人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践研究

管臻英

摘 要：我国科技高速发展，人工智能走进千家万户，也成了教育界中的常客。在人工智能背景下，高中化学课堂教学模式得到了极大完善。人工智能的融入改变了传统“填鸭式”教学，使智慧课堂教学模式得以实现，为高中化学课堂注入了新的生机与活力，提供了教育改革新思路。文章主要基于人工智能背景，围绕高中化学智慧课堂教学实践意义、原则、策略三部分展开，就如何构建新型智慧课堂提出相关建议，旨在提高课堂教学效率与学生学习效率。

关键词：人工智能；高中化学；智慧课堂；教学实践研究

大数据时代已然到来，信息化发展迅速，各种电子设备渗透世界的每一个角落，此时高中化学教学模式也需顺应时代潮流，进行一些改变。现代化教学下，教师需将人工智能与高中化学教学相融合，形成智慧课堂。此种方式的融合能巩固学生化学基础，激发化学潜能，提高化学核心素养。因此，智慧课堂教学模式能够符合当代人才发展教育需求，值得有条件的高中学校不断落实推进。

一、人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践意义

（一）有利于激发学生学习兴趣

高中化学课程与其他课程不同，在教学过程中应做到理论与实践相结合，尤其需要重视各类化学实验的演示，缺少实验的化学课程便不再完整。但很少有高中学校能有条件完整地开设所有化学实验课程，即使开设，学生的学习效果也并不出色。原因如下：其一，学校层面。学校教学设施等不完善，教学实施难度大，化学实验不安全等。其二，学生层面。部分学生认为化学学习难度大，实验操作烦琐且难，现象不明显不易观察，对化学学习不感兴趣，热情度始终不够高涨。而人工智能技术的合理运用，能够解决上述问题，激发学生课程学习兴趣。通过如智能模拟屏幕显示等方式来完善实验操作方式，能放大实验现象，提高实验安全性，加深学生对课程学习记忆，增强其独立探索、解决问题等能力，提高他们的实验热情[1]。

（二）有利于开展高效化学教学

人工智能分析结果更为准确、全面。教师可以根据学生课前预习情况等分析数据做出判断，制订个性化课程教学方案，实施分层教学，以开展高效化学教学。智慧课堂教学模式有利于开展高效化学教学的原因如下：其一，运用人工智能以直播或录屏方式展现化学实验，能提高学生的化学理论内容理解力，同时实现课堂互动理想教学效果，拉近师生距离；其二，智慧课堂帮助下，每个化学教师都能实时跟进学生的学习动态，了解他们学习中存在的问题，根据智能化反馈制订针对性问题解决教案，使“课堂所讲即为学生所求”得以实现，从而打造高效高质量化学教学课堂；其三，化学为理科综合型学科，学习难度大，仅靠课堂听讲或不能弥补先天不足，而人工智能背景下，大数据根据学生学习现状，会针对性推荐个性化辅导视频与资料，帮助提高他们的学习信心，促全方位发展。上述三点皆证明人工智能与化学课程相结合，能使得课程充分发挥重要育人价值，帮助学生提升自身素养[2]。

（三）有利于提升学生学习效率

人工智能走入课堂为新型教育大势所趋。传统课堂教学多以应试教育为主，注重提高学生背书与答题能力，很少注重培养学生化学核心素养，课堂整体教学枯燥乏味，不少学生缺乏课堂参与积极性，其学习效率低下。而创新型智慧课堂中，通过3D模拟实验等构建特色化课堂教学方式，在保证学生安全、减少化学污染的前提下，能让学生将所学习到的理论知识与实践相结合，近距离细致观察，发散自身思维，激发课程学习热情，提高学习效率。同时，人工智能和教学相结合的方式也与人才培养计划相符，更能为社会发展储备基础知识扎实、有一定认知能力的复合型化学人才[3]。

