人工智能技术支持下的高中化学跨学科项目式学习设计研究

关键字:人工智能技术；高中化学；跨学科；

项目式学习随着信息技术的发展，人工智能技术在教育教学中的应用也逐渐广泛，在教育教学领域中带来了新的变革与机遇。高中化学是基础的自然科学学科，除了掌握化学知识和技能外，还需要综合运用学科知识解决实际问题的能力，跨学科项目式学习是一种将多学科知识有机融合以项目为载体实施的项目式学习，与高中化学教学目标十分契合，将人工智能技术嵌入高中化学中的跨学科项目式学习，可以充分发挥二者的优势，提高学习效率，促进学生发展。

一、教学中人工智能技术应用现状

(-) 个性化学习支持

人工智能技术可以根据学情数据，了解学生学情、知识薄弱点、知识点学习进度等，为每个学生提供个性化的学习路径规划、学习资源推送等，例如，智能导学根据学生答题情况，分析学生知识薄弱点，进行针对性的习题精讲，满足学生个性化学习需求。

(二)虚拟学习环境创设

运用人工智能技术中的 VR、AR 等技术，为学生营造尽可能真实的虚拟学习环境。在化学学习中，VR 技术可让学生进入微观化学世界，通过观察分子原子结构及化学反应过程，增强对抽象化学知识的理解。AR 可以将虚拟信息和现实进行融合，给学生提供更丰富的学习场景，例如：通过手机扫描化学实验仪器，了解实验的情况和使用方式。

(三)智能化教学评价

传统的化学教学评价以成绩考核为主，其评价单一，滞后性强。人工智能可以做到教学评价的智能化和多元化，对学生过程性的、学习性的、反馈性等各种数据进行收集并分析，对学生的课堂表现、作业完成、实验操作视频等，利用机器学习算法建立评价模型，对学生学习过程进行全面客观地评价，及时反馈给学生与教师，调整教学方法，学习方式等。

二、学科交叉视角下高中化学项目式学习的需求分析

(一)培养跨学科意识

化学是一门与物理、生物、数学等学科密切相关的学科,许多化学问题需要多学科协同解决。在解决化学问题的过程中,需要调动化学、物理、生物、数学、语言等多学科。

跨学科项目式学习能够帮助学生跳出学科框架、用多学科视角看待问题，培养学生综合看待问题、解决问题的能力，发展学生跨学科思维。

(二）提升实践操作能力

化学作为一门实验科学，跨学科项目式学习让学生置身于真实的项目中动脑动手完成实验操作、收集和分析实验数据等，将理论知识和实践操作相结合，提升动手动脑、创新动手操作的能力。

(三)增强团队协作和沟通能力

跨学科项目式学习过程中，学生多以小组为单位进行项目研究。不同学科的学生在小组中通力合作、讨论和完成项目，能够培养学生团队协作和沟通能力，提升学生的社会适应能力。

三、人工智能技术高中化学跨学科项目式学习的项目设计框架

(-) )确定学习目标

应从化学知识和跨学科知识、实践能力、小组合作和交流能力等多个角度来确定学习目标，借助人工智能技术诊断课程标准和学生情况，确定具体可量化的学习目标，如借助诊断学生化学知识学习情况和学生兴趣点，结合其他学科化学知识要求，设置适切学生发展且有一定挑战性的学习目标。

(二)项目主题选择

项目主题要来源于生活，来源于社会热点，有综合性，具有开放性，能够引起学生的兴趣和挑战的欲望。利用人工智能的信息检索与分析功能，从化学相关信息中筛选出与社会热点结合的跨学科问题，如：环境治理问题、新能源开发问题等，根据学生认知能力与学校教学条件筛选确定项目主题[1]。借助人工智能技术的信息分析与判断功能，评估项目主题的难易程度及可行性，项目主题具有一定的复杂性，学生通过一定努力能够完成。

(三)学习活动设计

资源获取与整理是高中化学大单元跨学科项目式学习活动设计的主要内容，人工智能技术介入，可以为学生的学习提供大量的资源，如课程资源、文献资源、实验资源等，智能搜索引擎技术、知识图谱技术可以帮助学生迅速准确地搜索到学生需要用到的资源，并指导学生对检索出来的资源进行筛选，最终形成对项目主题的理解。人工智能技术介入项目探究、实验，模拟化学实验的过程，让学生在模拟的化学实验环境中完成实验过程与操作观察，节省实验成本与时间，传感器技术与分析软件技术介入可以记录实验数据，然后通过人工智能算法分析数据，探索实验规律，解决问题。

跨学科知识融合方面，在项目式学习时引导学生运用物理、生物、数学等学科知识解决化学问题。借助人工智能技术构建跨学科知识关联模型，使学生明晰不同学科知识间的内在联系，推动跨学科思维的形成，如分析化学反应速率时，运用数学

知识建立模型来剖析影响因素[2]。团队协作与交流上，在线协作平台和社交工具为学生营造便捷的协作交流环境，学生可共享资料、讨论问题、分工合作，教师能实时监控协作情况并给予指导反馈。同时，人工智能技术分析交流内容，了解学生思维与团队协作状况，为教学调整提供有力支撑。

(四)学习评价设计

在高中化学跨学科项目式学习评价设计过程中，在评价主体上采用多元评价主体的形式，将学生自评、生生互评和教师评价相结合，对学生的学习过程和学习结果进行评价。运用在线评价手段，设定评价标准、评价权重，学生实事求是地自评互评；教师评价则是在以上两者评价的基础上，结合学生在项目中的表现，给出综合性评价；注重过程性评价与终结性评价的融合，过程性评价注重学生的参与度、团结协作能力、问题解决能力等，结合实验报告、小组讨论记录、在线学习等过程记录，运用人工智能进行数据分析评价；终结性评价则注重项目成果，包括项目报告、成果展等，考察学生综合运用化学及其他学科知识、创新实践的能力［3］，并再次运用人工智能对评价结果实时分析，给学生及时提供有关学习建议与改进方向，反馈给教师有关教学效果，以方便教师及时调整教学方案，教学相长。

四、结论

以人工智能技术支持的高中阶段的化学跨学科项目式学习的方案的设计，赋予高中化学教学新活力。人工智能技术的科学应用为学生的学习提供了个性多元的学习资源、学习方式以及更多的学习情境，实现跨学科知识和实践能力发展。在设计方案时要考虑学习目标、项目主题、学习活动、学习评价设计等，确保项目式学习的科学性。随着人工智能技术的拓展和丰富，高中化学跨学科项目式学习中的人工智能技术会有更加广泛和深入的应用，为培养具有创新精神和实践能力的高中阶段的化学人才做出重要贡献。

参考文献

[1]卞爱臣. 人工智能时代高中化学个性化教学的实现路径探索 [J]. 中学科技, 2024, (23): 21-23.

[2]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 [J]. 中国新通信, 2024, 26 (17):212-214.

[3]刘少川. 人工智能时代高中化学个性化教学的实现路径 [J]. 中学课程辅导, 2023, (26): 6-8.