金角魚教研共同體正在積極探索初中物理教學(xué)新模式和新方法。

     對(duì)于初中物理教學(xué)，普遍存在情境創(chuàng)設(shè)乏力、學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)較少的情況；諸多教學(xué)難點(diǎn)的解決呼喚新的技術(shù)手段，如二力平衡、電學(xué)故障等。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、參與度和學(xué)習(xí)效果，在物理教學(xué)的諸多環(huán)節(jié)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)更多生動(dòng)、直觀、能激發(fā)學(xué)生思維的互動(dòng)情境。為解決上述問題，金角魚把數(shù)值仿真和人工智能技術(shù)引入到初中物理教學(xué)中。

     2020年2月上海奉賢區(qū)教育學(xué)院教學(xué)研究中心和上海金角魚軟件有限公司聯(lián)合發(fā)起《在線教學(xué)背景下初中物理課堂教學(xué)與金角魚初中物理軟件的有效整合教學(xué)研究》項(xiàng)目。該項(xiàng)目先在上海古華中學(xué)等十余所奉賢區(qū)學(xué)校實(shí)施，后來擴(kuò)展到上海的楊浦區(qū)、閔行區(qū)、浦東新區(qū)、嘉定區(qū)，進(jìn)而又延伸到江蘇省和浙江省的部分學(xué)校。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該項(xiàng)目累計(jì)涉及學(xué)校500所以上、教師1500名以上。隨著實(shí)踐的深入，本項(xiàng)目后來演變?yōu)椤度诤戏抡婕夹g(shù)學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)向的初中物理教學(xué)法實(shí)踐研究》。

     該項(xiàng)目目的是運(yùn)用數(shù)值仿真和人工智能技術(shù)煥發(fā)初中物理教學(xué)活力，造就學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的場(chǎng)景，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)心、動(dòng)情，改變“教”和“學(xué)”的模式；探索用新的方法和工具武裝新一代教師，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)達(dá)標(biāo)的高素質(zhì)學(xué)生。 線下實(shí)驗(yàn)和線上實(shí)驗(yàn)的融合支持學(xué)生具身認(rèn)知的發(fā)展。初中物理交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下載

     《金角魚初中物理》創(chuàng)設(shè)的情境，強(qiáng)調(diào)探究和交互。

     每個(gè)情境以探究為主線。結(jié)合教學(xué)痛點(diǎn)，設(shè)立探究項(xiàng)目（如：比熱容、光反射中法線概念的引入、平面鏡成像原理、凸透鏡成像原理、勻速直線運(yùn)動(dòng)、二力平衡、摩擦力、直線上的二力合成、壓力壓強(qiáng)等）。結(jié)合教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)置情境，每一情境都有一個(gè)鮮明的探究目標(biāo)。

     每個(gè)情境均以交互為特征。交互類型包括：

     （1）人機(jī)交互：

     *AI跟蹤設(shè)計(jì)和操作全過程

     *智能反饋得分和錯(cuò)誤信息

     *“多樂”卡通人物，現(xiàn)場(chǎng)提供幫助

     （2）師生交互：

     *老師可查看學(xué)生的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)、圖線等

     *提供有雙向即時(shí)溝通工具

     （3）交互內(nèi)容可以有：

     *實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)交互

     *數(shù)據(jù)處理交互

     *任務(wù)交互

     （4）交互機(jī)制有：

     *同步交互，打造新型課堂

     *異步交互，打造翻轉(zhuǎn)課堂 初中物理情境創(chuàng)設(shè)APP推薦金角魚支持下的新型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交互方式將持續(xù)改變初中物理課堂。

     《金角魚初中物理》中的情境是怎么做出來的？金角魚，不是對(duì)研究或?qū)W習(xí)對(duì)象現(xiàn)象級(jí)的仿真，而是對(duì)物理對(duì)象內(nèi)在機(jī)理的仿真。它基于人類對(duì)整個(gè)物理對(duì)象形成的科學(xué)的研究成果，這個(gè)成果往往是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方程。然后用數(shù)值仿真技術(shù)，形成可視化的可交互情境。