二、人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践原则

（一）全面性原则

人工智能背景下，教師在授课教学时应当注重遵循全面性原则。教师需从课堂适应、课后反思、综合发展、资源合理分配运用等方面着手，利用人工智能便捷高效优势，综合考查学生个人情况，根据学习中存在的问题制订全面补弱改缺等教学计划。其一，智慧课堂中，教师应完善化学教学内容，尽量保证教学完整性，同时也可将课外补充内容渗透课堂教学中，帮助学生理解掌握化学重难点内容。其二，引导学生自主反思课堂学习或课后作业中掌握不全之处，教师再根据学生的作业情况、课堂表现、人工智能分析所得数据进行点评，让他们认识到自身的不足之处，开展更为全面的化学课程内容学习。其三，教师层面，人工智能背景下，当前教学模式与传统教学模式存在较大差异，因而教师也应在课余时间多学习智慧课堂成果教学案例，根据班上学生个性特征寻找更全面的教学资料，严格遵循全面性教学原则[4]。

（二）全程性原则

全程参与、全程跟进、全程评价、全程纠正四部分为全程性教学中重要原则，根据班级学生学情判断，全程性原则教师制订分层授课教学计划，开展科学智慧课堂。全程参与原则：教师增强课堂互动性，充分发挥学生主观能动性，争取每个学生参与化学课堂学习，营造良好的互动性化学课程教学氛围。全程跟进原则：教师应注重学生的动态学习需求变化，适当调整智慧课堂模拟情境，提高或降低课程难度，增强他们的化学学习信心。全程评价原则：评价主体可为学生自身、学生或教师，同时结合人工智能技术准确反馈内容进行评价，评价可作为学生课程学习的重要补充，及时帮助弥补不足之处。全程纠正原则：为全程性原则中极为重要的一部分，教师需对学生负责，根据他们的不足以及所存在化学问题利用人工智能技术进行及时纠正，如错题推送、基础巩固微课讲解、实验操作视频等，促进全方位发展提升[5]。

（三）个性化原则

学生为独立个体，其个体学习能力、学习基础、认知水平等都存在差异，为促进个体发展，教师需遵循个性化原则制订动态性教学方案，对陈旧的化学方案做出适当调整。智慧课堂中，教师可利用好信息技术的便捷性，根据学生个体的近况来微调作业或微课推送内容，分层次开展授课教学。个性化原则实施过程中，教师也需关注学生的情感需求，尽量选择幽默化的教学语言，课前适当增加趣味背景视频，激发他们的课程学习兴趣，学习热情。同时，教师也可尝试将水平差异不大的学生分为一个合作学习小组，每个小组都采用符合该组水平的化学教学，如采用传统教学，该种分组教学法难以实现，但在人工智能背景下，该种分层个性化教学便异常简单。长此以往，不少学生化学综合能力得到较大幅度提高。

三、人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践策略

（一）科学制订智慧课堂化学教学方案，降低化学学习难度

人工智能背景下，高中化学授课教学方案与以往存在较大差异，因而教师需重新制订智慧课堂化学教学方案，充分利用智慧课堂优势，降低化学课程学习难度。具体方案大纲可按照“课前预习—课堂教学—课后作业—课程评价”四部分进行设计，做到课内外教学相结合，提高化学教学整体质量的教学目标。如：以“海带提碘与海水提溴”项目实验教学方案设计为例。

