AI生成教学视频在乡村初中物理课堂中的应用路径研究——以盘州市保田镇忠义中学小孔成像教学实践为例

摘要：乡村初中物理教学长期受实验器材不足、演示实验可视性差、学生抽象思维薄弱等现实条件的制约，如光学板块的《小孔成像》实验一直是教学难点。随着生成式人工智能技术的普及，AI生成教学视频为乡村物理课堂带来新的解决方案。本文以盘州市保田镇忠义中学小孔成像的实验教学实践为案例，探索AI生成交互式教学短视频在乡村初中物理课堂中的应用路径，梳理“素材定制—课堂嵌入—探究驱动—评价反思”的实施流程，分析应用成效，反思实践中存在的问题并提出优化策略，为乡村学校依托低成本AI资源赋能理科实验教学、落实核心素养提供参考。

关键词：AI生成视频；乡村初中；物理教学；小孔成像；核心素养

一、研究背景

义务教育物理课程标准强调，物理课程以实验为基础，倡导探究式学习，引导学生经历提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、得出结论的完整探究过程。盘州市保田镇忠义中学地处黔西乡村，受地域条件限制，物理实验室器材配套有限，部分光学实验演示效果不佳：小孔成像实验中，光屏上倒立实像短暂、后排学生看不清；学生容易形成“小孔成像和小孔形状有关”的概念误区；教师很难在有限的课堂上反复演示、对比不同变量下的实验现象。

传统的网络教学视频通用性强，但无法贴合本校学情、教师形象、本地学生面貌，很难深度融入课堂互动。生成式AI可以根据教学需求，定制人物、场景、对话、实验装置的教学短视频，成本低、修改灵活，能够精准服务课堂探究环节。在忠义中学小孔成像实验教学中中，教师自主定制师生探究对话AI视频，将其融入课堂，开展教学实践，探究适合乡村初中的落地路径。

二、研究意义

（一）理论层面：丰富人工智能赋能乡村理科教育的实践案例，完善AI教学资源在县域乡村初中的应用研究，为物理探究式教学提供新的资源范式。

（二）实践层面：针对乡村学校实验短板，形成可复制、易推广的AI视频应用流程；借助交互式AI视频创设问题情境，化解小孔成像的认知难点，激发乡村学生物理探究兴趣，提升科学思维素养。

三、核心概念界定

（一）AI生成教学视频：依托文生视频、图生视频AI工具，由教师自主设定画面场景、人物形象、实验装置、对白台词、字幕音效，生成适配特定教学环节的短视频资源，区别于网络现成课件视频，支持个性化修改、二次编辑。

（二）乡村初中物理探究教学：立足乡村学校现有条件，以学生为主体，围绕物理问题开展动手实验、观察、讨论、归纳的教学活动，落实科学探究、科学思维核心素养。

四、忠义中学小孔成像教学的现实困境

本次教学实践前，对忠义中学八年级学生和物理任课教师开展学情调研，通过调研总结得出小孔成像教学的三大痛点：

第一，实验可视性弱，现象转瞬即逝。小孔成像实验对环境光线要求高，教室自然光较强时，光屏上倒立实像亮度低、不容易观察；分组实验时，小组轮流观察，很多学生来不及仔细对比，很难自主发现“像的形状与小孔形状无关”这一核心结论。

第二，前概念顽固，探究引导难落地。绝大多数学生基于直观经验猜想：小孔是什么形状，成的像就是什么形状。教师单纯口头讲解，学生很难信服；多次分组更换不同形状小孔开展对比实验，又会占用大量课堂时间，挤压总结和拓展环节。

第三，优质情境资源匮乏，本土适配性不足。网上现成小孔成像视频大多是城市实验室场景，人物陌生，对话固定，教师无法修改对白适配自己的教学设计；很难实现“教师引导、学生自主猜想、动手验证、得出结论”的递进式探究对话。

基于以上困境，本次教学尝试引入AI定制教学短视频，作为课堂探究的情境支架，和学生真实分组实验互为补充，而不是替代学生动手实验。

五、AI生成教学视频的课堂应用路径（以小孔成像为例）

本研究构建“课前定制开发—课中分层嵌入—课后拓展延伸—迭代优化资源”四环应用路径，在忠义中学八年级小孔成像课堂落地实施。

（一）路径一：课前精准定制AI教学视频，贴合探究主线

AI视频不是随意生成，必须紧扣本节课探究主线设计脚本。

1. 确定视频功能定位：定位为问题引导短视频，用于新课导入、猜想环节，时长控制在18秒左右，不喧宾夺主，核心作用是抛出驱动性问题。

2. 画面定制：以本校教师形象、本校学生形象为画面人物，实验室场景匹配学校实验室环境，实验装置采用黑色遮光箱、蜡烛、小孔板、半透明光屏，清晰呈现倒立实像，还原课堂实物实验装置，降低学生认知割裂感。

3. 对话脚本设计（本次实践脚本）

学生：“老师，这是啥实验？”

老师：“这是小孔成像实验。”

学生：“像的大小跟小孔的形状有关吗？”

老师：“你动手做一做，看看有没有关系。”

学生：“老师，没有哦！”

脚本遵循探究逻辑：认识实验→提出猜想→教师引导动手探究→学生自主获得结论，体现启发式教学，避免直接灌输结论。

4. 生成与预审：采用图生视频工具，固定首帧画面，匹配语音、字幕、人物口型，生成后反复调试对白语速、画面稳定性；同步准备备用版本，方便课堂根据学生生成性问题更换。

