引言

在智能教育浪潮中，以深度学习为代表的人工智能技术（deepseek和豆包等AI 软件）正逐步重塑传统课堂教学模式。各类教育大模型不仅能够辅助教师完成课程设计与难点解析，更能以高度可视化和交互性的方式，将抽象科学概念转化为可感知、可探究的学习内容，从而在激发学生兴趣的同时，培养其科学推理、模型建构与批判性思维等核心素养。本文以《分子动理论的初步认识》教学为例，系统探讨在AI技术下如何系统培养学生的物理核心素养。

一、AI赋能教学的核心优势

（一）突破认知边界，实现微观过程可视化

传统教学中，“分子”“原子”等概念因无法直接观察而难以建立形象认知。AI技术通过三维动态建模与模拟实验，将分子热运动、扩散过程及分子间作用力以视觉化方式呈现，使学生“看见”不可见的世界，有效降低抽象思维门槛，促进科学观念的初步形成。

（二）强化科学探究，支持假设—验证循环

AI模拟实验平台允许学生自主设置参数（如温度、物质状态），实时观察分子运动变化，从而在虚拟环境中完成“提出假设—设计实验—验证结论”的完整探究流程。这种互动式学习体验显著提升了学生的科学思维与实证意识。

（三）构建认知桥梁，衔接宏观现象与微观机制

通过AI动画与类比模型（如弹簧小球模型），学生能够理解宏观现象（如扩散、压缩）背后的微观本质，建立起“宏观—微观”之间的逻辑关联，从而形成系统化的物质观念与科学推理能力。

（四）促进个性化学习，实现素养分层培养

AI系统可根据学生认知水平提供差异化探究任务与反馈，支持自主建构与协作学习相结合，使不同层次学生都能在原有基础上提升核心素养，实现从知识接受到能力内化的转变。

二、教材内容与AI融合解析

《分子动理论的初步认识》九年级全一册物理（人教版）第十三章“内能”的第二节，属于“知道”层次的基础内容，但作为热学与分子物理学的起点，其理解程度直接影响学生后续知识体系的构建。传统教学中，学生常因无法直接观察微观粒子而出现认知障碍。借助AI技术，可通过模拟实验与动态演示，将微观分子行为可视化，引导学生经历“问题—思考—探究—结论”的完整认知过程，在主动建构中形成物理观念，培养学生核心素养。

三、AI支持下的学情衔接与思维拓展

学生在力与运动等内容中已具备一定的分析与推理能力，但在面对“分子间作用力”“微观解释宏观现象”等内容时仍存在思维瓶颈。AI工具能够通过模拟实验、类比演示等手段，将抽象概念具象表达，帮助学生跨越认知断层，实现从宏观现象到微观机制的科学推理，提升核心素养。

四、课时目标分析

（一）课程标准（2022年版2025年修订）要求

知道常见的物质是由分子、原子构成的。

知道原子是由原子核和电子构成，了解原子的核式结构模型。了解人类探索微观世界的大致历程，关注人类探索微观世界的新进展。

通过自然界和生活中简单的热现象，了解分子热运动的主要特点。知道分子动理论的基本观点。

（二）学习目标分解

概念体系	行为动词	行为条件	行为程度
物质构成	知道	通过电子显微镜的观察和科学研究结论了解物质构成	知道物质是由分子、原子构成的。
分子热运动	了解	通过实验探究	得到物质在不同物态下，分子都存在扩散现象，总结出分子热运动，且物体温度高，分子热运动剧烈。
分子间的作用力	知道	通过实验分析和引导归纳	总结出分子间存在引力和斥力。

（三）教学目标与AI赋能路径设计

围绕物理观念、科学思维、探究能力及态度责任四个维度，设定如表2的教学目标和AI融合策略。

核心内容	AI赋能方式	素养指向
物质构成	AI视频展示分子、原子电子显微镜图像与三维模型	建立物质微观构成的物理观念素养
分子热运动与扩散	模拟气体、液体、固体扩散的动态过程	培养科学推理与归纳能力的科学探究素养
分子间作用力	模拟分子引力与斥力变化；类比弹簧小球模型	强化模型建构与类比思维的科学思维素养

（四）教学目标

物理观念：通过物质结构的科普视频介绍，知道物质是由分子、原子组成的。通过气体液体固体的相互渗透的现象，识别扩散现象，并能用分子热运动的观点进行解释。

科学思维：通过物体的宏观表现揭示出物质的微观结构，通过大量事实总结出分子动理论的初步概念，掌握科学推理的方法，形成科学思维核心素养。

科学探究：通过演示实验总结出分子热运动的概念，同时使学生了解物体温度越高，分子热运动越剧烈。用弹簧的弹力等特点类比，让学生知道分子之间存在斥力和引力。

科学态度与责任：通过实验和AI等激发学生对自然界物理现象的兴趣，加强对科学现象的探究欲。

（五）教学重难点

重点：扩散现象、分子热运动。难点：分子间存在引力和斥力。

五、“目标—教学—评价”一致性教学活动设计

（一）目标一

知道物质由分子、原子组成，知道分子间存在间隙。

AI演示：播放物质构成科普视频，展示分子级别图像，说明物质由分子、原子组成。模拟实验：使用AI动画模拟“酒精与水混合后体积减小”的现象，引导学生得出“分子间存在间隙”的结论。

