技術(shù)支持下的化學(xué)有效教學(xué)初探

陳華

摘要：以高三化學(xué)“純堿工業(yè)”的復(fù)習(xí)課為例，利用人工智能和現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)助力現(xiàn)代化學(xué)課堂，解決教學(xué)難點(diǎn)，轉(zhuǎn)型

教學(xué)方式，提升課堂效益，從而培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：人工智能;純堿工業(yè);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）;虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）;5G

文章編號(hào)：1008-0546（2022）05-0029-06中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.006

利用人工智能技術(shù)助力現(xiàn)代化學(xué)課堂，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，也是培養(yǎng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的需要。在教育技術(shù)不斷發(fā)展的今天，讓技術(shù)賦能學(xué)科教學(xué)，轉(zhuǎn)型教學(xué)方式，解決教學(xué)難點(diǎn)，提升課堂效益，需要我們積極做出嘗試。

一、教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.教學(xué)主題內(nèi)容

純堿具有廣泛的用途，是重要的化工原料之一。上海高三拓展型課程教材第五單元第三節(jié)化工生產(chǎn)章節(jié)里有純堿工業(yè)的相關(guān)內(nèi)容。在《上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗(yàn)本）》中，對(duì)純堿工業(yè)的學(xué)習(xí)水平定為C級(jí)，即運(yùn)用水平。對(duì)純堿工業(yè)的具體要求細(xì)分為歸納氨堿法和侯氏制堿法的原理，了解簡(jiǎn)單流程，并對(duì)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。筆者開(kāi)設(shè)的本節(jié)課，是一節(jié)解決學(xué)生問(wèn)題的復(fù)習(xí)課。

2.教學(xué)現(xiàn)狀分析

化工生產(chǎn)專(zhuān)題是多年來(lái)教與學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)于老師來(lái)說(shuō)，整個(gè)生產(chǎn)原理和生產(chǎn)流程主要是從教材和教參上來(lái)理解，但是對(duì)實(shí)際的化工生產(chǎn)中具體的操作工藝不是很清楚。而對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，化工生產(chǎn)知識(shí)涉及的面較廣，如化學(xué)反應(yīng)原理、原料選擇、能源消耗、設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝流程、環(huán)境保護(hù)以及綜合經(jīng)濟(jì)效益等，綜合性大，能力要求高。因?yàn)闆](méi)有實(shí)地參觀化工廠的經(jīng)歷，因而感覺(jué)書(shū)本的知識(shí)較死板，更多的時(shí)候是被動(dòng)地接受所有的高考知識(shí)點(diǎn)，提不起學(xué)生學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)的興趣。對(duì)于“純堿工業(yè)”這一主題，生產(chǎn)流程相對(duì)比較復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)在于無(wú)法建構(gòu)起整個(gè)生產(chǎn)工藝，對(duì)于索氏和侯氏兩條生產(chǎn)線的異同比較從抽象理論去理解比較困難。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)，很多老師致力于通過(guò)模擬工業(yè)制純堿的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，來(lái)彌補(bǔ)中學(xué)教材中無(wú)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的缺陷。例如：陸麗潔等設(shè)計(jì)了三個(gè)模擬工業(yè)制備純堿和一個(gè)模擬聯(lián)合制堿法母液處理的實(shí)驗(yàn)方案，旨在為純堿工業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供可選擇的參考素材和方法[1]。張志明應(yīng)用化學(xué)平衡移動(dòng)原理、溶解度差異等，通過(guò)控制化學(xué)反應(yīng)條件，模擬優(yōu)化了聯(lián)合制堿法制備純堿的實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)兩種工業(yè)制純堿方法原理的認(rèn)識(shí)[2]。此外，其他老師也提出了相似的教學(xué)設(shè)計(jì)。這些教學(xué)設(shè)計(jì)還是以傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為主。

二、教學(xué)思想與創(chuàng)新點(diǎn)

在教育技術(shù)不斷發(fā)展的今天，讓技術(shù)賦能化學(xué)教學(xué)，轉(zhuǎn)型教學(xué)方式，解決教學(xué)難點(diǎn)，提升課堂效益，需要我們積極做出嘗試。

