人工智能下高中物理教学研究

于颖

【摘  要】随着科技的飞速发展，信息化、智能化技术在教育领域的应用愈发深入，尤其是人工智能。基于此，为更好地传承物理知识，使相关教学活动建立在适应社会发展趋势上，本文围绕人工智能分析高中物理知识的体现，以此揭露人工智能融入高中物理教育的价值意义，最后从情境创设、沉浸课堂打造、翻转课堂、多元评价等多个方面研究人工智能下高中物理教学的开展路径，总结人工智能与高中物理教学的融合路径，以期为相关工作或人员提供参考。

【关键词】高中物理；人工智能；教学创新

在“互联网+教育”的发展环境下，现代智能技术加速了教育信息化的发展，目前VR、AR、深度学习等技术在课堂上的應用愈发常见。为实现全面培养的教育要求，提升高中学生的物理核心素养，应紧抓社会发展为教学活动带来的新机遇。人工智能技术与物理学科之间存在千丝万缕的关系，为培养具有物理核心素养的综合型人才，研究高中物理教学在人工智能环境下的开展路径是必要的。

一、基于高中物理教育探讨人工智能的应用价值

高中物理新课标中明确指出，若想培养学生的核心素养，应从物理观念、科学思维、科学探究与科学态度的角度出发，教育作为培养人的基本活动，在传递知识的同时，更要适应社会的发展趋势。目前，人工智能作为新兴技术领域的重要组成，其发展与物理学密切相关，比如图像自动识别，或是无人驾驶等，更为细致的关系体现在集成电路与芯片、基于原子模型的认知模拟、以多光源为核心的人脸识别、感应系统与传感器等。由此可见，在高中物理引入当前发展迅速的新兴技术——人工智能技术是必要的，一方面能够增强高中物理教育与人工智能技术之间的关系，确实将教育活动建立在社会发展趋势上；另一方面则可以为学生带来生动的技术案例，丰富课堂教学内容、营造相对活跃的课堂氛围，促进高中物理高效课堂的构建，从而通过教学创新促进学生个性化发展，逐渐形成正确的思想价值观念以及关键的学科能力。

二、基于人工智能环境研究高中物理教学的开展路径

（一）创新预习：设置问题情境

课前导入是教学活动的开展前提，直接关系到教学任务、目标能否实现以及课堂教学效率，在以往传统的教学架构下，“导学案”的设计使用较为常见，虽然可以锻炼学生的自主预习、学习意识与能力，但教师无法把握预习结果，难免存在部分学生疏于预习的情况，导致后续的物理课堂教学推进困难。所以，教师可以布置以人工智能技术为基础的预习活动，针对高中物理知识的复杂性、抽象性，教师可以利用教育领域现有的人工智能系统设置问题情境，并将其导入线上系统，要求学生通过预习活动对问题进行简单解答。在此情况下，教师使用大数据手段即可掌握有哪些同学参与了课前预习，其中又有哪些同学对这一部分的物理知识存在理解、认知上的误区，以此为基础优化教学设计，为内容重点的调整、课堂教学情境的创设以及课堂教学的辅助等提供方向，一方面让学生提前形成知识印象，另一方面使学生通过课前预习与课上学习经历科学的思维过程，以此获得成长，深化物理知识的学习与理解，进而逐渐形成正确的物理观念。以“自由落体运动”为例，由于高中物理知识较难，对于该阶段的学生而言，知识理解较为吃力，更逞论物理知识运用，在一些错误前概念的影响下，学生往往会认为，物体质量是影响物体下落快慢的主要因素。在该情况下，为避免错误印象与理解的形成，教师可以围绕“自由落体运动”教材内容整合线上视频、图片、文本等，将其上传至AI智学系统（高考版）等平台软件上，完成导入后要求学生自行登录、浏览、下载，并对问题加以解答，及时完成预习回馈，促进后续教学工作的优化。

（二）激发兴趣：增强课堂沉浸感

无论何时，兴趣都是学习的基础前提，高中物理知识具有物理学科知识的特性，即源于生活、服务生活，虽然知识内容相对枯燥，但是其带来的生活改变、技术发展可以很好地满足高中生对物理世界的好奇心，如何将学生的好奇心转化为物理知识学习兴趣成为实际教学中内容、方法设计的关键。在智能化技术背景下，现代人工智能技术可以为高中物理教学设计提供新思路，比如AR技术和VR技术的使用，可以为学生带来沉浸式的课堂，获得极佳的学习体验。以“圆周运动”相关教学内容为例，在开展实际教学活动时，教师应提前对该章节的知识内容进行全面分析，掌握教学关键的同时分析学生理解难点，然后结合使用AR技术和VR技术对课堂环境进行优化，依托于视觉追踪、触觉反馈、生效反馈等增强环境真实性、沉浸感，给学生的学习过程带来身临其境的感觉，将晦涩难懂的物理知识以直观的方式呈现给学生，促进其物理学习效率的提高。一般情况下，学生较难理解力的方向与作用，比如在车速过快的情况下，火车转弯时轨道与车轮间的挤压会提供一部分火车转弯时的向心力，针对这一教学难点，教师可以借助VR技术营造火车轨道内部低、外部高的真实情况，一旦火车行驶速度加快，车轮与外轨之间存在挤压，外轨将产生弹力并作用于外侧轮缘，以此提高火车做圆周运动的加速度。通过这一教学方法，能够以直观的呈现方式帮助学生于脑海中构建相应的物理模型，加快学生对所学知识的理解，久而久之，将有效促进学生科学物理思维的形成与发展。再如，开展有关“卫星变轨问题”的教学活动时，若是学生理解困难，教师也可以使用VR技术为学生带来卫星从低轨道加速至高轨道的直观的学习体验，深化物理知识理解的同时，使其更为清晰地掌握加速离心运动的过程，以此促进高中物理课堂教学质量与效率的提升。

