人工智能辅助高中物理个性化学习路径的设计与实践

引言：

鲁科版高中物理教材突出“情境—探究—应用”主线，强调实验探究与跨学科实践。然而课堂中仍存在“内容多、课时紧、差异大”的痛点： ① 概念抽象：电场、量子等主题学生理解困难；②实验受限：传感器、微观现象难以在课堂重现； ③ 指导泛化：班级授课难以顾及 50+ 学生的不同起点与兴趣，AI 技术的“可视化呈现—虚拟仿真—数据驱动”优势为破解上述矛盾提供了可能。本研究聚焦“如何基于鲁科版教材设计并实践 AI 辅助的个性化学习路径”，回应“教—学—评一致性”改革需求。

一、人工智能辅助高中物理个性化学习路径设计

（一）学情诊断层

教师可以根据学生在课堂学习中的表现和作业的完成情况为学生设计个性化的学习路径，比如教师可以在教室内布设一些摄像头，通过回放教师可以观察到学生们在课堂上的实际表现，教师也可以为学生设计一些线上的练习作业，从而了解学生对于物理知识的掌握情况，教师可以根据以上的信息为学生们生成个性化的知识图谱，并了解学生对于物理新知识的认识程度和兴趣。

（二）目标与资源匹配层

教师可以根据鲁科版教材的教学要求将学生们划分为三个等级，比如基础级、发展级和提高级，并对处于相应等级的学生所需要完成的任务进行动态调整，这样教师可以为学生们提供适合他们学习的学习方式，比如教师可以为学生在课前提供一些基础性或者提高性的微课，这样可以满足不同学习情况的学生的学习需求，另外教师还可以为学生设计个性化的项目式的任务，教师应当根据学生的学习情况进行相应的任务分配。

（三）学习路径生成层

教师可以利用学生们的知识图谱和学生平时的表现情况为学生们生成个性化的学习地图，学生也可以根据自身的学习情况和学习兴趣来调整相应的学习任务的时间和难度，这样可以保证学生进行个性化的物理知识的学习。

（四）过程监控与即时反馈层

教师可以对学生的个性化学习任务进行相应的检测工作，比如学生在学习的过程当中，如果学生在解答题目的时候，这些试题的错误率超过了 30% 将会为教师提交预警，这样教师可以了解到学生的学习状况，并进行相应的指导练习工作。

（五）动态迭代层

教师可以每两周为学生生成个性化的学习报告，教师根据报告的内容并利用 AI 技术对学生们之后的学习进行相应的干预，并采取一系列的整改措施，比如教师可以对学生进行重新分组或者推送一些学生学习相对薄弱的地方的教学课程，这样可以使得学生迅速地对自身的不足之处进行相应的改正，并提高学生对于物理学习的学习效果。

二、人工智能辅助高中物理个性化学习路径实践

（一）实施场景

本研究以建阳一中的四个实验班共计 196 人为本次研究的模型，并要求教学在一个学期内教学鲁科版必修一和必修二的全部内容。

（二）典型课例

教师教学“电场线”这一单元的时候，为学生们展示了闪电形成的3D 视频，同时教师也向学生提出了相应的问题：如何将电场线画出来呢，学生就可以利用人工智能技术在 VR 的虚拟环境当中对电场线进行绘制，同时教师则利用中央的平台系统对学生所绘制的电场线进行实时的纠正，通过对学生学习情况的分析，教师可以利用 AI 技术针对学生的学习情况推送一些具有训练性的题目，从而学生可以针对薄弱的地方进行训练。

教师在“验证能量守恒定律”的实验当中，对于基础薄弱的学生采用了 AI提供斜面小车仿真 + 分步提示卡的实验方法，对于能力较强的学生则采用了开放探究——利用手机 +Tracker 研究空气阻力对机械能的影响的实验方法，这样的差异化可以让不同水平的学生都可以进行实验的验证。

（三）成效评估

根据实验的结果显示，通过对比学生实验前后的“物理核心素养测试卷”可以发现实验班学生的物理核心素养得到了显著的提升，实验班对于物理学习的焦虑也在大幅的下降，教师通过对学生的采访得知，是 AI 的辅助让学生知道了下一步要去做什么，同时教师的辅导时间也在大幅下降，这也给教师改善课堂教学提供了大量的时间。

结语：

本研究验证了“ AI⁺ 鲁科版教材”在高中物理个性化学习中的可行性与有效性。未来需进一步优化：算法层面——引入鲁科版教材特有的“情境化”“项目化”语义标注，提升推荐精度；教师层面——构建“AI 教研共同体”，以数据驱动的课例研修持续迭代路径模型。人工智能不是替代教师，而是把教师的经验与 AI 的算力共同转化为学生真实发生的深度学习——这正是在鲁科版新教材语境下培育物理核心素养的关键支点。

参考文献：

[1] 周金祥 ， 陈小英 . 人工智能赋能高中物理难点知识教学的创新与 实 践 研 究 [N]. 科 学 导 报 ，2025-07-08（B04）.DOI：10.28511/n.cnki.nkxdb.2025.000593.

[2] 江北大 ， 王怀宾 . 人工智能背景下高中物理教师跨学科创新人才培养体系的实践研究 [J]. 数理天地 （ 高中版 ），2025，（06）：173-175.