“人工智能+教育”背景下高中化学智慧课堂教学实践研究

陈小芳

(江苏省宿迁市泗洪姜堰高级中学 江苏 泗洪 223900)

习近平总书记在2019年《国际人工智能与教育大会》中强调：“人工智能深刻影响着教育，人工智能与教育的纵深交融正向推进教育创新。”“人工智能+教育”是以学生为中心，依托智能技术，通过线上线下相结合的方式，为学生提供自主学习和个性化学习环境，并能实时跟踪反馈学生学习状态的一种新型智能课堂。“人工智能+教育”在高中化学中的应用，可以消除化学学习的枯燥性和乏味性，促使学生在自主合作探究过程中主动构建化学知识，有利于提高学生化学学科核心素养，很好的提高了化学教学效果。下面笔者以《化学能与热能》教学为例，具体探讨“人工智能+教育”教育模式的构建策略。

1.智慧课堂的内涵与现状

智慧课堂是随着互联网时代的到来以及信息技术的发展应运而生的一种新型教学模式，目前为止，学术界对智慧课堂的概念还并未达成一致。有的学者认为：智慧课堂是让学生在技术智能的环境中接受针对性的教育。在信息技术的辅助下，老师培养学生的行动能力、价值取向、创造能力以及思维品质。也有学者认为：智慧课堂属于智慧系统的范畴，具有个性化、智能化、多元化三个特点，利用移动终端设备打造深度、开放、高效、自主的课堂模式。综合各位专家学者的意见，笔者认为，智慧课堂应该具有两个学习条件：一是智能环境；二是智能资源。所以，智慧课堂是在信息技术的支持下开展数字化教学的新型教学模式。

2018年，我国制定了《教育信息化2.0行动计划》，其中提到要全面推进“互联网+教育”的教学模式，并且在2022年初步实现数字化校园。智慧课堂既是时代发展的必然趋势，也是符合新时期下青少年学习需求的一种教学模式，部分学校已经设立了智慧课堂试点班，从实践效果来看，深受学生们的喜爱。近年来，大数据与信息技术极大的丰富了互联网学习资源，智能化的教学模式开始在课堂推广，而且越来越受到师生的关注。智慧课堂并不是对传统教学模式的彻底颠覆，而是对多种教育资源的融合与改良，吸纳多元化教育资源的长处，为学生提供更加优质、高效的课堂教学。

2.智慧课堂对高中化学教学的影响

化学是一门实践性很强的学科，教材中涉及了大量实验内容。如果只通过“板书+讲解”的方式，很难让学生真正理解化学现象的原理，即使是观看老师的实验操作，依然不如学生亲自动手来得直观，实验和仪器设备的缺乏，成为制约高中化学教学的重要因素。智慧课堂以及信息技术的应用很好的改善了这一局面，利用计算机软件与信息技术，化学教学活动可以不再局限于课堂，而是动态的延伸到课前、课中、课后各个环节。教学流程也发生了相应改变，小组合租、线上答疑以及虚拟实验等多种新颖的、有别于传统化学课堂的教学形式也随之出现。

传统的课堂教学主要以教科书为载体，在没有信息技术和设备支持的情况下，老师只能围绕教材传授知识，学生需要记忆大量概念、公式等内容，而且缺少在实践中运用知识的机会。智慧课堂引入了高新科技，互联网为化学教学提供了取之不尽用之不竭的资源，很好的促进了信息技术、教学资源、教学模式的相互结合。学生可以在互联网上查阅相关的化学知识和新闻，整理出有疑问的内容，集中向老师提问。利用智慧终端查询知识，不仅节约了大量课堂教学时间，同时还能整合丰富繁杂的学习资源，让老师从课堂教学的“主导者”转为“引导者”和“启发者”，在实验教学中随时都可以和学生探讨试验方法，培养学生的思维能力，促进师生交流，营造浓厚、和谐、自由的学习氛围，改善了师生关系，让化学教学从单向的知识传递转为双向的教学相长。

3.高中化学智慧课堂的实践

3.1 课前自主学习，大数据学情分析。“人工智能+教育”是利用云平台技术、大数据技术、网络控制技术，实现对学生学习过程电子化监控的一种形式。在课前，首先需要教师对所学的教学内容进行深度分析，并精选教学资源、制作课前导学材料与检测题，在线上布置学生课前学习内容，指导学生进行自主学习。学生在规定的时间内完成预习任务，教师根据大数据学情分析，了解学生在本节课预习过程中普遍的问题，进行课中教学过程设计。

