信息技术与高中化学教学的融合实践研究

引言

当前教育信息化进程加速推进，为高中化学教学转型创造了良好契机。信息技术与化学课程的有机融合，正在重构教与学的方式。从多媒体课件到智能学习系统，从虚拟仿真到大数据分析，技术创新持续推动着教学模式的变革。这种变革既符合新课标对科学素养的要求，又能激发学生学习兴趣，为培养适应未来社会的创新型人才奠定基础。

一、信息技术在教育领域的应用原理

信息技术在教育领域的深度融合建立在认知科学、建构主义和学习分析等理论基础之上，其核心是通过数字化手段重构教学要素之间的关系。技术赋能主要体现在知识呈现方式的变革，多媒体技术将抽象概念转化为可视化的动态模型，VR/AR 技术创造出沉浸式的学习环境，使微观世界的分子运动或宏观的化工流程得以立体展示。学习过程的智能化支持是另一关键维度，学习管理系统（LMS）记录学生的行为轨迹，通过算法分析形成个性化的学习诊断，为教师提供精准的教学干预依据。交互技术的应用改变了传统师生互动模式，云端协作平台支持实时的问题讨论和作品共享，促进深度学习的发生。教育大数据的应用价值日益凸显。

二、信息技术在高中化学教学中的应用现状

（一）数字化实验技术的探索与实践

虚拟仿真实验平台正在改变传统实验教学模式，通过三维建模技术精确还原实验场景和设备细节，学生可以安全地进行高危实验操作训练如强酸稀释或金属燃烧。传感器技术的应用实现了实验数据的实时采集与动态呈现，pH 传感器追踪中和滴定曲线，温度传感器捕捉反应热效应，这些即时数据使学生能更直观地理解化学原理。数字显微镜突破了光学限制，将晶体结构、布朗运动等微观现象高清投射到交互白板，配合标注工具进行集体观察分析。

（二）智能教学平台的整合与创新

化学学科的知识图谱正在被数字化重构，智能备课系统基于课程标准自动推荐相关教学资源，包括动画、习题和拓展阅读材料，帮助教师快速构建系统化的教学设计。在线测评系统采用自适应算法，根据学生答题情况动态调整题目难度和类型，针对电离平衡、氧化还原等重点难点生成专属强化训练。错题分析功能不仅定位知识盲点，更能追溯错误思维路径，形成可视化的认知障碍图谱。移动学习终端使得课堂互动更加高效，教师可随时发起投票了解学生观点分布。

（三）网络教研共同体的构建与发展

区域性的化学教师专业网络打破校际壁垒，云端集体备课系统支持教案协同编辑和教学反思共享，优秀教师的教学智慧得以快速传播。在线研修课程囊括了信息技术应用专题。

三、信息技术与高中化学教学的融合实践研究

（一）虚拟仿真技术在危险性实验教学中的应用

虚拟实验室通过 3D 建模和动态模拟技术，将传统教学中难以开展的实验安全呈现，如乙醇催化氧化实验可通过虚拟平台展示铜催化剂在不同温度下的氧化效率变化，学生能自由调节氧气流量和加热温度观察反应进程，系统内置的安全预警模块会实时提示操作危险，焰色反应实验中 VR 技术可微观展示金属原子受激跃迁的电子轨道变化，配合光谱分析软件将不可见光转化为可视色谱，二氧化硫性质探究这类有毒气体实验，通过人机交互界面模拟不同浓度下与品红溶液、高锰酸钾等试剂的反应现象，实验结束后自动生成数据分析报告，这种沉浸式学习既消除了真实实验的安全隐患，又能通过反复操作深化对反应机理的理解，虚拟实验数据可导出至平板电脑供课后复习，教师后台能追踪每位学生的操作记录进行针对性指导。

（二）数字传感器在定量实验中的创新实践

将 pH 传感器、电导率仪等数字化设备引入传统定性实验，如酸碱指示剂制作实验中，学生使用光谱传感器实时监测植物提取物在不同 pH 值下的 RGB 色值变化，通过数据可视化软件绘制颜色 -酸碱度标准曲线，探究天然指示剂的显色范围，废旧电池回收实验中，电流传感器精确测量不同金属电极在电解质溶液中的放电效率，温度传感器记录反应过程中的热量变化，数据自动同步至云端平台生成动态折线图，学生通过对比分析理解原电池工作原理，在泡泡液配置趣味实验中，表面张力传感器定量测定洗涤剂、甘油等成分比例对泡泡膜强度的影响，配合高速摄像机捕捉泡泡破裂瞬间的流体力学现象。

（三）混合现实（MR）技术在微观机理可视化中的运用

通过 AR 增强现实技术将分子动力学过程投射至实体实验装置，如电解实验时，智能眼镜同步显示溶液中离子迁移的微观动画，金属电极上的电子得失过程以动态粒子效果呈现，配合语音解说强调氧化还原本质，在焰色反应实验中，手机 APP 扫描燃烧的金属盐即可弹出该元素电子排布能级图，展示特征光谱产生的量子力学原理，胶体丁达尔效应实验中，激光笔照射胶体的同时，投影仪同步模拟光路中胶体粒子对光波的散射行为，这种虚实结合的教学方式，使抽象的 " 宏观现象 - 微观解释 " 认知链条具象化，特别适合晶体结构、化学平衡等传统教学中难以直观展示的内容，学生通过手势交互旋转虚拟分子模型，多角度观察配位键的形成过程，系统还能自动生成分子间作用力的力学模拟图。

（四）人工智能辅助的个性化实验学习系统

基于机器学习构建化学实验知识图谱，如学生进行二氧化硫性质虚拟实验时，AI 系统会根据操作步骤实时推荐相关拓展实验（如硫酸型酸雨模拟），并推送历年高考相关真题，在趣味实验环节，智能算法根据学生前测结果个性化推荐实验难度，如零基础学生从单层泡泡膜配置开始，而有经验者直接挑战巨型泡泡矩阵制作，实验报告批改系统采用 NLP 技术分析学生描述的化学反应现象，自动标注专业术语使用准确性，并生成包含 3D 分子动画的订正指导，废旧电池回收实验中，AI 视觉识别系统评估学生金属分离操作的规范性，通过振动反馈即时纠正操作错误，平台还构建了实验风险预测模型，当检测到学生试图混合可能产生危险物质的试剂时，立即弹出警示动画演示潜在反应后果，这种智能化的伴随式学习，实现了" 千人千面" 的实验教学新形态。

结束语

信息技术与化学教学的融合正在深刻改变学科教育形态。未来应继续深化 " 技术赋能教学 " 的理念探索，构建更加智能化、个性化的学习环境，通过技术创新持续推动教学方式和学习方式的变革，为培养具有数字化素养和科学精神的时代新人提供有力支撑。

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本文系河南省郑州市教育科学规划 2025 年度一般课题立项课题号 2025-ZJKYB-X14-079） 的研究成果。