韩阳，天津市蓟州区邦均中学教师，是学校重点培育的青年骨干教师。坚持教研融合，以课题研究赋能课堂教学，多篇教育教学论文、案例在天津市、蓟州区评比中获奖，作品被收入天津市基础教育数字化精品教学资源库。

人工智能赋能高中物理实验教学

摘要：在智能化教育快速普及的背景下，人工智能技术逐步渗透基础教育各学科教学环节，为高中物理实验教学改革提供了全新路径。本文立足高中物理实验教学实际，系统梳理了现阶段人工智能与物理实验教学融合的现存问题，剖析智能技术赋能物理实验教学的核心价值，针对性提出科学化、可落地的融合实施策略。实践表明，将人工智能技术融入高中物理实验课堂，能够有效破解传统实验教学的痛点难点，激活学生物理探究兴趣，优化课堂教学模式，全方位提升物理实验教学的质量与效率，助力高中物理教育数字化转型。

关键词：人工智能；高中物理；实验教学；教学赋能；课堂优化

物理是高中基础教育阶段的核心理科课程，实验教学作为物理教学的核心组成部分，是衔接物理理论知识与实践应用的关键载体，能够帮助学生具象化理解抽象的物理原理、公式与自然现象，是落实物理核心素养培育的重要途径。随着数字教育技术的迭代升级，人工智能在中小学教育领域的应用愈发成熟，打破了传统物理实验教学的局限。将智能技术与高中物理实验教学深度融合，不仅能够优化课堂教学形式、丰富实验教学资源，还能充分调动学生的主观能动性，提升学生物理实践探究能力，实现物理实验教学提质增效的育人目标。

一、人工智能赋能高中物理实验教学的发展现状

（一）教师智能教学素养不足，应用意识薄弱

现阶段，多数高中物理教师的智能化教学认知与实操能力存在明显短板。在日常实验教学中，部分教师固守传统教学思维，依赖板书演示、手动实操、课本讲解的固有教学模式，缺乏运用人工智能辅助实验教学的主动意识。同时，中老年教师群体对新型智能教学工具、数字化实验平台的学习与接受度较低，未系统掌握智能设备的操作方法与应用逻辑，难以将人工智能技术与物理实验课程有机结合。部分教师仅将智能设备作为简单的课件播放工具，无法发挥智能技术的数据采集、模拟仿真、动态分析等核心优势，导致智能技术赋能教学的价值无法落地，不仅制约了实验课堂教学创新，也难以激发学生的自主探究热情，最终影响物理学科整体教学成效。

（二）技术与教学融合缺乏科学性，适配度不足

人工智能与高中物理实验教学的融合并非简单的技术叠加，而是需要结合学科特点、教学目标与学生学情进行系统化设计。但目前多数课堂的技术融合存在形式化、表面化问题，融合逻辑缺乏科学性与针对性。部分教师在应用智能教学工具时，未深入研读智能技术的功能特性，也未结合高中物理实验的课程重难点、学生的认知规律设计教学方案，盲目套用智能化教学模式。这种脱离教学实际的融合方式，导致智能技术应用与物理实验教学需求严重脱节，无法精准解决传统实验中现象模糊、操作受限、误差较大等问题，难以辅助学生突破知识难点，极大限制了智能技术对物理实验教学的赋能效果^[1]。

（三）智能教学硬件薄弱，应用创新力度不足

教学硬件设施是人工智能融入物理实验教学的基础保障。当前各高中的智能化教学资源配置存在不均衡问题，部分学校数字化实验设备、智能仿真教学平台、数据监测仪器等硬件设施不完善，无法支撑常态化的智能实验教学开展。硬件条件的匮乏，使得很多高精度、高难度、高风险的物理实验无法通过智能技术模拟开展，极大压缩了实验教学的创新空间。同时，多数教师的教学应用模式较为固化，仅局限于基础的智能演示操作，缺乏多技术、多模式的融合创新，单一的智能应用形式难以持续吸引学生注意力，无法充分发挥智能技术的育人优势，导致物理实验教学的创新性与实效性难以提升。

二、人工智能与高中物理实验教学融合的育人价值

（一）丰富实验课堂形式，激活学生探究兴趣

高中物理知识具备较强的抽象性、逻辑性与系统性，对学生的逻辑思维、空间想象与数据分析能力要求较高，单纯的理论讲解极易让学生产生学习倦怠。传统物理实验教学模式固化、形式单一，多数基础实验操作流程固定、现象平淡，部分微观、高速、高危实验还无法在课堂落地，学生难以直观观察实验全过程，无法深度感知物理原理的本质内涵，学习主动性普遍不足^[2]。而人工智能技术的融入能够彻底改善这一现状，通过虚拟仿真实验、动态动画演示、实验过程慢放拆解等功能，将抽象的物理规律、瞬时性的实验现象具象化、可视化。同时，智能技术可还原各类受限实验场景，弥补传统实验的短板，让学生清晰观察实验细节、感知物理变化过程，有效降低物理知识的学习难度，充分调动学生的探究积极性，稳步提升物理学习效率。

（二）创新课堂教学模式，突破教学重难点

传统物理实验受器材精度、环境因素、人为操作等多重因素影响，极易出现实验误差，甚至实验失败，无法精准验证物理原理，难以辅助学生攻克教学重难点。而人工智能赋能的智能化实验教学，能够实现实验过程的精准管控，有效规避外界干扰与人为误差，保障实验数据与实验结果的准确性。同时，智能教学平台可针对物理学科的核心难点内容，进行针对性的仿真演示、细节放大、过程暂停与重复播放，对复杂的实验步骤、抽象的物理规律进行分层拆解讲解。这种新型教学模式打破了传统实验教学的局限，实现了物理实验教学的精细化、个性化开展，帮助学生精准突破知识盲区，切实满足学生的深度学习需求，推动高中物理实验教学模式的创新升级。

