江苏省教育科学规划课题
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题
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告
课题名称： AIGC支持下初中物理深度学习的实践研究
立项编号： JS/2024/ZX0205-01421
课题类别： 专项规划（农村教师专项）
课题主持人： 赵洪明
工作单位： 太仓市双凤中学
填表日期： 2024.11.10
“AIGC支持下初中物理深度学习的实践研究”开题报告
太仓市双凤中学 赵洪明
一、研究背景、所要解决的主要问题
（一）研究背景
1.是物理课堂教型的需要。在初中物理教学中，如何有效地提升学生的科学素养、批判性思维和创新能力，是当前教育改革的重要方向。物理作为一门基础自然科学，对于培养学生的科学精神和实践能力具有重要作用。然而，传统的物理课堂教学方式往往侧重于知识的传授，缺乏对学生深度学习能力的培养。深度学习强调学生在深层动机驱动下，通过切身体验和高阶思维，达到深度理解和实践创新的学习状态。这种学习方式有助于学生形成系统的知识体系，提升解决问题的能力，这对于他们未来的学术和职业生涯至关重要。因此原有的课堂教学模式急需改变。
2.是新课标下师生成长的需要。新课程方案下要强调学生的主体地位，促进核心素养培育的落地。随着AIGC的不断发展，以应对AIGC教育改革大潮，AIGC与学科的深度融合对丰富学生感性认识有显著影响的。从教师层面讲，运用AIGC可以完善物理深度学习设计和减轻教师负担；从学生层面讲，培养了学生在老师指导下，能独立运用AIGC进行深度学习的能力。师生的成长需求让AIGC成为最好的助力工具。
3.是时代对优质教育的需要。在21世纪的知识经济时代，教育的重要性日益凸显，尤其是在科技迅猛发展的背景下，教育领域面临着前所未有的挑战与机遇。随着人工智能技术的不断进步，AIGC（生成式人工智能）作为一种新兴技术，已经开始在教育领域展现出其独特的价值和潜力。未来的社会将越来越依赖AIGC技术。对于农村初中物理教学要抓住AIGC的风口，实现从单向传输的二元主体的师生关系，转变为多向互动的“师-机-生”三元主体关系，率先形成新的育人生态。可见优质教育是时代的需求，更是目前对AIGC理想化的需求。
在此背景下，本课题旨在探索AIGC技术在初中物理深度学习中的应用，以期通过AIGC的支持，促进学生核心素养的培育，实现知识、思维和能力的生长。研究将聚焦于AIGC技术如何与物理教学深度融合，以及如何通过AIGC技术优化教学方式，提升教学效果，最终实现教育目标。
（二）所要解决的主要问题
本课题旨在解决以下几个主要问题：
第一，当前大部分课堂教学形式传统，影响学生深度学习的问题。在当前的教育实践中，物理深度学习课堂的缺乏是一个显著问题。这种缺乏主要源于几个方面：首先，深度学习作为一种新兴的教学理念，其在物理教学中的应用还不够广泛，导致可供参考的案例较少。其次，教师对于如何将深度学习理念融入物理教学缺乏系统的指导和培训，这使得他们在设计和实施深度学习课堂时感到无从下手。此外，由于教育资源的不均衡分配，一些学校可能缺乏实施深度学习课堂所需的物质和技术条件，如高质量的教学材料、现代教学设备等。这些因素共同作用，导致教师在实践中难以实现学生的深度学习。课题组将立足于现有条件，以切实可行的方式，尝试进行深度学习教学。
