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数智时代物理实验教学新探索

高中物理是以实验为基础的学科。实验教学是重要的教学内容，在物理学科核心素养的培育中具有举足轻重的地位，是培养创新人才的重要途径。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课标”）提出要创新实验方式，重视数字实验，研究数字实验系统的应用。教育部等十八部门联合发布的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》指出，要加强探究实验室、数字实验室等新型教学空间建设，探索利用人工智能、虚拟现实等数字化手段赋能实验教学；加强真实问题驱动下的跨学科项目式学习，强化学科实践，培养深度思维。在大数据时代背景下，教师基于智慧课堂开展高中物理实验教学，能有效提高实验教学质量。以建立基于数智系统的教学体系作为主要目标，建设智慧学习平台、数字化实验资源库、移动实验室，实现物理实验教学闭环，能有效改进实验教学：既能提高实验教学的精准性，又能提升师生的数字素养。

一、传统之缺：条件受限影响实验教学效果

受实验器材、实验场地、教学进度、教师理念等多方面因素的限制，传统模式下高中物理实验教学存在弊端，造成实验功效不断降低，甚至出现“探究退化为验证，验证退化为体验，体验退化为观赏，观赏退化为说题”的怪象，影响了实验价值的充分实现。

（一）实验方案选择缺乏多样性

对于物理原理的证明，往往可以提供多种实验方案。现行主流教材也提供了多种参考案例，但不少教师只凭经验教学，在缺乏对学情精准了解的情况下统一选择某一案例进行教学设计，造成学生体会不到不同设计方案所蕴含的不同思想，束缚了学生思维发展。

（二）实验现场诊断交互性不强

受实验设计方案、软硬件、时空等因素影响，会出现实验与预期不一致的现象。同时，由于学生的操作可能不规范，加之缺乏视频捕获工具及交互性工具，教师无法用现场视频片段演示等手段及时精准诊断。例如，在学生分组探究“静电屏蔽规律”时，大多数组能发现金属筒内丝箔未张开，从而得出金属筒内部不带电的结论。但是，个别组发现内部丝箔张开了，实验没有成功。如果教室内有智慧交互系统，教师可以现场拍照，并马上将现象投射到全体学生面前，发动学生交流析疑。

（三）实验效果评估精准度不高

一些学生在实验中，记录数据不够严谨，遇到异常数据刻意规避，不深入探究。因为缺乏实验数据处理环节，缺少成果展示及交流评议平台，教师无法精准评估实验教学效果。

此外，还存在其他问题，如缺乏实验资源利用的开放性、实验与习题教学的融合性、课外生活情境实验的拓展性等。

二、数智之光：数字化改进实验教学恰逢其时

（一）数智系统应用引发教学新变革

数智系统指集成数据分析、人工智能、物联网等多种信息技术的智能系统，由数据智能终端系统搭建，主要以连接、计算、协同、数据与智能为核心能力组成要素，注重数据的智能化分析与处理及数据应用，在数字化基础上实现决策自优化、执行自动化与自我学习提升。随着互联网、大数据技术、人工智能（AI）的广泛应用，教育工具和方法也在不断更新。交互式电子书包、虚拟实验仿真系统、视频图像处理软件等都已成为常见的教学工具。“知乎直答”“文心一言”“Kimi”等AI聊天机器人的应用，更是将教学互动提升到了一个新的层次，使得教学环境变得更加丰富多彩，同时也为学生提供了更加个性化的学习体验。

（二）数智系统有效促进个性化教学

数智时代，学校实施个性化教学已成为必然趋势。以“数据分析—特征发现—智能干预”为特征，构建个性化的“学习—诊断—干预”闭环模式，是实现这一目标的关键。数智系统在物理实验教学中的应用是一项系统工程。它涵盖了从实验目标的确立、实验方案的优化设计，到实验现象的即时诊断，再到实验数据的处理与评估等多个层面。教师在营造数智化教学环境时，需要不断创新实验教学形式。这不仅能够实现课堂实验教学的闭环管理，提高教学效率，而且能够拓展课外实验的时间和空间，让学生在任何时间、任何地点都能进行实验学习。

（三）师生数据素养需要在技术应用中提升

有了数据的助力，教师可以更精准地进行教学，学生也可以根据自己的学习进度和理解程度进行个性化学习，从而提高学习效率。此外，提高师生的数据素养也是教学中不可忽视的一环。教师需要掌握如何利用数智系统进行数据分析、特征发现和智能干预，学生则需要学会如何利用这些工具自主学习。这不仅能够提升学生的数据分析能力，还能够培养他们的创新思维和问题解决能力。总之，数智系统在实验教学中的应用，不仅能够提升教学的质量和效率，而且能够为学生提供更加丰富和个性化的学习体验。随着技术的不断进步，可以预见，未来的教育将更加智能化、个性化，而数智系统将在这一过程中发挥越来越重要的作用。

三、数智之行：改进实验教学的关键举措

（一）改进智能教学平台

学校需要营造高标准的智能教学环境，建立智慧教室、智慧实验室、“智学网”精准作业系统、数字化终端实验资源库等，