“人工智能+教育”背景下高中化學智慧課堂教學實踐研究

文 /徐海燕 秦紅兵

引 言

人工智能技術(shù)能夠推動教育創(chuàng)新，提高教育質(zhì)量，讓我國教育邁向新的發(fā)展臺階。當前，學術(shù)界關(guān)于“人工智能+教育”、智慧課堂的研究較多，新的教育發(fā)展方向已經(jīng)開啟，人工智能技術(shù)即將掀起新一輪的教育革命。高中化學教學內(nèi)容具有抽象性較強、難度較大、題材廣泛等特點，學生接受高中化學知識比較困難。在這種局面下，教學改革十分有必要，教師需要充分利用人工智能技術(shù)，打造全新的化學課堂樣態(tài)，提高化學課堂的活力[1]。

一、“人工智能+教育”內(nèi)涵分析

首先，人工智能是具有交叉性質(zhì)的一門學科，涵蓋了計算機技術(shù)、哲學、神經(jīng)生理學、心理學等，是通過計算機來模擬人的知覺、推理、交流、學習的一種技術(shù)，泛指各類智能設(shè)備和智能軟件[2]。為了全面提高教育教學水平，人們將人工智能技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域，形成了“人工智能+教育”的基本概念，有效推動了教育教學的發(fā)展?！叭斯ぶ悄?教育”是以往“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的進化，能夠真正落實以學生為中心的教育理念，推動教學技術(shù)的更新。在“人工智能+教育”

的背景下，教師需要將學科教學與學生自我發(fā)展緊密結(jié)合，通過智能設(shè)備、智能軟件開展課堂教學和實時評測，增強實踐教學的精準性。

二、智慧課堂內(nèi)涵分析

與傳統(tǒng)的課堂教學模式相比，智慧課堂能夠充分利用數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)，讓課堂教學氛圍變得更加輕松愉快，使教學效率更高，打造個性化、數(shù)字化的新型課堂?；瘜W教師可以利用智慧課堂開展導學，基于智慧課堂實現(xiàn)課中動態(tài)交互，通過智慧課堂拓展相關(guān)領(lǐng)域的化學知識，做好課后延伸，有效降低化學知識的抽象性，打造“導—學—教—評—測”的模式，提高化學課堂教學水平[3]。

三、“人工智能+教育”背景下高中化學智慧課堂教學背景

（一）人工智能技術(shù)助推智慧校園建設(shè)工作

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，人們的生存空間得到了拓展和延伸，校園教學環(huán)境、教育模式、課堂樣態(tài)都已經(jīng)呈現(xiàn)出了嶄新的面貌。智慧校園為教師和學生搭建了虛擬的空間，學校領(lǐng)導需要進一步加快智慧校園的建設(shè)，充分發(fā)揮各項先進科技的作用，將先進科技與科研、教育教學、學生管理等工作有機結(jié)合起來，營造出重視科技、追求真理、包容開放的校園環(huán)境，全面提高教師的工作質(zhì)量及學生的學習效率，優(yōu)化教師和學生在校園學習和生活中的情感體驗，加快培養(yǎng)智慧型人才。

（二）現(xiàn)存智慧課堂理念亟須改變

在“人工智能+教育”的背景下，化學教師需要更加深入地應(yīng)用智慧課堂，讓學生的課堂實踐活動更加多姿多彩，豐富學生的課堂體驗。在當前的化學教學中，很多教師沒有充分認識到智慧課堂的內(nèi)涵，將智慧課堂與多媒體教學等同起來，對人工智能技術(shù)的應(yīng)用還存在較多不足。對此，高中化學教師需要將人工智能技術(shù)應(yīng)用于教學環(huán)境的創(chuàng)設(shè)及教學過程中，全方位優(yōu)化課堂教學策略，利用智能化技術(shù)對學生進行測評，高度重視學生的反饋，發(fā)揮智慧課堂的獨特優(yōu)勢。

四、“人工智能+教育”背景下高中化學智慧課堂教學依據(jù)

