為薄弱，則會制訂鞏固的學習計劃，設計一些簡單的題目來鞏固學生的物理基礎。其次，教師可以通過智能化系統來分析學生的學習進度，調整學生的學習計劃。如部分學生學習能力偏低，對于某個知識點的學習理解進度較慢，此時系統則會自動拓展該知識點的訓練內容，切實加強學生對該知識點的理解。如學生的學習能力較強，能夠快速地掌握各個知識點，則系統會自動變換學習內容，提供拓展性的物理知識，進一步擴展學生的知識體系。AI學習路徑規劃的核心在于其“動態適應性”。系統并非制訂一個固定計劃，而是持續監測學生的學習表現，實時評估當前路徑的有效性，并動態調整后續的學習節點、資源類型和難度坡度，確保路徑始終與學生的“最近發展區”相匹配。最后，智能化系統還可以對學生進行實時的鼓勵。系統可以根據學生的學習診斷以及教學目標來制定多個學習目標，當學生達到了某個目標，系統則會自動生成鼓勵，持續激發學生對物理的學習熱情。

（六）對學生的學習成效進行智能化評價

人工智能技術在高中物理教學評價中也有著重要的應用，能夠構建智能化的評價系統。如果采用傳統的教學評價模式，會存在評價不全面以及主觀性過強的問題，未能將學生的學習成效客觀地反饋出來。而通過借助人工智能技術所構建的智能化評價系統，可以實現智能化教學評價。例如，系統可以實現智能化閱卷和評價，通過事先在系統設置標準答案以及具體的評分規則，可以對學生的物理測試進行智能化閱卷，快速地反饋學生的測驗情況，并分析學生的測驗情況，了解學生對知識點的掌握情況。此外，智能化評價系統還可以實現對學生持續性評價，通過學生課堂回答問題情況、實驗操作情況、作業完成情況、教學視頻觀看情況等來對學生的學習態度、學習成效等進行全面的評價。例如，系統可以收集分析學生的學習時長、學習路徑、做題過程等各項數據來深入分析學生的學習特點，系統會對學生進行智能化的診斷評價，得出學生對某個知識點的掌握情況，為教師提供重要的參考，教師可以調整后續的教學內容，開展更加有針對性的輔導教學。更深入的應用在于利用AI進行“預測性評價”和“能力畫像”。系統能基于歷史數據和當前表現，預測學生在未來知識點或考試中可能遇到的困難；同時，通過對學生解決復雜問題過程的分析，生成學生科學思維、探究能力等核心素養維度的“能力畫像”，為綜合素質評價提供客觀、量化的依據。

結束語

綜上所述，人工智能技術在高中物理各個教學環節均有著重要的應用，既可以用于理論知識的教學，也可以用于實驗教學，用于教學資源推送和教學評價等，極大地推動物理教學模式的創新發展，促進教學質量的提升，也進一步提升了學生的物理核心素養水平。因此為了構建更加高效的物理課堂，物理教師應當加強對人工智能技術的研究和應用，更好地解決傳統教學模式存在的問題，切實提升教學效果。

參考文獻

[1]翟晗，高曉楠，王旭.人工智能技術在高中物理教學中的應用[].中國教育技術裝備，2024（19）：21-23.

[2]曾寶枝.基于人工智能培養高中物理學科核心素養的研究[].中學理科園地，2024，20（4）：5-6.

[3]于穎.人工智能下高中物理教學研究[].文理導航（中旬），2023（8）：37-39.

[4]張小雷.高中物理教學中人工智能的融合運用分析[J].數據，2022（6）：171-173.

[5]周詳.虛擬仿真技術在高中物理教學中的應用[J].中學物理教學參考，2024，53（26）：61-63.