     有很多老師和同學(xué)對(duì)此非常感興趣，認(rèn)為這種方式開啟了一種新的探究途徑。如點(diǎn)燃蠟燭后，熱在空氣中擴(kuò)散的情形。當(dāng)對(duì)流存在時(shí)，熱擴(kuò)散會(huì)由于流體的流動(dòng)而發(fā)生復(fù)雜的形變，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足NS（Navier-Stokes）方程。我們的數(shù)值仿真算法就基于NS方程，因此會(huì)帶了較為復(fù)雜的計(jì)算，對(duì)計(jì)算機(jī)性能有一定要求。由于流體存在湍流現(xiàn)象，仿真計(jì)算還需要加入湍流方程，即流體在越過障礙時(shí)，快速流動(dòng)的液體速度會(huì)產(chǎn)生散亂的隨機(jī)流動(dòng)現(xiàn)象。

     《金角魚初中物理》的研發(fā)創(chuàng)新手段具有鮮明的先進(jìn)性和綜合性。

     （1）把在航空、航天、汽車等工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域所使用的CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）手段，用于建立仿真教學(xué)中的物理模型。如，力學(xué)中的伯努利原理交互仿真探究情境（流體速度和壓強(qiáng)的關(guān)系）等，這么高維的手段非常有助于解決老師常見的教學(xué)難點(diǎn)和痛點(diǎn)。

     （2）綜合虛擬仿真、情境化教學(xué)、PBL(Problembasedlearning)和AI思想和技術(shù)，通過沉浸場(chǎng)景和場(chǎng)景變革，在不斷推進(jìn)的各個(gè)場(chǎng)景里通過提出越來越深入的大量的問題，引發(fā)學(xué)生動(dòng)手、思考和探究，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)行為的發(fā)生。

     （3）體現(xiàn)在仿真精度和智能分析上，即虛擬環(huán)境是基于CAE標(biāo)準(zhǔn)的，具有高精度仿真特點(diǎn)。 金角魚初中物理，為教學(xué)賦能。

     《金角魚初中物理》希望用教育思想和教學(xué)創(chuàng)新，通過技術(shù)和產(chǎn)品為師生賦能。軟件主張面向過程和方法，強(qiáng)調(diào)要教學(xué)創(chuàng)新；主張基于學(xué)科素養(yǎng)，著重科學(xué)探究和科學(xué)思維。為此軟件基于“金角魚云平臺(tái)”，利用數(shù)學(xué)建模、數(shù)值仿真、數(shù)據(jù)庫、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，融合PBL（項(xiàng)目化學(xué)習(xí)/問題式學(xué)習(xí)）、STEM、科學(xué)游戲等手法，為老師、學(xué)生搭建了數(shù)百個(gè)“以探究為主線，以交互為特征”的三維仿真情境。幫助老師、學(xué)生通過利用這些情境，從而讓課堂更有效，讓學(xué)習(xí)更主動(dòng)。金角魚能激發(fā)興趣，并能促進(jìn)深度學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。初中物理情境創(chuàng)設(shè)平臺(tái)

金角魚提供大量生動(dòng)的互動(dòng)情境，學(xué)生能在做中學(xué)，老師能在互動(dòng)中教。初中物理交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下載

     《金角魚初中物理》使物理實(shí)驗(yàn)課的數(shù)據(jù)采集及處理變的更有效。

     物理的實(shí)驗(yàn)離不開數(shù)據(jù)的采集及處理，但在一些較為復(fù)雜的物理實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的復(fù)雜數(shù)據(jù)的采集及處理。且傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)每進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)需要多個(gè)實(shí)驗(yàn)器材的組合使用，部分實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和操作時(shí)間過長，導(dǎo)致無法在有限課堂時(shí)間內(nèi)完成對(duì)應(yīng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)的情況時(shí)有發(fā)生。在數(shù)據(jù)處理等方面，學(xué)生需要進(jìn)行大量的人工計(jì)算和分析，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或作出的圖像、進(jìn)行分析歸納得出結(jié)論。但事實(shí)上，一節(jié)課能留給學(xué)生探究的次數(shù)和思考的時(shí)間并不多。學(xué)生在課堂上的一些想法也很難在課上全部進(jìn)行，想在課余時(shí)間將課上自己的想法付諸實(shí)踐也會(huì)受此器材的局限，結(jié)果只能空想了之。而金角魚打破原先大量的人工計(jì)算環(huán)節(jié)，通過自帶的電子表格，輸入已采集的數(shù)據(jù)，可自動(dòng)描點(diǎn)繪圖，大量縮短了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，幫助學(xué)生有更多時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或圖像分析，有效提升學(xué)生的科學(xué)思維。 初中物理交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下載