人工智能技术与高中化学教学有效融合的路径探究

引言

在当前的信息化发展进程中，人工智能技术正逐步渗透到教育的各个角落，高中化学教学也不例外。化学作为一门实验性学科，其教学过程中实验环节的重要性不言而喻，然而传统实验教学往往受到资源、安全等因素的制约。人工智能技术的出现，为高中化学教学提供了新的思路和可能。尽管目前国内人工智能技术还处于发展阶段，但其在数据处理、模式识别等方面已经展现出强大的能力，并且可以应用于化学教学中，帮助优化实验设计，模拟实验过程，降低实验成本和风险。同时，人工智能还可以根据学生的学习情况和需求，提供个性化的学习资源和辅导，提高教学效果。

1 人工智能技术的相关概述

人工智能技术是研究使用计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为的学科，它可以使计算机实现更高层次的应用，人工智能技术当前已经与计算机科学、心理学、哲学、语言学等学科充分融合。当前各行各业中通过引入人工智能技术，已经从某种程度上实现了智能化革新的目标。人工智能技术可以作用于一些重复的工作内容，它在教育教学领域中也得到了广泛的应用。当前，人工智能技术成为一种可以辅助教师搜寻资料、展示数据信息和进行场景模拟的重要工具，有助于提高教师的教学水平和学生的学习效率。

2 传统高中化学教学工作中的不足

2.1 标准化教学抑制认知多样性发展

传统化学课堂长期依赖统一的教学大纲与固定的课时安排，强制将不同认知风格与思维特质的学生纳入相同的学习轨道。教材知识点的线性排列方式，与人类大脑网状认知结构存在本质冲突，导致视觉型学习者难以理解分子结构的空间关系，逻辑型学生受困于反应方程式的机械记忆。教师受限于集体授课模式，无法针对概念理解偏差提供差异化指导，致使部分学生形成错误的科学概念且长期未被察觉。知识传授过程过度强调结论记忆而非思维过程，使归纳推理与批判性思维等核心科学素养缺乏培育土壤。忽视个体认知规律的工业化教育模式，实质削弱了化学学科应有的思维训练价值。

2.2 实验教学与理论认知的脱节困境

化学实验作为学科本质的具象化表达，在传统教学中常被简化为验证性操作流程。教师为控制课堂节奏，常将实验现象与理论解释进行直接对应，剥夺学生观察猜想、设计验证的完整探究过程。分组实验中多人共用仪器的现实条件，使操作机会分布不均，部分学生仅能充当观察者角色。实验报告模板化要求强化程式化写作，却未能引导其建立现象观察与数据分析的实质性关联。危险品管理规范与课时压力双重制约下，具有探索价值的非常规实验设计难以实施，导致实验教学退化为理论知识的附属品。割裂感存在的情况下，容易使多数学生形成“理论归理论，实验归实验”的认知割裂，无法领悟化学学科中实证精神的本质。

3 人工智能技术与高中化学教学有效融合的路径

3.1 利用人工智能技术精准化教学设计

高中化学教师可以借助人工智能技术精准化教学设计，精准化教学是新时代教育改革的追求。传统的教学设计形式相对单一化，教学设计也存在很多细节方面的问题，经常失去针对性和科学性。而且很多设计内容都依靠教师的经验和主观认知，所以不利于提高学生的学习水平。而借助人工智能技术则可精准化课堂设计，教师可以利用人工智能技术对学生的学情展开分析，了解学生的学习基础知识盲点或者学生的历史学习信息，包括学生在不同阶段课程学习中的习题得分情况等。人工智能技术可以为教师生成学生的个体化学情报告，可以自动分析出相关课程的教学重点以及学生在学习中的薄弱项，从而省去教师在设定教学方案时很多多余的工作环节，因而可以减轻教师的教学负担，进而方便教师调整教学内容和方向，有效提升教学的针对性。

3.2 实验操作智能纠错机制

在传统的中学化学人工智能嵌入化学实验教学环节，教师可以通过模拟化学实验系统开展教学，避免传统化学实验操作中诸多危险的同时，教师还得以对照标准实验规范数据库，包含即时标注移液管握持角度偏差、酒精灯使用不当等安全隐患都可以得到有效避免。教师还可以通过语音交互模块，针对学生的实验操作进行针对性实时指导，练习者在化学实验过程中可以重复操作至系统判定动作达标，后续就可以进入真实实验环节。从中不难看出，通过模拟化学实验室的运用，预训练机制将实验规范内化为肌肉记忆，显著降低了实验室事故的发生率，同时确保每个学生获得均等的实操机会，弥补了传统教学中教师无法同步指导多组实验的缺陷。

3.3 智能化实验数据分析与反馈系统

化学实验教学过程中，数据的收集与分析十分关键。人工智能技术可创建智能化实验数据分析与反馈系统，此系统可自动记录学生的实验操作数据，实验现象及实验结果。通过大数据分析与机器学习算法，系统能智能识别学生在实验操作中的长处与短处，给予学生个性化反馈并给出改善建议。系统可剖析学生在实验进程中的操作速率，试剂用量，实验步骤的正确性等，从而指出学生在哪方面需提升。系统也可依照学生的学习进度与能力，向学生提议合适的实验项目与学习资源，助力学生更好地把握化学知识与技能。

结语

人工智能技术与高中化学教学相融合，既给传统的教学模式带来了变革，又为学生科学素养的全面提升给予了助力。借助精准化的教学设计、实验操作时的智能纠错机制以及智能化的实验数据收集分析与反馈系统等途径，人工智能技术有效地弥补了传统化学教学中的诸多不足之处，推动了学生认知多样性的形成，使得实验教学与理论认知之间有了更紧密的联系。随着人工智能技术日渐成熟完善，在今后的高中化学教学中将会拥有更为宽广的应用空间，或许能够为培育出更多具备创新精神和实际操作能力的化学人才做出贡献。

参考文献：

[1]李庆，张佳彬.基于人工智能的高中化学智慧课堂教学实践 J1.中文科技期刊数据库（全文版）教育科学，2025（1）：157-160.

[2]陈伟民.人工智能时代高中化学信息化教学发展探究[J1.中国科技期刊数据库科研，2024（12）：183-186.

[3]唐奎彦.人工智能技术提升高中化学课堂教学质量的对策[J1.女报，2024（14）：87-89.

[4]王萍萍.人工智能背景下高中化学智慧课堂建设思路与教学实践研究[J1.中国新通信 2024，26（17）：212-214.