人機協同下的初中物理實驗精準教學模式探究
——以物理“凸透鏡成像的規律”教學為例

付 邦

（廣州大學附屬中學，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著人工智能、大數據和學習分析技術的迅猛發展，精準教學作為一種有力的教育理念和實踐方法，引起了教育界的廣泛關注。同時，2017 年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確提出了人工智能發展的戰略態勢。人工智能的興起和發展為教育領域帶來了前所未有的機遇。在此背景下，人機協同成為探索教育領域的重要議題。人機協同的理念強調教師、學生和機器之間的緊密合作與互動，通過充分利用機器智能分析和數據處理的能力，個性化地滿足學生的學習需求，提供精準的教學支持。

然而，當前人機協同在教育領域的研究成果相對有限。雖然國內外一些機構和學者已經開始關注人機協同教學，但在初中物理實驗精準教學方面的探索還較為薄弱。因此，本研究旨在通過對物理“凸透鏡成像的規律”教學案例的深入研究，探索如何在人機協同的模式下實施精準教學，為初中物理實驗教學的改進和創新提供有益的借鑒和參考。

1 人機協同下的初中物理實驗精準教學思路

1.1 人機協同下的初中物理實驗精準教學的基本概念

人機協同教學是指教師和機器作為教學主體，通過相互合作和互補，利用先進的技術和智能系統來提供個性化、適應性強的教學支持。在初中物理實驗中，人機協同教學可以強調教師和機器在教學過程中的分工合作，充分發揮各自的優勢。教師在人機協同教學中發揮著重要的指導和引導作用。他們通過熟悉學生的學習需求和特點，設計和組織適應性強的物理實驗教學環境，提供個性化的教學策略和資源。教師還能借助智能技術實時監測學生的學習進展和困難，并及時給予針對性地指導和反饋。與此同時，機器在人機協同教學中扮演著重要的角色。通過智能系統和數據分析技術，機器可以收集和分析學生的學習數據，識別學生的學習特點和需求?；谶@些信息，機器能夠提供個性化的學習資源和活動推薦，輔助教師進行教學決策和干預。人機協同下的初中物理實驗精準教學注重教師與機器之間的密切合作，共同實現教學目標。教師通過深入理解學生的學習情況和需求，結合智能技術的支持，能夠更好地調整教學策略，提供個性化的學習支持。機器的參與則能夠提供大量的學習數據和個性化的推薦，幫助教師更準確地了解學生的學習進展，并作出有針對性的教學決策。

1.2 人機協同下的初中物理實驗精準教學的關鍵要素

教師角色是人機協同下初中物理實驗精準教學的首要要素之一。教師在教學過程中扮演著指導者和引導者的角色。他們不僅需要具備扎實的物理知識和教學技能，還要具備敏銳的觀察力和分析能力，能夠理解學生的學習需求和困難。同時，教師還應通過合理設計實驗活動、提供個性化教學資源和策略，激發學生的學習興趣和動機。學生的積極參與是人機協同下初中物理實驗精準教學的另一個重要因素。學生需要積極參與實驗活動，發現問題、提出疑問，并通過探究和實踐來構建知識和解決問題。學生參與的程度和深度將影響教學效果和學習成果。此外，學生還需要具備合作和溝通的能力，與教師和同學進行互動和交流。智能技術的應用是人機協同下初中物理實驗精準教學的關鍵要素之一。智能技術包括數據分析、人工智能和虛擬現實等，能夠收集和分析學生的學習數據，并根據個體差異提供個性化的學習支持和反饋。例如，智能系統可以根據學生的學習進展和需求，推薦適合其水平和興趣的學習資源和活動，以促進個性化學習和理解。

1.3 人機協同下的初中物理實驗精準教學的實施策略

人機協同下的初中物理實驗精準教學的實施策略包括教師的角色與活動、學生的參與和發展，以及機器的支持與功能。教師通過制定動態的教學目標、提供個性化的教學支持和反思，引導學生積極參與實驗活動與學習，而機器通過數據分析和對學生的學習過程進行監測與分析，為教師提供個性化的學習反饋和干預建議。

