基于人工智能的初中化学实验教学创新

基于人工智能的初中化学实验教学创新，源于教育信息化与新课程改革的深度融合，传统化学实验教学存在实验条件有限、操作风险较高、学生参与度不足等问题，而人工智能技术的引入为解决这些难题提供了新路径，通过虚拟仿真、智能辅助，AI 不仅能提升实验的安全性，还能实现个性化指导，从而促进学生全面发展。

一、初中化学实验教学的概述

初中化学实验教学是化学课程的重要组成部分，它不仅是理论知识的直观验证，更是培养学生科学探究精神的重要途径，在实验教学过程中，学生通过动手操作，能够直观感受物质的性质，加深对抽象概念的理解，同时实验还能激发学生的学习兴趣，培养他们的观察力、思维能力、合作意识。由于初中阶段是学生科学思维逐步形成的关键时期，化学实验在帮助他们建立基本科学观念方面发挥着不可替代的作用，实验教学的设计不仅应注重基础性，还应兼顾探究性、创新性，使学生学会规范操作、分析实验现象、总结规律，从而提升综合科学素养，为今后的进一步学习打下坚实基础[1]。

二、基于人工智能的初中化学实验教学的基本原则

（一）以学生为中心，突出个性化与自主探究

在基于人工智能的初中化学实验教学中，教师要坚持“以学生为中心”的基本原则，传统实验教学往往以教师示范为主，难以顾及学生的差异性，而人工智能技术能够通过学习分析学生的学习数据，实时监测他们的知识掌握情况，从而为不同层次的学生提供差异化指导，例如对实验操作不熟练的学生，AI 可以提供分步骤的语音；对思维活跃、理解能力较强的学生，则可以推送更具挑战性的实验拓展任务，这不仅能有效提升学生的学习效率，还能激发他们的自主探究意识，通过人工智能的辅助，学生不再是被动接受知识的对象，而是实验的主体、学习的主人，他们能够根据自身节奏进行实验探究，逐步形成独立思考与解决问题的能力，这对于科学素养的养成具有深远意义[2]。

（二）安全优先，强化过程监控与风险预防

初中化学实验具有一定的危险性，如药品误用、操作不当、实验现象处理不及时等，可能对学生安全造成威胁，因此在基于人工智能的实验教学中，应确立“安全优先”的原则，人工智能技术能够发挥监控和预警作用，例如利用智能传感器检测实验环境中的温度、气体浓度、药品使用情况，一旦发现异常便立即报警，提醒学生采取措施，同时AI 还能通过模拟与虚拟实验平台，让学生先进行操作演练，熟悉实验步骤与安全规范，从而降低实际操作风险，此外在实验结束后，人工智能系统还可以自动生成实验安全评估报告，帮助教师及时发现隐患，改进教学方案，学生不仅能在安全的环境中进行科学探究，还能逐步培养良好的实验习惯，为未来更高层次的实验学习奠定基础。

三、基于人工智能的初中化学实验教学创新对策

（一）构建智能实验平台

基于人工智能构建智能实验平台，能够突破传统初中化学实验教学受制于时间、空间和安全性的局限，AI 技术通过虚拟仿真、智能感知、实时反馈，不仅能再现实验现象，还能为学生提供数据可视化的操作建议，例如在酸碱中和实验中，AI 平台可通过传感器采集溶液颜色变化、温度曲线、 pH 值变化，并借助大数据模型预测反应趋势，及时提醒学生操作误差，减少实验风险，这样一来，学生不再是单一的“操作执行者”，而是通过交互与系统对话，逐渐培养科学探究意识与数据分析能力，同时 AI 平台还能结合学生的个体差异生成个性化的学习报告，帮助教师精准把握学生的学习状态，真正实现“以学定教”，提升化学实验课堂的效率。在传统课堂中，酸碱中和反应实验依赖指示剂颜色变化判断反应结果，学生容易因操作不当而得出错误结论，而在智能实验平台支持下，教师可以让学生在虚拟实验室中先行模拟操作：AI 系统通过图像识别追踪滴定液的滴数，实时显示 pH 曲线变化，并提供可视化的中和点位置预测。当学生进入真实实验环节时，平台的智能传感器同步记录实验数据，并与模拟结果进行比对，生成即时反馈，例如若某学生加入酸液速度过快，系统会立即提示“操作速率偏快，影响数据精度”，并自动标注可能导致的误差来源，通过虚拟与真实的双向验证，学生既能直观理解中和反应的本质，也能在数据驱动中提升实验操作的科学性，最终实现“动手—动脑—动心”的综合化学习体验。

（二）推进虚拟仿真实验

初中化学实验教学强调“实验探究—知识建构—应用实践”的学习链条，而虚拟仿真实验恰好能弥补传统实验条件不足的问题，通过人工智能技术，虚拟实验平台能够将抽象的化学概念以动态可视化的形式呈现，让学生观察分子运动、反应过程、能量变化，从而加深理解，此外虚拟实验不仅能打破时空间的限制，允许学生反复操作、随时复盘，还能通过智能算法记录学生的操作路径，评估实验思维逻辑，提供个性化改进建议，而对于安全性较高的实验，虚拟仿真可以作为预演环节，有效降低实际实验的风险，这符合“以学生为中心”的理念，有助于培养学生自主探究。以《酸和碱》单元中的“酸碱中和反应”实验为例，传统课堂中需要学生配制溶液并滴定操作，但受限于药品用量、实验技能差异及安全隐患，教学效果往往不够理想，若利用虚拟仿真实验平台，学生可进行酸碱滴定操作，AI 系统能实时检测滴定管读数、颜色变化、操作规范，并在学生出现误差时即时提示，例如滴定过量时会模拟现象并提醒分析原因，同时平台还可扩展条件变量，如不同浓度的酸碱配比、温度变化对反应速率的影响，让学生反复验证，从而真正理解“等物质的量”关系及中和反应的本质，通过虚拟仿真实验，学生不仅能增强操作熟练度，还能在更安全的环境中深化对知识的理解，提升实验探究能力。

四、结语

基于人工智能的初中化学实验教学创新，不仅为传统实验教学注入了新的活力，也为学生科学素养的培养提供了更加广阔的空间，智能实验平台与虚拟仿真实验的应用，突破了时间、空间、条件的限制，提升了实验的安全性、科学性、探究性，同时人工智能还能实现个性化指导，使学生形成科学思维，这种创新模式既符合新课程改革的要求，也为未来教育的发展提供了借鉴。

参考文献

[1] 吕大元 . 人工智能助力初中化学实验教学的创新设计与实践[J]. 文渊（中学版）, 2025(6).

[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(8):14-17.