其一，海带提碘模块：1.课前预习。教师需要根据每个学生的化学基础，运用智慧课堂推送功能，将课前预习资料与微课视频推送给他们。如工业中常用的离子交换法、空气吹出法、活性炭吸附法、碘化亚铜沉淀法等都可以作为背景资料推送给高层次学生，让他们有机会提前了解工业常用海带提碘方法与实验室常用海带提碘法所存在的差异。而针对基础较差学生，教师仅推送实验室灼烧萃取法即可。2.课堂教学。可采用信息技术共享投屏教学方式开展，安全便捷，也能减少课堂不必要时间浪费，提高课堂授课效率。首先，海带灼烧融入蒸馏水环节，在该环节无操作重点，主要需讲解海带灼烧原理，即海带能富集海水中的碘元素，通过灼烧能去除海带中有机物，使包括碘元素的无机物更好地溶解在水中，同时海带灰烬与水的接触面积更大，含碘化合物溶解更彻底。其次，是重要的过滤环节，该环节中也可提问一些过滤“三靠二低一贴”细节，并询问过滤的主要为什么杂质（该问题难度大，可问可不问）。再次，向滤液中通入溴水置换出碘，以及之后加入四氯化碳萃取碘单质中，可让学生写出想要的离子方程式，并阐明溴水为何能置换碘，四氯化碳又为何能萃取碘单质，为什么经由溴水直接置换出的碘不能直接使用。最后，为分液蒸馏分离得碘的操作讲解。上述教学方法在智慧课堂中，可融合视频、演示投影、PPT展示讲解、学生分享等模块，使课程内容更为充实饱满，学生课堂专注度更高。3.课后作业。可寻找历年高考中与海带提碘相似的实验题目作为作业，将其通过智慧教学平台推送给学生，学生答题后便能及时知晓答题正确率，检测自己的课堂学习效果。针对高层次学生，则是可以根据课前推送工业常用离子交换法等方式，结合对本节课程内容理解，让他们简单设计一个不同的海带提碘方案。4.课程评价。运用智慧课堂评价系统进行全面评价。

其二，海水提溴模块：在学生有海带提碘模块学习基础后，可利用智慧课堂中丰富的学习资源，将课堂主动权交还到学生手中，让他们以小组合作学习等形式完成海水提溴模块学习，并完成一份学习成果小结，上传智慧教育平台，通过小组互评方式来完善所得成果，弥补学习中存在的不足之处。

上述即为智慧课堂完整授课教学方案，在此方案的实施下，不少学生的化学核心素养能力便得到较大幅度提升。

（二）清晰展现实验现象以及具体流程，创设生动形象课程

人工智能背景下，清晰展现实验现象以及具体流程变得更为简单，教师需利用好信息技术可视性、智能化等优势，创设生动形象化学课堂，激发学生的课程学习热情。如氯气具有一定的毒性，不宜在课堂上展现，传统课程中，由于教学条件有限，教师都不会将《研究氯气的性质》中相关实验带到课堂中，导致不少学生觉得课堂枯燥乏味。借助信息技术，学生能从视频中清晰观察到氯气的颜色，观看专业实验人员将装有氯气的试管倒扣在水中后，试管内会上升一段水柱，同时管内颜色变淡。教师再配以氯气为黄绿色气体、易溶于水的讲解，便能打造视听结合精彩化学课堂。又如容量瓶使用教学中，如无人工智能的帮助，那么在整个教室中，仅有前排学生能观看到具体操作流程，后排学生因看不到具体流程，注意力开始涣散。但在人工智能投影等幫助下，整个教室的学生都能看到容量瓶的整个操作流程。首先，检查瓶塞处是否漏水，在容量瓶中装满半瓶水，右手手指顶住瓶塞将其倒置，如不漏水，正立，将瓶塞旋转180度后再次倒置。其次，将称好的固体倒入装有少量水的烧杯中溶解，运用玻璃棒引流到容量瓶中，这里需注意除玻璃棒末端接触容量瓶瓶颈外，其余部分不得接触容量瓶，教师需具体向学生说明，防止漏液现象发生，导致最终所得浓度不准确，使实验失败。随后向容量瓶中加入水直至距离标线1—2厘米处，改用胶头滴管慢慢滴入，视线与刻度线相平，使液体凹液面与刻度线相切，如加水过多，则需重新配制。最后，拧紧瓶塞，上下振荡、反复倒转，使其中的溶质与溶剂混合均匀，静置时，学生发现容量瓶内液体液面低于刻度线，这时千万不可再加蒸馏水。整个操作流程都能详细地展现在学生面前，同时教师在讲解时所标注出来的一些需重点关注部分内容，学生也能在短时间内理解，整堂课程互动性强，每个学生都愿意积极地投入课程学习中。