以《化学能与热能》教学为例，本节课内容主要包括三个部分：一是，化学键与能力之间的关系；二是，化学反应过程中反应物与生成物之间的能量关系；三是吸热反应与放热反应的化学实验探究。教学目标是通过化学能与热能实验探究，帮助学生理解“能量守恒定律”，从而建立正确的能量观。

在本节课的教学实践中，提前制作了预习导学案和微课视频，并将课前学习资源一并发送给学生。学生在规定时间内完成自主课前预习。根据本节课前测的大数据分析和学生在微课讨论区里的提问发现，学生学习难点主要分为以下两个方面：

第一，学生虽然能够从宏观上理解化学反应能量变化的原因，但还没有从微观上理解化学反应为什么有能力变化。

第二，对吸热反应和放热反应问题判断上容易混淆。

为此，结合这两点，有针对性的进行课堂教学设计。笔者主要采用小组实验探究的方式开展课堂教学，以问题驱动学生实验，在实验中观察现象、归纳总结，得出实验结论。

3.2 实时掌控教学，小组合作探究。“人工智能+教育”利用电脑主机、远程控制、视频采集、实时监控等系统，可以全自动的记录在课堂中教师的教学与学生的听课，而教师借助于视频采集系统可以方便的掌握每个学生的上课情况，有利于实现在线点评，促使课堂教学效率得到有效提高。在化学智慧课堂的形成过程中，教师需要针对学生在课前预习中普遍存在的问题给予一定的指导和提示，并利用小组合作探究的形式，让学生通过自主探究突破学习重难点，体会其中所蕴含原理与智慧，从而深化学生对核心知识的理解。

3.2.1 课堂导入，明确学习主题。在智慧课堂中，笔者首先通过平板，截图的方式展示学生在微课讨论区普遍提出的问题，这样开门见山，直入话题，并采取问题驱动的教学方式，促使学生合作探究。“我们可以通过哪些方法来感受化学反应过程中的热变化呢？”“可以用手触摸、可以用温度计测量。”“那么，在什么情况下可以用手触摸？什么情况下用温度计测量。”“放热明显的时候，可以用手触摸。”“需要定量测量时，可以用温度计测量。”

3.2.2 实现项目，引导自主探究。在明确本节课的学习主题后，为进一步突破学习重难点。通过平板将实验任务发送给学生，其中，包括：

实验一：Mg与HCl发生化学反应时热量的变化。

实验注意事项：在实验中所取HCl的量约为1ml，当感受到明显的热量变化时，立即抽出Mg条停止实验。学生在线接收实验项目，并按照实验项目指示，在设定时间内以小组合作的形式完成教师设计的实验内容，填写实验报告。

教师安排学习小组共同讨论与操作实验，在小组学习过程中，教师可以利用智慧教学平台的多屏显示视频监控，观察班级中每个学生的学习状况，以便能够及时的发现问题，给予一定的指导和帮助。学生通过实验探究发现，Mg与HCl的反应是“放热反应”，并从中归纳总结出规律：“大多数金属与酸的反应都是放热反应。”针对学生这一问题，笔者提出疑问：“还有大多数金属与水的反应也是放热反应，中和反应作为化学反应中的一类典型，是吸热反应，还是放热反应呢？”

实验二：NaOH与HCl的化学反应。

重复上述实验探究步骤，学生活动发现酸碱中和反应是放热反应。

学生通过实验一、实验二的探究、操作，基本掌握了放热反应与吸热反应的实验现象。在此基础上，引导学生画出根据微课学习内容，画出放热反应体系的能量随反应进程的变化图。

在此过程中，教师在课堂内进行巡视与拍照学生所作的一些图像，通过全班共同对图像的分析，总结出放热反应体系能量随反应的变化情况：当反应物想要变成生成物时，首先需要断裂化学键吸收能量，吸收足够能量后，再次成键，释放能量，如果释放的能量高于吸收的能量，所以在该化学反应过程中放出能量。在放热反应体系中，是化学能向热能的转化，那么是否存在热能向化学能转化呢？

实验三：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应过程中热量的变化。

实验材料：试管、棉花团、塑料杯、酚酞试液、滤纸。

学生在线接收教师提供的实验步骤，首先在滤纸上滴几滴酚酞试液，然后在试管中加入几滴水，并将棉花团湿润后套在试管外，将称好重量的晶体导入到塑料杯中，立刻盖上盖子，用试管快速搅拌混合物，用手感受杯子温度的变化。