課前通過(guò)智學(xué)網(wǎng)的檢測(cè)，診斷出學(xué)生問(wèn)題來(lái)開(kāi)展教學(xué)。通過(guò)自行設(shè)計(jì)的成本核算小程序，從數(shù)據(jù)幫助學(xué)生理解化學(xué)原理和生產(chǎn)工藝有區(qū)別?；赩R技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生沉浸式體驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)高、可視范圍有限的實(shí)驗(yàn)，深刻理解NH3和CO2的通入順序，加深對(duì)工業(yè)制純堿原理的理解，體會(huì)“宏觀辨識(shí)和微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)。通過(guò)5G實(shí)景課堂突破時(shí)空限制，與專(zhuān)家面對(duì)面交流，體驗(yàn)化學(xué)原理和化工生產(chǎn)有聯(lián)系也有區(qū)別，解決老師和學(xué)生的困惑。再通過(guò)智學(xué)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的反饋，檢測(cè)本堂課的學(xué)習(xí)效果。布置基于AR技術(shù)的學(xué)習(xí)資料包，供學(xué)生課后復(fù)習(xí)，實(shí)現(xiàn)線上和線下混合式學(xué)習(xí)。

三、教學(xué)目標(biāo)

從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)現(xiàn)狀分析，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)為：

（1）通過(guò)成本核算的計(jì)算機(jī)算法和演算，理解索氏和侯氏生產(chǎn)工藝的異同點(diǎn)。

（2）通過(guò)理論計(jì)算和VR實(shí)驗(yàn)，理解NH3和CO2的通入順序，體會(huì)“宏觀辨識(shí)和微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

（3）通過(guò)5G實(shí)景連線，搭建化學(xué)理論和化工生產(chǎn)的橋梁，體會(huì)理論和實(shí)際既有聯(lián)系也有區(qū)別。

（4）形成化工生產(chǎn)全局觀：根據(jù)國(guó)情和市場(chǎng)需求進(jìn)行調(diào)控，才能達(dá)到利潤(rùn)最大化。

（5）通過(guò)AR軟件，實(shí)現(xiàn)線上和線下混合式學(xué)習(xí)。

四、教學(xué)流程

五、教程實(shí)錄

1.問(wèn)題診斷

【教師】課前，通過(guò)智學(xué)網(wǎng)的作業(yè)檢測(cè)，診斷出同學(xué)們對(duì)純堿工業(yè)生產(chǎn)原理的理解上還有些欠缺。總共布置的5道題目，只有少數(shù)題目的正確率超過(guò)了一半（見(jiàn)圖2）。例如：第二題，對(duì)于氨氣和二氧化碳的通入順序，正確率為100%，但是對(duì)于其理由的闡述卻不是很到位，正確率只有37.5%，說(shuō)明大部分同學(xué)們沒(méi)有真正理解其原理。其實(shí)化工生產(chǎn)專(zhuān)題多年來(lái)就是教與學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)。所以今天這節(jié)課，我們借助技術(shù)嘗試來(lái)突破這些難點(diǎn)，幫助大家更好理解這一工業(yè)。

2.問(wèn)題突破

【問(wèn)題一】為什么索氏和侯氏制堿法在制堿原理

上是相同的，但是在生產(chǎn)工藝上是不同的？

【教師講解】索氏和侯氏制堿法的相同點(diǎn)在于制

堿方程式相同，都用 NaCl、NH3、CO2的反應(yīng)來(lái)制備純堿，NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl

2NaHCO3 △ Na2CO3+CO2↑+H2O

工藝的改進(jìn)就是為了盈利，接下來(lái)我們從原料成本上再來(lái)重新認(rèn)識(shí)這個(gè)反應(yīng)?，F(xiàn)在我要得到1mol Na2CO3產(chǎn)品，根據(jù)制堿原理分別需要多少原料？

