人工智能技術(shù)與高中化學(xué)教學(xué)有效融合的路徑探究

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8918(2025)24-0122-04

在全球科技迅速發(fā)展的時代背景下，人工智能技術(shù)已經(jīng)滲透于各個領(lǐng)域中，在教育教學(xué)中也得到了充分的利用。高中化學(xué)教師想要提高化學(xué)課堂的教學(xué)水平，就必須認(rèn)真研究人工智能技術(shù)與高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)融合的方式，教師也要強(qiáng)化自身的信息化素養(yǎng)，支持高中化學(xué)課堂的教育改革和發(fā)展，讓學(xué)生可以在化學(xué)課堂當(dāng)中了解更加多元化的化學(xué)資源，產(chǎn)生探究化學(xué)知識的興趣。教師也可以讓學(xué)生利用人工智能技術(shù)展開自學(xué)過程，從而強(qiáng)化學(xué)生的自學(xué)能力，讓學(xué)生可以真正理解高中化學(xué)知識的內(nèi)涵。

一、人工智能技術(shù)的相關(guān)概述

人工智能技術(shù)是研究使用計算機(jī)來模擬人的某些思維過程和智能行為的學(xué)科，它可以使計算機(jī)實現(xiàn)更高層次的應(yīng)用，人工智能技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)與計算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)等學(xué)科充分融合。當(dāng)前各行各業(yè)中通過引入人工智能技術(shù)，已經(jīng)從某種程度上實現(xiàn)了智能化革新的目標(biāo)。人工智能技術(shù)可以作用于一些重復(fù)的工作內(nèi)容，它在教育教學(xué)領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，人工智能技術(shù)成為一種可以輔助教師搜尋資料、展示數(shù)據(jù)信息和進(jìn)行場景模擬的重要工具，有助于提高教師的教學(xué)水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

二、人工智能技術(shù)與高中化學(xué)教學(xué)融合應(yīng)用的價值

（一）能夠滿足教育改革的要求

將人工智能技術(shù)和高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)深度融合，可以滿足教育改革的要求。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展的過程中，已經(jīng)充分融入課堂的不同教學(xué)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式面臨諸多的挑戰(zhàn)，教師不能再沿用老一套的教學(xué)模式。教師通過合理應(yīng)用人工智能技術(shù)，進(jìn)行教學(xué)革新，可以提高課堂的實效性。教師可以在傳輸高中化學(xué)學(xué)科中一些抽象概念和復(fù)雜的反應(yīng)知識時，借助人工智能技術(shù)來滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求，讓學(xué)生能夠在數(shù)字化工具的介人下真正理解相關(guān)知識的內(nèi)涵。教師還可以借助人工智能技術(shù)關(guān)注學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)信息，為每位學(xué)生提供相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容和學(xué)習(xí)資料，讓學(xué)生在自學(xué)過程中解決在學(xué)習(xí)中遇到的問題。合理借助人工智能技術(shù)不僅可以達(dá)到導(dǎo)入多元化資源的目的，還能夠?qū)崿F(xiàn)教育改革的目標(biāo)，可以促進(jìn)學(xué)生的綜合發(fā)展。

(二)能夠增強(qiáng)課堂的互動性

高中化學(xué)教師合理借助人工智能技術(shù)可以增強(qiáng)高中化學(xué)課堂的互動性，傳統(tǒng)的高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)形式相對單一，教師會根據(jù)教材中相關(guān)章節(jié)的主題傳輸理論知識，借助一些占比相對較少的實驗課題，讓學(xué)生了解實驗現(xiàn)象，再布置大量的練習(xí)題目，讓學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識。但這種教育引導(dǎo)方式互動性不強(qiáng)，容易讓學(xué)生產(chǎn)生枯燥乏味感，也容易限制學(xué)生的思維發(fā)散?；瘜W(xué)教師通過借助人工智能技術(shù)，可以構(gòu)建虛擬實驗室，讓學(xué)生開展更多的實驗探究活動。學(xué)生可以在相關(guān)活動當(dāng)中進(jìn)行知識的自主探究，從而提高學(xué)習(xí)能力。教師還可以借助人工智能技術(shù)構(gòu)建互動課堂，讓學(xué)生就相關(guān)化學(xué)命題進(jìn)行交流，表達(dá)個人的觀點和看法。教師還可以讓學(xué)生在智能化學(xué)習(xí)平臺中進(jìn)行項目探究活動，讓學(xué)生可以發(fā)展自身的終身學(xué)習(xí)意識和能力。在學(xué)生進(jìn)行有效的互動交流的基礎(chǔ)之上，高中化學(xué)教師也可以發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，達(dá)到提升化學(xué)學(xué)科教學(xué)水平的目的。

