AI 技术在初中物理实验教学中的运用研究

引言：初中物理作为培养学生科学思维和实践能力的重要学科，其实验教学在课程体系中占据着举足轻重的地位，然而传统实验教学常受限于实验设备不足、实验风险高、教学资源不均等问题，影响了教学效果和学生的学习兴趣，近年来人工智能（AI）技术的迅猛发展为教育创新提供了新的契机，通过将 AI 技术融入初中物理实验教学可以突破传统教学的局限，还能实现教学过程的智能化、个性化和高效化，特别是在人教版九年级物理教材中，涉及电学、力学、热学等多个实验内容，AI 技术的应用能够显著提升学生的理解深度与动手能力，所以深入研究 AI 技术在初中物理实验教学中的运用，具有重要的理论价值和现实意义。

一、AI 技术在初中物理实验教学中的重要性

（一）提升实验教学的安全性与可操作性

初中物理实验中常涉及高压、高温、强电流等潜在危险因素，传统实验操作存在一定的安全隐患，AI 技术通过构建虚拟实验环境，能够在无风险条件下模拟真实实验过程，有效规避安全事故的发生，比如在进行“测量小灯泡的电功率”实验时学生若接错电路可能导致短路或烧毁元件，而AI 驱动的虚拟实验平台可实时检测连接错误并提示修正，确保学生在安全环境中完成操作训练，这种“零风险”实验模式不仅保护了学生的人身安全，也降低了学校实验设备的损耗成本，使更多学校能够开展高风险实验教学。

（二）弥补实验资源不足，促进教育公平

我国城乡教育资源分布不均，部分农村或偏远地区学校缺乏足够的实验器材和专业教师，导致物理实验教学难以有效开展，AI 技术可通过云端共享实验平台将优质实验资源数字化、智能化，实现跨区域、跨学校的资源共享，比如学生可通过 AI 平台远程访问城市重点中学的虚拟实验室，进行“探究电流与电压、电阻的关系”等核心实验操作，这种“云端实验”模式打破了地理限制使所有学生都能享受到高质量的实验教学，有助于缩小城乡教育差距，推动教育公平。

（三）增强学生学习的主动性与探究能力

传统实验教学多以教师演示、学生模仿为主，学生缺乏自主探究的空间，AI 技术能够提供交互式、情境化的学习体验，激发学生的求知欲和创造力，比如在“探究水的沸腾”实验中 AI 系统可根据学生输入的不同初始条件动态生成实验结果，并引导学生分析数据、提出假设，这种基于问题的学习模式促使学生从被动接受知识转变为主动探索规律，培养了科学探究能力和批判性思维。

（四）实现个性化教学与精准反馈

每个学生的学习进度和理解能力存在差异，传统“一刀切”的教学方式难以满足个体需求，AI 技术能够通过大数据分析学生的学习行为，识别其知识盲点和操作误区，提供个性化的学习路径和即时反馈，比如在“测量平均速度”实验中 AI 系统可记录学生多次测量的时间和距离数据，自动计算误差并建议改进方法，教师也可依据 AI 生成的学习报告，针对性地调整教学策略，实现因材施教，提升教学效果。

二、AI 技术在初中物理实验教学中的运用策略

（一）构建智能实验模拟平台，实现可视化动态演示

智能实验模拟平台利用 AI 算法和三维建模技术能够高度还原真实实验场景，将抽象的物理概念具象化，帮助学生直观理解实验原理，这类平台通常具备交互功能，允许学生自主调整实验参数，观察变量之间的动态关系，从而深化对物理规律的认识，在人教版九年级物理“探究凸透镜成像的规律”实验中学生常因对物距、像距、焦距等概念理解不清而难以掌握成像特点，通过 AI 模拟平台学生可拖动物体改变物距，系统实时生成对应的像并用动态箭头标注光线路径和成像位置，比如当物距大于两倍焦距时系统显示倒立缩小的实像；当物距小于焦距时呈现正立放大的虚像，这种可视化操作使学生能够清晰观察到成像变化的全过程，有效突破了传统实验中因器材限制或观察角度不佳导致的理解障碍。

（二）实施智能化实验指导，提升操作规范性

智能化实验指导系统依托自然语言处理和计算机视觉技术，能够实时识别学生的实验操作步骤并提供语音或文字提示，纠正错误行为，确保实验过程的科学性和规范性，这种“智能导师”模式减轻了教师的指导负担，提高了学生独立完成实验的能力，在人教版九年级物理“测量小灯泡的电功率”实验中学生需正确连接电路、调节滑动变阻器并读取电压表和电流表示数，AI 系统可通过摄像头捕捉实验台画面识别元件连接方式，若发现电压表并联错误或电流表串联反向，立即发出语音警告：“请检查电压表是否并联在小灯泡两端，”系统还可通过语音提示引导学生逐步操作：“现在请闭合开关，缓慢移动滑片，观察电压表示数变化。”这种即时、精准的指导帮助学生养成良好的实验习惯，避免因操作失误导致实验失败。

（三）开展虚拟实验探究，拓展学习时空边界

虚拟实验探究借助AI 驱动的虚拟现实（VR）或增强现实（AR）技术打破传统实验室的时间和空间限制，使学生能够在课后或家庭环境中继续开展实验探究，这种沉浸式学习体验增强了学生的参与感，也促进了知识的巩固与迁移，在人教版九年级物理“探究影响电阻大小的因素”实验中学生需研究材料、长度、横截面积对电阻的影响，通过 AI 虚拟实验平台学生可在 VR 环境中“亲手”更换不同材质的金属丝（如铜、铁、镍铬合金），调整导线长度或粗细并实时观察电流表示数的变化，比如当学生将镍铬合金丝的长度从 10cm 增加到 20cm 时，系统显示电流减小，从而直观验证“导体越长，电阻越大”的结论，这种虚拟探究模式使学生能够反复试验、自由探索，不受实验课时和器材数量的限制。

结论：

AI 技术在初中物理实验教学中的应用解决了传统教学中的诸多瓶颈问题，更为教学模式的创新提供了广阔空间，通过提升实验安全性、弥补资源不足、增强学生探究能力 AI 技术显著提升了物理实验教学的质量与效率，未来随着技术的不断成熟，AI 将在实验教学中发挥更加深远的作用，教育工作者应积极拥抱技术变革，探索AI 与物理教学深度融合的路径，培养具备科学素养和创新能力的新时代人才。

参考文献：

[1] 徐江 .AI 辅助初中物理实验教学策略研究 [J]. 数理化解题研究 ,2025(9).

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