基于智能平台的县域高中化学实验教学资源差异化应用

引言

国家自改革开放以来，党和国家始终把提高全民族的素质作为关系社会主义现代化建设全局的一项根本任务。县域高中由于地理、经济等多方面的因素，面临着教学资源短缺、师资力量不足以及学生参与度低等困境。化学实验教学作为提高学生科学素养的重要途径，亟需依托现代科技手段优化教学过程。智能平台的应用可以弥补实验资源的不足，还可提供个性化、精准化的教学支持，提升实验教学的质量与效率。本文旨在研究智能平台在县域高中化学实验教学中的实际应用，探讨其创新性教学策略与实施路径，推动教学模式的转型与发展。

一、区域共享平台解决资源分散与设施滞后

在“有机化合物的构成与结构”这一教学内容中，学生常见的困难主要集中在空间构型的认知、官能团识别的准确性以及结构简式与实际分子构型的对应关系上。传统教学条件受限于二维板书与静态模型，尤其在县域高中实验条件匮乏、模型器材数量不足的背景下，学生对有机分子的立体认知能力发展受到制约。以山东省聊城市某县高中“有机物结构异构现象教学”为例，学校实验室中仅配备 3 套分子构型模型，班级学生数量为 45 人，平均每 15 人共享一套模型，在实际教学过程中难以形成的操作轮转，学生缺乏独立观察和构建的时间。

基于“云实验室”的区域协同平台为该校实验教学提供了可拓展的解决路径。平台依托本地教育局与周边四所学校共建的化学实验资源库，集成了 30种有机物三维结构动画、15 种结构简式转立体构型的虚拟仿真模块，并配套20 例异构体生成与识别互动练习。

学生借助本地终端接入，结合课程教学节点分阶段开展任务驱动学习。教师在平台中发布结构识别任务后，系统根据学生账号轨迹，记录操作频次、识别准确率、分子旋转角度调整幅度等行为数据，并基于这些量化指标生成个体报告与班级诊断图谱。本次教学案例中，学生在平台上完成任务平均用时为 11分钟，异构体识别平均正确数从初次操作的 4 种提升至复习阶段的 8 种，平台支持下的空间构型建构能力明显提升。

资源层面，该校以主服务器挂靠中心学校，其余四所学校采用镜像节点接入，实现资源统一部署、数据互通、教学协同。每个实验资源节点配套可移动学习终端 12 台，在区域共享机制下，每所学校每周获得不少于 1 次的高效实验教学轮转机会，极大缓解资源瓶颈问题。云实验室的引入将传统线下实验条件的边界延展至区域层面，实现教学资源从单校孤立向多点协同转变，推动有机化学实验教学从模型演示向认知建构转型。

二、智能支持提升教师技术应用与培训

在“酯类、胺类与有机化合物的重要应用”模块中，涉及多个反应类型、结构判别及其与实际产品应用的联系，学生往往对反应过程理解片段化，存在知识迁移困难。以江苏省徐州市某县中学“常见酯类合成反应分析”教学案例为基础，该校针对学生实验设计能力薄弱的问题，依托智能实验平台构建以诊断驱动、内容投送为核心的差异化教学路径。平台接入“智能任务分析引擎”，对学生在完成预设实验操作任务过程中的化学试剂选配、条件控制、反应时间估计等环节进行分步识别与评分，提取反应路径选择偏差、条件控制误判等关键变量，建立认知问题模型。

学生在首次任务中，常见问题集中在酯化反应的温控操作与副反应干扰判别上，平台数据显示 45 人中有 28 人出现温度设定高于 80 摄氏度、反应时间超过 20 分钟的问题，错误操作路径的频率平均为 3.2 次。在此基础上，平台依据学生诊断结果自动生成分层任务包，区分为基础组、进阶组与迁移组，分别聚焦反应基础条件掌握、副反应调控分析与工业酯类产品中多步反应链条推演。教师根据平台反馈调整教学节奏，减少无效讲解，提高针对性引导效率。

任务完成后平台生成个体任务轨迹图、组间对比热力图与反应路径映射报告，为教师后续课堂反馈提供数据支撑。个性化投送模式在保障学生核心实验技能掌握的同时，推动中等水平学生向深层知识应用跨越，缓解课堂教学一刀切带来的学习效率损耗。

三、虚实结合模式增强学生实验参与

“溶液的浓度与溶液的反应”是实验技能与量化计算高度交织的核心模块，涉及精准配制、滴定过程控制及终点判断等关键操作，学生普遍存在数据操作不规范、浓度换算混淆与滴定反应理解不清的问题。以云南省曲靖市某山区县高中“NaOH 与 HCl 滴定实验”为核心案例，受限于该校仅配备 2 套滴定管、4个锥形瓶的基础实验条件，实际操作多以演示替代，学生对酸碱中和反应中滴定过程缺乏完整体验。部分学生无法正确理解滴定终点色变的突变原理，误将淡粉与无色界定为终点，操作数据偏差明显。

智能平台引入沉浸式仿真实验系统，构建多维任务场景，包括浓度预设、试剂配制、滴定过程操作与结果分析四个模块，形成完整的实验任务链。平台允许学生在 360^∘ 三维空间中自由调节滴定速度、观察指示剂色变、记录数据，系统实时监测滴定速度、颜色变化阈值与液体体积变化，在色变触发时间与误差范围内自动判定是否达到实验目标。数据记录显示，在第 1 轮模拟实验中，平均操作时长为6 分钟，终点误差在 内者仅13 人，在第3 轮优化操作后，终点误差压缩至 0.6mL 以内者增至34 人，整体实验准确率提升明显。

教师将平台操作成绩、实验逻辑分析报告与课堂理论讲解进行映射，在真实操作前先构建认知模型与经验模拟，解决学生实际操作中的畏惧心理与技能生疏。实验课堂采用“仿真—实操—反演”三步闭环教学流程，提升认知深度与技能迁移力，滴定数据误差较去年同期数据降低 2mL 以上。虚实融合模式在解决设备短缺问题的同时，实现了实验思维、操作技能与数据分析能力的一体化发展。

结语

智能平台在县域高中化学实验教学中的应用，明显改善了传统实验教学中的资源不均、师资短缺和学生参与度不足的问题。借助构建区域资源共享机制、实施个性化教学模式以及融合虚拟实验与实际操作，平台突破了县域高中教学中的诸多限制。智能平台提升了教学资源的使用效率，也增强了学生的实验参与感和学习兴趣，同时促进了教师信息素养和教学能力的提升。实验教学从传统的线性传递向互动式、探索式学习转变，教育质量得以保障和提升。县域高中化学实验教学借助智能平台的差异化应用，优化了教学资源配置，也为教学模式的创新提供了可行路径。

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