(三)可以減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)

高中化學(xué)教師通過合理使用人工智能技術(shù)，還能減輕自身的教學(xué)負(fù)擔(dān)。無論是在設(shè)置課堂教學(xué)方案，還是搜集相應(yīng)的教學(xué)資料，抑或是為學(xué)生補(bǔ)充學(xué)習(xí)資料等環(huán)節(jié)中，教師都可借助人工智能技術(shù)，省去復(fù)雜多余的工作環(huán)節(jié)。教師可以借助人工智能技術(shù)合理篩選數(shù)據(jù)信息，以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在課堂上，教師也可以借助人工智能技術(shù)所呈現(xiàn)的生動信息內(nèi)容，幫助學(xué)生理解知識要點。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，借助人工智能技術(shù)構(gòu)建智慧課堂，可以方便師生就某個話題進(jìn)行延伸，引導(dǎo)學(xué)生展開互動交流過程。同時教師還可以借助人工智能技術(shù)學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)理念和教育知識，構(gòu)建生動的化學(xué)課堂，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)個人教育能力的發(fā)展。另外，化學(xué)教師還可以借助人工智能技術(shù)實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)情信息的監(jiān)測，從而根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況合理調(diào)整教學(xué)方向，提高教學(xué)的針對性。這也避免了教師過去花費大量的時間、精力在考查學(xué)生的學(xué)情信息上，教師可以借助先進(jìn)技術(shù)手段來達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、人工智能技術(shù)與高中化學(xué)教學(xué)的融合策略

高中化學(xué)知識的抽象性和復(fù)雜性較強(qiáng)，傳統(tǒng)的“一刀切”教學(xué)模式容易影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)水平。教師可以借助人工智能技術(shù)為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)資料，同時人工智能技術(shù)也可以讓教師精準(zhǔn)化課堂設(shè)計，實時監(jiān)測學(xué)生的學(xué)情信息，繼而合理調(diào)整教學(xué)模式，來滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求。在有效利用人工智能技術(shù)的前提之下，教師還可構(gòu)建虛擬實驗平臺，讓學(xué)生可以在平臺中展開實驗操作，積累實驗經(jīng)驗。