教学活动1：

提问1：（1）用黑色塑料袋包住花露水瓶，喷出花露水，询问喷出的是什么液体？花露水的味道是怎么传播的呢？（2）春天时，万物复苏，花香四溢，花香引来了昆虫，它们悬浮在空中吸食花蜜。自然界的花香是如何传播的呢？那么昆虫又是怎样找到盛开花朵的呢？通过AI视频介绍了解物质的构成和概念。

演示实验1：展示酒精和水，等体积混合后，总体积减小。总结得到分子间有空隙。

评价任务：如果请你向一位小学生解释“为什么石头是硬的，但空气是软的”，你会如何使用“物质是由分子构成的，分子间有间隙”这个模型来创建一个简单的解释？

设计意图：通过生活化问题与AI可视化展示相结合，帮助学生形成微观物质观念，培养观察与逻辑推理能力。利用AI可视化与虚拟实验，得分子间存在间隙，为引出分子热运动做铺垫。使学生获得关于分子运动的“感知经验”，弥补微观世界直接经验的缺失，实现从抽象符号到具身认知的跨越。通过评价任务，判断对知识是否掌握和迁移，引导往深度学习，建立物质微观构成的物理观念和科学推理能力等物理核心素养。

（二）目标二

通过实验探究，总结出扩散现象及分子热运动的概念，得到温度越高，分子热运动越剧烈。

探究引导：借助AI重现气体（二氧化氮与空气）、液体（硫酸铜与水）及固体（金属合金）的扩散实验。对比分析：AI模拟不同温度下红墨水的扩散速度，引导学生归纳“温度越高，分子热运动越剧烈”。辨析提问：引导学生区分“粉笔灰飞扬”与“分子运动”，强化科学概念的严谨性。

教学活动2：

提问2：那么构成物质的分子运动情况是怎样的呢？相互之间存在作用力吗？探究方法：我们肉眼无法直接观测，但通过物体的宏观表现来推断物质分子的运动微观情况。通过以下的探究活动来进行推断：

探究活动1：扩散现象

1.播放气体扩散实验

实验器材：玻璃片、盛有二氧化氮的广口瓶、空广口瓶。

实验操作：桌面放置红棕色二氧化氮气体的瓶子，将玻璃板封住空瓶子，将其倒扣在装有二氧化氮气体的瓶子上面，后抽掉盖在二者间玻璃板。

实验现象：一段时间后，两瓶气体彼此进入对方，颜色混合均匀，变为浅红棕色。现象分析：让学生根据现象分析，透明区域变成浅棕色，棕色区域变成浅红棕色，说明气体互相进入对方之中。

实验结论：气体分子在不停运动。

提问3：为何空气放在上面，二氧化氮放在下面。

排除密度对实验的影响（二氧化氮密度比空气大，如果二氧化氮放在上面，重力大于浮力，自动就会下降。）

2.液体扩散实验（演示实验视频）

实验器材：硫酸铜溶液、漏斗、烧杯2个。

实验操作：在烧杯里装一半硫酸铜溶液，再往烧杯注入清水。硫酸铜溶液的密度比水大，故能排除重力的影响。

实验现象（播放视频）：一段很长时间后，看到原本有明显分界线的两液体混合在一起。

实验结论：液体分子在不停运动。（通过AI 软件演示不同液体混合后分子运动情况）

3.固体扩散实验（演示实验视频）

实验：不同合金放在一起、煤块堆放在角落。

实验现象：几年后，通过电子显微镜观察到，合金间出现相互渗透现象。煤在墙角堆放一段时间后，墙壁会变黑等现象。

实验结论（通过AI 软件演示不同液体混合后分子运动情况）：固体分子在不停运动。

总结：（1）扩散：不同物质互相接触时，彼此进入对方的现象。（2）大部分情况下，气体之间的扩散相对最快，固体之间的扩散最慢。（3）扩散现象概念。

提问4：擦黑板时，粉笔灰四处飞扬，能否说明分子在运动？

提问5：生活中哪些现象能说明分子在做热运动？

评价任务：炒菜时加盐，菜很快会变咸；而腌咸菜则需要很长时间。请用分子动理论解释这一快一慢的原因。这说明了分子热运动的什么规律？你还能举出一个生活中利用或克服这一规律的例子吗？

