“人工智能+教育”背景下高中化學(xué)智慧課堂教學(xué)實(shí)踐研究

徐海燕　秦紅兵

摘 要：對于高中化學(xué)教學(xué)而言，人工智能技術(shù)能夠滲透于課前、課中、課后，對教師的教學(xué)活動和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動進(jìn)行全方位跟蹤，打造現(xiàn)代化的新型智慧課堂，全面推動教育教學(xué)質(zhì)量的提高。智慧課堂是高效、精準(zhǔn)的代名詞，未來的教育必然會以智慧課堂為發(fā)展方向。高中化學(xué)教師必須加強(qiáng)對現(xiàn)代人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)，積極探索智慧課堂的構(gòu)建方法，在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)問題，探索問題，解決問題。文章立足高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐，深入分析了“人工智能+教育”的內(nèi)涵、智慧課堂的內(nèi)涵，融合了高中化學(xué)教學(xué)背景、教學(xué)依據(jù)，探索了課堂教學(xué)實(shí)踐策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：人工智能；高中化學(xué)；智慧課堂；實(shí)踐策略

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-1737（2022）33-0009-03

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(dāng)前，學(xué)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(xué)教學(xué)內(nèi)容具有抽象性較強(qiáng)、難度較大、題材廣泛等特點(diǎn)，學(xué)生接受高中化學(xué)知識比較困難。在這種局面下，教學(xué)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(xué)課堂樣態(tài)，提高化學(xué)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(xué)科，涵蓋了計(jì)算機(jī)技術(shù)、哲學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)等，是通過計(jì)算機(jī)來模擬人的知覺、推理、交流、學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)的發(fā)展。“人工智能+教育”是以往“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的進(jìn)化，能夠真正落實(shí)以學(xué)生為中心的教育理念，推動教學(xué)技術(shù)的更新。在“人工智能+教育”

的背景下，教師需要將學(xué)科教學(xué)與學(xué)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(xué)和實(shí)時(shí)評測，增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的精準(zhǔn)性。

二、智慧課堂內(nèi)涵分析

與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)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(xué)氛圍變得更加輕松愉快，使教學(xué)效率更高，打造個(gè)性化、數(shù)字化的新型課堂?；瘜W(xué)教師可以利用智慧課堂開展導(dǎo)學(xué)，基于智慧課堂實(shí)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(xué)知識，做好課后延伸，有效降低化學(xué)知識的抽象性，打造“導(dǎo)—學(xué)—教—評—測”的模式，提高化學(xué)課堂教學(xué)水平[3]。

三、“人工智能+教育”背景下高中化學(xué)智慧課堂教學(xué)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(xué)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(xué)生搭建了虛擬的空間，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)需要進(jìn)一步加快智慧校園的建設(shè)，充分發(fā)揮各項(xiàng)先進(jìn)科技的作用，將先進(jìn)科技與科研、教育教學(xué)、學(xué)生管理等工作有機(jī)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(xué)生的學(xué)習(xí)效率，優(yōu)化教師和學(xué)生在校園學(xué)習(xí)和生活中的情感體驗(yàn)，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(xué)教師需要更加深入地應(yīng)用智慧課堂，讓學(xué)生的課堂實(shí)踐活動更加多姿多彩，豐富學(xué)生的課堂體驗(yàn)。在當(dāng)前的化學(xué)教學(xué)中，很多教師沒有充分認(rèn)識到智慧課堂的內(nèi)涵，將智慧課堂與多媒體教學(xué)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(xué)教師需要將人工智能技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)及教學(xué)過程中，全方位優(yōu)化課堂教學(xué)策略，利用智能化技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行測評，高度重視學(xué)生的反饋，發(fā)揮智慧課堂的獨(dú)特優(yōu)勢。

四、“人工智能+教育”背景下高中化學(xué)智慧課堂教學(xué)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(xué)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(qiáng)人工智能技術(shù)與化學(xué)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(jìn)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(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的互聯(lián)互通，為交互式教學(xué)模式的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，高中化學(xué)教師還可以創(chuàng)建多屏互動機(jī)制，讓多種設(shè)備實(shí)現(xiàn)靈活切換，全面優(yōu)化教學(xué)方式和教學(xué)手段。在智慧教室的硬件設(shè)備支持下，教師可以及時(shí)查看學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，為學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，開展有針對性的化學(xué)教學(xué)。

