【高中物理教学论文】核心素养导向下 AI 赋能的高中物理教学创新——以“科学探究:力的合成”教学为例

【摘 要】当前物理教学普遍存在情境创设缺失、探究活动流表与理论抽象难懂等问题,与课标核心素养培育要求不符。结合“科学探究:力的合成”一节开展实践探索,以人工智能技术为依托,以培育学科核心素养为导向,形成“情境融入—深度探究—本质破解”的创新教学模式,为一线物理教师提供可借鉴的实践参考。

【关键词】核心素养;AI 赋能;高中物理;教学创新;力的合成

1 问题的提出:素养落地困境与 AI 赋能契机

《普通高中物理课程标准日常修订版(2017 年版 2025 年修订)》(以下简称“课标”)明确提出:“教师要学习运用人工智能优化教与学的方式,改进教学设计,拓展学生的学习视野”。在人工智能逐步推动教学模式转型的当下,传统高中物理课堂落实核心素养培养,仍存在不少现实难题:教学情境创设缺失,难以启发学生深度思考;实验环节探究模式固化,束缚学生发散思考,也限制了创新思维的发展;物理知识比较抽象,在规律推导和探究过程中,缺乏直观的可视化展示方法,学生很难透过表面现象理解知识的内在本质。基于此,本文以“科学探究:力的合成”教学为例,深入探究人工智能与物理课堂的融合路径,为数智化背景下高中物理课堂提质增效提供参考。

2 困境剖析:传统教学局限与课标要求落差

传统教学陷入困境的症结在于其教学现状与课标核心素养培育要求存在多重落差。

2.1 情境虚设

在实际教学中,情境设计一直缺少合适的技术支撑和实用载体,难以达成“引领学生认识科学本质”的教学目标。传统授课大多以板书、PPT 的形式,缺少互动性,无法营造沉浸式学习体验,具象场景探究活动难以开展,不利于课堂思维生成,学生难以真正吃透物理知识背后的思想方法。例如,“力的合成”教学中最关键的“等效替代”思想,在教学中往往被简单带过,教师很少围绕这一要点设计教学情境,使得情境创设流于形式,难以发挥其教学价值,从而造成情境虚设之困。

2.2 探究浅显

探究过程浅显,制约了“科学探究”素养的有效落实。实验教学与常规理论课不同,分组实验中学生在动手操作产生的疑问相对较多,需要教师及时点拨指导。在传统“力的合成”的分组实验中,教师常常分身乏术、顾此失彼,难以对所有小组的实验操作进行实时观察和指导。当学生出现理解偏差、实验操作错误或不规范等问题时,教师无法在第一时间发现并纠正。学生的探究活动停留在机械完成操作流程层面,缺乏深入思考,难以深刻领悟物理思想与方法,这与课标强调的学生应“经历科学探究过程,体会科学研究方法”相去甚远。

2.3 难破本质

物理概念规律相对比较抽象,学生对物理本质的理解往往模糊不清,影响了“物理观念”的有效建构。例如,在“力的合成”的教学中,绝大部分学生对教材中描述出的平行四边形定则都做了预习,知识结论先入为主,导致教师组织实验探究很是被动,大多是验证性实验,失去了实验探究的味道。殊不知,课本对本节的定位是实验探究,需要经过一系列实验探究环节探究“为什么遵循平行四边形定则”。显然,对实验教学的更高要求,传统数学缺乏对矢量合成可视化的动态展示,使学生矢量合成的概念建构与内化过程受阻,从特殊到一般的思维迁移无法实现,与课标“建构关于自然界的物理图景”[1]的目标脱节,导致学生物理观念建构之困。

3 模式构建:AI 赋能的“三层递进”教学模式

基于上述教学现状分析,为突破传统教学局限,搭建了“情境融入—深度探究—本质破解”三层递进的 AI 赋能教学模式,以此助力物理核心素养在课堂落地。

3.1 情境融入

AI 赋能历史叙事,激活科学思维。在“力的合成”一课导入环节,借助豆包创建曹冲智猪对话形象,让学生和历史人物实现跨时空的互动交流,这样新颖的导入方式能快速集中学生课堂注意力,对活内容紧扣“石块等效替代大象”这一核心问题,通俗阐释“等效替代”的思维逻辑,将抽象的概念替代思想,变成了学生能真切感受到的历史生活智慧。

依托历史情境完成铺垫后,继续开展多元情境教学,结合体操运动员高低杠竞赛视频片段,搭配 AI 生成的哪吒单杠静止画面,对比展示双手平行杠、单手悬空拉杠、双手张开形成钝角拉杠三种不同手臂夹角的受力姿态,顺势抛出探究问题,引导学生结合力的合成知识展开思考,认识分力大小与夹角的内在关联,为后续实验探究做好铺垫。...

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