（三）适当增添多元化学课外教学内容，提高思维创造能力

化学为一门综合类型学科，知识涵盖面广，如想提高学生化学层次，教师在智慧课堂中，除课内必须讲解内容外，还可适当增添多元化学课外内容作为教学补充，激发学生学习潜能，引导发散自身思维，提高创造创新能力。之后，学生如果遇到陌生化学难题时，便可淡定从容，高效率解决。化学为理科类型学科，教师需适当补充一些课外的内容如课后难题等，以此来帮助学生拓展思维。

如：在氧化铁与铁屑的混合物当中，加入足量的稀硫酸，直到固体完全溶解，并且可以保证所得到的溶液当中没有三价铁离子的存在，同时产生的二价铁离子与氢气的物质的量之比为4：1，那么原来的混合物之中，三氧化二铁和铁的物质的量之比为多少。该题即为课本上所没有的课外拓展类型题目，教师运用好人工智能技术，多寻找此类题目，并通过录屏或借助PPT课堂讲解等方式，在学生思考后将具体的解题过程推送给学生。具体分析中可得到，首先铁和硫酸发生置换反应，得到产物氢气，同时氧化铁与稀硫酸发生复分解反应，得到硫酸铁和水，由于这时溶液中有铁离子，说明铁过量，还会继续与硫酸铁反应，生成硫酸亚铁。上述为学生可能会进行思考的路径，但是采用三个方程式分开进行分析的方式，很难得到最终的结论。这时，教师在智慧课堂中可以提出将三个方程式相融合的方式解题，无形中拓宽了学生的化学思路。融合三个方程式为一方程式后可发现铁离子与氢气的物质的量之比正好为4：1，而原混合物中，氧化铁与铁的物质的量之比为1：2。

换种思维，往往能在更短的时间内得到更为准确的答案，但是作为高中生，很少有学生拥有自主寻找解题方法的能力，因而需要教师辅助教授一些课外内容，帮助其学习新型解决方法，并在其余的习题中进行运用，从而提高自己解决问题的能力。在人工智能的帮助下，多元课外内容的获得方式多样化，同时获得的内容也更为丰富，对高中生能起到较大的帮助作用。作为化学教师，在空余时间当中需多寻找，根据学生的层次水平，通过智慧平台等推送给学生，帮助他们提高自身化学综合素养。

（四）模拟实验细化过程弥补不足之处，加深课程学习印象

运用人工智能技术，能够模拟难度较大或危险系数大的实验，同时通过慢放、放大处理等方式让每个学生都能观察到实验细节，同时人工智能技术运用下，无论是失败典型实验或优秀实验案例，都可以通过智能实验模拟或视频播放等方法得到。学生在学习化学课程时，通过这些智慧课堂实验加深了自身的化学课程学习印象。如经典的喷泉实验，其实验原理实际上非常简单，由于氨气极易溶于水，当教师在挤压胶头滴管时，便会有水进入烧瓶中，这时这部分水溶解数量众多的氨气分子，使得烧瓶内的气压明显降低，在外界大气压的作用下，烧杯内的水便会进入烧瓶当中，从而出现所谓的“喷泉”现象，因而理论上而言，将氨气换成其他极易溶于水的气体，实验都会成功。而在水中加入适量的酚酞则会看到红色的“喷泉”。在人工智能化时代中，教师也可以使用信息技术来模拟氨气分子與水分子结合时所发生的一系列变化，从微观角度细化实验，让整个实验的真相能展现在学生面前。同时由于该实验的安全性较高，教师也可以邀请班上的几个学生上台参与实验，并且通过屏幕共享等方式展现在其他学生面前。不少学生在实验时或许并不能达到理想的实验效果，那么教师也可以借助该机会，指正他们的实验错误，如检查瓶中的氨气是否充满，烧瓶本身是否处在干燥的状态，同时在实验前是否检查该实验装置有无漏气现象。这里也可以乘机考查学生如何检查各类型装置是否漏气的方法，帮助他们纠正实验中所存在不足的同时，也能加深他们对实验课程的印象，这样在下一次的学习中，他们便不会再犯类似的错误。在有条件的情况下，铜与浓硫酸一同加热使品红溶液褪色的反应、银镜反应等实验，都可以让学生亲身参与到实验过程中，体会整个实验过程，同时利用好智慧课堂交互性、可视性等特点，及时帮助他们解决在操作过程中存在的问题，这样当他们在试卷上遇到该实验题时，不仅不会犯错，答题速度也较快。同时也可以运用好模拟实验，将一些微观变化展现在学生面前，便于他们理解这些实验反应的本质，从而全面提高他们的化学核心素养。