同样，学生实验，教师巡查拍照，在探究过程中，学生发现在用试管快速搅拌混合物时，混合物逐渐呈糊状，并产生了碱性气体，这是因为滴有酚酞试液的滤纸变成了红色，同时，用手触摸杯子底部发现杯底变得冰凉。接下来，请学生根据前面我们学习过的放热反应体系的能量反应进程的变化图，联系微课内容，画出吸热反应体系的能量反应进程变化图。经过知识的迁移和运用，学生类比总结出吸热反应体系能力随反应的变化情况：当反应物想要变成生成物时，首先需要断裂化学键吸收能量，吸收足够能量后，再次成键，释放能量，如果释放的能量低于吸收的能量，所以在该化学反应过程中吸收能量。

通过前面对放热反应和吸热反应能量的分析，学生已经了解两者各自的化学原因，此时，引导学生归纳总结放热反应和吸热反应的类型，最后将两者的对比总结表发送给学生，帮助学生巩固与吸收课堂知识。

3.2.3 随堂小测，检验学习效果。教师发布随堂小测，学生在线答题。当学生完成答题后，教师调取答题数据，从大数据分析图上，教师能清晰的知道哪些题目学生做错了、哪些学生做错了，这为教师进行个性化和针对性课后辅导提供了精确的数据，这也算是“互联网+教育”背景下智慧课堂教学模式的优势所在。

(1)判断题。

①放热反应不需要加热就能发生。

②吸热反应需要加热才能发生。

③在化学反应过程中都伴有能量的产生，那么，有能量变化就一定是化学变化。

④放热反应不需要吸收外界能量。

调取学生答题数据发现，学生第一题答题正确率为90%，其余三道题目正确率为100%，这说明大部分学生对于放热反应和吸热反应中能量的变化情况这一知识点已经基本掌握。

(2)选择题。

①下列变化属于放热反应的是( )

a.Zn与稀HCl的反应 b.浓H2SO4溶于水 c.CaCO3高温分解 d.液态水气化

A a和d

B a

C c和d

D a和b

②下列变化属于吸热反应的是( )

A Mg条燃烧

B Fe与稀HCl的反应

C H2SO4与KOH的反应

D Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl

③下列说法正确的是( )

A 吸热反应需要加热才能发生

B 吸热反应需要从外界获取能量，而放热反应不需要

C 放热反应在常温下很容易发生

D 吸热反应与放热反应的判断是根据其反应物、生成物所具有的总能量相对大小来决定的。

大数据统计分析发现，学生第一题的正确率为70%，第二、三题的正确率为100%。第一题错误答案主要集中于选项D，这样教师只需要针对D选项进行针对性的讲解就行，这样能够大大提高习题讲解的针对性和有效性。

3.3 勤反思勤总结，促进课堂智慧深化。“互联网+教育”背景下的智慧课堂，对于广大教师而言，是一种全新的教学模式，需要教师在教学实践中不断探索、积累经验。而课后勤反思、勤总结，则是促进课堂智慧深化与升华的关键所在。对于课堂上无法呈现的化学实验，教师可以借助于信息化手段呈现学生，让学生利用课余时间自主学习。教师在课后以台账的形式记录课堂进程，判断自己本节课的教学目标是否达到、化学实验指导是否到位、学生学习效果是否显著、教学氛围是否良好等等，与此同时，学生也智慧平台上看到自己本堂课的学习记录以及教师给出的评价，这为学生接下来的复习与巩固提供了精确的指导方向。

在《化学能与热能》一课的教学中，笔者主要以实验探究和问题驱动的方式，引领学生动手操作、小组合作、积极思考，课堂氛围非常活跃，大大提高了学生的学习兴趣与参与度。从学生知识的建构来看，学生在课堂上，勇于发言，随堂检测的正确率较高，说明大部分学生对本节课的知识内容学习成效显著。从总体上来说，基本已经完成本节课的教学目标。但不足之处就是，学生在进行小组实验探究时对于时间的把握不准、少部分学生对于在线学习教育方式运用不够熟练等，还有待进一步的探索与改进。

结束语

在“互联网+”时代，智慧课堂、智慧教育成为教育热点话题，结合人工智能教育的深度融合，充分运用大数据、云平台等新兴科技，引导学生对化学知识进行自主探索，带给学生多重感觉器官刺激，有利于刺激学生大脑学习，并形成一个交流活动的课堂，这是对传统教育教学模式的一种突破与创新。我们作为教师，只有勤于反思、善于总结，充分利用信息化手段对教学方式进行设计，才能不断形成自己独具特色的化学教学智慧课堂。