第二，当前缺少发挥AIGC优势形成自主学习方式的问题。AIGC技术在促进学生自主学习方面具有巨大潜力，但目前这种优势尚未得到充分发挥。一个关键原因是学生和教师对于如何利用AIGC技术进行自主学习缺乏清晰的认识和策略。学生习惯于传统的教学模式，可能不知道如何利用AIGC技术来探索和学习。同时，教师可能缺乏引导学生使用AIGC进行自主学习的方法和经验。此外，学校和教育部门可能还没有建立相应的支持体系，如提供培训、创建学习社区等，以帮助学生和教师充分利用AIGC技术。
第三，当前AIGC智能体平台辅助教学鲜有人尝试的问题。智能体在教学中完全是一个新生事物，大部分教师多未接触过，更不用说运用了。我们将重点研究“智能体平台”的搭建以及运用。以“设计合理的物理场景和数据集，训练智能体学习物理规律；通过大量实验验证智能体的准确性和泛化能力；优化智能体结构和学习算法，提升其在物理深度学习中的表现”等平台研发机制，力争形成一些切实可行的、可运用于初中物理深度学习的“智能体平台”。
第四，当前成功运用AIGC进行课堂教学案例较少的问题。目前AIGC运用成爆发趋势，但在教育中成功运用的案例很少。其实原因很多，从设备构建到、软件运用、学生信息化水平都将影响课堂成功的开展。在研究中，我们会基于农村初中的条件，搭建现代化的教学环境，以一节一节鲜活的课例检测AIGC对教学的作用。将成功的案例收集好。失败的案例研究其原因，加以优化和改进，形成警示案例，让后来者少走弯路。
通过解决这些问题，本课题希望能够为初中物理教学提供新的视角和方法，最终实现提升学生核心素养和深度学习能力的目标。
二、国内外同一领域的研究现状与研究价值
（一）国内外同一领域的研究现状
1.关于“AIGC”研究
国外在arXiv上，AI相关论文的发表数量中，美国以11280篇高居榜首，欧盟6505篇排名第二，中国排名第三，发表5440篇。近几年AIGC在国外研究突飞猛进，有较多的国内AIGC也进军国外市场，取得了好成绩。国内以“AIGC”和”生成式人工智能”作为关键词分别检索到628篇和1215篇相关的论文。2023年9月7日，联合国教科文组织颁布了《生成式人工智能教育和研究指南》，这是全球首份生成式AI相关的指南性文件，旨在促使生成式AI能够更好地融入到教育。英国教育部发布的《教育中的生成式人工智能》报告显示，AIGC在教师中的采用率迅速增加，目前五分之二的教师已在其岗位上使用AIGC。2023年5月23日《生成式人工智能服务管理暂行办法》已经国家互联网信息办公室2023年第12次室务会会议审议通过，并经国家发展和改革委员会、教育部、科学技术部、工业和信息化部、公安部、国家广播电视总局同意，自2023年8月15日起施行。国家采取有效措施鼓励生成式人工智能创新发展，对生成式人工智能服务实行包容审慎和分类分级监管。鼓励生成式人工智能技术在各行业、各领域的创新应用，生成积极健康、向上向善的优质内容，探索优化应用场景，构建应用生态体系。
关于“物理深度学习”研究
国外每年在WOS数据库中，深度学习研究的文献数量基本在20到50篇之间，处于稳定状态。国内以“物理深度学习”作为关键词检索到1829篇，说明国内对深度学习的研究非常投入。美国对深度学习的研究始于20世纪60年代，当时美国中小学按照布鲁纳的认知结构理论对课程与教学进行了大规模改革，但这次改革并没有达到预期目的，还造成了大量的“浅层学习”，并导致教育质量的下滑。70年代，美国开展了“恢复基础教育运动”，部分学者开始立足于学生的学习过程、学习方法等领域，以教育过程为研究的落脚点对社会变革中的教育问题提出解决策略，深度学习研究应运而生。国内2022年03期 郑青岳《基于深度学习的物理教学》一文中提出基于深度学习的概念，指出它是近几年中国基础教育界频繁出现的一个热词，物理教师要全面深入地认识深度学习的典型特征，并基于深度学习的理念改进和完善中学物理教与学的方式，从而将课程改革向纵深方向推进。深度学习研究的论文开始变多，说明国内对深度学习的研究
