人工智能在中学化学教学中的应用

人工智能为教学赋能，促进了我国教育事业的发展。借助人工智能技术，教师可优化教学手段，使其更贴合学生实际需求。应用于化学教学，人工智能能全面挖掘和分析学生学习数据，助力教师打造高质量智慧课堂，降低教学难度。实验教学是化学课程的关键部分，但受多种因素影响，许多学校化学实验教学效率不高。人工智能仿真模拟技术能高度还原实验过程，清晰呈现肉眼难见的实验现象，加深学生对知识的理解，因此在化学教学中得到广泛应用。

一、化学教学中打造智慧课堂的必要性

大数据时代，先进技术设备广泛应用于教育领域，化学教学理念和模式也随之变化，依托先进技术构建智慧课堂已成为我国教育发展的主流趋势。化学知识广泛且复杂，涵盖物质组成、性质、变化、实验操作等多个方面，包含原子结构和化学键等抽象概念，对学生学习能力要求较高。同时，化学教学不仅注重理论知识，还强调实验操作能力的培养，要求学生掌握实验原理、步骤和技能。而基于先进技术的智慧课堂能为教师教学和学生学习提供全面支持。

二、 人工智能背景下创建高中化学智慧课堂的策略

（一）依托人工智能，创新课堂导入方式

有效的课堂导入能迅速吸引学生注意力，激发其学习本节课内容的兴趣与积极性。传统课堂导入多由教师主导，方式单一，难以充分调动学生热情。借助生成式人工智能技术，可丰富课堂导入形式。该技术通过模拟人类创造力与想象力，运用机器学习、自然语言处理等算法生成多样化内容，为课堂导入带来新可能。除教师导入外，还可引导学生自主设计导入方案，其过程往往更能吸引同学关注。

在人教版高一必修第四章《物质结构 元素周期律》第二节“元素周期律”的教学中，教师设定了明确教学目标，涵盖引导学生认识原子结构、元素性质与元素在周期表中位置的关系等多方面内容。为提升学生学习积极性，教师组织“课程导入设计我在行”活动。要求学生预习本节课内容，结合自身理解与查阅资料，利用生成式人工智能技术生成与元素周期表 LOGO 相关的图像内容，并提交至在线教学平台。全体学生根据设计内容中化学周期表元素的含量、整体美观度、创新点等投票选出最优设计，由该学生负责本节课导入。此外，还可通过智能问答导入。先利用智能设备播放“元素周期律”相关内容，适当补充教材外知识，再借助智能语言功能进行人机互动。系统提出问题，如“门捷列夫最大的功绩是什么？”“如何理解‘律’和‘周期’的含义？”“质子数和核电荷数有什么关系？”并根据学生回答给予“正确”“错误”反馈，这种趣味问答式导入能激发学生参与热情。

（二）依托人工智能，科学规划授课时间

高中学习阶段至关重要，时间宝贵。教师需在有限教学时间内提供高质量教学服务，合理分配各环节时间，避免教学节奏出现前松后紧或前紧后松的情况。在智慧课堂上，教师使用智能化设备时，规划教学时间不仅要考虑学生完成教学任务、自主学习、小组合作探究所需时间，还要考虑设备使用时间，确保课堂有序进行。

以人教版化学必修 2 中“化学能转化为电能”一课为例，教师将本课分为三个部分，设定了相应教学目标，包括基于实验探究认识原电池基本原理、了解化学能转化为电能的实用价值、培养实践操作能力等。借助智能教学系统分析以往课堂各环节平均耗时，以及学生现有知识储备下消化各环节知识点所需时间，最终确定教学时间安排：用 3 分钟进行课堂导入，通过智能化设备展示各种电池及其内部构造的图片、视频，让学生深入了解电池；用 5 分钟左右进行课堂互动，引导学生讨论导入视频中“果蔬电池”的制作原理和步骤；提供耳机、锌片、铜片、番茄、灵敏电流计等材料，让学生 10 分钟内完成第一轮实验；播放火力发电内容，引导学生思考化学能转化为电能的方式，用稀硫酸、锌片、铜片、导线等材料进行第二轮实验，预计 8 分钟；剩余时间用于讨论两个实验异同，完整记录各项数据、实验过程、实验现象到实验报告上，教师用 3 分钟对本节课教学进行归纳总结。

（三）依托人工智能，开展个性化教学

每个学生都是独一无二的个体，在化学学习领域，他们之间的差异十分显著。化学知识储备方面，有的学生可能对基础概念掌握得较为扎实，而有的学生则对一些拓展知识有更深入的了解；学习能力上，部分学生能快速理解新知识并灵活运用，而另一些学生可能需要更多的时间和练习来巩固；逻辑思维能力和计算能力同样参差不齐，这都会影响他们在化学学习中的表现和进步速度。倘若在教学中采用统一的方式，就像用一把尺子去衡量所有学生，必然无法满足每个学生的独特需求，不利于他们的个性化成长。

在智慧课堂上，人工智能技术为个性化教学提供了有力支持。教师可以借助先进的人工智能工具，全面、深入地分析学生学情。通过对学生作业、测试成绩、课堂表现等多方面数据的收集与分析，精准了解每个学生擅长解答的习题类型，找出他们在学习中的短板所在。基于这些分析结果，教师再借助智能设备，为每个学生量身定制针对性的教学指导方案。同时，提供适合他们学习的课件、学习资料等，让学生清晰地知道自己的学习方向，明确努力的目标，从而在化学学习中取得更好的成绩，实现个性化发展。

（四）依托人工智能，模拟化学实验过程

实验是化学教学的重要组成部分，但现行教材中部分实验存在诸多限制。如涉及有毒物质，操作不当易引发安全事故、污染环境；或因实验耗时过长、材料不足无法开展；还有些实验现象肉眼难以观察，影响学生对实验及相关知识点的理解，导致教学效率低下。人工智能背景下的智慧课堂可模拟整个实验过程，直观展示不易观察的实验现象，便于学生理解。

“氯气”实验因氯气毒性，通常只能通过语言、图片和视频讲解，内容枯燥。为顺利开展此类实验教学，学校打造虚拟实验室，配备 VR 眼镜、VR 头盔等虚拟实验设备。学生佩戴 VR 装备即可进行虚拟实验。教师提前设置实验参数，指导学生操作。进入实验页面后，学生操作智能手柄将装有氯气的试管倒扣在水中，观察试管颜色随水柱上升变淡的现象，平台会详细讲解原因。实验完成后，教师引导学生撰写实验报告，清晰描述实验过程、现象及心得体会。

结束语

综上所述，智慧课堂依托互联网、大数据分析等先进技术，能提供丰富教学资源，带来全新学习体验，在分析学生学情、优化教学策略等方面发挥积极作用。人工智能技术引领时代发展，教师在打造智慧课堂时应加强其应用，贯穿教学过程。同时，教师需不断提升自身综合素养，灵活运用人工智能技术辅助教学。

参考文献

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[2]俞叶.生成式人工智能技术在高中化学教学中的实践探索[J].中国信息技术教育,2024(23):81-84.