初中物理教学与智能化技术深度融合的策略探索

作者:毕业通查重     发表时间:2023-01-15 22:07:17   浏览次数:29



摘    要:随着技术的日益发达,人工智能的运用日益普遍。将其运用到中学的物理课堂中,人工智能技术可协助教师们共同创造物理情境,形成认知图谱,并适时进行反馈与评估。不仅可以协助教师减少繁琐的重复性的工作,将传统教学融合促进学生的个性化学习行之有效,让中学物理课堂更高效、更精细化。基于此,本文从人工智能技术角度出发,对当前初中物理教学过程中存在的问题进行分析并提出初中物理教学与智能化技术深度融合的有效策略,旨在为日后相关人员的研究提供参考性建议。


关键词:初中物理;物理教学;人工智能技术;教学融合,


一、引言

在科技不断发展的过程中人工智能得到了社会的广泛重视,而将其运用在初中物理教学过程中,能够有效辅助师生进行共同学习在针对性物理情境创设过程中,提高学生学习的积极性,并构建相应的知识图谱,使学生的学习效能不断提升。长期以来,人们一直强调关注学生的个性化学习,因此需要对教师因材施教,而一般初中教育又是以教育为中心,实行填鸭式教育,在当前应试教育的大环境下,学校教育出来的人才也大都重书本轻于实际。教师要针对处在不同知识水平的学生,根据学生已掌握的学习能力和自身素养来提出个体化教学方法,是一个非常有困难的事。但是,当传统思维和尖端科技冲击,给中学物理教育提供了全新契机。


二、人工智能技术概述

人工智能技术作为一门新技术,被纳入了计算机技术中的一些主要分支,包括图像识别、机器人、语音识别等都属于人工智能的不同体现,其本身所具备的收集能力、反应能力、判断能力等,能够有效代替人类进行工作[1]。人工智能技术因为本身的特殊之处使其可以广泛地应用于各种应用领域。首先,人工智能也具备认知能力,系统可以像人那样借助鼻子、耳朵等感官认识外部世界,从而进行内部与外部的沟通。其次,人工智能具有一定的思维逻辑,其内在系统可以模仿人类思考的方式,运用相应的神经元网络,开展信息的加工与发展,使内部信息与外部信息能够有效结合提升信息处理效能[2]。在此人工智能具有较强的学习能力,能够在各种环境中获得新鲜东西,捕捉新的知识点,并将其进行存储和分析,使其在教学过程中改进自身认知框架。最后人工智能具有一定的行为能力能够对外部信息做出及时反应,并且进行相应的输出。根据上述特征可知,若将人工智能运用在教学过程中,可以为物理学科提供强大的技术支撑,是初中物理教学方式更加优化,从而达到深化教育改革的效果,实现交互式教学系统。


三、当前初中物理教学过程中存在的问题

(一)未能有效地发挥学生的主体地位

正在初中物理教学角度而言,教师在实际教学过程中,对于学生的主体地位较为忽视,致使整体课堂知识讲解过程中未发挥有效的学生主体地位,使学生的学习主体意识逐渐弱化,并且在实际教学过程中,教师运用填鸭式方式使得学生受到传统应试教育影响,过于关注考试成绩[3]。因此在初中物理教学过程中,教师不仅需要对学生进行知识的讲解与教学,还需要花费大量的时间进行班级管理,使得学生在此种教学模式的运用下积极性大,打折扣无法展现自我,内心所思所想,长此以往造成相应的厌学心理,导致学习的积极性无法有效提升。


(二)教学方式过于传统

初中物理课堂的教师往往无法采取有效的教育方式并加以点拨,也无法引发学生的学习兴趣,学生们读书的积极度并不高,复习效率也较差[4]。因此高中物理课程是相当重要的一个学科,但对于大多数高中学生而言,掌握起来却相当吃力。中学物理有着很大的科学化、复杂化及其抽象性,自然让他们容易形成畏难情绪,所以如果是由于教师们不能通过合理的教育方法,激不起他们的学习积极性,那么他们将会不愿主动掌握物理学知识点,也不愿积极投入到学业之中。如果如此下去,将会极大降低他们的学习效果并且影响教学质量,进而对中学物理课程教学的顺利进行形成阻碍。


(三)物理实验过程中的器具较少

中学物理学课程中实践是最主要的内容,是有助于学生更深入掌握和了解物理学基础知识的重要途径[5]。但就中国目前的教育环境分析,在中学物理教育中实践操作性明显欠缺,尤其是在中国教育资源分配不均的部分地区的中学,受教育条件的影响,中学物理实践操作性也相对欠缺。更重要的是,由于中学物理教学主要是应试教育,试卷也大都为纸质试卷,没有结合实践作业,这些现象导致了教师在教学课堂中并不注重实践课堂,也没有实验操作或实践教学活动,从而造成了学生的动手操作能力不强,也不利于干学生进一步了解物理现象。