（五）实施智慧课堂中的多元智能评价，强化动态性伴随性

在不同阶段，讲解不同化学模块内容时，学生的知识点学习情况都存在一定差异，为提高教学效率，全面激发学生的学习兴趣，更好地调节教学行为以适应智慧课堂教学模式，教师可在班级中实施多元化、智能化评价，使评价更具客观性，同时强调评价的动态性，学生非不变个体，其化学学习能力、判断能力、知识掌握程度等都无时无刻不在发生变化，因而教师需根据学生动态及时调整课程评价，以提升评价质量。

其一，多元智能评价中的多元评价，即主要从评价主体、内容、方式三方面展开。1.多元化评价主体，针对学生化学课程掌握情况，可采用学生自评、生生互评、教师评价、家长评价等方式展开，全方位、多层次客观评价学生化学课程学习现状，在多元评价主体评价模式下，学生所暴露出来的学习问题更多，同时也能更及时地将这些问题解决。2.多元化评价内容，与传统“以成绩定胜负”的评价方式截然不同，在多元评价内容模式下，教师需结合学生的各方面表现来进行综合评价。如学生在课堂中的学习态度如何，完成作业、学习课程时是否能找到适合的学习方法，对基础知识与实验技能等掌握程度如何，其是否有正确的价值导向。上述这些都可作为教师进行多元评价内容的重要组成部分，学生的平时表现则为重要依据。3.多元化评价方式，传统评价方式一般为测试，但多元化评价方式中或会注重过程性评价、非测试性评价、课前课堂课后评价等综合性评价模式，能最大限度上避免评价结果出现偶然性，也能提升评价的整体质量。

其二，多元智能评价中的智能评价，即根据大数据分析等开展评价，并通过人工智能反馈评价结果，更省时省力。智慧课堂中，智能评价能贯穿整个化学课堂，无论是课前预习、课中学习、课后检测等，通过人工智能的随时跟踪反馈，将评价结果呈现在师生面前。1.课前，教师推送微课以及测试题，人工智能通过检测学生的微课观看完整度、反复观看时间区间以及测试题的正确率等来分析学生化学知识中的薄弱点，帮助他们明确自己的定位，调整学习状态，以更为饱满的状态投入下一阶段的课程学习中。2.课中，当教师将该堂课程全部内容讲解完毕后，将一些测试题推送给学生，利用人工智能技术来快速分析得到错误率最高的一些题目，根据反馈进行针对性讲解。3.人工智能根据学生的课后作业情况等来进行综合分析评价，并将评价结果推送给教师，此时，教师便能及时调整自己的授课教学计划，重新安排完善教学课程内容。

结束语

人工智能与高中化学课程相融合而形成的智慧课堂教学模式具有一定优越性，能有效激发学生课程学习兴趣、提高化学学习效率、开发辩证型逻辑型思维。智慧课堂中，每个人都为课堂主体，每一堂课都为一场愉悦身心的化学旅行，学生自愿参与学习中，通过课程学习探索化学未知奥秘、开阔眼界、培养化学核心素养。

参考文献

[1]徐海燕，秦红兵.“人工智能+教育”背景下高中化学智慧课堂教学实践研究[J].名师在线，2022（33）：9-11.

[2]李彦山.浅谈信息技术背景下的高中化学“智慧课堂”构建[J].中学课程辅导，2022（31）：126-128.

[3]石玉娟.信息技术下高中化学智慧课堂构建[J].文理导航（中旬），2022（11）：37-39.

[4]王荣.基于智慧课堂教学方法的高中化学核心素养培养[J].科学咨询（教育科研），2022（9）：176-178.

[5]唐艳艳.基于智慧课堂教学的高中化学核心素养的培养[J].中学课程辅导，2022（20）：105-107.