正文
人工智能时代，智能技术应用正在推动课堂教学改革。2017年国务院发布了《新一代人工智能发展规划》，提倡“利用智能技术推动促进人才培养模式、教学方式变革，建立包含智能学习、交互式学习的新型教育体系”。现今，中高中班主任怎样利用智能技术设计人机协作的高效课堂成为热点问题。发挥实验在数学教学中的重要作用，提升中学生科学素质，是数学班主任的职责和使命。在演示实验教学中，班主任可以利用智能技术让中学生多方位体验科学探究过程。笔者以“测量滑车架机械效率”为例，利用机器智能观察、语音控制和智能估算等技术改进课堂实验，突破教学难点。
一
教学难点剖析及确诊
（一）教材内容剖析
人教版《物理》八年级上册“机械效率”小节的内容编排如下：班主任通过演示引出有用功、额外功和总功的概念，导入两者之间的关系；用生活常识引出机械效率的概念，并推论机械机率的估算公式；讲解起重机机械效率的算例，由此引出检测滑车架机械效率的实验。班主任组织三次检测活动，引导中学生剖析数据变化情况并对机械效率影响诱因进行剖析，由此归纳增强机械效率的主要方式。
本节课的教学目标：班主任通过检测实验和数据剖析，确诊和培养中学生在实验中的知识理解—综合应用—实验探究—跨界应用四级表征的科学探究发展水平[1]。中学生学会剖析有用功、额外功和总功，能说出机械效率的涵义并用公式估算机械效率，通过实验了解滑车架的机械效率与物体重力有关。教学重点是机械效率的估算，教学难点是检测滑车架的机械效率。中学生要体验实验全过程机械效率教学视频全集，探求机械效率的影响诱因，体会实验检测数据、收集数据、分析推论等全过程，以提升科学探究和科学思维等学科核心素质。
（二）教学难点问题确诊
好多化学班主任举办了相关数字化创新实验研究。刘纳川借助减速马达取代手提测力计提升教学效率，田晓娜采用不同绕线材质、动滑轮和重物通过多组实验增强机械效率影响诱因。检测滑车架的机械效率是课堂演示实验项目。中学生在实验中须要应用的原理是机械效率η=W有/W总。检测滑车架的机械效率是机械效率的估算公式的实际应用，这个实验是为中学生探究机械效率的影响诱因和增强机械效率方式作铺垫的，在课堂教学中起着承前启后的重要作用。但那些在教学施行中存在困难，主要表现在以下方面。
一是检测问题。师生用鼻子观察法搜集数据偏差较大，会造成估算结果与理论值相差较大。在课堂上的实际操作中，因受光源、观察角度和观察者个体差别等影响，人眼观察得来的数据应用价值不高，甚至与理论值矛盾。
二是实验流程问题。自动带动弹簧测力计后，实验者需读取钩码上升高度h、拉力F和弹簧测力计联通距离s等三项数据。实验者需三次自动匀速带动弹簧测力计使其上升，实际操作中很难保证弹簧测力计以相同匀速上升，造成数据偏差较大。三次“拉动弹簧再读三项数据”及更换钩码，这样做实验程序太艰深，效率很低。
三是估算归因问题。师生估算有用功W有、总功W总和机械效率η，估算量较大，缓解实验进度，影响效率。倘若仅两次改变钩码数目，则估算偏差较大，造成数据剖析归因不显著。
二
智能技术支持下的实验教学设计
用于辅助教学的智能技术一般包括可分拆或组合的硬件和可编程的智能（软件）模块。为突破本节课教学难点，笔者设计了基于智能技术的创新实验设备（如图1）。此实验设备的智能技术应用主要彰显在机器智能观察、机器语音控制和机器智能估算三个方面。
图1创新实验设备概貌图
（一）利用机器智能观察，精准检测上升高度
笔者借助超声波传感、液晶显示屏和软件编程设计了用于检测钩码上升高度h的人工智能模块1。超声波传感可确切检测h值，显卡手动将数据传递到液晶显示屏进行显示（如图2）。
图2“声波传感+液晶显示器”模块
笔者将超声波传感和液晶显示屏组合优化用于观测实验过程，获取数据，通过机器智能观察，增加了实验读数偏差，打破了光源、观测角度等环境或条件限制，有利于中学生确切读数。
（二）通过机器语音控制，科学简化实验流程