四、初中物理教学与智能化技术深度融合的策略探索

(一)重点关注知识薄弱点,实现减负增效

现阶段我国的教学过程中,由于受到传统教育的影响,学生的课业压力较重,受到了政府不同教育培训部门的高度重视,致使减负工作成为教育部门发展中需要解决的问题,虽然政府也开展过各种方式的教育实验活动,但减负增效还是未能反映出实际成效[6]。由于人工智能技术及大数据分析的到来,给降低成本提高效率带来了新办法及新思维。


在具体课程教学中,教师需要明确减负提效工作的具体内容,而这里的为主要是指消减超过学生本身生理和心智发展水平所限制的学业任务,并减去了具体练习项目的一些枯燥无味且缺乏实际成效的作业练习[7]。为进一步提升实际工作成效,达到教学目标,教师应有计划的进行学生学习规划,致使学生能够有目标、有计划的完成实际学习目标。基于此,教师应将学生的学习特点进行全面了解,然后借助人工智能技术和大数据技术进行分析,在规定的时间段内进行学生成果的检测,之后分析学生的学习水平,掌握学生的弱势之处,进而进行针对性的知识讲解,使学生可以在限定时期内,并根据自身学习中存在的不足之处完成学业,从而真正达到了减负目的。


例如,在初中物理课堂教学结束之后,教师需要根据各个学生的实际情况,运用人工智能软件进行个性化作业的推送,以此减少作业数量。与此同时,在实际教学的过程中,教师还应根据学习需要布置一些课外内容,以此调动学生自身的学习兴趣。根据现阶段的减负政策的实施和深化现状可知,在具体学习的过程中,学生的作业量在不断减少的同时学习质量也在不断提升,并且增加了课外活动时间,降低学生焦虑的学习情绪。而物理作为自然科学,实验教学具有重要意义,但是部分物理实验无法在课程中得到实际操作,此时教师可以运用人工智能系统进行物理实验模拟,之后再利用大屏幕进行演示,学生在实际学习的过程中可以根据模拟实验不断进行实验过程中和实验知识学习,以此提升自身的学习效能。由此可见,将人工智能技术融合在初中物理的教学过程中,对于学生而言能有效地在减负的同时提升学生学习成效。


(二)进行因材施教,注重先学后教

根据我国具体教育改革要求和教育目的可知,在实际教学过程中,教师必须以学生为主体地位,并且其教育教学模式应从传统应试教学逐渐转向,信息化教学人工智能技术教学方向,致使整体教学课程呈现更为直观立体,强化教师与学生之间的沟通性,从而提升学生的主体地位[8]。基于此,教师在具体开展教学过程中运用先学后教的方式。首先,教师应先运用人工智能软件进行有效测评,之后对于课程中的主要内容进行相应的解析。其次,教师在解析后运用精讲点评、分类训练以及分组讨论等方法根据学生需要进行个体化、针对性课堂教学,以此保障中学物理教学的针对性,达到因材施教的效果[9]。但是,因材施教的过程中重,需要教师对于班级的实际情况进行全面了解


首先利用人工智能评测,解析出课程的主要内容,然后再运用,进行个体化的课堂教学,真正做到了中学物理的个体化教学和因材施教。因材施教的前提就在于全面了解整个班级的学习状况,并掌握各个学生间的具体区别,而为了全面了解学生信息,应改变传统的教育技术手段,逐渐运用高新技术教学方式,通过人工智能分析和其他现代化技术来完成。


例如,在初中物理教学中,教师对《物态变化》这一章节内容展开教学时,首先,应提前准备与本节课程相关的练习题课件,之后在网络上发给学生提前预习,以便学生进行自主学习。其次,使用人工智能技术和大数据技术对于学生们预习过的内容进行审核和评论,给予学生自身预习进行反馈,而在此过程中教师能够根据学生的课业了解自身教学中的不足之处,学生能够根据教师的反馈,了解自身学习中的弱点并进行完善和优化。与此同时,教师还可以运用人工智能手段针对学生的实际情况进行分析,并运用小组学习的方式细致划分学生学习的内容,并根据学生自身的特点使其负责相应的学习模块,之后再促使学生进行自主探究,对学习资料进行收集和梳理,以此提升课堂效率。


(三)创设物理情境,构建知识图谱

在中学的物理课程中,运用情景化方式教学,能够有效启发学生物理学习思维,从而提升自身物理知识理解能力[10]。由于在课堂教学过程中,教师为学生创造相应的物理情景,因此学生探索物理知识的内生动力,得到了一定的激发。传统教学上,针对物理教学知识设置故事情景和教学情景,为使学生能够更好地融入情境中去,教师可以利用以前已经学习过的知识进行复习创造新的物理学习情境以及联系生活实际事件引发学生情感共鸣等方式,实现引导学生思维立体发展的目标。若是在教师口头描述的同时,运用人工智能虚拟具体的现实情景,以语音、图像、音频等多种形式把教师讲述的现实情景展示在眼前,效果直接生动清晰,引人入胜。物理也是一种自然科学,实践的意义不言而喻,但并不是一切的科学实验都能够实际进行操作,教师们便可以讲科学实验,过程枯燥无味。对于这一类实验,教师们也可运用人工智能系统进行仿真或物理实验,以提高教学趣味性。人工智能系统可按照教育总体目标,以及每位学生的实际智力发展水平构建并完善物理模型,从而形成物理学认知图谱,使学生能够比较迅速精准地找到最适合自身的学习内容,把因材施教原则落到实处。当使用人工智能系统的学员人数超过一定量后,他们的学习状态便会在机器人系统上产生痕迹,通过这种痕迹并结合自己的数据进行加工,进而可以预知某一名学员后面的学业成绩,从而智能化选择最有利于他们发展的内容。