（三）创新方法：引入翻转课堂开展分层教学

随着教育事业进入高质量发展阶段，教学方法愈发丰富，在人工智能的技术环境下，高中物理教师还应注重教学方法的创新，比如以因材施教为核心的分层教学，或是能够有效增强学生自主学习能力的翻转课堂等，依托于“技术底座”优化教学方法与模式。

在实际教学过程中，教师应逐渐摒弃以往一刀切的教学理念与方法，尊重学生的个体差异性，以此为基础创新教学方法，实现学生在教学活动中的主体地位，从而促进学生的个性化发展，保证教学指导的精准性。为此，高中物理教师可以落实“先学后教”的教学模式，依托于翻转课堂的设计与科学分层培养学生自主学习能力，促进学生均可以在当前的知识水平上获得提高与成长。具体而言，尊重学生的主体地位，借助人工智能系统对新课资料进行搜集、整理，要求学生总结不理解的内容，并将其带到课上一同讨论、分析。同时，为保证翻转课堂各个环节开展的规范性与有效性，教师可以面向学生提供阶段性的课程学习报告，该报告也为课堂设计提供支持，实现“有教先学、以学定教”的目标，促进学生物理自主学习意识的形成与能力的提高。需要注意的是，在此过程中教师应面向学生开展全面的学情分析，比如考量学生的上课状态、作业完成情况、学习态度、考试成绩等，在全面的学情分析结果上制定分层教学目标。然后在教学过程中，教师应注重对学生学习、实践的观察，通过讲练结合的方式监测学生对新学物理知识的掌握，并结合具体情况对课堂节奏进行及时调整，即依托于教学的实时反馈提高课堂教学质量，把握课堂推进节奏，促进高中物理课堂教学质量的提升。下课前，利用系统提供的当场测验加深学生理解，并根据测验结果了解学生短板，以此为基础布置差异化的作业内容，需要注意的是，布置物理作业时，除包括物理知识、技能以外，还要涉及一些活动性、实践性任务，比如围绕社会热点或前沿技术等设计作业，以此开拓学生的视野，使其站在客观的角度看待问题，促进学生科学态度与社会责任的形成。此外，教师还应通过人工智能系统对学生的学习报告进行查阅，将其作为教学指导的基础，提高指导效果与效率，做到因材施教，促进学生物理学科素养与学科能力的发展。

（四）科学评价：落实多元素质评价

随着现代化教育理念的发展，教师应采用多元化的评价方式完成教学评价工作，尤其在素质教育的背景下，但是多元评价需要教师及相关人员付出较多精力，所以可以借助大数据挖掘技术、关联技术以及统计学方法对学生以往的物理学习情况进行存储、统计与总结，并对现有的评价内容、目标予以细化，依托于层层细化的评价指标保证教学、学习评价的科学准确性，尊重学生物理学习付出，保护其学习自信心，使其建立健康的物理学习心理状态。

教学评价作为教学的检验方式之一，是课堂完整教学的关键，在开展以人工智能为基础的多元素质评价时，可以从以下两个方面推进：第一，利用大数据分析技术对学生历史学习数据进行分析，自动生成相关结果。传统的教学评价虽然可以给后续教学工作带来一定指导，但实际上其使用的评价标准、方式相对单一，主要是作业完成情况、考试分数以及课堂表现，缺乏对学生物理知识学习过程的评价与尊重。通过引入人工智能技术，可以依托于专业软件采集学习数据并整理、分析，借助软件、系统平台的智能化生成功能开展数据分析，直观地看到学生物理学习的优势区与不足区，并且可以快速准确地分析出班级整体对哪些知识点掌握不牢，增强教学评价的科学化与细致化。第二，动态追踪学生的课后物理学习。课后作业是加深学生知识理解、促进学生知识运用的重要组成部分，但是难免存在部分学生敷衍对待作业，一些教师也没有充足的时间批改作业、提供及时指导，所以以往传统的作业分数对教学评价的参考性较低，使得最终的教学评价缺乏有效性与针对性。但是在人工智能的技术环境下，教师可以直接在智能软件或平台上布置作业，相较于纸质批改，线上批改效率更高，并根据学习结果提供针对性极强的“智能题库”，促使学生获得更具针对性的物理习题。比如教学易软件，具有学情分析、智能测试分析功能，针对其推送的分析报告，学生可以根据自身薄弱点开展针对性学习，使其具有自己的物理学习结构，实现自身物理水平提高的同时，为信息化评价提供数据支持，促进学生形成物理学习信心。因此，在人工智能环境下，教师可以采取人工智能的评价方式，从而促进学生自信成长、发展。

三、结束语

综上所述，新时期下，教育领域的现代化技术水平越来越高，其中，在人工智能技术的支持下，无论是教学方法或是理念均得到了改变与优化。在此背景下，开展高中物理教学工作时，可以积极引入VR、深度学习等技术，创新教学方式、优化教学评价等，以此提高学生的学科素养与能力。

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