【學(xué)生回答】2 mol NaCl、2 mol NH3、2 mol CO2

【教師計(jì)算】我用計(jì)算機(jī)算法來(lái)快速模擬計(jì)算一下這個(gè)反應(yīng)的盈虧值（見(jiàn)圖3）。

【教師自答】通過(guò)計(jì)算結(jié)果，我們看到它是虧錢(qián)的。因此實(shí)際的工藝流程中還需要想方設(shè)法采取其他措施來(lái)讓它轉(zhuǎn)虧為盈。

【教師提問(wèn)】索爾維采取哪些措施讓它轉(zhuǎn)虧為盈？展示各種原料的價(jià)格表[3]（見(jiàn)表1）。

【學(xué)生回答】（學(xué)生回憶索爾維制堿法的流程，結(jié)合原料價(jià)格表，通過(guò)小組討論梳理盈利措施。）NH3的 成本價(jià)是最高的，因此索爾維想到要循環(huán)使用NH3來(lái)降低成本。碳酸氫鈉受熱分解也會(huì)產(chǎn)生CO2，因此也可以循環(huán)使用，來(lái)降低原料成本。

【教師追問(wèn)】循環(huán)的NH3哪里來(lái)？ NH4Cl如何變成 NH3？加什么堿，成本最低？ Ca（OH）2哪里來(lái)？因此索爾維制堿法的原料是什么？

【學(xué)生回答】通過(guò)溶液中的 NH4Cl 轉(zhuǎn)變而來(lái)。加堿，加 Ca（OH）2，成本最低。石灰石煅燒。因此索爾維制堿法的原料是NaCl和CaCO3。

【教師提問(wèn)】所以，索爾維制堿法的原料為碳酸鈣和氯化鈉。要得到1 mol Na2CO3，從元素守恒的角度來(lái)說(shuō)，分別需要多少原料？

【學(xué)生回答】2 mol NaCl、1 mol CaCO3

【教師提問(wèn)】侯氏制堿法是如何改進(jìn)工藝來(lái)盈利的呢？請(qǐng)進(jìn)行小組討論。

【學(xué)生回答】當(dāng)時(shí)特定的歷史背景，堿廠內(nèi)遷，導(dǎo)致 NaCl 的價(jià)格上升。碳酸氫鈉受熱分解也會(huì)產(chǎn)生 CO2，所以循環(huán)使用NaCl 和CO2，來(lái)降低原料成本。當(dāng)時(shí)我國(guó)對(duì)化肥的需求量激增，所以侯德榜將溶液中的 NH4Cl轉(zhuǎn)變?yōu)榛十a(chǎn)品售出，來(lái)增加盈利。

【教師提問(wèn)】根據(jù)方程式，侯氏制堿法得到1 mol Na2CO3產(chǎn)品的同時(shí)，同時(shí)還能得到多少mol的NH4Cl產(chǎn)品？

【學(xué)生回答】2 mol NH4Cl

【教師提問(wèn)】同樣根據(jù)元素守恒，分別需要原料多少mol？

【學(xué)生回答】2 mol NaCl、2mol NH3、1 mol CO2

【教師講解】請(qǐng)同學(xué)們?cè)赑AD上快速計(jì)算一下改進(jìn)后的兩種工藝盈虧值。

【學(xué)生操作】見(jiàn)圖4

【教師補(bǔ)充】改進(jìn)工藝后，工廠都賺錢(qián)了。索氏和侯氏制堿法工藝不同，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的國(guó)情所決定的。當(dāng)然實(shí)際的化工生產(chǎn)中，我們不單單要考慮經(jīng)濟(jì)成本，其實(shí)還要考慮環(huán)境成本和設(shè)備成本等因素，這也是我們現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的方向。

每種工藝也都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)時(shí)的國(guó)情和市場(chǎng)需求來(lái)進(jìn)行調(diào)控，才能達(dá)到利潤(rùn)最大化。例如：我們作業(yè)中的N.A法就是根據(jù)市場(chǎng)需求兩條生產(chǎn)線的聯(lián)合使用。