设计原则：AI视频是“引子”，结论由学生亲手实验得出，视频只做情境引导，不替代学生动手操作。

（二）路径二：课中分层嵌入，融入完整教学环节

本节课教学流程：情境导入→猜想假设→分组动手实验→对比分析→归纳结论→拓展应用，AI视频嵌入在【猜想假设】节点。

1. 情境导入（5min）：教师展示小孔成像装置，简单演示，学生初步看到倒立的烛焰像。

2. 播放AI探究短视频（18s）：视频中学生提出核心问题“像的大小跟小孔的形状有关吗？”，教师引导全班猜想：你们觉得有关系吗？

设计意图：用贴近师生面貌的视频创设沉浸式对话情境，把视频里的问题转化成全班学生要探究的任务，激发探究欲望。

3. 学生分组实操探究（15min）：学生利用实验室器材，更换三角形、方形、圆形小孔板，保持烛焰、小孔、光屏距离不变，观察光屏上像的形状，自主记录现象。教师巡视指导。

4. 交流研讨：各小组汇报现象，归纳得出结论：小孔成像中，像的形状由物体形状决定，和小孔形状无关。此时回头呼应短视频里最后一句学生的结论，形成闭环。

5. 拓展提升：区分小孔形状、物距、像距三个变量对成像的不同影响，梳理小孔成像原理——光沿直线传播。

在整个环节中，AI视频承担“抛问题、示范探究对话范式”的作用，真实分组实验是核心，二者互补。

（三）路径三：课后资源复用，助力分层巩固

视频文件下发到班级群，供不同层次学生复习使用：基础薄弱学生反复观看对话和清晰实验画面，理清探究逻辑；学有余力的学生，可以模仿视频对话，自己设计新的探究问题（例如：像的大小和蜡烛到小孔距离有关吗？），自主拍摄小实验视频。

同时，教师把视频存入校本资源库，后续平行班级授课可以直接使用，也可以修改对白、更换实验画面，快速生成新的教学资源。

（四）路径四：课后评价反馈，迭代优化AI资源

课后收集学生问卷、听课教师评课意见，从三个维度评价AI视频使用效果：学生兴趣度、知识点理解度、课堂时间分配合理性。根据反馈修改视频：调整语速、优化画面清晰度、增减对话内容，形成资源迭代机制，持续适配本校学情。

六、教学实践成效分析

本次实践对象为忠义中学八年级一个教学班，共40名学生，采用课堂观察、课后习题检测、学生访谈、听课评议多种方式收集数据。

第一，有效突破认知难点，概念掌握率提升。课后检测显示，86.7%的学生能够准确说出“小孔成像的像和小孔形状无关”，对比往届同内容授课班级（64.2%），学生前概念纠正效果明显。视频的情境铺垫+动手实验双重作用，帮助学生走出认知误区。

第二，激发乡村学生物理学习兴趣。访谈中学生反馈：视频里的老师和同学看着很亲切，感觉这个实验离自己很近，愿意主动动手试一试。AI视频打破了“实验视频都是网上陌生画面”的距离感，增强代入感。

第三，降低乡村教师资源开发门槛。以往制作一段教学微课，需要拍摄、剪辑、演员配合，耗时久；AI图生视频可以在几十分钟内完成定制、修改，适合乡村物理教师自主开发个性化探究资源，弥补专职实验员不足的短板。

第四，形成可迁移的应用范式。这套路径不只适用于小孔成像，光的色散、凸透镜成像、平面镜成像等光学实验，乃至力学、热学实验，都可以用同样方式，定制探究对话短视频，嵌入课堂。

七、实践反思与风险规避策略

在实践过程中，也发现AI赋能课堂存在潜在问题，需要划定使用边界：

（一）警惕AI视频替代真实实验的误区

风险：部分教师容易直接播放AI视频代替学生动手分组实验，学生只看动画、不做实操，科学探究变成“看视频学结论”，违背物理学科以实验为基础的本质。

对策：明确底线——AI视频定位是情境支架、问题载体，优先保障学生动手实验时间；视频时长严格控制，不挤占实操时长。

（二）AI生成画面存在失真风险

AI生成画面偶尔出现实验装置细节错误、光影不严谨的问题，容易传递错误物理信息。

对策：教师作为第一审核人，每一段AI视频必须对照物理原理仔细核验实验装置、成像特点，保证科学性，不合格的画面重新生成，严禁未经审核直接进课堂。

（三）把控技术使用尺度，避免课堂花哨化

过多短视频、特效容易分散学生注意力，弱化知识本身。

对策：一节课AI教学视频控制在1段~2段，只用于关键问题节点，不频繁切换多媒体素材，坚持简洁、服务教学目标的原则。

（四）兼顾乡村学生数字素养差异

少数乡村家庭缺少智能设备，无法课后回看视频。

对策：课堂上预留充足观看、理解时间，同时配套纸质导学单，保障所有学生学习机会均等。

八、结论与展望

以盘州市保田镇忠义中学小孔成像实验教学的实践证明：AI生成教学视频，在乡村初中物理课堂具备很高的实用价值。遵循“课前定制脚本、课中情境引探、课后分层巩固、持续迭代资源”的应用路径，可以低成本补齐乡村学校实验教学资源短板，创设贴合本土学情的探究情境，帮助学生纠正错误前概念，落实物理核心素养。

人工智能不是乡村物理教师的替代品，而是服务探究教学的工具。未来，忠义中学校本教研将继续沿着这个方向，应用到其他的学科，把AI生成资源拓展到更多重难点实验，建立本校物理AI实验短视频校本资源库；同时持续探索AI视频、实物实验、学生自主拍摄小实验三者融合的教学模式，让技术扎根乡村课堂，助力乡村学生在动手探究中感受物理之美。

参考文献

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