例如,当学生正在解答输出电功率的有关习题时,新一代人工智能操作系统就会针对当前学生对电输出功率认识的掌握状况提出难易程度适合当前学生能力水平的问题,以什么样的类型考察学生更易于掌握,从而在尽可能长的时期里保持学生对当前认识的掌握状况,从而便于学生查漏补缺,在以后还能够针对当前学生的总体状况进行更多的帮助。


(四)开展科学反馈与

传统物理课堂教学过程中的反馈与评估主要是运用应试试卷考核方式,进行最终结果的评判,在此过程中,教师与学生会根据考试成绩以及考试例题进行问题分析和研究,以此找到学生学习过程中存在的误区[11]。但是此种方式仅适用于一对一或是一对二等小班课堂教学,对于一般学校教育过程中的大课堂教学方式,教师无法进行有效的针对性教学反馈与评估,使得学生在实际学习过程中,无法针对自身问题进行调整,所看到的最终结果,仅仅为成绩和分数。因此为改变此类教学弱点,在实际物理教学过程中,教师可以运用人工智能针对学校教学体系和教师教学模式进行反馈与评估。


例如,在九年级物理教学过程中,每当课程正式结束之后,学生可以运用新一代人工智能系统对自身一掌握的知识进行有效检测,而该系统能够在检测后通过结果,分析学生的知识掌握情况以及薄弱环节,从而做到针对性分析,针对性管理,运用文本或表格等方式,使学生能够清晰了解自身问题所在,并且知晓如何提升自身学习效能,解决学习问题,时期在有效复习和学习过程中,不断强化自身物理知识积累效能,直至学生通过检测成绩之后,还有综合练习和竞赛拓展等模块。


最后,系统会在完成课程之后根据不同的学生情况进行各个综合练习模块的相应的诊断报告单。教师可以根据此诊断报告单,对学生的成长过程以及学习历程进行全方位了解性评估,并给予相应的评价报告,教师就能对教学期间学生的实际学习状况进行全面了解,并有效知晓各个学生的学习情况运用的学习方法,以及各堂课程学习过程中,学生之间存在的差异,使学校和教师能够根据学生真实情况开展有效的针对性教学。而学生在人工智能技术与物理学科融合过程中能够明确地了解自身问题所在,掌握自身学习情况,配合教师积极整改自身在学习方面存在的不足,选取相应的学习方式并,提升学生的实际学习效能,培养学生良好的物理学习习惯。


五、结束语

总而言之,随着人工智能技术的发展,其在各个领域中具有广泛的应用。在教育教学过程中为提升教学效能,教师和学校应针对学科特点,融合人工智能技术是学生在此教学背景下能够强化自身学习能力。而教师也应在实际教学过程中,能够良好地运用人工智能技术和相关理论知识,使其成为物理教学过程中的重要工具,辅助和引导学生进行有效学习。虽然人工智能技术对于中学物理教学而言具有一定的促进作用,但是在学生科学价值观培养以及思维能力发展方面,还存在着一定的局限性,因此教师在具体教学过程中应根据实际教学情况进行经过选择。


参考文献

[1] 法国清,于文明.基于传感器技术的初中物理信息化教学设计初探[J].中学物理,2021,39(18):61-63.

[2] 周新林.信息化环境下的初中物理智慧课堂教学研究[J].中学理科园地,2021,17(03):56-57.

[3] 林华.信息化背景下的初中物理教学情境创设[J].中学物理教学参考,2020,49(06):17-18.

[4] 李琴.信息化物理课堂情境教学的重要意义[J].教育信息化论坛,2019,3(12):138.

[5] 张来贵.初中物理信息化教学有关研究[J].教育信息化论坛,2019,3(12):145.

[6] 周省兰.信息化环境下初中物理智慧课堂教学模式探究[J].教育信息化论坛,2019,3(11):178.

[7] 程翔.信息化环境下初中物理智慧课堂教学模式的分析[J].教育信息化论坛,2019,3(09):288.

[8] 陆起飞.信息化时代下初中物理实验教学方法的创新思路[J].教育信息化论坛,2019,3(08):212.

[9] 刘延平.信息化背景下探究式实验教学在初中物理教学中的运用策略[J].教育信息化论坛,2019,3(08):231.

[10] 李雄.信息化时代初中物理教学探究[J].西部素质教育,2019,5(04):123.

[11] 王晓霞,李厚文议信息化条件下利用学案实施初中物理分层教学设计[J]中学物理, 2019,37(04):60-61.


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