2 人機協同下的初中物理實驗精準教學模式構建

2.1 精準教學目標的設定

在人機協同下的初中物理實驗精準教學模式中，精準教學目標的設定是關鍵的第一步。教師與學生共同參與目標設定過程，確保學習目標具體、可衡量，并與實驗內容和學生需求緊密對應。教師通過充分了解學生的學習特點和需求，結合教學大綱和實驗內容，制定明確的教學目標。這些目標應該具有可操作性和可評估性，能夠指導學生進行實驗活動，并在實踐中實現學科知識和實驗技能的全面發展。在設定精準教學目標時，教師需要考慮學生的不同水平和興趣，確保目標的個性化和差異化。同時，目標應與實驗活動的特點相匹配，能夠引導學生進行實踐探究和問題解決，促進他們的思維能力和創新意識的培養。機器在精準教學目標設定中發揮著重要的作用。通過學習分析和數據挖掘技術，機器可以提供學生的學習數據和特征信息，為教師提供個性化目標設定的參考。機器的智能算法可以根據學生的學習表現和需求，生成相應的目標建議，幫助教師制定更加精準和有效的教學目標。通過精準教學目標的設定，教師與學生共同明確學習的方向和目標，為后續的實驗設計、學習導引和教學反饋提供了堅實的基礎。這將有助于提高學生的學習動機和學習效果，促進他們在物理實驗中的全面發展和成長。

以物理“凸透鏡成像的規律”教學為例，初中物理實驗精準教學模式中教學目標如表1 所示：

表1 “凸透鏡成像的規律”精準教學模式下教學目標

2.2 實驗設計與學習導引

通過人機協同下的實驗設計與學習導引，促進學生對“凸透鏡成像的規律”進行全面而深入的學習。教師的引導和支持以及機器的輔助工具和學習資源共同推動學生的學習過程，使其在實踐中不斷探索和發現，從而達到精準教學的目標。

具體而言，教師借助機器的支持，通過模擬軟件或虛擬實驗平臺模擬凸透鏡成像過程，幫助學生更直觀地理解光線的折射和聚焦過程。同時，通過可視化工具展示不同參數變化對成像結果的影響，幫助學生更好地理解凸透鏡成像規律。在實驗設計方面，教師可以結合機器的輔助工具，設計具有一定挑戰性的實驗任務。通過設定不同的條件，如不同的物距、透鏡焦距和物體尺寸等，學生可以進行多次實驗觀察，并記錄實驗數據。學生借助機器提供的數據記錄工具，如實驗記錄表格或圖表，準確地記錄實驗結果。隨后，機器可以幫助學生對實驗數據進行分析和處理，通過圖像或圖表展示成像結果的變化，幫助學生更清晰地觀察、分析和總結實驗數據，進一步掌握凸透鏡成像規律。在學習導引方面，教師可以引導學生通過對實驗結果的觀察和分析，與理論知識進行聯系。教師可以提出問題、給予思考提示，激發學生的思維，幫助他們將實驗結果與凸透鏡成像規律聯系起來。機器可以提供相關的學習資源，如教學視頻、參考資料或交互式課件，輔助學生在學習導引過程中深入理解凸透鏡成像規律。

2.3 智能學習分析與反饋

通過智能學習分析與反饋，教師能夠更好地了解學生的學習情況和需求，調整教學策略并提供個性化指導。同時，機器的智能分析和推薦功能可以幫助學生更高效地學習凸透鏡成像規律，拓展知識面。具體而言，利用學生的學習數據，如實驗記錄、練習題答案等，進行數據分析。通過應用數據挖掘和機器學習技術，機器能夠識別學生的學習模式、學習偏好和學習困難等關鍵信息?；趯W習數據的分析結果，機器能夠提供個性化的反饋。這包括針對學生的學習困難給予解題提示、錯誤糾正和深入解釋等。個性化反饋幫助學生更好地理解凸透鏡成像規律，并促進他們的學習進步。實時監測學生的學習進展。通過追蹤學生在不同學習階段的表現和理解程度，識別學生的強項和薄弱項，為教師提供詳細的學生學習報告。利用學習數據和分析結果，為學生提供智能推薦的學習資源。根據學生的學習需求和個性化特點，機器可以推薦適合他們的教材、學習資料和在線學習平臺，以支持他們在凸透鏡成像規律學習中的進一步探索。

