人工智能助推跨学科教学的实践研究

引言：随着社会与科学技术的发展，对人的素养要求也随之提高。跨学科的教学方式已经成为主要的教学方式，主要任务就是通过不同科目的整合以及贯通的理解，以便提高学生运用多种科目的知识去解决实际问题的能力。高中物理课程具有一定的综合性，它与其他科目如数学、化学、信息技术等科目有着密切联系。而人工智能的形成则为高中物理多科式教学提供了新动力。基于人工智能图像数据处理、数据解析分析和智能化仿真，能够有效的帮助物理与有关学科知识的整合，从而创建新的教学方式，并激发学生的求知欲，提高跨学科教学效果，因此，关于利用人工智能促进高中物理的跨学科教学具有一定的探究意义。

一、借助人工智能实现物理与数学深度融合教学

数学是物理学进行理论分析、提出规律与解决问题的有力工具，在高中物理学教学过程中，大量物理概念的定量描述、物理规律的推导、物理问题的解决都离不开数学方法、计算及逻辑推导 。例如，在进行高中物理教学时，“简谐运动”章节涉及大量利用三角函数表示的物理量，如位移、速度、加速度随时间变化，为了帮助教师更好地给学生讲授有关内容，利用人工智能软件进行教学，用于讲解简谐运动的描述信息，并以周期和振幅为基础画出位移—时间图、速度—时间图等并给出其相应的三角函数图，并对其进行模拟动画播放，以此也就可以有效的帮助学生看到物体按照三角函数的图象进行简谐运动。例如，当讲授有关位移的表达式时，该软件会显示位移会按照正弦函数的方式随时间变化，并给出相应的三角函数图象，从而使学生能明确地看到物理中简谐运动与数学中的三角函数的关系，学会用三角函数解简谐运动中涉及的位移问题、速度问题等，从而也就能够有效的实现物理与数学学科的有效衔接。

二、依托人工智能促进物理与化学知识整合教学

物理和化学作为自然科学的两大支柱学科，在研究物质的性质、结构与变化规律等方面存在诸多关联。尤其是通过将人工智能与这两门学科的课程资源有机结合，可以从其内容联系方面为教师组织跨学科的教学提供思路。同时，结合模拟实验等方式，帮助学生在同一场景理解物理和化学知识点的交叉应用，提高其解决综合性、交叉性问题的能力。例如，教师在高中物理“静电场”和化学“电化学基础”教学过程中，利用人工智能技术构造一个“金属防腐”的跨学科情境，虚拟实验室模拟金属受到多种不同条件所引起的腐蚀过程，能够看到金属腐化过程中电子的运动，其中包含物理学静电场电荷运动的物理知识、化学氧化还原反应原则。在此前提下，学生就需要把物理静电场理论知识与化学氧化还原反应、原电池原理共同运用于探究金属的抗腐蚀方法，即可以通过改变物理学条件减缓或阻止电子流动或是通过化学手段在金属表面形成保护层的氧化还原反应，就能够对物理与化学知识的应用共同解决实际问题有一个清晰的理解，以此提高初中物理课堂教学成效，从而可以有效的为培养适应时代需求的创新型人才奠定坚实基础[2]。

三、利用人工智能推动物理与信息技术跨学科实践教学

信息技术迅猛发展对教育教学带来重大影响，信息技术与物理的结合将对提升学生创新能力与实践能力具有积极作用。尤其是物理教学中信息技术为高中物理的实验、数据采集、分析提供了现代化手段，可以说有效的打破了以往单一枯燥的传统教学模式，增添了课堂中的教学色彩，让学生也更加积极的参与到活动中，学生学习兴趣也更加的浓郁。例如，在高中物理必修 1 “探究加速度与力、质量的关系” 实验教学中，首先利用人工智能和信息科技的智能化传感器收集车辆运行期间的加速度、车辆受到的力、相关数值等，将收集的数据实时发送到计算机中；然后利用人工智能的数据分析软件处理收集的数据，快速绘制加速度-力、加速度-质量的关系曲线，并以数据构建恰当的数学模型。如学生做完系列实验后，软件会快速呈现方便快捷的图表，让学生清楚直观地看到加速度与力成正比，与质量成反比。同时学生还可使用像Python 这样的编程软件，编写简单代码分析数据，进而能够进一步有效的实现深化探究实验结论的目的。由此可见这样，学生既能在实验探究活动中学会物理实验能力，还能用信息科技手段对数据分析，更是可以有效的感受到物理学与信息科技在科研活动中的深度融合。

结束语

综上所述，在教育改革不断深化的当下，高中物理跨学科教学对于培养学生的综合素养意义非凡。尤其是人工智能凭借其独特的技术优势，有效的为高中物理跨学科教学提供了多方面的有力支持。并且从创设跨学科情境激发学生兴趣，到实现学科知识融合讲解构建知识网络；从开展跨学科探究活动提升实践与创新能力，再到进行跨学科学习评价促进学生全面发展，人工智能贯穿于教学的各个环节。然而，在应用过程中，教师需要不断提升自身的信息技术素养与跨学科教学能力，合理运用人工智能技术，使其与教学深度融合。未来，随着人工智能技术的持续发展，有望进一步优化高中物理跨学科教学模式，为培养适应时代需求的创新型人才奠定坚实基础，从而能够有效的推动教育教学质量迈向新的台阶。

参考文献：

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林鹏，许振浩，杨为民，等.新工科背景下交叉融合型创新人才培养模式探索[J].高教学刊，2023，9（04）：27-30

梁云真，刘瑞星，高思圆.中小学"人工智能+X"跨学科融合教学：理论框架与实践策略[J].电化教育研究， 2022， 43（10）：94-101.