（三）优化教学结构体系，提升整体教学质量

传统物理实验教学存在明显的局限性，多数实验过程转瞬即逝、无法复刻，学生难以反复观察、复盘总结，且实验教学仅局限于课堂45分钟，课后缺乏延伸学习渠道，教学闭环不够完整，不利于学生巩固所学知识^[3]。人工智能技术能够有效优化物理实验教学结构，教师可借助智能平台录制、保存实验全过程，生成标准化的实验微课、教学视频等资源，打破时间与空间的限制。学生可在课后自主调取学习资源，反复观摩实验过程、梳理实验原理、复盘实验步骤，深化对物理知识的理解与记忆。这种课上实操、课下复盘的一体化教学模式，完善了物理实验教学体系，能够持续强化学生的实验探究能力与物理综合素养，助力物理教学整体质量的提升。

三、人工智能赋能高中物理实验教学的实施策略

（一）更新教师教学理念，提升智能教学素养

教师是人工智能与物理实验教学融合的核心主体，其教学理念与智能应用能力直接决定教学融合成效。想要实现技术与教学的深度融合，首先需要推动教师更新传统教学理念，树立智能化、数字化教学思维，充分认识人工智能对物理实验教学的赋能价值。学校可定期组织智能化教学培训、专题教研、名师交流等活动，引导教师系统学习智能实验平台、仿真教学工具、数据化分析软件的操作方法，持续提升教师的智能教学实操能力。同时，教师需立足学情与教材内容，主动探索智能技术与物理实验课程的适配路径，将学生认知特点、教学重难点与智能技术优势有机结合，构建科学化的智能实验教学体系，为数字化实验教学的落地夯实师资基础^[4]。

（二）创新课堂教学模式，深化技术教学融合

为最大化发挥人工智能的育人价值，教师需打破传统单一的实验教学模式，推动智能技术与多元化教学模式的深度融合，构建沉浸式、探究式的实验课堂。在日常教学中，教师可结合具体课程内容，依托人工智能仿真技术开展实验演示，同时结合小组合作、探究式学习、任务驱动教学等模式，引导学生主动参与实验探究。以《牛顿第一定律》教学为例，教师可借助智能多媒体平台模拟物体受力运动、惯性现象等动态实验过程，直观展示物体运动规律，让学生清晰观察实验细节。同时设置探究任务，组织学生以小组为单位分析实验现象、总结实验规律、探讨知识难点，在协作探究中锻炼学生的物理思维与分析能力，实现智能技术与课堂教学模式的双向融合，提升实验教学的实效性。

（三）完善智能硬件配置，丰富技术应用形式

完善的硬件设施是智能化实验教学开展的基础保障，学校需加大物理实验教学的数字化资源投入，配齐投影仪、智能终端、仿真实验系统、高精度数据采集设备等智能化教学器材，搭建标准化的智能物理实验教学平台，为常态化智能实验教学开展提供硬件支撑。同时，教师需突破单一的技术应用形式，整合各类人工智能教学工具，实现多技术融合教学。可结合虚拟仿真实验、线上实验课堂、智能数据统计、实验错题分析等多种功能，丰富实验教学形式，让学生既能观摩智能仿真实验，也能结合实体器材动手实操，在虚实结合的教学模式中强化实验实操能力，全方位提升物理实验课堂的教学效果^[5]。

（四）优化实验教学设计，构建长效教学体系

教师需依托人工智能技术优化物理实验教学设计，细化实验流程、创新教学环节，构建课上教学、课下巩固的长效教学体系。一方面，可借助人工智能搭建专属物理实验教学平台，将各类实验微课、实验课件、操作教程、知识点总结上传至平台，形成系统化的教学资源库，方便学生随时调取学习。另一方面，利用智能技术实现实验过程的永久留存与无限复现，针对重难点实验，可布置课后探究任务，引导学生自主复盘实验过程、梳理实验原理、完成拓展练习。依托人工智能的便捷性、科学性与高效性，延伸实验教学场景，弥补课堂教学短板，持续强化学生的自主探究能力与知识应用能力，稳步提升高中物理实验教学的整体水平。

人工智能与高中物理实验教学的深度融合，是新时代高中物理教学改革的必然趋势，也是破解传统实验教学痛点、培育学生物理核心素养的重要路径。现阶段高中物理智能实验教学仍存在教师素养不足、技术融合不科学、硬件配套薄弱等诸多问题。对此，学校与教师需协同发力，主动更新教学理念、提升智能教学能力，创新教学模式、完善教学配套，科学设计智能化实验教学流程，充分发挥人工智能的赋能优势。通过全方位优化实验教学体系，切实提升物理实验教学质量，激发学生的物理探究潜能，为高中物理数字化教学的高质量发展筑牢基础。

参考文献

[1]董友生.信息技术与高中物理教学深度融合的策略探究[J].教育现代化，2019,6(57)：150-152.

[2]洪文青.推进信息深度融合，提高课堂实效——信息技术与高中物理教学的整合策略[J].高考，2020(22)：100.

[3]姚香花.在物理实验教学中人工智能融合策略[J].数理化解题研究，2020(8):63-64.

[4]庄吉洪.信息技术与高中物理实验教学融合实践[J].高考，2019(23):116.

[5]田华.探究性教学模式在高中物理实验教学中的研究与实践[J].物理通报，2019,38(1)：67-69.

编辑：韩阳

审核：高振坡