人工智能賦能初中化學(xué)實驗教學(xué)

【摘要】化學(xué)實驗是探究化學(xué)原理的重要形式，也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識的重要途徑。教師可以將人工智能技術(shù)用于初中化學(xué)實驗教學(xué)，借助豐富的教學(xué)資源、科學(xué)的教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生的實驗探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。文章立足教學(xué)實踐，對初中化學(xué)教師利用人工智能技術(shù)優(yōu)化實驗教學(xué)的策略展開研究，從輔助學(xué)生預(yù)習(xí)、組織實驗活動、布置實驗作業(yè)三個層面給出教學(xué)建議，以期為教師優(yōu)化初中化學(xué)實驗教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】人工智能；初中化學(xué)；實驗教學(xué)

作者簡介：錢海燕（1978—），女，江蘇省鎮(zhèn)江實驗學(xué)校。

在當(dāng)今時代背景下，教師應(yīng)積極嘗試將人工智能技術(shù)運用到課程教學(xué)中，借此優(yōu)化教學(xué)模式、改善教學(xué)方法、提高教學(xué)效率?；瘜W(xué)實驗是初中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。通過具體的實驗活動，學(xué)生可以熟悉化學(xué)實驗探究的一般思路與方法，學(xué)會基于實驗事實得出結(jié)論，了解探究物質(zhì)組成和反應(yīng)規(guī)律的技巧，掌握控制變量和對比實驗等實驗方法，提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)存在交互性不強的問題，導(dǎo)致學(xué)生常在掌握化學(xué)實驗原理與方法時遇到困難。人工智能技術(shù)具有資源豐富、功能強大的特征，將人工智能技術(shù)用于初中化學(xué)實驗教學(xué)，可以改善實驗教學(xué)環(huán)境，優(yōu)化實驗教學(xué)模式［1］。

一、人工智能賦能初中化學(xué)實驗教學(xué)的優(yōu)勢

首先，教師可以利用人工智能技術(shù)創(chuàng)設(shè)生動的教學(xué)情境，將初中化學(xué)實驗活動與現(xiàn)實生活現(xiàn)象巧妙關(guān)聯(lián)，以拉近學(xué)生與教學(xué)內(nèi)容的距離，消除學(xué)生的畏學(xué)情緒，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［2］。

其次，教師可以利用人工智能技術(shù)監(jiān)測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在確定實驗原理、選擇實驗儀器、組裝實驗裝置、設(shè)計實驗步驟、進(jìn)行實驗操作等環(huán)節(jié)存在的問題，并及時給學(xué)生提供有針對性的建議，確保學(xué)生順利完成實驗，從實驗探究活動中獲得能力增長。

最后，教師可以利用人工智能技術(shù)生成思維導(dǎo)圖等學(xué)習(xí)支架，指導(dǎo)學(xué)生在完成實驗后有條理地回顧實驗原理及實驗過程。在圖文并茂的思維導(dǎo)圖等學(xué)習(xí)支架的幫助下，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)化學(xué)知識、實驗方法、實驗原理之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)。

二、人工智能賦能初中化學(xué)實驗教學(xué)的策略

（一）利用人工智能技術(shù)輔助學(xué)生預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容

教師可以利用人工智能技術(shù)制作微課視頻、演示文稿、“實驗任務(wù)單”，指導(dǎo)學(xué)生預(yù)先了解實驗?zāi)康募皩嶒炘恚煜嶒炂鞑暮蛯嶒灢襟E，為后續(xù)在課堂上高效完成化學(xué)實驗奠定基礎(chǔ)［3］。

1.利用人工智能技術(shù)制作微課視頻

教師在應(yīng)用人工智能技術(shù)制作微課視頻時，既需要介紹清楚化學(xué)實驗的原理，又需要演示化學(xué)實驗的基本流程，確保學(xué)生能夠通過微課視頻預(yù)先了解實驗的基本內(nèi)容［4］。