（一）人工智能設(shè)備提供技術(shù)支持

在“人工智能+教育”背景下，高中化學智慧課堂的搭建需要人工智能設(shè)備的支撐，只有充分發(fā)揮人工智能技術(shù)的作用，加強人工智能技術(shù)與化學課堂的融合，才能真正構(gòu)建智慧課堂。首先，在智慧教室的硬件設(shè)備方面，教師可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，引入先進的IoT 技術(shù)，安裝安卓架構(gòu)的觸摸控制終端，通過網(wǎng)絡(luò)控制教室內(nèi)的硬件設(shè)備，實現(xiàn)教師與學生的互聯(lián)互通，為交互式教學模式的應(yīng)用奠定堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，高中化學教師還可以創(chuàng)建多屏互動機制，讓多種設(shè)備實現(xiàn)靈活切換，全面優(yōu)化教學方式和教學手段。在智慧教室的硬件設(shè)備支持下，教師可以及時查看學生的學習進度，為學生提供個性化的指導，結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)，開展有針對性的化學教學。

（二）學習理論提供教學理論支持

首先，根據(jù)建構(gòu)主義學習理論，學生的學習行為需要與一定的社會文化背景產(chǎn)生連接，學生可借助外界的協(xié)助及已有的知識經(jīng)驗，在大腦中完成知識構(gòu)建和完善自我認知。多元智能理論涵蓋了人類思維和認知的八種智能，主要包括音樂智能、人際交往智能、語言智能等。在智慧課堂上，教師充分利用多元智能理論，能夠進行教學革新，提高化學課堂的創(chuàng)新性。認知主義學習理論提出要以學生為主體，設(shè)計條理化、整體化的教學內(nèi)容，幫助學生由淺入深地展開學習，優(yōu)化學生的認知結(jié)構(gòu)。在智慧課堂上，學生能夠充分利用現(xiàn)代化的學習資源和工具，通過線上渠道表達自己的想法和意見，徹底擺脫以往生搬硬套的學習方式。

（三）教學目標提供課堂教學宗旨

以往，化學教師通常會提前完成教學設(shè)計，規(guī)定課堂教學評價標準，所有的教學設(shè)計相當于一個“劇本”，教師和學生需要按照“劇本”開展課堂活動。在智慧課堂背景下，教師和學生都可以擺脫傳統(tǒng)教學模式的束縛，真正以課堂教學目標為主。教師可以在實踐教學中適時調(diào)整教學策略，全面加強對學生的觀察，突出學生的主體地位。例如，在講解“氧化還原反應(yīng)”時，教師就可以通過智能化設(shè)備為學生提出思考問題，把握下一步的教學重點，提高教學策略的科學性，做到適時調(diào)整，加快更新。

五、“人工智能+教育”背景下高中化學智慧課堂教學實踐

（一）利用平臺豐富教學資源

基于“人工智能+教育”的背景，高中化學教師可以利用智慧云平臺豐富教學資源，提高化學教學效率。在智慧課堂上，教師可以利用智慧云技術(shù)及IOT技術(shù)，融合實驗視頻、圖片等教學資源，拓寬學生的學科視野。

例如，在教學“氧化還原反應(yīng)”時，教師就可以通過云平臺收集關(guān)于氧化還原反應(yīng)的實驗視頻、教學資料等，從海量的信息資源中選取有利于學生學習的信息。氧化還原反應(yīng)能夠與火箭發(fā)射聯(lián)系起來，教師可以利用智能設(shè)備為學生播放天宮一號發(fā)射升空的視頻，讓學生了解天宮一號目標飛行器在設(shè)計和發(fā)射中的關(guān)鍵技術(shù)。氧化還原反應(yīng)的特點是氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)同時進行。在智能設(shè)備的幫助下，教師可以選取動畫、視頻、實驗資料等教學資源，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體設(shè)備，展現(xiàn)氧化還原反應(yīng)的原理和過程，拓展課堂教學空間。

（二）科學規(guī)劃課堂教學時間

在高中化學智慧課堂上，化學教師需要充分利用課堂時間，做到科學分配。與傳統(tǒng)教學模式不同的是，智慧課堂需要運用智能化設(shè)備，設(shè)備的使用時間也需要規(guī)劃到課堂教學時間中，這樣才能讓整個課堂教學流程有條不紊，保證學生的學習時間。在高中化學智慧課堂上，教師需要將學生完成任務(wù)的時間、自主學習時間、小組合作時間充分整合起來，科學把握課堂實驗操作及實驗成果展示的時間。