关于“AIGC支持下的物理深度学习”研究
国外运用AIGC进行物理深度学习的还没有。教育工作者通常以低风险的方式使用AIGC，如创建教育资源，进行评分和评估的情况则较少。国内在检索的结果中分别以“AIGC”配以“物理深度学习”为关键词进行检索时，没有查到相关文章。
国外非常重视生成式人工智能在教育教学中的推广，不仅联合国教科文组织颁布了《生成式人工智能教育和研究指南》，各国也形成了生成式人工智能的相应规章制度。在教育领域也进行了不同深度与广度的研究。但在全球教育领域，在AIGC支持下初中物理深度学习的实践研究却很少。国内黎加厚教授在202４年2月的《生成式人工智能时代的课堂教学创新》一文中提出生成式人工智能是辅助教师动态生成教学设计的利器，可以帮助教师把与教学活动相关的国家课程标准、教育理论、学习科学、教学策略等，快速转化成教学计划文档，教师只需要根据本班的学情微调即可，大大提高了教师的备课工作效率和质量。王学男、李永智在2024年7月《人工智能与教育变革》中指出审视和分析人工智能与教育变革的真实发展水平，以及二者之间的内在关联和作用机制，将为人工智能赋能教育高质量发展提供基础性的观点和视角。李森、郑岚 在20２4年1月 《生成式人工智能对课堂教学的挑战与应对》中指出作为人工智能领域的新样态，生成式人工智能表现出明显的优越性。使用者不必专门学习有关软件的使用方法，便可以自然的方式实现与计算机的深度交互。由上可知，单独研究AIGC或深度学习在其他领域的相关论述己经很多，但运用AIGC在初中物理深度学习的应用几乎没有。
综合来看：宏观上，新课程方案下要强调学生的主体地位，促进核心素养培育的落地。随着AIGC的不断发展，以应对AIGC教育改革大潮，AIGC与学科的深度融合对丰富学生感性认识有显著影响的。中观上，就物理学科教学而言，核心素养培育是根本中的根本，依标教学同时也应结合学科特性开展信息化深度教学。微观上，从教师层面讲，运用AIGC可以完善物理深度学习设计和减轻教师负担；从学生层面讲，培养了学生在老师指导下，运用AIGC进行深度学习的能力。而现在的教师可以更好地借助本课题研究成果，利用AIGC使学生达成核心素养目标。从而打破了传统的瓶颈范式，具有可操作性和可推广性，对新时代物理学科发展有重要作用。
（二）本课题研究价值
理论价值：AIGC虽然弱于人类智能，但它的迭代速度和表现水平已经远超我们原来的预期。从教育的视角出发，理论分析AIGC的技术长处，将打破以往技术发展与教育变革的宏大叙事和微观论证的局限性。深度学习与AIGC在结构对比、逻辑对比、符号编码、内容分析、交互机理和培养模式六个方面存在同构性逻辑。通过在教学中引入AIGC技术，学生可以更好地适应未来社会的需求，掌握必要的技术技能和创新精神。以复杂性思维来科学分析、理性质疑人工智能教育的当下与未来，具有极强的理论价值。
（２）实践价值：AIGC技术正为物理教育带来深刻的变革。对于农村初中物理教学要抓住AIGC的风口，实现从单向传输的二元主体的师生关系，转变为多向互动的“师-机-生”三元主体关系，率先形成新的育人生态。五大主题整体设计研究和搭建深度学习的“智能体平台”、“在线协助平台”，不仅为初中物理教学提供了新的教学模式，也为其他学科的深度学习提供了可借鉴的范例。