例如，在教授滬教版化學(xué)九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗1 氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”時，教師可以應(yīng)用“奇妙元”等人工智能平臺制作微課視頻。首先，教師需要登錄自己的帳號，然后點擊“視頻制作”版塊，進(jìn)入“數(shù)字人視頻制作”，并“創(chuàng)建項目”，開啟微課視頻制作。其次，教師需要選擇合適的數(shù)字人形象，輸入語音文本，包括氧氣的實驗室制取方法（加熱高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣、分解過氧化氫制氧氣）、氧氣的收集方法（排水法、向上排空氣法）、氧氣的性質(zhì)等，然后“編輯背景”，導(dǎo)入化學(xué)實驗室的照片。最后，教師需要點擊“導(dǎo)出視頻”按鈕，生成微課視頻。如果教師感覺生成的微課視頻理論內(nèi)容過多、實驗流程介紹過于簡單，還可以應(yīng)用“豆包AI助手”獲取與實驗活動、實驗器材有關(guān)的圖片，如鐵架臺、放入高錳酸鉀的試管、酒精燈、長導(dǎo)管、集氣瓶的圖片，然后將這些圖片插入微課視頻，增強微課視頻的真實感。

2.利用人工智能技術(shù)發(fā)布“實驗任務(wù)單”

教師可以在梳理初中化學(xué)實驗課程的教學(xué)重點與難點后，利用人工智能技術(shù)，根據(jù)教學(xué)重點與難點設(shè)計系列學(xué)習(xí)任務(wù)，生成“實驗任務(wù)單”，使學(xué)生預(yù)先了解課堂學(xué)習(xí)要點［5］。

例如，在教授滬教版化學(xué)九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗2 水的組成及變化的探究”時，教師可以應(yīng)用人工智能技術(shù)分析教材內(nèi)容及學(xué)生學(xué)情，確定實驗教學(xué)的起點，明確學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)重難點、學(xué)習(xí)任務(wù)、參考資料，生成如表1所示的“實驗任務(wù)單”，協(xié)助學(xué)生在課前高效預(yù)習(xí)。

（二）利用人工智能技術(shù)組織實驗活動

傳統(tǒng)初中化學(xué)實驗教學(xué)的教學(xué)方法相對單一，容易造成學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)參與度低［6］。教師可以利用人工智能技術(shù)優(yōu)化初中化學(xué)實驗教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生提供更多自主探究的機(jī)會，讓學(xué)生在實踐操作中感悟?qū)嶒炘?、掌握實驗方法、提升綜合能力。

1.創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

在教學(xué)前，教師可以利用人工智能技術(shù)收集、整理與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的趣味現(xiàn)象，然后據(jù)此創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以增強實驗教學(xué)的趣味性，調(diào)動學(xué)生的實驗探究積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如，在教授滬教版化學(xué)九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗3 燃燒條件的探究”時，教師可以利用人工智能技術(shù)收集趣味教學(xué)資料，并由此創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。

【教學(xué)情境之魔棒點燈】

將一根玻璃棒伸向酒精燈頂部，酒精燈的燈芯一下子被點燃。蓋滅酒精燈后，取下酒精燈燈帽，重復(fù)操作，玻璃棒仍然可以點燃酒精燈。

【教學(xué)情境之燒不壞的手帕】

展示一塊浸濕的手帕，輕輕擠掉多余的液體，然后用火柴將其點燃，此時手帕表面覆蓋著火焰。但火焰很快熄滅，而手帕完好無損。

觀察上述現(xiàn)象后，學(xué)生自然會對現(xiàn)象背后的原理感興趣。這時，教師可以依次揭秘：在第一個教學(xué)情境中，玻璃棒的一端蘸著高錳酸鉀和濃硫酸的混合物，高錳酸鉀與濃硫酸反應(yīng)生成高錳酸酐，高錳酸酐具有強氧化性，而酒精具有還原性，高錳酸酐遇到酒精會劇烈反應(yīng)，放出大量熱量，從而點燃酒精燈；在第二個教學(xué)情境中，教師事先用10 mL濃度為70%的酒精浸泡手帕，再用10 mL水浸泡手帕，酒精的沸點相對較低，僅為78℃，而水的沸點是100℃，這意味著手帕被點燃時，酒精比水先揮發(fā)，在手帕燃燒的過程中，大部分水仍然留在手帕上，起到保護(hù)手帕的

