初中化学实验教学中人工智能的应用探讨

初中化学实验教学，可培养学生的科学探究能力及化学实验操作技能素养。在信息时代背景下，初中化学教师应当与时俱进，在化学实验教学环节合理应用现代化教学技术方法。其中，AI 在各行业领域均具备广泛、显著应用价值，在教育教学领域也不例外。将 AI 应用到初中化学实验教学过程当中，可实现自动化实验操作、实时数据分析、智能实验路径规划等，以此提升化学实验教学效率；同时，还可以对化学实验过程进行监控及预测，实现对化学实验过程的安全风险评估及防范，以此增强化学实验的安全性 [1]。此外，还支持学生进行个性化学习，可优化化学实验教学资源配置、实现对教学成果客观科学评价。鉴于 AI的诸多功能作用，便有必要重视其在初中化学实验教学中的应用，以期实现提升初中化学实验教学质量水平的目标。

一、在实验准备环节的应用

在初中化学实验教学中应用 AI，有必要从实验准备环节开始，借助AI 生成个性化预习资料、构建虚拟实验环境、制定实验教学计划等，以此确保化学实验教学活动顺利、有序进行。

例如：在初中化学上海教育出版社九年级上册第 4 章“认识化学反应”中的“燃烧条件的探究”基础实验教学过程中，可借助基于 AI的教育智能体平台系统，首先帮助教师对本实验核心进行快速定位，明确采取控制变量法探究燃烧需满足的三个条件，即“可燃物”“氧气接触”“温度达着火点”。在 AI 系统自动生成实验目标清单的基础上，涵盖“理解燃烧三要素”“掌握控制变量法”等，然后面向教师推荐对应知识点的教学资源，使教学准备工作初步完成。同时，AI 系统可根据班级学生的化学知识水平定制预习内容，如生成“燃烧现象观察方法”“实验器材使用规范”图文指南等，满足化学基础薄弱学生的学习需求；设计“燃烧反应的微观解释”“实验误差分析”等拓展视频，为化学学习能力强的学生提供拓展学习支持。系统通过将预习任务自动推送到学生端，设置完成提醒，引导学生自主预习。并且，可在虚拟现实（VR）、增强现实（AR）技术的支持下，构建虚拟实验室，以此帮助学生提前对实验流程加以了解。比如，基于虚拟环境当中，学生可通过对“铜片上白磷燃烧”实验进行模拟，采取拖曳等操作执行相关操作，包括器材组装、药品添加等，并由系统对学生操作是否正确实时反馈。如果学生没有把白磷放到铜片之上，系统会作出“白磷需和氧气接触才能燃烧，请调整位置”的语音及文字提示。此外，AI 系统辅助支持实验教学计划的生成，包括实验导入、实验演示、小组探究、总结归纳等，为后续实验教学活动顺利、有序开展奠定良好的基础。

二、在实验教学过程环节的应用

在做好实验准备工作的基础上，基于化学实验教学过程环节，可借助进行实验演示，引导学生进行小组探究实验，加强在实验过程中的互动交流，以此确保 AI 在化学实验教学过程中作用得到有效发挥，进而提升实验教学质量效果。

例如：在上述“燃烧条件的探究”基础实验教学课堂，做好实验准备工作条件下，可进一步利用AI 系统辅助实验教学过程活动的进行。基于实验演示环节，AI 可实现智能辅助演示、实时现象解析、操作规范提示。如在“铜片上白磷燃烧”实验环节，虚拟演示可将白磷燃烧的火焰、产生的白烟等细节放大，使学生更加清晰地观察到实验现象。教师实验演示期间，如白磷燃烧，AI 可通过“白磷燃烧发出黄白色火焰，产生大量白烟，这是五氧化二磷固体小颗粒”的语音及文字提示，使学生对实验现象背后的化学原理加深理解。在小组探究环节，AI 系统可对各小组进行个性化指导，结合各小组实验进度及遇到的问题，确保探究指导的针对性及有效性。如相关学习小组在“水中白磷通氧气燃烧”实验过程中，发现白磷未燃烧，经 AI 系统分析这一现象可能的原因之后，给出“检查氧气通入速度是否合适，氧气是否充足，白磷是否和氧气充分接触”提示信息，引导学生排查问题。同时，AI 系统可辅助小组学生实验数据记录、分析、监控实验安全，确保小组实验探究活动顺利、安全进行。此外，在AI 系统支持下，可与小组学生进行互动交流，并通过知识梳理、实验误差分析进行总结归纳，以此确保实验高效、顺利、安全完成。

三、在实验教学评价环节的应用

化学实验教学任务完成之后，为检验教师的教学成果、学生的学习成果，可借助 AI 进行多维度的实验教学评价，为师生教学方法、学习方法的优化改进提供有效参考依据支持[2]。

例如：在上述“燃烧条件的探究”基础实验教学任务完成之后，可借助AI 系统及辅助工具，对实验操作过程进行评价，如利用摄像头、传感器对学生实验操作动作进行捕捉，包括药品取用、仪器组装、加热操作等，AI 以预先设置好的规范动作库，如“镊子夹取白磷的正确姿势”“酒精灯使用安全距离”，在对比分析的基础上，将操作规范性评分生成。并且，利用温度计氧气浓度传感器，可对学生实验数据进行实时采集，如水温、白磷燃烧时间等数据，通过AI 对比理论值和实际值，对误差来源进行分析，进一步对学生根据实验现象得出的结论是否符合逻辑进行评价。此外，结合评价结果，AI 系统可对学生推荐个性化学习路径及资源，如某学生实验操作规范性差，系统推荐“实验操作规范视频”；如果学生结论逻辑性弱，推荐“科学推理训练题”。教师方面，结合 AI 系统评价分析结论，如发现“班上大部分未掌握氧气通入速度控制”此类共性问题，教师则可改进实验教学方案，如结合AI 系统评价、给出的建议，增加氧气通入速度控制的专项训练，并设计对比实验，以此确保教师化学实验教学策略得到持续优化改进。

四、结语

综上所述，AI 在初中化学实验教学中的价值作用显著，因此可将AI 合理应用到化学实验教学准备、教学过程、教学评价等环节。比如，在实验教学过程中，通过 AI 教育智能体、虚拟实验室软件、AI 辅助工具的应用，实现实验智能演示、为学生提供个性化探究指导、支持实验误差分析等，以此确保化学实验教学活动顺利、安全、高效进行。总之，需重视AI 在初中化学实验教学的应用，为教学技术革新起到赋能作用，进而提升化学实验教学质量，并实现教学相长目标。

参考文献：

[1] 杨乔娥. 人工智能技术在初中化学实验探究教学中的应用[J].中国新通信 ,2024,26(17):203-205.

[2] 邢蓓蓓 , 赵路瑶 , 邢小蕊 . 生成式人工智能赋能初中化学教学的创新探索 [J]. 中小学数字化教学 ,2024,(08):14-17.