（3）现实价值：当下AIGC的诞生，已经将技术作用的对象从人的体力向人的脑力转移，从人的身体向人的智慧、意识延伸。人类作为主体性存在的独有特征——思维方式都将受到挑战。我们必须重新思考教育，使其向促进人类意识的觉醒和技能的提升转型，以此维护人类的价值与自由。本课题尝试破解以下三个问题：第一，当我国传统教育优势将被AIGC大幅削弱时，更应注重学生哪些素养与能力的培养？（注重学生的深度学习能力培养）第二，随着生成式人工智能技术的发展，如何处理新型的师生关系？（构建“师-机-生”三元主体关系，教师将从“知识的守门人”转变为“学习的编舞者”。）第三，AIGC对农村初中物理教学带来什么机遇？（提升农村初中物理教育效率，实现城乡优质教育均衡。
三、概念界定
1.AIGC（generative artificial intelligence）
就是生成式人工智能，是指具有文本、图片、音频、视频等内容生成能力的模型及相关技术。它可用于创建新的内容和想法的人工智能，也可以按照一定的逻辑关系，帮助用户将散落在网络各处碎片化的、有待加工的信息资料进行整理和归纳，同时模仿人类的思维和语言表达习惯进行输出。AIGC在短短不到两年的时间内，实现了从开放式文字对话交互到文生图、文生视频，再到多模态交互的人机互动技术的飞速突破，其发展速度远超人类对其的思考与应对速度。简单来讲，AIGC的基础是深度学习模型，它通过对大量训练数据的学习，理解其中的模式和规律，在出现提示时便可以“学习”并自动生成统计上与训练数据有相似特征的内容输出，这些新生成的内容包括但不仅限于主题创作、知识问答、编程计算、图像增强、音乐生成、视频编辑等。运用AIGC可以构建适本课题教师管理和学生学习的各种智能体。作为人工智能领域的新样态，AIGC表现出明显的优越性：（1）是形式的亲民性；（2）是角色的多样性；（3）是过程的高效性。本课题实际运用的国内AIGC有腾讯元宝、讯飞星火、文心一言、智普清言、百川大模型、豆包、秘塔、扣子、360AI、百度AI伙伴、kimi、橙篇等。
2.物理深度学习
“深度学习”界定为“借助具有整合作用的实际问题激活深层动机，展开切身体验和高阶思维，促进深度理解和实践创新，进而对学习者产生深远影响的学习样态”。深度学习具备以下基本特质：一是深层动机。是内在的学习动机而不是外在的学习动机。可以说，深层动机乃是深度学习的第一特质；二是切身体验—高阶思维。深度学习在过程质量上都涉及切身体验和高阶思维两个基本特质。其中，切身体验指向于学生的感受与观察、实践与操作和感悟与体会；高阶思维指向于学生更为深刻的反思思维与批判思维、更为综合的整体思维与辩证思维和更为灵活的实践思维与创新思维；三是深度理解—实践创新。从结果质量上看，深度理解指向于学生对事物或知识本质的理解、对事物或知识意义的理解和对自我生命意义的理解；实践创新指向于学生的问题解决能力，包括迁移运用能力和融合创新能力。
“物理深度学习”主要指初中物理教学中的深度学习。物理深度学习是指在基于理解的基础上，通过深入探究物理现象和规律，促进学生认知结构的完善、思维能力的发展、优良品格的塑造和正确价值观念的形成。它强调不仅仅是对物理知识的表面掌握，而是通过对物理概念、原理和实验的深入理解和应用，达到更高层次的学习效果。物理深度学习的实现机制包括发生机制、维持机制和促进机制。这些机制共同作用，帮助农村初中学生在物理学习过程中逐步深化理解，形成系统的知识体系，并在此基础上进行创新和应用。
总之，物理深度学习在初中物理教学中，旨在通过深入探究和实践，培养农村初中学生的科学思维和探究能力，使其能够在未来的学术和职业生涯中更好地应用物理知识。
3.AIGC支持下的物理深度学习