作用。

2.設(shè)計系列問題

教師可以在確定實驗教學(xué)核心內(nèi)容后，利用人工智能技術(shù)設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗現(xiàn)象、探究實驗原理。

例如，在教授滬教版化學(xué)九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗4 二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)”時，教師利用人工智能技術(shù)設(shè)計導(dǎo)學(xué)問題。人工智能提供的問題如下：（1）回顧“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”的內(nèi)容，推測制取二氧化碳的實驗流程；（2）混合碳酸鈉與稀鹽酸、碳酸鈣與稀硫酸、塊狀大理石與濃鹽酸以及高溫加熱木炭與氧化銅粉末都可以得到二氧化碳?xì)怏w，請分析為什么人們一般不用這些化學(xué)反應(yīng)制取二氧化碳；（3）分析制取二氧化碳的實驗裝置，嘗試畫出氣體發(fā)生裝置、氣體收集裝置；（4）分析自己可以通過哪些現(xiàn)象確定二氧化碳的性質(zhì)。

其中，問題（1）可以驅(qū)動學(xué)生利用已掌握的實驗知識、經(jīng)驗確定制取二氧化碳的實驗思路。問題（2）可以驅(qū)動學(xué)生對比Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑、CaCO3+H2SO4CaSO4+H2O+

CO2↑、C+2CuO2Cu+CO2↑等化學(xué)方程式的特征，總結(jié)使用稀鹽酸與塊狀大理石制取二氧化碳的優(yōu)勢，確定實驗室制取二氧化碳實驗的原理。問題（3）可以驅(qū)動學(xué)生反思實驗過程，積累實驗操作經(jīng)驗。問題（4）可以驅(qū)動學(xué)生結(jié)合實驗現(xiàn)象、實驗方法進(jìn)行反思，從而扎實掌握二氧化碳的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)。

3.開發(fā)課外探究項目

在學(xué)生完成實驗操作后，教師可以利用人工智能技術(shù)整理與化學(xué)實驗相關(guān)的現(xiàn)實問題，基于現(xiàn)實問題開發(fā)課外探究項目，激勵學(xué)生應(yīng)用實驗知識、技能解決現(xiàn)實問題，借此提高學(xué)生學(xué)以致用的能力［7］。

例如，在教授滬教版化學(xué)九年級上冊教材中的“基礎(chǔ)實驗5 常見金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)”時，教師利用人工智能技術(shù)生成以下課外探究項目：（1）探究防止金屬生銹的方法；（2）了解廢金屬回收處理工藝，調(diào)查再生金屬的用途（3）制作呼吁將金屬廢棄物回收的宣傳海報。

（三）利用人工智能技術(shù)優(yōu)化實驗作業(yè)設(shè)計

人工智能技術(shù)的普及為教師布置多樣化的化學(xué)實驗作業(yè)帶來便利。

1.利用人工智能技術(shù)設(shè)計分層書面作業(yè)

教師可以利用人工智能技術(shù)監(jiān)測學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)，然后根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、活動參與情況、知識與技能掌握情況劃分層次，并給不同層次的學(xué)生設(shè)置難度、數(shù)量不等的書面作業(yè)，以幫助不同層次學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)成果。