（一)利用人工智能技術(shù)精準(zhǔn)化教學(xué)設(shè)計

高中化學(xué)教師可以借助人工智能技術(shù)精準(zhǔn)化教學(xué)設(shè)計，精準(zhǔn)化教學(xué)是新時代教育改革的追求。傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計形式相對單一化，教學(xué)設(shè)計也存在很多細(xì)節(jié)方面的問題，經(jīng)常失去針對性和科學(xué)性。而且很多設(shè)計內(nèi)容都依靠教師的經(jīng)驗和主觀認(rèn)知，所以不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。而借助人工智能技術(shù)則可精準(zhǔn)化課堂設(shè)計，教師可以利用人工智能技術(shù)對學(xué)生的學(xué)情展開分析，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識盲點或者學(xué)生的歷史學(xué)習(xí)信息，包括學(xué)生在不同階段課程學(xué)習(xí)中的習(xí)題得分情況等。人工智能技術(shù)可以為教師生成學(xué)生的個體化學(xué)情報告，可以自動分析出相關(guān)課程的教學(xué)重點以及學(xué)生在學(xué)習(xí)中的薄弱項，從而省去教師在設(shè)定教學(xué)方案時很多多余的工作環(huán)節(jié)，因而可以減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，進(jìn)而方便教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方向，有效提升教學(xué)的針對性。比如，在教學(xué)“氧化還原反應(yīng)”這一課程的過程當(dāng)中，教師就可借助人工智能技術(shù)來精準(zhǔn)化課程設(shè)計內(nèi)容，提高學(xué)生對該課知識的理解程度。在該課教學(xué)中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生基于宏觀視角（化合價）、微觀視角（電子轉(zhuǎn)移)來認(rèn)識氧化還原反應(yīng)，讓學(xué)生知道氧化還原反應(yīng)的特征（化合價的變化）和本質(zhì)（電子轉(zhuǎn)移）。相關(guān)課程的抽象性較強(qiáng)，且是非常重要的學(xué)習(xí)板塊。針對基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生，教師可以側(cè)重于基本概念教學(xué)，諸如借助人工智能技術(shù)導(dǎo)入數(shù)字化資源，讓學(xué)生能夠理解在化合價升降視角下氧化還原反應(yīng)的發(fā)生情況。針對理解能力相對較強(qiáng)的學(xué)生，教師可以讓學(xué)生在解析基本知識的基礎(chǔ)之上探究更加深層次的問題，諸如在人工智能輔助下讓學(xué)生從宏觀、微觀等多角度理解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，分析其中電子的得失情況。而人工智能則作為教師構(gòu)建生動課堂和設(shè)置多樣化教學(xué)目標(biāo)的重要工具，是課堂教學(xué)中非常重要的教育引導(dǎo)工具。教師可以借助人工智能技術(shù)構(gòu)建智能課件，幫助不同層次的學(xué)生學(xué)習(xí)知識，完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，繼而提高學(xué)習(xí)水平。在人工智能的輔助之下，教師的課堂活動設(shè)計、資源內(nèi)容導(dǎo)入以及作業(yè)布置等都能更具精確性，可以幫助每個層次的學(xué)生高效地探究化學(xué)知識，進(jìn)而理解氧化還原反應(yīng)該課程知識的要點。

(二)借助虛擬實驗平臺展開實驗教學(xué)

構(gòu)建虛擬實驗室能夠使學(xué)生有更多的機(jī)會進(jìn)行實驗操作，進(jìn)而理解實驗板塊知識的內(nèi)涵。虛擬實驗室需要借助人工智能、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)來模擬實驗場景，讓學(xué)生可以在虛擬環(huán)境當(dāng)中操作實驗器材，進(jìn)行實驗探究。學(xué)生可以在虛擬實驗空間中與他人展開合作，了解相關(guān)實驗工具的使用方法，獲知實驗流程推進(jìn)的注意事項，同時學(xué)生也可以在觀察實驗現(xiàn)象的過程中理解相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，提高學(xué)習(xí)效率。比如，在教學(xué)“電解水實驗”這一實驗課的過程中，教師就可以借助人工智能技術(shù)支持下構(gòu)建的虛擬平臺，來讓學(xué)生展開實驗操作過程。學(xué)生可以詳細(xì)觀察氣體的溢出過程，模擬在不同電壓下的實驗變化。在虛擬實驗環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以感受實驗探究的魅力，同時由于是在虛擬場景中進(jìn)行實驗操作，也不會存在安全方面的問題，不會產(chǎn)生諸如有毒氣體、高溫高壓條件下的危險隱患。借助虛擬實驗平臺還能幫助學(xué)生深化學(xué)習(xí)印象，避免學(xué)生一味研究理論知識或背誦實驗課題中的知識點而影響學(xué)習(xí)興趣。又比如，在“氨的性質(zhì)”相關(guān)實驗課題教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生在虛擬平臺中進(jìn)行氨氣的制取，學(xué)生可以設(shè)置明確的實驗方案，進(jìn)行實驗猜想，再在虛擬實驗平臺中展開實驗操作，觀察實驗現(xiàn)象，完成實驗總結(jié)過程。相關(guān)活動可以提高學(xué)習(xí)的趣味性和直觀性，可以讓學(xué)生更好地展開實驗探究過程，繼而強(qiáng)化自身的實踐能力。虛擬實驗平臺不僅僅是傳統(tǒng)實驗課題的數(shù)字化延伸渠道，也是一種自主學(xué)習(xí)的良好方式，學(xué)生可以在虛擬實驗室中觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗結(jié)論。人工智能系統(tǒng)還可生成相應(yīng)的報告，幫助學(xué)生快速匯總學(xué)習(xí)成果。教師也可以根據(jù)這些報告內(nèi)容了解學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況，進(jìn)而方便教師引導(dǎo)學(xué)生調(diào)整實驗?zāi)Ｊ?，總結(jié)實驗過程中的相關(guān)注意事項，讓學(xué)生能夠提高對實驗課題知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果。當(dāng)前虛擬實驗空間的應(yīng)用仍舊處于初級階段，未來在人工智能技術(shù)不斷發(fā)展、相關(guān)應(yīng)用軟件不斷革新的過程中，虛擬實驗平臺可以發(fā)揮更大的作用，可以成為高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)的重要輔助工具，讓學(xué)生能夠更好地展開自學(xué)過程，繼而提高對相關(guān)知識內(nèi)涵的掌握程度。

