生成式AI 助力高中物理电磁学情境化习题设计研究

引言

在现有的教育环境中，传统习题大多重视理论知识的考察，却忽略了学生把所学知识应用到真实场景中的能力。生成式 AI 技术的出现，给习题的设计带来了革新性的改变，它既能依据学生的学习进程和能力状况来自动产生个性化的习题。又能把电磁学理论同现实生活的情境紧密联系起来，设计出有挑战性又有趣味性的情景化习题。

1 高中物理电磁学习题教学的重要性探讨

高中物理电磁学属于物理学科的核心部分，它的内容比较抽象，逻辑性很强，这就给学生的抽象思维以及建模能力带来了很高的要求 . 而习题教学则是电磁学知识内化以及能力发展的重要环节，它可以帮助学生牢固掌握基础概念诸如电场，磁场，电磁感应等。并且促进他们的科学思维和实践应用能力的进步，传统的习题常常着重于公式套用和数值计算，缺少同生活或者科技前沿的联系，很难引起学生的兴趣，而且不能很好地解决实际问题。所以，创建具有真实性，探究性和情境化的电磁学习题，就成了改进教学效果的一条重要途径，经过情境化设计之后，学生便能在具体的问题里领悟到抽象的原理。通过分析无线充电技术来体会电磁感应，或者凭借粒子加速器的例子加深对洛伦兹力的理解，从而做到知识迁移并培育出核心素养。

2 生成式AI 在教育领域的应用研究

2.1 智能内容生成与个性化学习支撑

生成式人工智能属于前沿技术，它以大规模语言模型和先进深度学习算法作为核心架构，这种技术既能自动化生产优质文本内容. 而且可以延伸到图像、音频甚至视频这类多媒体范畴，教育领域里，生成式 AI 的应用成果十分明显，它被普遍用来创建符合学生个性需求的学习资料。

2.2 情境化与跨学科融合创新

AI 技术有着较强的跨越领域的知识整合实力，它可以将来自生活，工程以及科技前沿的各种各样的消息高效融合起来，之后产生具有较强情境化的学习材料。在科学教育的实际操作里，AI 技术可灵活地融合生物学，地理学等诸多学科的专业知识，精心策划出一连串既贴合实际生活又具有一定难度的物理问题。这些题目不但牵涉到环境保护这些社会焦点话题，也许还会涉及到医疗技术这种前沿科技内容。如此一来，学习材料就变得越发全面且具有实际用途，学生们可以在解决问题的同时，更为深入地认识所学知识，而且培养其综合分析和解决问题的能力。

2.3 教学效率与教师专业发展

生成式人工智能技术可以很好地帮助教师完成诸如习题设计、答案评定、学情分析等一系列重复性较高的工作，大大节约了教师的时间和精力，使教师有更多的时间和精力去思考和调整教学策略，与学生进行更深层次的交流和互动。而人工智能所生成的各类创新教学案例，不仅能给教师带来全新的教学思路和方法，还能拓宽教师的教学视野，丰富教师的教学资源库，从而更好地促进教师的专业发展和教学能力的提高，推动教师职业生涯的发展。

3 生成式AI 在高中物理电磁学情境化习题设计中的应用研究

3.1 真实情境下习题内容的生成研究

生成式 AI 凭借自身强大的自然语言处理以及知识关联能力，可以把电磁学概念同科技应用、日常生活、社会热点等各类问题联系起来，很快设计出很多真实且形象的情景习题。这些习题既体现了电磁学原理在现实生活中的应用，又引发了学生的探索兴趣，推动他们积极思考电磁学现象背后的科学原理。比如说，生成式 AI 可以设计一道关于太阳能电动车充电过程中发生的电磁感应现象分析的习题，让学生在探究电动车充电机制的时候，深入领会法拉第电磁感应定律和楞次定律，经过这样的习题设计，学生既能夯实电磁学的基本知识，又能锻炼解决实际问题的能力，做到理论和实际的结合。

3.2 动态差异化与交互式试题设计

生成式 AI 能够按照学生的学习进度以及能力差别，随时改变习题的难易程度和复杂程度，让每个学生都能在适合自己的层次上找到挑战并有所成长。对于初学者而言，AI 可以设计一些基础性的情景习题，助力他们渐渐形成电磁学的基本概念和解题技巧，而针对进阶学习者，AI 则可以给予更为复杂，更为深入的习题，促使他们探究电磁学的深层原理和高级应用。而且，生成式 AI还可以做到交互式的题目设计，让学生在解题的时候同系统展开即时互动，凭借反馈和调节，持续改良解题思路和办法，进而提升解题速度和准确率。

3.3 跨学科拓展与创新素养培养

生成式人工智能有很强的跨学科整合能力，它可以把物理学的基础知识和工程技术、信息技术甚至伦理学等多个学科有机融合起来，设计出很有整合性、很具有时代气息的习题，像在“电磁波”这一章节教学里，AI 技术就能把通信技术、环境保护之类的实际问题巧妙地加进题目设计里，产生像这样的问题：“5G基站的辐射会不会对人体健康造成隐患？请运用电磁波的波长、对能量等相关物理概念做出严密的科学论证。并在此基础上进一步探究它给社会带来的广泛影响。”通过回答这样综合性质的问题，学生们可以更好地了解并掌握物理规律，而且在分析的过程中锻炼自己的批判性思维能力，还能培养起关注社会问题的意识和责任感，这些都与新课标提倡培养学生核心素养的要求非常契合，有利于提升学生的整体素质。

结语

基于生成式 AI 的高中物理电磁学情境化习题生成，在改变习题设计的旧有模式之余。在促进教师的教学效果提升、学生的兴趣激发以及创新素养培养等方面有着巨大的发展潜力，结合实际情境动态生成习题让学生在面对解决实际问题的过程，帮助其深入理解掌握相关电磁学的原理，并能够将已掌握的习题知识迁移。同时根据不同的学习层次进行动态差异化交互设计，促进不同学习层次的学生得到个性化学习发展。

参考文献：

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[2] 段建梁 , 徐卫国 . 高中物理电磁学学习困难分析及教学策略研究 [J].塑料包装 ,2025,35(03):248-250.

[3] 陈霞 . 高中物理电磁学部分难点解析与教学策略 [J]. 数理化解题研究 ,2025,(15):80-82.

本文系：定西市教育科学“十四五”规划 2025 年度课题“生成式 AI 驱动高中物理电磁学情境化习题创新设计的实践研究”成果论文，课题立项号 :DX[2025]JKS0348。