2.4 合作與互動學習模式

在人機協同下的初中物理實驗精準教學中，合作與互動學習模式作為一種重要策略，通過學生之間的合作和互動以及機器的支持，有助于實現精準教學的目標。在這種模式中，學生被組織成小組，通過集體合作的方式參與實驗活動。他們可以分享實驗觀察結果、數據記錄以及實驗心得，共同探討和解決問題，從而提升彼此的學習成效。機器作為協同伙伴，提供在線協作平臺或多媒體交互工具，為學生創設合作學習的環境，并提供相關資源和參考資料，以促進小組合作中的學習活動。這種合作與互動學習模式旨在激發學生的積極參與和主動學習，培養他們的合作與溝通能力，并促進知識的共享和理解。通過人機協同的方式，合作與互動學習模式能夠更好地實現精準教學的目標，提供個性化的學習支持和指導，使學生能夠深入理解凸透鏡成像規律，并培養科學思維和探究能力。這種學習模式在實踐中能夠引導學生主動構建知識，培養他們的批判性思維和問題解決能力，為其未來的學習和發展奠定堅實基礎。

2.5 反思與調整教學策略

在精準教學中，知識網絡體系和層級關系的建立是靈活可調整的，其目的是根據學生的學習情況和需求進行相應的調整和優化。教師在教學過程中要持續觀察和分析學生的學習表現，以便及時調整教學策略，確保教學的針對性和有效性。教師應該具備敏銳的觀察力，通過細致觀察學生的學習表現，了解他們在知識掌握、思維能力和學習態度方面的特點和需求。通過細致觀察，教師能夠準確判斷學生對不同知識點的理解程度，發現他們存在的困惑和學習障礙，從而有針對性地進行調整和優化。在調整方面，重新組織知識的層級關系，使其更加貼合學生的認知和學習路徑；調整教學內容和教學方法，以滿足學生的學習需求和興趣；提供不同難度和深度的學習資源，以適應學生的學習進度和能力水平。充分利用技術手段，如學習管理系統和智能化教學軟件，通過數據分析和反饋機制獲取更全面的學生學習信息，以便更精準地進行教學調整。通過技術的支持，教師能夠及時獲知學生的學習情況，發現他們的問題和困難，并根據學習數據提供個性化的教學支持和指導。

在物理“凸透鏡成像的規律”教學實踐中，人機協同發揮了重要作用，幫助教師進行反思與調整教學策略。教師通過利用智能化教學軟件和學習管理系統，結合學生的學習數據和反饋，進行深入分析和評估。通過技術手段，教師能夠及時獲知學生的學習情況，發現他們在凸透鏡成像規律方面的問題和困難?；趯W習數據的多維細粒度分析，機器能夠提供個性化的教學支持和指導，為教師的教學調整提供有力依據。在實踐中，教師通過觀察學生在實驗中遇到的困惑和障礙，以及機器提供的學習數據和反饋，反思教學策略并進行相應的調整。例如，教師注意到使用教材中的實驗器材，如蠟燭、凸透鏡、光屏和刻度尺，可能會導致蠟燭的火焰受氣流影響晃動不穩定等問題。為了解決這個問題，教師進行了反思并進行了調整。教師意識到使用光具座可以更好地解決調節焰心、光心和光屏中心在同一直線和同一高度的問題。通過使用光具座，可以固定蠟燭的位置，減少氣流的影響，保證實驗過程的穩定性和準確性。在這個實踐中，教師的觀察力和敏銳性起到了關鍵作用。他們通過觀察學生在實驗中遇到的困惑和障礙，發現使用傳統實驗器材可能會影響實驗結果的穩定性?；谶@一觀察，教師決策調整實驗器材，選擇更適合的光具座，以確保學生能夠更準確地觀察和分析凸透鏡成像過程。因此，人機協同在精準教學中扮演著重要角色，教師利用機器提供的學習數據和智能分析結果，得以深入了解學生的學習進展和困難，并基于這些信息進行反思與調整教學策略，以提供更精準的教學支持和指導，從而確保教學的針對性和有效性。

3 結語

人機協同下的初中物理實驗精準教學模式為教學提供了新的視角和思路，通過精準教學的理念和人機協同的支持，教師能夠更好地滿足學生個性化學習需求，提供針對性的教學支持和指導。同時，機器的智能學習分析和反饋機制使教學過程更加科學、精確和有效。教師應合理利用教師、學生和機器的優勢，實施精準教學策略和實踐應用，促進學生的學習效果和興趣，推動教學的創新和發展。