(三)借助智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行個性化教學(xué)

在傳統(tǒng)的高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)中，教師的教育引導(dǎo)形式相對統(tǒng)一，通常對所有的學(xué)生都采取“一刀切”的教育引導(dǎo)模式，這種教育方法很難尊重學(xué)生的個性差異，滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，也可能會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效率下降，或者喪失學(xué)習(xí)興趣。而在人工智能技術(shù)的影響之下，教師可以借助智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)方案，相關(guān)系統(tǒng)還可收集學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，制訂個性化的學(xué)習(xí)策略，學(xué)生可以在人工智能技術(shù)的導(dǎo)向下展開精準(zhǔn)化的學(xué)習(xí)過程。相關(guān)智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以有效分析學(xué)生的課堂表現(xiàn)、知識掌握情況，為學(xué)生規(guī)劃學(xué)習(xí)路線。在人工智能技術(shù)的引導(dǎo)下，學(xué)生可以高效地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)過程，了解化學(xué)反應(yīng)原理，理解化學(xué)計算內(nèi)容。相關(guān)系統(tǒng)還可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)薄弱項，提供針對性的數(shù)據(jù)資料，讓學(xué)生進(jìn)行知識鞏固。在學(xué)生針對學(xué)習(xí)薄弱項進(jìn)行自學(xué)之后，系統(tǒng)還可繼續(xù)展開測試，判斷學(xué)生是否真正理解了相關(guān)知識的內(nèi)涵。系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度提供視頻講解資源，利用步驟分解題和練習(xí)題等滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求。教師可以鼓勵學(xué)生合理借助人工智能技術(shù)進(jìn)行自學(xué)過程，讓學(xué)生能夠突破學(xué)習(xí)中的困境，提高學(xué)習(xí)的效率。比如，教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)元素周期律中的相關(guān)計算知識時，就可利用人工智能助手讓學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。教師在講解基礎(chǔ)知識之后，可以提供一些練習(xí)題，智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以收集學(xué)生在練習(xí)環(huán)節(jié)當(dāng)中的表現(xiàn)，從而給學(xué)生提供后續(xù)的個性化學(xué)習(xí)方案，讓學(xué)生可以針對學(xué)習(xí)薄弱項展開計算，進(jìn)而真正掌握元素周期律的相關(guān)知識內(nèi)容，高效地完成計算過程。又比如，在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)了“氧化還原反應(yīng)”的相關(guān)知識后，教師可以讓學(xué)生利用智能學(xué)習(xí)軟件，檢測自身的答題情況，系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的錯誤率來了解學(xué)生的知識盲區(qū)，繼而生成個性化的學(xué)習(xí)報告，并提供后續(xù)的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生能夠在智能診斷的基礎(chǔ)之上展開針對性的學(xué)習(xí)過程，有效強(qiáng)化個人對相關(guān)知識的堂掘程度