AIGC支持下的初中物理深度学习可以定义为：一种利用人工智能生成内容技术，结合大数据分析和个性化学习模型，通过实时反馈和个性化辅导，促进学生对物理概念、原理及其应用的深入理解和掌握，并在此基础上培养其创新思维和问题解决能力的教学方法。本课题将从AIGC给教育带来了六个方面的影响（影响培养目标；影响学习方式。；影响教学方式；影响师生关系；影响教育内容；影响教育管理）开始，以五大主题整体设计研究为重要载体，尝试建立适合农村初中物理深度学习的平台模型。让农村初中物理教学抓住AIGC的风口，实现从单向传输的二元主体的师生关系，转变为多向互动的“师-机-生”三元主体关系，为未来社会需要大量具备人机协同能力的高水平人才做好引路人，率先形成新的育人生态。以此作为农村初中物理教育提升效率的利器，也更好的实现城乡优质教育均衡。
四、研究目标与研究内容
1.研究目标
本课题旨在以切实高效促进学生深度学习为目标，以AIGC支持下初中物理深度学习五大主题整体设计研究为重要载体，建立起促进深度学习的新机制，构建起运用AIGC后评价深度学习效果的系统，探索出以AIGC支持下农村初中物理深度学习创新路径和创新经验，全面提升新时代条件下农村初中超越城市的教与学先进经验。具体目标有：
（1）充实AIGC支持下初中物理深度学习的理论基础，建立物理深度学习的检测方式。
（2）构建AIGC支持下物理深度学习的五大主题整体学习的模式和创新路径。
（3）建立AIGC支持下适合农村初中物理深度学习的平台模型范例。
（4）得出AIGC支持下适合农村初中物理深度学习的路径与策略。
（5）形成一些AIGC支持下适合农村初中物理深度学习的案例经验。
2.研究内容
(1) AIGC支持下物理深度学习的理论研究(核心组成员叶风负责)
通过国内外最新AIGC资讯和文献，进行对比研究，寻找适合农村初中物理教学的最新AIGC技术。重点以国内的讯飞星火、文心一言、智谱清言、豆包、百川大模型、KIMI AI搜索、秘塔AI搜索、360AI浏览器、百度AI伙伴插件、扣子国内版、橙篇等智能检索，寻找出适合理论研究的AIGC。
尝试运用适合的AIGC，检索深层学习新理论。拟通过最新的文献，借鉴他们的研究成果，特别是适合运用AIGC的部分，快速地运用到本课题上，探索理论指导实践、事半功倍的作用。
AIGC技术与教育融合的理论基础：AIGC技术与教育的融合基于构建主义学习理论，该理论认为知识是通过学习者与环境的互动构建的。AIGC技术通过提供模拟实验、虚拟场景和个性化学习路径，为学生提供了一个互动和探索的平台，从而促进深度学习的发生。此外，AIGC技术的应用还与自我决定理论相呼应，该理论强调学习者的自主性、能力感和归属感对学习动机和成果的重要性。AIGC技术通过个性化学习支持，增强了学生的自主学习能力，提高了他们的学习动机和参与度。
AIGC支持下的深度学习模型：在AIGC支持下，深度学习模型可以被理解为一个多层次、多维度的学习过程，其中包括知识的理解、应用、分析、评价和创造。AIGC技术在这一模型中扮演着关键角色，它通过提供丰富的学习资源和工具，帮助学生在各个层面上实现深度学习。例如，AIGC技术可以生成模拟实验，让学生在理解物理概念的同时，通过实践应用这些概念来加深理解；通过分析实验数据，学生能够评价和反思自己的理解，最终达到创造新知识的目的。
AIGC技术在物理教学中的应用理论：AIGC技术在物理教学中的应用理论涉及到教学设计、学习评估和教学反馈等多个方面。在教学设计方面，AIGC技术可以帮助教师创建个性化的学习计划，适应不同学生的学习需求和节奏。在学习评估方面，AIGC技术可以通过数据分析工具来跟踪学生的学习进度，提供实时反馈，帮助教师及时调整教学策略。在教学反馈方面，AIGC技术可以生成学生的学习报告，让学生了解自己的学习状况，从而更好地自我调节学习行为。（具体见附件“文献综述”）
下面是截止2024年8月国外和国内的AIGC。
