新形势下人工智能在初中化学实验教学中的应用探究

引言

化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学在初中化学教学中占据着至关重要的地位。通过化学实验，学生可以直观地观察化学现象，理解化学原理，培养实践能力和科学思维。然而，传统的初中化学实验教学存在一些局限性，如实验资源的有限性、实验安全风险、实验教学效果难以精准评估等。在新形势下，人工智能技术的兴起为初中化学实验教学带来了新的变革契机。人工智能具有强大的数据处理、模拟仿真和智能交互能力，能够弥补传统实验教学的不足，提高实验教学的效率和质量。因此，探究人工智能在初中化学实验教学中的应用具有重要的现实意义。

1 人工智能在初中化学实验教学中应用的必要性

在初中化学实验教学中，人工智能的应用具有不可忽视的必要性。从教学资源层面看，传统实验教学受学校经费、场地等限制，实验仪器、药品等资源有限，一些成本高、危险性大的实验难以开展。而人工智能可借助虚拟实验技术，为学生提供海量且多样的实验资源，打破时空限制，让学生随时开展各类实验学习，极大地丰富了学习体验。实验教学安全至关重要，化学实验中涉及的易燃、易爆、有毒物质存在安全隐患。人工智能的虚拟实验能完全规避这些风险，让学生在安全环境中熟悉实验流程和操作规范，避免因操作失误引发安全事故。

2 人工智能在初中化学实验教学中应用面临的问题

2.1 技术与设备适配及成本问题

人工智能在初中化学实验教学中的应用依赖于先进的技术和专业的设备，然而当前技术与设备的适配性以及高昂成本成为一大阻碍。一方面，人工智能技术更新换代迅速，但部分学校现有的实验设备难以与之适配。例如，一些虚拟实验平台需要特定的传感器和交互设备来精确采集实验数据和实现操作反馈，可学校原有的实验仪器可能无法与这些新技术设备无缝对接，导致无法充分发挥人工智能在实验教学中的优势。另一方面，引入人工智能相关设备和软件的成本极高。虚拟现实设备、智能数据分析系统等价格不菲，对于经济欠发达地区的学校而言，难以承担如此巨大的开支。

2.2 教师信息技术能力与教学融合问题

教师作为教学的实施者，其信息技术能力和教学融合水平直接影响人工智能在初中化学实验教学中的应用效果。目前，部分教师对人工智能技术的掌握不够熟练，缺乏相关的培训和实践经验。他们可能对虚拟实验平台的操作不熟悉，无法有效地引导学生进行实验学习；对实验智能指导系统的功能了解不足，不能充分利用其为学生提供个性化的学习支持。此外，将人工智能技术与化学实验教学有机融合也是一大挑战。教师需要深入理解人工智能的原理和应用场景，结合化学实验的教学目标和内容，设计出合理的教学方案。

2.3 学生认知与学习效果评估问题

人工智能在初中化学实验教学中的应用还面临着学生认知和学习效果评估方面的难题。从学生认知角度看，虚拟实验虽然能够提供逼真的实验场景，但与真实实验相比，学生在触觉、嗅觉等方面的体验存在缺失。例如，在化学实验中，学生可以通过触摸实验仪器感受其质地，闻到某些实验产生的气味，这些真实的体验有助于加深学生对化学知识的理解和记忆。而虚拟实验无法完全模拟这些感官体验，可能会导致学生对化学现象和原理的认知不够深刻。

3 解决策略

3.1 多方协作降低技术与设备成本，提升适配性为解决技术与设备适配及成本问题，需多方协作形成合力。政府应发挥主导作用，加大对教育信息化的专项资金投入，设立人工智能教育设备购置专项基金，重点向经济欠发达地区倾斜，缩小区域教育资源配置差距。同时，出台相关政策鼓励企业参与教育公益事业，对为学校捐赠或低价提供人工智能设备的科技企业给予税收优惠、财政补贴等支持。学校方面，可积极与企业开展产学研合作，联合研发适合初中化学实验教学的人工智能设备和软件，确保设备与现有实验仪器有效适配。

3.2 加强教师培训，推动教学深度融合

针对教师信息技术能力与教学融合问题，要构建系统、全面的教师培训体系。教育部门应定期组织人工智能技术专题培训，邀请行业专家和技术骨干为教师授课，内容涵盖人工智能基础知识、虚拟实验平台操作、实验智能指导系统应用等方面。培训方式可采用线上线下相结合的模式，线上提供丰富的教学视频和案例资源，方便教师自主学习；线下组织集中培训和研讨活动，让教师进行实际操作和交流分享。

3.3 优化虚拟实验设计，完善学习效果评估体系

为解决学生认知和学习效果评估问题，在虚拟实验设计方面，要充分考虑学生的感官体验。研发人员可以利用多媒体技术，在虚拟实验中增加声音、图像、动画等元素，模拟真实实验中的声音效果（如化学反应的滋滋声）、颜色变化（如溶液的变色过程）等，增强学生的视觉和听觉体验。

3.4 强化家校社协同，营造良好应用氛围

人工智能在初中化学实验教学中的应用需要家校社协同合作，共同营造良好的应用氛围。学校要加强与家长的沟通与合作，通过家长会、家长学校等形式，向家长宣传人工智能在化学实验教学中的应用优势和重要性，让家长了解孩子在学习过程中的新体验和新收获。

结语

综上所述，新形势下，人工智能在初中化学实验教学中的应用具有重要的必要性和可行性。通过虚拟实验平台、实验智能指导系统、实验数据分析与处理、个性化学习推荐和实验安全预警系统等应用场景，人工智能可以增强学习的趣味性和互动性，提供个性化的学习体验，提高实验教学的安全性和效率，培养学生的信息素养和创新能力。然而，人工智能在初中化学实验教学中应用也面临着技术与设备成本较高、教师信息技术能力不足、学生过度依赖虚拟实验和数据安全和隐私保护等问题。

参考文献：

[1]“微课导学”教学模式在初中化学教学中的应用 . 杨素梅 . 教育 ,2025(13)

[2] 翻转课堂教学模式在初中化学教学中的应用 . 闫纪钊 . 考试周刊 ,2025(13)