【學(xué)生訂正】根據(jù)我的講解，對(duì)作業(yè)中的第四題，我們一起來(lái)進(jìn)行訂正。

【問(wèn)題二】為什么先通NH3，再通CO2，能得到大量的NaHCO3固體？

【教師提問(wèn)1】為什么要生成NaHCO3，不直接生成產(chǎn)品Na2CO3呢？

【學(xué)生回答】相同條件下，NaHCO3是所有物質(zhì)中溶解度最小的，最容易析出。

【教師提問(wèn)2】怎樣得到大量的NaHCO3固體呢？

【學(xué)生回答】提高溶液中Na+和HCO-3的濃度，使溶解平衡朝結(jié)晶方向移動(dòng)。

【教師提問(wèn)3】怎樣得到較高濃度的Na+和HCO-3？

【學(xué)生回答】水溶液中加NaCl 固體至飽和，就能得到高濃度的Na+。盡可能讓CO2溶解于溶液中，才能得到高濃度的HCO-3。

【教師提問(wèn)4】怎樣的溶液環(huán)境可以溶解盡可能多的CO2？

【學(xué)生回答】堿性環(huán)境

【教師講解】所以我們通常是讓CO2和NH3先生成 NH4HCO3的方式來(lái)增加 HCO-3的濃度，那就意味著我們還需要通入 NH3作為原料。那么先通 NH3還是先通 CO2，本質(zhì)區(qū)別在于可能會(huì)影響生成的NH4HCO3的 量。展示CO2和NH3在水中溶解性信息（見(jiàn)表2）。

【教師計(jì)算】根據(jù)溶解度信息，我們來(lái)進(jìn)行一個(gè)粗略計(jì)算。假設(shè)用10 mL水來(lái)溶解NaCl 固體到飽和，先通NH3，大約可以溶解7000 mL 的NH3，假設(shè)是標(biāo)準(zhǔn)狀況下，可以溶解0.3125 mol 的 NH3，再通 CO2，能得到 NH4HCO3為24.688 g。如果先通 CO2，只能溶解10 mL CO2，最終得到NH4HCO3為0.035 g。

【教師提問(wèn)】這是我們粗略的計(jì)算，通過(guò)什么方法可以來(lái)驗(yàn)證？

【學(xué)生回答】實(shí)驗(yàn)

【教師說(shuō)明】考慮到實(shí)驗(yàn)用量、經(jīng)濟(jì)環(huán)保和現(xiàn)象明顯等原則，我們最終以計(jì)算值的五分之一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證到底哪種方式可以得到大量的碳酸氫鈉固體？因?yàn)樘妓釟滗@有強(qiáng)烈的刺激性氣味，不便于在我們今天的教室里實(shí)驗(yàn)演示。請(qǐng)同學(xué)們戴上VR 眼鏡，讓我們從六樓穿越到十二樓的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，由在實(shí)驗(yàn)室的朱老師為我們完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖5）。

【教師實(shí)驗(yàn)】

1號(hào)試管：含有10 mL水的飽和食鹽水加4.938 g 碳酸氫銨固體

2號(hào)試管：含有10 mL水的飽和食鹽水加0.007 g 碳酸氫銨固體。

3號(hào)試管：10 mL水加4.938 g碳酸氫銨固體

【教師提問(wèn)】通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你能得到什么結(jié)論？

【學(xué)生回答】1號(hào)和2號(hào)試管對(duì)比得知，只有先通 NH3，再通 CO2，才能得到大量的 NH4HCO3固體。1號(hào)和 3號(hào)試管對(duì)比得知，1號(hào)試管產(chǎn)生的大量白色固體晶型和3號(hào)試管不同，證明1號(hào)試管里產(chǎn)生的白色固體不是過(guò)飽和的NH4HCO3。

【問(wèn)題三】實(shí)際的純堿生產(chǎn)中，具體操作工藝是如何的呢？

【教師講解】同學(xué)們也有很多問(wèn)題想問(wèn)，讓我們運(yùn)用5G技術(shù)來(lái)連線中鹽昆山有限公司的工程師，請(qǐng)他來(lái)為我們解答。（圖6）