（2）AIGC支持下物理深度学习的调查研究（核心组成员徐琛负责）
调查研究主要聚焦于创建智能体进行评估和分析AIGC技术在初中物理深度学习中的应用效果。通过对比传统教学模式与AIGC支持下的教学模式，以客观的角度，通过前测、中测和后测调查，跟踪考察学生内在学习动机、深层学习动机、反思思维、批判思维以及高阶思维等方面的发展情况。此外，课题将同步重点调查研究农村初中在物理深度教学中对AIGC技术运用的现实需求。
通过对全市52位教师的深度学习认知的调查表明：
教师对AIGC的积累情况：调查表明，对于AIGC认识情况，大部分教师是接触过的，占比61.54%；深入去了解的不多，占比5.77%。认为AIGC在教育领域的应用前景良好的占100%。认为AIGC在物理教学中的四大运用都是认可的，占比都在63.46-75%。整体说明教师对AIGC发展情景是认可的，但是理解的深度还需时间来提升。
教师对深度学习的认知：调查表明，教师们对初中物理深度学习的理解都是较正确的，仅3.85%的认为仅仅这是技术的运用。在物理教学中实施深度学习的最大挑战中大部分教师认为是学生缺乏自主学习的动力，占比48.08%。尝试过实施深度学习的教学方法中经常运用的仅占5.77%，缺乏相关培训和资源占比40.38%。整体说明教师对物理深度学习认识还是在浅层面。
教师在深度学习中渗透AIGC的现状：调查表明，在课堂教学渗透AIGC的频率中，从未使用的占46.15%，大部分教师往往是无意识地偶尔提及，即使有些教师在课堂中遇到了相关知识想进行AIGC的运用，但限于条件也无法实现。使用AIGC进行物理教学的主要目的，均倾向于创造互动式学习体验和提供模拟实验和虚拟实验室，两项占比均在69%以上，反而对生成个性化的学习材料和作业认可度不高。在物理教学中使用AIGC时遇到的最大困难中占比81.54%的教师认为缺乏高质量的AIGC工具和资源，说明技术发展已在我们的前面，在教学中的运用还需追赶上去。
通过对320名学生调查表明：学生对运用AIGC的课堂教学方式需求：学生对AIGC在物理课堂上如何辅助您的学习中，65.5%希望作为学习伙伴，回答我的问题和疑惑。学生认为AIGC在物理课堂上最有价值的应用中，58.6%希望能创造一个安全的环境来尝试和犯错。学生希望AIGC在物理学习中扮演什么角色中，76.8%希望是一个互动伙伴，使的学习更加有趣。学生对使用AIGC进行物理学习有什么担忧或期望中，75.5%期望AIGC能提供更多的互动和实践机会。
通过问卷调查的分析，初步了解了目前太仓市初中物理教师在教学中渗透AIGC运用的现状.作为学校重要学科的教师，面对巨大的升学压力和繁重的教学任务，没有时间和精力去研究如何在教学中渗透AIGC，而失去了高效的因材施教的方式。对学生而言，失去了查漏补缺和自主学习的机会，更不能发挥特长。随着核心素养逐步深入人心，落实物理学科的育人功能必然需要深度学习。以深度学习为主线的初中物理AIGC课堂的整体架构，必将顺应时代发展的潮流。（具体见附件“调查报告”）
（3）AIGC支持下物理深度学习的五大主题整体设计研究（核心组成员周晓磊负责）
在物理教学中要突破深度学习三个层次中五个方面的进阶，本课题将进行AIGC支持下物理深度学习（动机研究、切身体验、高阶思维、深度理解、创新实践）五个方面的主题实践研究。在研究中通过各种类型的物理课，研究在AIGC支持下让深度学习的某一个特质得到提升。探索出AIGC支持下农村初中物理深度学习的目标体系和评估方案；适宜的教学内容与教案；教学智能工具和建议。下面是详细的五大主题整体设计研究图：
（4）AIGC支持下物理深度学习的平台开发及设计研究（主持人赵洪明负责，王稽春、刘焕其、邱伟峰协助）