以“化學能轉(zhuǎn)化為電能”一課為例，本節(jié)課的教學目標可以分為三層：第一層是基于實驗探究，認識原電池的基本原理，書寫電極反應(yīng)方程式；第二層是親身體驗電池在生活中的應(yīng)用，領(lǐng)悟化學能轉(zhuǎn)化為電能的實用價值，增強環(huán)境保護意識；第三層是在實驗中體會科學探究的樂趣，提高科學探究的能力。在課堂教學時間分配上，教師首先需要運用智能化設(shè)備展開課堂導入，讓學生了解各類電池及電池的內(nèi)部構(gòu)造，預(yù)計用時3 分鐘。在導入結(jié)束后，教師可以通過智能化設(shè)備與學生展開互動交流，共同討論果蔬電池的制作方法，預(yù)計用時5 分鐘。然后，教師可以鼓勵學生展開小組合作，利用耳機、銅片、鋅片、番茄、靈敏電流計等材料制作果蔬電池，預(yù)計用時10 分鐘。在學生實驗結(jié)束后，教師還需要開展實驗評價，用時2分鐘。另外，教師還可以引導學生針對火力發(fā)電的特點，探究化學能轉(zhuǎn)化為電能的方式，再次引導學生展開實驗操作，利用稀硫酸、鋅片、銅片及導線等實驗工具完成對比實驗，觀察實驗現(xiàn)象，探究銅鋅原電池的工作原理，預(yù)計用時10 分鐘，其余時間用于理論知識講解和歸納總結(jié)。

（三）創(chuàng)設(shè)化學智慧教學情境

在智能化設(shè)備的幫助下，教師能夠創(chuàng)設(shè)真實的教學情境，全面提高課堂教學的智慧性和創(chuàng)新性，讓化學教學成為一門藝術(shù)?；瘜W是一門豐富多彩、科技感十足的學科，教師需要抓住化學學科的優(yōu)勢，將知識融入情境中，全面提高課堂教學的生命力。

例如，在教學“水的電離和溶液的pH”時，教師就可以通過智能化設(shè)備為學生呈現(xiàn)肥皂水、醋水、鹽水、堿水等生活中常見的材料，創(chuàng)設(shè)生活化學習情境，通過視頻來測試這些液體的pH 值，展示化學世界的“變色小魔術(shù)”，提高學生的學習興趣，讓學生對酸堿性與pH 值有大體的認知。在本節(jié)課中，水的電離、水的離子積、溶液酸堿性、溶液pH、鹽類水解、電離食鹽水等都是基礎(chǔ)知識，教師需要抓住課堂教學的重點，通過智能化設(shè)備開展導電性實驗，利用線上平臺與學生討論水的電離平衡及相關(guān)的影響因素，指導學生進行自主學習。在課堂教學中，教師可以通過智能化設(shè)備，為學生展示模擬實驗，將模擬實驗與動畫相結(jié)合，使學生深入理解這部分化學知識。

（四）應(yīng)用多元教學評價方式

在“人工智能+教育”背景下，智能化評價能夠擺脫以往教學評價中存在的片面、極端、籠統(tǒng)等問題，對學生進行精準化評價，發(fā)揮教學評價的作用。在智慧課堂模式下，教師可以利用智能化軟件對學生展開綜合測評，統(tǒng)計測評數(shù)據(jù)，繪制統(tǒng)計圖，科學分析學生在學習上存在的短板，從而調(diào)整化學教學策略，充分發(fā)揮教學評價的作用。智慧課堂能夠?qū)⒕€上學習和線下學習結(jié)合，教師可以通過智能化軟件直接統(tǒng)計學生的線上學習效果，整理學生的線上學習時間，利用云平臺對學生展開評價，增強評價的科學性。此外，教師還可以通過智能化設(shè)備構(gòu)建生生評價、學生自主評價等多元化的評價模式，鼓勵學生通過智能化平臺開展合作分享及成果匯報，讓線上評價更加多樣化。

例如，在教學“基本營養(yǎng)物質(zhì)”時，教師就可以利用智能平臺為學生設(shè)計問答題，通過填空題、選擇題、簡答題來測評學生的課堂學習效果，從而生成數(shù)據(jù)分析圖表，展現(xiàn)出學生的知識短板，幫助學生生成個性化錯題本，鼓勵學生對自己的學習效果進行評價。智能化平臺能夠拉近學生與教師之間的距離，全面提高教師評價的針對性和科學性，真正實現(xiàn)因材施教。

結(jié) 語

智慧課堂是一種全新的課堂教學模式，主要應(yīng)用了大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)及人工智能技術(shù)，能夠全面提高課堂教學效率，增強高中化學課堂的生命力和活力。通過實施“人工智能+教育”，落實高中化學智慧課堂，傳統(tǒng)的化學教學模式能夠得到根本改變，教師可以為學生提供豐富的化學教學資源，科學規(guī)劃課堂教學時間，通過真實的教學情境、多元的教學評價方式開展教學活動，加深學生對化學知識的理解。