例如，在教授滬教版化學(xué)九年級下冊教材中的“基礎(chǔ)實驗6 配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”時，教師基于人工智能技術(shù)收集的教學(xué)數(shù)據(jù)設(shè)計了基礎(chǔ)、提升兩個層次的作業(yè)。其中，基礎(chǔ)作業(yè)可以幫助學(xué)生鞏固知識基礎(chǔ)，牢牢記住計算、稱量、溶解等實驗步驟。提升作業(yè)則可以鍛煉學(xué)生的遷移與應(yīng)用能力，使其在分析、判斷、推理的過程中提升思維品質(zhì)。

【基礎(chǔ)作業(yè)】

配制50 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%的氯化鈉溶液，需要氯化鈉的質(zhì)量為 g，需要水的體積為 mL（水的密度以1 g/mL計）。將氯化鈉倒入燒杯后，將水倒入盛有氯化鈉的燒杯，用玻璃棒攪拌，使氯化鈉完全溶解。用玻璃棒攪拌時，應(yīng)注意 。將配制好的溶液裝入試劑瓶，貼上標(biāo)簽，標(biāo)簽上應(yīng)包括溶液的 、 、 。

【提升作業(yè)】

以下關(guān)于配制100 g溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的氯化鈉溶液的說法中，錯誤的是（ ）。

A.配制溶液的步驟為計算、稱取氯化鈉、量取水、溶解。

B.量取水時，用規(guī)格為100 mL的量筒。

C.如果用量筒量取水時，俯視凹液面的最低處，那么所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)會小于8%。

D.用玻璃棒攪拌是為了加快氯化鈉溶解。

2.利用人工智能技術(shù)設(shè)計實驗操作作業(yè)

教師可以在利用人工智能技術(shù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)問題后，設(shè)計在線實驗作業(yè)，幫助學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)成果。

例如，在教授滬教版化學(xué)九年級下冊教材中的“基礎(chǔ)實驗8 常見酸、堿的化學(xué)性質(zhì)”后，教師可以利用人工智能技術(shù)分析學(xué)生學(xué)情，隨后發(fā)布在線實驗任務(wù)，要求學(xué)生利用在線實驗軟件，選擇稀鹽酸、稀硫酸、稀氫氧化鈉溶液、石灰水、鎂條、鋅粒、銅片、碳酸鈉粉末、石灰石等實驗材料，自主設(shè)計并完成探究酸、堿化學(xué)性質(zhì)的實驗。

結(jié)語

綜上所述，教師可以巧妙利用人工智能賦能初中化學(xué)實驗教學(xué)，以提升學(xué)生的探究興趣，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。初中化學(xué)教師應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到人工智能技術(shù)的教育優(yōu)勢，并將其合理應(yīng)用到預(yù)習(xí)教學(xué)、課堂教學(xué)、作業(yè)布置等工作中，借助豐富的教學(xué)資源優(yōu)化初中實驗教學(xué)，讓學(xué)生在自主探究的過程中掌握實驗原理、方法，養(yǎng)成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，切實提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］劉代平.初中化學(xué)實驗“導(dǎo)學(xué)—自學(xué)—互學(xué)”課堂模式實踐［J］.第二課堂（D），2023（12）：7.

［2］張紅霞.初中化學(xué)實驗趣味化教學(xué)實踐探究［J］.基礎(chǔ)教育論壇，2023（24）：98-100.

［3］陸丹紅.基于微課教學(xué)的初中化學(xué)教學(xué)實踐研究［J］.中學(xué)課程輔導(dǎo)，2023（36）：105-107.

［4］黃海琴.基于新課標(biāo)聚焦初中化學(xué)實驗教學(xué)功能的落地［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2023（35）：48-49.

［5］杜剛剛.借化學(xué)實驗，提升學(xué)生動手“做”的能力：以初中化學(xué)實驗教學(xué)為例［J］.中學(xué)科技，2023（21）：22-23，39.

［6］馬萬龍.淺談初中化學(xué)探究性實驗教學(xué)的有效開展［J］.試題與研究，2023（32）：159-161.

［7］楊生動.“人工智能+教育”背景下初中化學(xué)智慧課堂教學(xué)的實踐研究［J］.教育文匯，2022（1）：46-49.