①搭建深度学习的“智能体平台”
主要研究AI机器人、深度学习模型等多种国产AIGC，研发搭建物理深度学习的“智能体平台”，及运用智能体模拟物理环境，进行复杂物理现象的呈现和数据分析的深度学习方式。重点研究“智能体平台”的搭建以及运用。以“设计合理的物理场景和数据集，训练智能体学习物理规律；通过大量实验验证智能体的准确性和泛化能力；优化智能体结构和学习算法，提升其在物理深度学习中的表现”等平台研发机制，力争形成一套切实可行的、可运用于初中物理深度学习的“智能体平台”。
②搭建深度学习的“在线协作平台”
主要研究hysicsclassroom、A Plus Physics、flippingphysics、Bozeman Physics、The Physics Aviary等多种AIGC，研发搭建物理深度学习的“在线协作平台”。重点研究“在线协作平台”的搭建以及运用。运用平台提供的丰富的物理学习资源运行机制，如教程、视频课程、模拟实验等，支持师生在线交流、合作学习和资源共享。 a.利用平台上的资源学习物理基础知识，构建扎实的理论基础。 b.参与在线讨论和协作，与同行交流研究思路和方法，共同解决物理难题。 c.利用平台上的模拟实验功能进行虚拟实验，验证理论假设，探索物理规律。 d.分享研究成果和经验，促进学术交流和合作。
（5）AIGC支持下深度学习的路径与策略的研究（主持人赵洪明负责，王稽春、刘焕其、邱伟峰协助）
①“AIGC在线问答”功能，支持深度学习“学习动机”和“深度理解”的路径与策略.
运用十多种国内大模型的智能生成问答，研究激发学习者的好奇心与探索欲，从而增强学习动机和深度理解的路径。策略上，AIGC可依据学习者反馈优化问题难度与深度，引导其逐步深入；利用自然语言处理技术，解析复杂问题，提供多维度、多层次的分析与解答，促进深度理解。此外，结合个性化学习路径规划，AIGC能精准推送学习资源，加速学习进程。
②“AIGC虚拟实验室和增强现实”功能，支持深度学习“学生切身体验”的路径与策略。
通过构建高度仿真的虚拟实验环境，研究学习者在直观操作、观察物理现象下，增强“学生切身体验”的路径。结合增强现实技术，研究将虚拟信息叠加于现实场景，使物理抽象概念具象化，加深“学生切身体验”的路径。虚拟实验软件如“NB实验室”和“PhET”备受推崇。“Labster”以其高度仿真的实验环境和互动操作，让学习者仿佛置身真实实验室。增强现实技术如“生动科学AR”，使学习者体验更加丰富和直观。在策略上通过上面丰富软件，研究在提升“学生切身体验”后的学习效率，最终对深度学习的影响。
③“AIGC图文创作和视频生成”功能，支持深度学习“高阶思维”和“创新思维”的路径与策略
通过AIGC图文生成和视频生成功能，研究支持深度学习“高阶思维”和“创新思维”方面，展现出的路径。以科大讯飞、百度AI、360AI、腾讯元宝、boardmix博思白板等为例，研究其强大的图文与视频生成能力对“高阶思维”和“创新思维”的影响。运用它们支持快速创建流程图、PPT、思维导图等图文内容，研究激发学习者高阶思维的策略；通过集成或对接的视频生成工具，如Lumen5、智普清言等能够轻松将文字内容转化为生动视频，研究促进创新思维发展的策略。
（6）AIGC支持下深度学习的案例研究（核心组成员赵顺彧负责）
本课题将AIGC支持下物理深度学习（动机研究、切身体验、高阶思维、深度理解、创新实践）五个方面的主题，进行案例研究。借助物理综合实践课、项目化学习课、大单元学习课、发明创作课、跨学科课进行深度学习的具体案例研究。也可以针对单个物理知识的深度学习进行个案研究。例如研究腾讯教育的虚拟实验室，结合AIGC的3D建模技术，重现教材中的光学实验，形成一个案例。
