AI技术在高中化学教学中的应用优势与挑战

摘要：随着技术的快速发展，ai技术在为人们带来娱乐的同时，也被引入到教育领域，重塑了教育生态系统。高中化学不仅能够培养学生养成良好的科学素养，还能够培养学生的创新思维，培养学生的综合能力。本文聚焦了AI技术在高中化学教学中的应用，通过深入探究其应用策略，希望能够提升高中化学的教学质量，促进学生的全面发展。

关键词：ai技术；高中化学教学；应用策略

引言

在数字化时代，人工智能技术正在改变着人们的日常生活和工作，而高中领域自然也不会有例外。高中化学有着非常强的理论性和实践性，而传统形式上再开展教学时，存在着一些局限性，影响了教学效果。而ai技术的出现，为解决这些问题带来了新的思路，其凭借强大的功能，能够直观、生动地呈现高中化学知识，能够帮助学生更好地理解和掌握化学概念和原理。

一、AI技术在高中化学教学中的应用优势

ai技术能够驱动VR/AR技术，来模拟危险实验，比如浓硫酸稀释、金属钠遇水反应，能够让学生在安全的实验环境中，进行反复操作实验，实时获得ai技术给出的反馈意见和建议，能够解决传统形式上实验资源有限，存在安全隐患的问题。同时ai技术，能够将课本中抽闲的知识转化为动态的模型，让学生观看到动态的模型，获得直观、生动的理解，在提升课堂趣味性，激发学生参与度的同时，还能够让学生在深入探究的过程中，获得综合能力的提升。

二、AI技术在高中化学教学中的应用策略

1.模拟预演化学，优化教学过程

高中化学知识涉及到原子结构、化学键、分子轨道等抽象概念，涵盖了无机化学、有机化学、物理化学等多个领域，知识点繁多、相互关联且比较抽象，学生只凭借教师的讲解难以直接地理解和掌握，学生的学习效果不佳。通过三维建模、动画模拟等Ai技术，能够把抽象、复杂、具有相似性的化学知识可视化，学生会建立起“宏观现象——微观本质”的联结，弥补认知断层。这种利用ai技术来模拟预演化学知识，优化教学过程的方法，能够把抽象的化学知识形象化，帮助学生更好地理解和记忆，优化教学过程。

例如，教师在讲解到《氯气及氯的化合物》时，学生面对抽象难懂的Cl₂分子结构、电子转移等知识与受限于氯气有毒的限制，没有办法在课堂上开展试验的限制，以及一般只能看到“黄绿色气体”、“苍白色火焰”等宏观现象，没有微观粒子变化建立联系的情况，同时，在进行记忆时，只能靠死记硬背来记忆氯气的成分和性质，没有直观看到Cl⁻如何变成Cl₂，以及氯碱工业的完整流程。而教师借用ai技术就可以来模拟预演、优化教学过程，解决传统教学中的痛点问题，比如利用3D模型展示Cl₂分子、原子轨道、电子云，借助动画来演示电子得失过程，模拟氯气的实验室制法、与金属/非金属反应等危险实验，同步展示这种宏观上的实验现象和微观反映机理的动画，来建立起直观联结。还可以利用交互式模型动态展示氯水中的多重平衡，分步演示各成分如何体现不同性质，并借助3D动画模拟电解饱和食盐水装置中离子的定向移动和反应过程。教师根据这些解决策略，来优化优化教学过程，包括课前预期、课中探究、课后巩固，辅助教师优化教学过程，提升教学效果。

2.开展虚实实验，打破教学瓶颈

虚实实验就是虚拟实验与真实实验的结合，其能够打破传统形式上许多教学收到设备、场地、安全等因素限制的瓶颈，能够借助ai技术的赋能，重构教学范式，提高教学效果。在《关于加快推进教育数字化的意见》等文件明确提出推进虚拟仿真实验建设，虚实结合已成为教育数字化转型的重要方向。教师借助ai技术来与化学实验技能型深度融合，开展虚实模拟实验，能够解决化学实验中存在的安全风险，打破设备、耗材、场地的限制，让每个人都能够参与到实验过程中，直观观察到实验反应现象，让学生在虚拟实验中先熟悉实验步骤和操作方法，在进行实际实验，并记录实验数据，这能够有效提升实验教学的效果，打破教学瓶颈。因此，教师开展高中化学中，可以利用ai技术来开展虚实实验，构建“虚实结合”的双轨实验教学模式，将实验日常化、可操作化。通过将ai技术与虚拟实验平台进行结合，来让学生进行虚拟操作，直观感受到化学现象和变化，熟悉实验原理，深入理解和掌握化学知识，还能培养学生的实验探究能力。

例如，教师在讲解到《金属材料的性能及应用》时，教师可以利用AI驱动的虚拟实验平台，构建“虚拟预操作-AI模拟与探究-实体验证-数据分析”的双轨教学模式，来打破金属腐蚀实验存在反应缓慢（课堂时间内难以观察）、使用酸性试剂存在安全风险、微观反应原理抽象难以理解等瓶颈。教师可以在AI虚拟实验平台上下发探究任务——“探究钢铁在不同环境下的腐蚀速率及原理”，让学生以小组为单位，在虚拟平台上自主设计实验过程并且搭建四组对比实验装置：装置一是铁钉置于干燥空气中，装置二是铁钉置于煮沸冷却的蒸馏水中（无O₂），装置三是铁钉置于NaCl溶液中，装置四是铁钉置于稀盐酸溶液中。学生启动“AI加速模拟”功能，在几十秒内观察完四组实验的长期现象（锈蚀程度、是否产生气泡等），平台AI会自动录制现象视频并生成实验记录表。当学生点击装置三和装置四中的铁钉，平台通过AI动画直观展示化学反应现象。在完成实验后， AI会生成装置四中“生成H₂气压变化曲线图”，教师基于此来引导学生定量分析反应速率。基于虚拟实验，教师和学生共同来总结出吸氧腐蚀和析氢腐蚀的条件、电极反应式和总反应式，并且将此结论迁移到实际中，选择吸氧腐蚀进行实体验证（规避强酸风险），学生观察实验现象并与虚拟实验现象进行相互印证，使得抽象原理变得更加可感知。当学生深刻理解腐蚀原理后，学生在虚拟平台中，利用AI提供的“涂层法”、“牺牲阳极法”、“外加电流法”等虚拟工具，为一个海上石油钻井平台的金属基座设计防护方案。AI会即时模拟防护效果，给予学生相应的反馈和建议。

结语

教师在开展高中化学的教学时，为了解决传统形式上教学形式的弊端，教师可以引入ai技术来优化高中化学的教学过程，这能够有效提升高中化学的教学质量，满足学生的学习需求。然而在实践过程中，应用ai技术也面临着一些技术成本较高、教师信息技术能力不足等问题，未来，我们要继续探索和实践ai技术在高中化学教学中的应用，促使ai技术更好地服务于高中化学教学过程，促进学生的全面发展。

参考文献

[1]徐海燕，秦红兵.“人工智能+教育”背景下高中化学智慧课堂教学实践研究[J].名师在线，2022，（33）：9-11.

[2]管臻英.人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践研究[J].高考，2023，（04）：136-139.