【工程師回答】（簡(jiǎn)要介紹其工廠聯(lián)合制堿法的原理，帶著學(xué)生一起觀看工廠各步驟需要的設(shè)備。）

在我的右手邊這個(gè)是我們的聯(lián)堿裝置主反應(yīng)器碳化塔，它主要作用就是用通入的二氧化碳?xì)怏w跟氨母液II（吸氨后的鹽水）反應(yīng)產(chǎn)生碳酸氫鈉結(jié)晶，最后再固液分離去煅燒制出合格的純堿。

這邊是母Ⅰ吸氨器，母Ⅰ吸氨器是我們Ⅰ過(guò)程帶濾機(jī)固液分離之后的母液Ⅰ ，經(jīng)過(guò)母Ⅰ泵送上來(lái)之后，吸收氨氣制成合格的氨母液I，送入II過(guò)程制造合格的氯化銨。

這邊細(xì)條就是我們的原料鹽的皮帶，經(jīng)過(guò)皮帶輸送到我們的鹽析結(jié)晶器，經(jīng)過(guò)同離子效應(yīng)析出氯化銨稠厚液，送入冷析結(jié)晶器和氨母液Ⅰ一起通過(guò)降溫結(jié)晶析出氯化銨，送入我們的離心機(jī)。我們的離心機(jī)下來(lái)的氯化銨經(jīng)過(guò)這根皮帶一部分到干銨車(chē)間，一部分直接到包裝，那邊一條是干銨車(chē)間出來(lái)的成品經(jīng)過(guò)皮帶輸送到干銨包裝機(jī)。

這邊是我們的母Ⅱ（Ⅱ過(guò)程產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)冷析和鹽析處理的母液）吸氨器，它主要是母Ⅱ泵打上來(lái)的母液Ⅱ，在我們的吸氨器里邊吸氨，提高我們母液Ⅱ中的游離氨來(lái)變成我們制堿需要的氨母液Ⅱ。

【學(xué)生提問(wèn)】如今化工廠是否也與時(shí)俱進(jìn)，能夠“無(wú)人運(yùn)作”？當(dāng)今化工廠工人的主要工作是什么？

【工程師回答】介紹了一些其工廠先進(jìn)的技術(shù)。但是純堿工業(yè)仍舊是基礎(chǔ)工業(yè)，包含很多步驟，比如過(guò)濾、結(jié)晶等，都需要通過(guò)巡檢來(lái)現(xiàn)場(chǎng)處理。但是相信隨著技術(shù)的發(fā)展，這方面會(huì)越來(lái)越改觀。

【教師總結(jié)】謝謝工程師的精彩講解。在總的發(fā)展過(guò)程中，純堿工業(yè)的基本原理是沒(méi)有改變的，但是工藝在不斷優(yōu)化，裝備在不斷升級(jí)。

3.教學(xué)反饋

【教師講解】現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們登陸自己智學(xué)網(wǎng)的賬號(hào)，完成我剛發(fā)布的題目，檢測(cè)一下今天的學(xué)習(xí)效果。

【學(xué)生作答】利用 PAD 登錄賬號(hào)，作答。課的最后當(dāng)堂反饋（見(jiàn)圖7）?？梢?jiàn)比圖1 的正確率有很大提高。

4.視野拓展

【教師講解】今天雖然我們沒(méi)辦法實(shí)地去化工廠考察，但是利用AR技術(shù)，我們可以在PAD上觀看整個(gè)純堿工業(yè)的生產(chǎn)工藝。

【教師投屏】AR技術(shù)展示純堿工業(yè)

【布置作業(yè)】請(qǐng)同學(xué)們將AR軟件作為課后學(xué)習(xí)資料包并完成軟件中的思考題（見(jiàn)圖8）。

【教師總結(jié)】本節(jié)課通過(guò)問(wèn)題的解答和作業(yè)的反饋結(jié)果，說(shuō)明技術(shù)賦能課堂，促進(jìn)教與學(xué)的轉(zhuǎn)型還是有成效的。對(duì)于作業(yè)中的其他問(wèn)題，我們下節(jié)課繼續(xù)討論。