五、研究思路、方法与实施步骤
1. 研究思路与方法
研究思路： 本课题聚焦于AIGC技术在初中物理深度学习中的应用，首先明确AIGC与物理深度学习的核心概念，分析国内外研究现状，确立研究目标与内容。随后，通过理论研究、现状调查、五大主题整体设计、平台开发及案例研究，全面探索AIGC对初中物理深度学习的促进作用。最后，提出适用于农村初中物理深度学习的路径与策略，形成一套可推广的教学模式。
研究方法：文献分析法：为本课题研究提供理论支撑。实验研究法：通过前测、中测和后测，评估AIGC技术的应用效果。问卷调查法：收集反馈意见，为平台开发和优化提供依据。平台开发与优化：搭建适合物理深度学习的智能体平台和在线协作平台，提升平台的功能。案例研究法：选取典型教学案例，总结经验教训，形成可复制、可推广的教学模式和策略。
2.实施步骤
（1）准备阶段（2024.4-2024.5）
1.确定选题：明确研究方向，选择参与物理深层学习学生、教师为研究对象，明确研究目的和意义。
2. AIGC工具收集、整理：收集与AIGC相关的人工智能工具（讯飞星火、文心一言、智谱清言、豆包、百川大模型、KIMI AI搜索、秘塔AI搜索、360AI浏览器、百度AI伙伴插件、扣子国内版、橙篇等），对前沿生成式人工智能进行深入了解。
3.撰写申报书：撰写研究项目的申报书，阐述研究问题、方法、预期成果等，争取资金和支持。
4.制定研究计划：制定详细的研究计划，包括实施步骤、时间安排、数据采集方式等。
5.明确课题成员分工：确定研究团队的成员，明确各人的任务分工和责任，确保研究进程顺利进行。
（2）实施阶段（2024.6-2025.6）
1.确立适用深层学习的AIGC。在‘做中学’框架下，从教师、学生和专家角度，系统考察AIGC的使用与评价。
2.数据整理分析，撰写研究报告：收集问卷数据，进行统计分析，深入剖析AIGC支持下初中物理深度学习的实践研究。撰写研究报告，包括研究方法、数据分析、发现和结论等。
3.实施过程及时发现问题，调整改进不足：在实施过程中，及时发现问题和不足之处，根据数据和反馈，适时调整研究方向、策略或方法，确保研究的科学性和有效性。
4.论文撰写并发表到期刊上：将研究结果整理成论文，进行精心撰写。选择合适的学术期刊投稿，经过同行评审，将研究成果发布。
（3）总结阶段（2025.9-2026.6）
(1）总结前期实践工作，撰写结题报告：总结整个研究过程，梳理研究主要发现和成果。撰写结题报告。
(2）推广应用研究成果：将研究成果与实际教学相结合，推广应用AIGC的运用，促进教学方式的改变。
六、课题成果形式
|
成果名称 |
成果形式 |
完成时间 |
阶段成果（限5项） |
农村初中物理深度学习应用研究现状以及问题调查报告 |
调查报告 |
2024年5月 |
AIGC工具和深度学习理论的文献综述 |
文献综述 |
2024年5月 |
构建AIGC支持下五大主题整体学习的模式 |
学习模式 |
2025年9月 |
建立AIGC支持下适合农村初中物理深度学习的平台模型 |
平台 |
2025年9月 |
形成课题规划、制度文件、软件运用等的资源集 |
资源集 |
2025年9月 |
最终成果（限3项） |
《AIGC支持下初中物理深度学习的实践研究》的论文集 |
论文集 |
2026年6月 |
构建AIGC支持下五大主题整体学习的案例经验 |
案例经验 |
2026年6月 |
《AIGC支持下初中物理深度学习的实践研究》结题报告 |
研究报告 |
2026年6月 |
太仓市双凤中学
2024.11