设计意图：设置疑问，引导学生思考，培养学生敢于质疑的科学探究精神，同时，渗透物理学科的思维和方法。宏观的物理现象揭示物质的微观结构，通过AI支持，突破实验条件限制，使学生全面认知扩散现象，训练类比推理与模拟验证，引导学生自主构建分子动理论的心理模型与表达模型，强化科学思维与模型认知能力。通过演示实验，训练学生对实验的观察、分析、归纳、总结的科学探究能力。

（三）目标三

通过实验探究，得到分子间存在相互作用的引力和斥力。通过类比分析，得到固态、液态、气态的微观模型。

实验+模拟：结合铅块粘合实验与AI模拟，说明分子间存在引力；通过气体压缩实验与动画，说明斥力存在。类比建构：AI展示“弹簧—小球”模型，阐释分子间作用力随距离变化的规律。三态建模：利用AI构建固态、液态、气态的分子排布与运动模拟，引导学生总结分子动理论三大要点。

教学活动3：

提问6：既然分子在运动，为什么物体会出现固液气三态呢。

探究活动3：分子间的作用力

1.分子间引力验证实验

实验器材：内聚力演示器（核心组件为两块圆柱形铅柱）、不同规格钩码（含配套挂钩）。

实验操作流程：将两块铅柱的底面进行打磨处理，确保接触面平整光滑，随后将处理后的两铅柱底面对齐，施加均匀且持续的压力使二者紧密贴合；贴合稳定后，在下方铅柱的挂钩处悬挂钩码，可邀请学生参与体验，尝试轻轻拉动下方悬挂的重物，直观感受使两铅柱分离所需的作用力大小。

实验现象观察：经打磨处理的两块铅柱在紧密按压对接后，即便在下方铅柱挂钩处悬挂质量较大的物体，二者依然保持稳固结合状态，未发生分离现象。

2.分子间有斥力验证实验

实验过程和现象：用力压缩一块铁块或者水，会明显感受到阻力，且无论施加多大压力，体积也无法被无限缩小。

实验结论：分子间有斥力。

提问7：固体液体分子间存在间隙，那为什么压缩固体液体比较困难呢？

类比弹簧连着的两个小球，分析分子间作用力。

3.分子间作用力与分子间距离（r）有关

r＜平衡距离时，表现为斥力；r＞平衡距离时，表现为引力；r＞10倍平衡距离时，作用力很微弱，可以忽略。

探究活动4：固态、液态、气态的微观模型。（通过AI展示出物质三态的微观模型和模拟运动情况）

小结：（1）固态物质：分子排布十分密集，分子间的相互作用力表现得较为显著；尽管分子始终处于无规则运动状态，但整体位置保持相对固定，不会发生明显的位置迁移。（2）液态物质：分子间的相互作用强度弱于固态物质，分子不存在固定的停泊位置，运动状态更为灵活自由，可在一定范围内发生相对移动。（3）气态物质：分子间的距离显著增大，分子会以高速向周围空间做无规则扩散运动，此时分子间的相互作用力极其微弱，几乎可以忽略不计。

归纳总结：

分子动理论：（1）物质的基本构成单元为分子；（2）分子始终处于永不停息的无规则运动状态；（3）分子与分子之间存在相互作用的引力和斥力这两种作用力。

评价任务：固体和液体都很难被压缩，而气体很容易被压缩。这个事实主要体现了分子间作用力的哪个方面（引力还是斥力）？请详细说明你的判断依据。

设计意图：演示实验和学生实验有机的结合，激发兴趣，培养学生发现问题解决问题的能力。创设问题情景，置疑引新。体验知识的形成和发展过程，促进知识的生成。学生通过教师的“演示”实验和学生参与实验有机的结合，激发兴趣。融合实体实验与AI建模，突破微观机制的理解难点，培养学生的模型建构与系统思维能力。在AI创设的真实问题情境中，学生综合运用所学解释现象、预测结果、解决实际问题，实现知识向能力与素养的转化，形成持续发展的科学素养基础。

六、结论

本文通过分子动理论的初步认识这一节为载体，实现“认知具身—模型建构—素养内生”三阶跃迁，本研究的核心在于，并非将AI作为单一演示工具，而是将其深度融合于“引导—探究—建构”教学全流程，形成以AI为认知支架、以核心素养发展为目标的系统性教学模式。在认知具身阶段：利用AI可视化与虚拟实验，使学生获得关于分子运动的“感知经验”，弥补微观世界直接经验的缺失，实现从抽象符号到认知具身的跨越。在模型建构阶段：通过AI支持的类比推理与模拟验证，引导学生自主构建分子动理论的心理模型与表达模型，强化科学思维与模型认知能力。在素养内生阶段：在AI创设的真实问题情境中，学生综合运用所学解释现象、预测结果、解决实际问题，实现知识向能力与素养的转化，形成持续发展的科学素养基础。突破传统教学中微观概念传授的瓶颈，实现从“教知识”到“育素养”的结构性转变，为中学物理核心素养的落地提供了可复制、可推广的实践路径。

参考文献：

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