六、教學(xué)技術(shù)說(shuō)明和教學(xué)反思

1.利用大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)化教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)模式，老師通過(guò)手閱作業(yè)，憑自己的經(jīng)驗(yàn)和印象，講評(píng)學(xué)生錯(cuò)誤率高的題目。其實(shí)這是比較模糊的做法，沒(méi)有客觀數(shù)據(jù)的支持，無(wú)法科學(xué)準(zhǔn)確判斷出學(xué)生的學(xué)習(xí)問(wèn)題。有了大數(shù)據(jù)技術(shù)，只要采集學(xué)習(xí)過(guò)程中常態(tài)化的海量數(shù)據(jù)，教師就能了解每一位學(xué)生，進(jìn)行客觀理性的學(xué)情分析和學(xué)業(yè)水平評(píng)估，從而更好地指導(dǎo)教學(xué)、開(kāi)展活動(dòng)。

智學(xué)網(wǎng)是科大訊飛面向?qū)W校日常作業(yè)、考試及發(fā)展性教與學(xué)評(píng)價(jià)需求推出的大數(shù)據(jù)個(gè)性化教學(xué)系統(tǒng)，旨在為用戶提供更加簡(jiǎn)單易用的系統(tǒng)操作和全面完善的資源服務(wù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析充分挖掘考試價(jià)值，通過(guò)基于云服務(wù)的PC及移動(dòng)終端為老師和學(xué)生提供針對(duì)性教和個(gè)性化學(xué)的信息化環(huán)境與服務(wù)[4]。

利用課前智學(xué)網(wǎng)布置作業(yè)，通過(guò)AI大數(shù)據(jù)分析，找到學(xué)生具體的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)化教學(xué)——設(shè)計(jì)出本堂課需要解決的三個(gè)問(wèn)題。利用智學(xué)網(wǎng)平臺(tái)檢測(cè)學(xué)習(xí)效果，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)情，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度?！敖?、學(xué)、評(píng)”的一致性完全可以在大數(shù)據(jù)下進(jìn)行，所有的評(píng)價(jià)都可以基于數(shù)據(jù)的診斷，幫助我們的老師和學(xué)生及時(shí)了解自己的得和失，完善自己的教和學(xué)生的學(xué)。

2.利用計(jì)算機(jī)算法和演算，幫助理解兩種生產(chǎn)工藝的異同

索氏和侯氏兩條制堿生產(chǎn)線的異同，一直是學(xué)生理解的難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師通過(guò)化學(xué)原理等的講解和提問(wèn)，得出兩種制堿工藝流程圖，最后讓學(xué)生對(duì)兩種制堿工藝進(jìn)行異同點(diǎn)的對(duì)比和優(yōu)劣評(píng)價(jià)。檢測(cè)教學(xué)效果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)有關(guān)內(nèi)容掌握程度較差，對(duì)異同點(diǎn)的把握還是停留在老師傳授的知識(shí)點(diǎn)上，沒(méi)有主動(dòng)探索思考實(shí)踐的過(guò)程，知識(shí)就不容易內(nèi)化成為思維品質(zhì)和創(chuàng)新能力。筆者思考，能不能選擇一個(gè)簡(jiǎn)單明晰的角度來(lái)解讀復(fù)雜的化工生產(chǎn)呢？化工生產(chǎn)首要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，只有對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行嚴(yán)格的核算，才能控制成本，進(jìn)而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益。筆者將原來(lái)教師講授為主變?yōu)閷W(xué)生探究為主，學(xué)生通過(guò)分組交流討論，對(duì)兩種方案的原料、循環(huán)物質(zhì)、產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比，在平板上通過(guò)成本核算的計(jì)算機(jī)算法和演算小程序，對(duì)比化學(xué)原理制堿法和工業(yè)實(shí)踐制堿法的計(jì)算結(jié)果，直觀生動(dòng)地傳遞出這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)：化學(xué)原理要轉(zhuǎn)化為大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，還必須考慮投入產(chǎn)出性價(jià)比。

