AI 赋能初中物理实验教学的研究与实践

引言

在科技飞速发展的今天，人工智能（AI）技术正深刻地改变着各个领域，教育领域也不例外。初中物理作为一门以实验为基础的学科，实验教学对于学生理解物理概念、掌握物理规律、培养科学思维和实践能力具有至关重要的作用。然而，传统的初中物理实验教学受到诸多因素的限制，如实验设备不足、实验场地有限、实验危险性等，导致部分实验难以开展或效果不佳。AI 技术的出现为解决这些问题提供了新的途径和方法，能够为初中物理实验教学带来全新的体验和变革。

1AI 赋能初中物理实验教学的重要性

AI 赋能初中物理实验教学具有不可忽视的重要意义，在多个层面深刻影响着教学效果与学生的发展。从知识理解层面看，物理概念和规律往往较为抽象，传统教学难以让学生直观感受。AI 构建的虚拟实验环境，能将微观、宏观或难以实际操作的实验逼真呈现。比如探究原子结构，学生可借助AI 身临其境观察，加深对抽象知识的理解。在能力培养方面，AI 提供个性化学习支持，依据学生特点定制学习路径，满足不同层次需求，激发创新思维与探究能力。智能分析实验数据，帮助学生快速发现规律，提升科学思维与分析解决问题的能力。

2AI 赋能初中物理实验教学面临的挑战

2.1 技术适配与精准度挑战

AI 技术虽发展迅速，但在与初中物理实验教学深度融合时，面临技术适配与精准度的问题。一方面，虚拟实验环境的逼真度和交互性有待提升。初中物理实验注重真实操作体验，然而目前部分 AI 构建的虚拟实验，在模拟实验器材的质感、操作手感以及实验现象的呈现上，与真实实验存在差距。例如在模拟电路连接实验时，虚拟导线连接的手感不如真实导线，可能导致学生对实际操作的理解产生偏差。另一方面，实验数据采集和分析的精准度不足。

2.2 教师素养与教学转变挑战

AI 赋能初中物理实验教学，对教师的信息技术素养和教学能力提出了全新且更高的要求，教师面临着素养提升与教学转变的双重挑战。在信息技术素养方面，教师需要熟练掌握 AI 技术的基本原理、操作方法以及与实验教学的结合点。但目前许多教师缺乏系统的 AI 技术培训，对虚拟实验平台、智能数据分析工具等的使用不够熟练，难以充分发挥 AI 技术的优势。在教学能力方面，教师需要从传统的知识传授者转变为学习的引导者和组织者。

2.3 学生适应与学习效果挑战

学生作为学习的主体，在 AI 赋能初中物理实验教学的过程中，也面临着适应和学习效果方面的挑战。首先，学生对新技术的接受程度存在差异。部分学生可能对 AI 技术充满好奇，能够积极主动地参与 AI 辅助的实验学习；但也有一些学生对新技术存在陌生感和抵触情绪，习惯于传统的实验教学模式，对虚拟实验、智能辅导等新的学习方式难以适应，导致学习积极性不高。其次，AI环境下的学习容易让学生产生依赖心理。AI 系统提供了详细的实验指导、即时的答疑解惑和个性化的学习建议，部分学生可能会过度依赖这些帮助，缺乏自主思考和探究的能力。

3AI 在初中物理实验教学中的应用策略

3.1 构建虚实融合实验场景，强化直观体验

在初中物理实验教学中，构建虚实融合的实验场景是 AI 应用的重要策略之一。传统的物理实验受限于实验器材、场地和安全等因素，部分实验难以让学生充分观察和操作。而 AI 技术可以创建高度逼真的虚拟实验环境，与实际实验有机结合。例如在讲解“光的折射”实验时，教师可以先让学生进行实际的水中插筷实验，观察筷子在水面处“折断”的现象。然后利用 AI 虚拟实验平台，展示光从空气进入水中时传播路径的动态变化，学生可以通过调整入射角等参数，直观地看到折射角的变化规律。

3.2 利用智能数据分析，优化实验教学过程

AI 的智能数据分析功能能够为初中物理实验教学提供有力的支持，帮助教师优化教学过程。在实验过程中，学生会产生大量的实验数据，传统的人工分析不仅效率低下，还容易出现误差。而AI 可以快速、准确地收集和分析这些数据，挖掘数据背后的规律和问题。比如在“测量物体运动的平均速度”实验中，AI系统可以实时记录小车在不同时间段的路程和时间数据，并通过图表直观地展示出来。

3.3 开发个性化学习资源，满足多元需求

每个学生都有自己独特的学习风格和进度，开发个性化的学习资源是 AI赋能初中物理实验教学的关键策略。AI 可以根据学生的学习历史、实验表现和测试成绩等数据，为每个学生制定个性化的学习计划，提供适合他们的学习资源。对于基础薄弱的学生，AI 可以提供更多的基础实验视频、动画演示和详细的实验步骤讲解，帮助他们巩固基础知识，掌握实验操作技能。

3.4 搭建互动交流平台，促进合作学习

AI 技术可以搭建一个互动交流的平台，为初中物理实验教学营造良好的合作学习氛围。在这个平台上，学生可以与教师、同学进行实时的交流和讨论。在实验前，学生可以在平台上分享自己的实验设想和预习心得，听取他人的意见和建议，完善实验方案。在教师教和学生学的过程中形成的各种教育教学资源，可以通过北戴河区教育教学资源云平台共建共享。在实验过程中，如果遇到问题，学生可以及时在平台上提问，教师和其他同学可以共同参与解答，形成互助学习的良好局面。

结语

综上所述，未来，随着 AI 技术的不断发展和完善，AI 与初中物理实验教学的融合将更加深入和广泛。一方面，AI 技术将不断创新和升级，虚拟实验环境的逼真度和交互性将进一步提高，实验数据的采集和分析将更加准确和智能，为学生提供更加优质的学习体验。另一方面，需要加强教师培训，提高教师的信息技术素养和教学能力，促进教师与AI 技术的有效协作。

参考文献：

[1] 初中物理教学中立德树人全面深化课改措施分析 [J]. 王小龙 . 物理通报 ,2024(09)

[2] 初中物理教师跨学科实践教学认知能力调查与提升建议[J]. 赵志强;苏悦文 . 教学与管理 ,2024(09)