(四)利用人工智能技術(shù)進(jìn)行課堂的動態(tài)化管理

數(shù)據(jù)分析技術(shù)能夠借助多種渠道，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析，進(jìn)而了解學(xué)生的課堂答題參與度情況、作業(yè)完成情況、實驗操作情況等數(shù)據(jù)信息，而這些數(shù)據(jù)信息可以作為教師了解學(xué)情信息和調(diào)整教學(xué)方案的重要依據(jù)。教師可以基于人工智能技術(shù)，收集這些信息內(nèi)容，繼而對該種化學(xué)課堂展開動態(tài)化的管理。教師可以在化學(xué)實驗課堂當(dāng)中構(gòu)建智能系統(tǒng)，讓學(xué)生在虛擬實驗平臺中展開實踐操作，平臺可以記錄學(xué)生的實驗操作情況，包括實驗的整體耗時、不同環(huán)節(jié)的步驟操作情況等。系統(tǒng)可以通過對數(shù)據(jù)信息的智能化分析，獲知學(xué)生在實驗課題中的個性化表現(xiàn)和存在的問題。系統(tǒng)可以為學(xué)生糾錯，提供個性化的指導(dǎo)方案，教師也可根據(jù)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信息記錄中的內(nèi)容了解學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，獲知班級學(xué)生整體的學(xué)習(xí)進(jìn)度。這些內(nèi)容也能夠方便教師調(diào)整教學(xué)方向，提高教學(xué)的實效性。以人工智能技術(shù)為支撐的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)還能夠提高智能課堂的互動性，教師可以借助智能教學(xué)系統(tǒng)設(shè)置實時答題競賽或引導(dǎo)學(xué)生展開分組交流活動，讓學(xué)生可以在學(xué)習(xí)化學(xué)知識時進(jìn)行互動交流。教師可以利用智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)的捕捉功能，了解學(xué)生在課堂上的專注力情況，教師也可及時進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，把控教學(xué)節(jié)奏，為學(xué)生提供趣味化資源和個性化學(xué)習(xí)方案，來達(dá)到活躍課堂氛圍和合理調(diào)整教學(xué)節(jié)奏的目的，使學(xué)生更加專注于課堂的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，有效強(qiáng)化學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。比如，在高中化學(xué)“金屬材料”相關(guān)知識的教學(xué)中，教師就可在人工智能技術(shù)的支持下，利用智能系統(tǒng)展開線上教學(xué)。在該課教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活中的常見合金，分析其優(yōu)良性能等知識，了解合金的概念，聯(lián)系純金屬與合金的微觀結(jié)構(gòu)，解釋這二者的性能差異。教師也要讓學(xué)生以鐵合金、鋁合金為例，從元素組成上對合金進(jìn)行分類，讓學(xué)生借助實驗探究活動，了解鋁和氧化鋁的性質(zhì)及轉(zhuǎn)換，認(rèn)識兩性氧化物，繼而達(dá)到豐富對金屬多樣性認(rèn)識的目的。教師可以在線上傳輸這些要點知識內(nèi)容，讓學(xué)生可以在數(shù)字化資源的支持下理解知識要點。然后教師再在線上提供系列測試題目，讓學(xué)生自查答題結(jié)果。教師也可利用在線平臺觀察班級學(xué)生整體的學(xué)習(xí)情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時也能及時把控教學(xué)節(jié)奏，對課堂進(jìn)行動態(tài)化管理。例如，當(dāng)學(xué)生存在對某些抽象知識理解不全面的情況，教師可以及時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，提供針對性的數(shù)據(jù)資料，讓學(xué)生可以在吃透知識點后繼續(xù)展開后續(xù)的知識探究活動。教師可以借助數(shù)據(jù)分析技術(shù)對課堂進(jìn)行動態(tài)化的管理，讓學(xué)生可以更加專注于對高中化學(xué)知識的研究過程中，進(jìn)而提高個人的學(xué)習(xí)水平。

四、結(jié)論

綜上所述，借助人工智能技術(shù)展開高中化學(xué)學(xué)科的教學(xué)工作，可以滿足教育改革的要求，可以增強(qiáng)課堂的互動性，能夠減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)。教師需要借助人工智能技術(shù)精準(zhǔn)化課堂設(shè)計，教師也可借助人工智能技術(shù)支持下的虛擬實驗平臺，讓學(xué)生進(jìn)行實驗操作，進(jìn)而提高學(xué)生的動手操作能力。教師還可以利用智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)方案，讓學(xué)生可以提高自身的自主學(xué)習(xí)能力。教師還可以利用人工智能技術(shù)進(jìn)行課堂的動態(tài)化管理，從而及時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高教學(xué)的效率。

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