3.利用VR技術(shù)沉浸式體驗(yàn)，突破時(shí)空限制

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與一定范圍真實(shí)環(huán)境在視、聽(tīng)、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備與數(shù)字化環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，可以產(chǎn)生親臨對(duì)應(yīng)真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[5]。

先通 NH3還是先通 CO2，是具體的生產(chǎn)工藝問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是大部分學(xué)生的理解難點(diǎn)。傳統(tǒng)的授課方式，直接對(duì)比NH3和CO2的溶解度信息，由學(xué)生運(yùn)用兩種氣體的性質(zhì)來(lái)定性地判斷氣體的通入順序?qū)Ξa(chǎn)品產(chǎn)量的影響。但是通過(guò)作業(yè)的批改，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于其反應(yīng)的本質(zhì)原因，沒(méi)有真正理解。于是筆者將這個(gè)問(wèn)題拆解成四個(gè)小問(wèn)題，與學(xué)生進(jìn)行討論，運(yùn)用化學(xué)平衡理論的分析，最終學(xué)生明白其本質(zhì)，氣體的通入先后順序直接影響了碳酸氫銨的生成量，最終影響產(chǎn)品碳酸鈉產(chǎn)量。為了讓學(xué)生有更直觀的感受，筆者利用 NH3和 CO2的溶解度信息進(jìn)行了粗略的理論計(jì)算，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終得到結(jié)論。也體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科“宏觀辨識(shí)和微觀探析”的核心素養(yǎng)。因?yàn)樘妓釟滗@固體有強(qiáng)烈的刺激性氣味，不便于在教室里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。另外，試管實(shí)驗(yàn)受學(xué)生座位的影響，可能后排學(xué)生看不到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，因此用VR 眼鏡沉浸式地體驗(yàn)，可以更好地幫助學(xué)生觀察到反應(yīng)后的兩支試管中白色固體晶型不同，從而理解反應(yīng)的本質(zhì)。借助VR技術(shù)，也突破了時(shí)空限制，讓在實(shí)驗(yàn)室的老師現(xiàn)場(chǎng)完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，增加實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性。

4.利用5G 實(shí)景課堂，搭建書(shū)本知識(shí)和化工實(shí)際的橋梁

因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有實(shí)地參觀化工廠的經(jīng)歷，因而感覺(jué)書(shū)本的知識(shí)較死板，更多的時(shí)候是被動(dòng)地接受高考知識(shí)點(diǎn)，提不起學(xué)生學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)的興趣，達(dá)不到好的學(xué)習(xí)效果。而教師對(duì)于化工實(shí)際操作工藝不是很清楚，學(xué)生在學(xué)習(xí)完化工生產(chǎn)的理論知識(shí)后，也不能很好地和化工生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。借助5G 實(shí)景課堂，讓更專(zhuān)業(yè)的化工廠工程師解答學(xué)生的困惑和疑問(wèn)，使書(shū)本知識(shí)鮮活了起來(lái)，拉近了化工生產(chǎn)與學(xué)生學(xué)習(xí)的距離，幫助學(xué)生搭建起書(shū)本知識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)的橋梁，讓學(xué)生深刻體驗(yàn)理論和實(shí)踐既有聯(lián)系又有區(qū)別。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)連線，教師也開(kāi)拓了視野。低延遲的5G 網(wǎng)絡(luò)能夠讓學(xué)習(xí)者進(jìn)行遠(yuǎn)程超控，大大提高遠(yuǎn)程教學(xué)的臨場(chǎng)感。我們的課堂也從單師課堂走向雙師課堂甚至多師課堂，使我們的教學(xué)更專(zhuān)業(yè)更富有魅力。

5.利用AR技術(shù)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)混合式學(xué)習(xí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展的新興技術(shù)，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模仿現(xiàn)實(shí)世界創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境不同，它通過(guò)利用計(jì)算機(jī)的現(xiàn)實(shí)與交互、網(wǎng)絡(luò)的跟蹤和定位等技術(shù)，將虛擬信息呈現(xiàn)到真實(shí)世界，讓虛擬的物體與真實(shí)環(huán)境實(shí)時(shí)疊加，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行補(bǔ)充，在虛實(shí)結(jié)合的交互中增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界畫(huà)面或空間的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等方面的體驗(yàn)[6]。