笔者借助步进马达、语音控制和软件编程设计了用语音控制弹簧测力计匀速上升的人工智能模块2（如图3）。实验者通过“小亚，运动”口令语音控制步进马达利用滑轮，将动力转化成拉力F实现钩码匀速上升，发出“小亚，停止”口令使之停止上升，保持位置不变，可以确切读数。
图3“步进马达+语音控制”模块
笔者借助步进马达和语音控制组合模块，实现了拉力智能化、自动化。机器语音控制取代了原先的自动控制，除了解放了实验者的手掌，并且简化了实验流程。对课堂上须要重复做的实验，改进疗效尤为明显——缩短了实验时间，有利于中学生剖析数据并对影响机械效率影响诱因进行探究。
（三）基于机器智能剖析，培养中学生科学探究精神
借助模块1、弹簧测力计、钩码、希沃一体机、软件组成的人工智能模块3，实验者先观测弹簧测力计联通距离的读数，将重力G、上升高度h、拉力F、弹簧测力计联通距离s值输入（已设定函数关系的表格）系统中，估算用功、总功、机械效率，再对重力G与机械效率进行双变量回归剖析，探究两组数据之间的关系（如图4）。
希沃一体机和函数功能及数据剖析功能的组合应用实现了估算智能化和机械效率影响诱因探究过程智能化、可视化。笔者使用模块的函数功能，突破估算难点，集中精力引导中学生探究影响机械效率的诱因；借助智能估算功能，适当降低实验次数，搜集更多数据，提升了机械效率影响诱因分析的可效度；利用机器智能剖析技术，提升了实验教学效能，更好地展示了科学探究思维过程，迸发了中学生的科学探究热情。
图4智能估算与剖析
三
总结与展望
（一）总结
课堂演示实验是数学教学的重要内容，也是突破教学重难点的重要形式。在人工智能的环境下，班主任用机器观测取代了中学生的视觉，增加了中学生体验感，但提高了实验的科学性和严谨性，实验结果更接近推论。机器匀速提高钩码，取代了实验者自动，机器成了实验者的第三只手。从演示实验角度看，机器解放了实验者的手掌，增强了效率。语音控制机器运动，提高了化学实验的交互性和趣味性，丰富了实验者实验的直观体会。实验者在观察运动过程的同时进行语音控制，才能有效控制钩码运动，使之确切而快捷地运行至预期的位置。在数据搜集后，班主任借助公式取代自动估算，大大增加了实验操作难度，让中学生有充分的时间去归纳影响机械效率的诱因，以提升智能估算思维和科学思维能力。班主任基于新技术优化了实验流程，即班主任改变重力G，让中学生多次实验，使用机器剖析数据，剖析重力G与机械效率η的关系，同时改变滑车架进行重复实验，使用机器剖析数据，探求各类变量与机械效率η的关系，这一系列的改进与尝试有助于中学生构建完整的知识体系，突破难点。
在上述实验中，笔者用机器智能观察功能实现了读数精准化，用机器语音控制功能实现了运动标准化，用机器语音控制功能实现了实验操作的智能化，用机器智能剖析技术实现了科学探究的可视化。智能技术的应用为课堂教学提质增效提供了有力支持。
（二）展望
探究性实验教学是引导中学生深度学习的重要形式。在智能技术支持下，中学生亲身体验检测滑动轮机械效率实验全过程，以便深入理解实验原理。班主任借助机器技术优化实验过程，可以提高实验交互性，丰富中学生的实验体会。智能技术的应用为中学生举办多次数多变量的实验探究活动创造了条件，有利于中学生体会探究实验的普遍性、真实性和科学性，促使中学生科学思维能力发展。中学生通过数字化实验探究影响机械效率诱因，联系生活实际机械效率教学视频全集，剖析多种诱因的影响，产生增强机械效率的策略，除了有利于节能、减排、增效，并且有利于培养科学精神与科学观念。
注：本文系浙江省教育科学“十三五”规划2017年度青年专项课题“基于智能终端+App中学语文教学实践的研究”（编号：）、全国教育科学“十三五”规划2017年度单位捐助课题“基于核心素质培植的小学校本课程建设研究”（编号：）的研究成果。
五
参考文献
[1] 杜明荣,廖伯琴.实验与探究能力怎样评价——以日本GCE化学A水平考试为例[J].课程·教材·教法,2007(8):87-91.
作者单位：山东省长沙市高铁第一中学
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