物理实验中的计算成像——人工智能与物理的跨学科课程设计与实施.pdfVIP

专题

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物理实验中的计算成像

——人工智能与物理的跨学科课程设计与实施

文_赵爱慧张思袁中果／中国人民大学附属中学

本文在已有的课堂教学案例“基于机器学叉点，设定跨学科单元学习的主题为“模型建

[1]

习的物理实验数据分析”基础上，面向真实构与数据分析”。聚焦到如何合理地对物理实

问题，从高中信息技术与物理学科的核心素养验研究中的真实问题进行建模，获取和处理信

出发[2][3]，聚焦学科的共性和交叉点，即模型和息，并通过跨学科合作探究解决问题，最终实

数据，设定单元学习主题为“模型建构与数据现迁移应用，是这次跨学科单元教学的目标。

分析”，进行跨学科单元教学设计，打破学科根据科学探究的思路，基于观察和实验提

壁垒，让学生充分亲历人工智能与物理的跨学出物理问题，学生能够进行初步的猜想和假设，

科思维方式，体验跨学科知识和技能解决真实设计实验，合理获取和组织处理信息，形成解

问题的过程，提升跨学科素养和综合素质。决问题的初步方案。然后通过数据获取与观察

分析，进行简单到复杂的模型建构，在数据处

跨学科单元教学设计理与重建的过程中，依托人工智能概念，尤其

跨学科教学的核心是面向真实问题。在高是机器学习的原理，将抽象的物理概念或问题

中物理实验课堂上，经常遇到复杂非线性模型通过更加清晰可见的观测手段或者可视化计算

被理想化、实验不好做或不能做等情况，导致成像、模拟仿真等呈现处理，最终解决物理模

学生所学知识与真实情境有较大偏差。以人工型理想化、实验不好做或不能做等物理实验中

智能为核心概念，在解决物理实验面临的真实遇到的问题。

问题时，既能实现跨学科知识的整合，又能提学生通过跨学科单元学习，能够充分体会

升学生主动利用跨学科思维进行思考并综合运合理模型建构与数据分析的重要性，增强信息

用多学科知识解决问题的能力，还能激发学生意识，提升计算思维与科学思维，强化界定问

探究现实世界的兴趣，从而进一步体会跨学科题—分析问题—求解问题—迁移应用的问题求

的综合性，以及学科之间的关联性。解思路，最终促进跨学科核心素养的发展。

Â单元目标Â单元内容分析和教学活动设计

以信息技术和物理学科的核心素养为导本单元主题为“模型建构与数据分析”，

向，围绕高中信息技术学科核心素养（信息意面向高一年级学生，所需总课时约为6课时，

识、计算思维、数字化学习与创新），以及高单元内容设计以学生为中心。

中物理学科核心素养（科学思维、科学探究），从核心素养和单元教学主题出发，基于学

提炼出“模型和数据”这个两学科的共性