以往化工生產(chǎn)專(zhuān)題的文本資料，除了教材內(nèi)容就是習(xí)題作業(yè)。學(xué)生課后的學(xué)習(xí)鞏固形式較單一。利用AR軟件模擬整個(gè)純堿工業(yè)，可以幫助學(xué)生回看整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)細(xì)節(jié)。為學(xué)生提供了純堿工業(yè)課后學(xué)習(xí)資料包，實(shí)現(xiàn)線上線下混合式學(xué)習(xí)，可以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

本次利用技術(shù)對(duì)教學(xué)進(jìn)行革新，令我對(duì)人才的培育也產(chǎn)生了新的想法。我們可以重構(gòu)學(xué)生的學(xué)習(xí)組織和教學(xué)流程，學(xué)生的學(xué)習(xí)已經(jīng)不限于教室的四十分鐘，時(shí)間上可以向前或向后延伸，空間上甚至可以拓展到全宇宙??！不同的學(xué)生完全可以選擇不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)。這種突破時(shí)空限制的智慧課堂有助于推動(dòng)整個(gè)育人方式的改革，促進(jìn)人的主動(dòng)發(fā)展，激發(fā)人的內(nèi)驅(qū)力。

七、結(jié)語(yǔ)

這一次技術(shù)賦能化學(xué)學(xué)科教學(xué)的實(shí)踐嘗試，拓寬了教師的視野、豐富了教學(xué)方式、有利于教學(xué)重難點(diǎn)的突破。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度看，人工智能技術(shù)既有助于課堂學(xué)習(xí)，也有益于課后的補(bǔ)充學(xué)習(xí)。它能夠?yàn)閷W(xué)生建構(gòu)虛擬學(xué)習(xí)情境、多方位地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，使其不僅僅作為展示、觀察和體驗(yàn)工具，而是能夠幫助學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容有更深入理解與建構(gòu)。從教師教學(xué)的角度看，教學(xué)內(nèi)容的確定有了可資參考的數(shù)據(jù)，更加實(shí)時(shí)化、精準(zhǔn)化;教學(xué)方式的選擇有了更多的可能性，更加多元化、情境化;教學(xué)評(píng)價(jià)的根據(jù)有了更多的渠道，更加多元化、交互化。這些都說(shuō)明人工智能技術(shù)在教育中應(yīng)用的范圍寬泛，潛力巨大。我們要構(gòu)建立體豐富的智能平臺(tái)，推進(jìn)真實(shí)與虛擬的課堂融合，實(shí)現(xiàn)線上預(yù)學(xué)、課堂即時(shí)交互、實(shí)時(shí)反饋，線上線下延學(xué)的自由切換式的學(xué)習(xí)。今后，我們也會(huì)在不同的化學(xué)專(zhuān)題版塊嘗試?yán)眯录夹g(shù)進(jìn)行教學(xué)重難點(diǎn)的突破，以技術(shù)推動(dòng)教與學(xué)方式的改變，將學(xué)習(xí)由被動(dòng)接受的過(guò)程，轉(zhuǎn)化為主動(dòng)探尋的過(guò)程，在提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生終身發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。

參考文獻(xiàn)

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[2]張志明.模擬聯(lián)合制堿法制備純堿實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2017，11：66—68.

[3]徐凱里.基于成本核算的化工生產(chǎn)教學(xué)一以“純堿工業(yè)”為例[J].化學(xué)教育，2017，38（15）：62—65.

[4]https：//baike.baidu.com/item/%E6%99%BA%E5%AD% A6%E7%BD%91.

[5]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J].中國(guó)科學(xué)F輯：信息科學(xué)，2009（1）：2-46.

[6]王辭曉，李賀，尚俊杰.基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲應(yīng)用及發(fā)展前景[J].中國(guó)電化教育，2017（367）：99—107.