（二）學(xué)習(xí)理論提供教學(xué)理論支持

首先，根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為需要與一定的社會文化背景產(chǎn)生連接，學(xué)生可借助外界的協(xié)助及已有的知識經(jīng)驗(yàn)，在大腦中完成知識構(gòu)建和完善自我認(rèn)知。多元智能理論涵蓋了人類思維和認(rèn)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(jìn)行教學(xué)革新，提高化學(xué)課堂的創(chuàng)新性。認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論提出要以學(xué)生為主體，設(shè)計(jì)條理化、整體化的教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生由淺入深地展開學(xué)習(xí)，優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。在智慧課堂上，學(xué)生能夠充分利用現(xiàn)代化的學(xué)習(xí)資源和工具，通過線上渠道表達(dá)自己的想法和意見，徹底擺脫以往生搬硬套的學(xué)習(xí)方式。

（三）教學(xué)目標(biāo)提供課堂教學(xué)宗旨

以往，化學(xué)教師通常會提前完成教學(xué)設(shè)計(jì)，規(guī)定課堂教學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所有的教學(xué)設(shè)計(jì)相當(dāng)于一個(gè)“劇本”，教師和學(xué)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(xué)生都可以擺脫傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，真正以課堂教學(xué)目標(biāo)為主。教師可以在實(shí)踐教學(xué)中適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，全面加強(qiáng)對學(xué)生的觀察，突出學(xué)生的主體地位。例如，在講解“氧化還原反應(yīng)”時(shí)，教師就可以通過智能化設(shè)備為學(xué)生提出思考問題，把握下一步的教學(xué)重點(diǎn)，提高教學(xué)策略的科學(xué)性，做到適時(shí)調(diào)整，加快更新。

五、“人工智能+教育”背景下高中化學(xué)智慧課堂教學(xué)實(shí)踐

（一）利用平臺豐富教學(xué)資源

基于“人工智能+教育”的背景，高中化學(xué)教師可以利用智慧云平臺豐富教學(xué)資源，提高化學(xué)教學(xué)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(shí)驗(yàn)視頻、圖片等教學(xué)資源，拓寬學(xué)生的學(xué)科視野。

例如，在教學(xué)“氧化還原反應(yīng)”時(shí)，教師就可以通過云平臺收集關(guān)于氧化還原反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)視頻、教學(xué)資料等，從海量的信息資源中選取有利于學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生播放天宮一號發(fā)射升空的視頻，讓學(xué)生了解天宮一號目標(biāo)飛行器在設(shè)計(jì)和發(fā)射中的關(guān)鍵技術(shù)。氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)是氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。在智能設(shè)備的幫助下，教師可以選取動畫、視頻、實(shí)驗(yàn)資料等教學(xué)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(xué)空間。

（二）科學(xué)規(guī)劃課堂教學(xué)時(shí)間

在高中化學(xué)智慧課堂上，化學(xué)教師需要充分利用課堂時(shí)間，做到科學(xué)分配。與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同的是，智慧課堂需要運(yùn)用智能化設(shè)備，設(shè)備的使用時(shí)間也需要規(guī)劃到課堂教學(xué)時(shí)間中，這樣才能讓整個(gè)課堂教學(xué)流程有條不紊，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間。在高中化學(xué)智慧課堂上，教師需要將學(xué)生完成任務(wù)的時(shí)間、自主學(xué)習(xí)時(shí)間、小組合作時(shí)間充分整合起來，科學(xué)把握課堂實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)成果展示的時(shí)間。

以“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”一課為例，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)可以分為三層：第一層是基于實(shí)驗(yàn)探究，認(rèn)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(yàn)電池在生活中的應(yīng)用，領(lǐng)悟化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)用價(jià)值，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識；第三層是在實(shí)驗(yàn)中體會科學(xué)探究的樂趣，提高科學(xué)探究的能力。在課堂教學(xué)時(shí)間分配上，教師首先需要運(yùn)用智能化設(shè)備展開課堂導(dǎo)入，讓學(xué)生了解各類電池及電池的內(nèi)部構(gòu)造，預(yù)計(jì)用時(shí)3分鐘。在導(dǎo)入結(jié)束后，教師可以通過智能化設(shè)備與學(xué)生展開互動交流，共同討論果蔬電池的制作方法，預(yù)計(jì)用時(shí)5分鐘。然后，教師可以鼓勵學(xué)生展開小組合作，利用耳機(jī)、銅片、鋅片、番茄、靈敏電流計(jì)等材料制作果蔬電池，預(yù)計(jì)用時(shí)10分鐘。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師還需要開展實(shí)驗(yàn)評價(jià)，用時(shí)2分鐘。另外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生針對火力發(fā)電的特點(diǎn)，探究化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的方式，再次引導(dǎo)學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)操作，利用稀硫酸、鋅片、銅片及導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)工具完成對比實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探究銅鋅原電池的工作原理，預(yù)計(jì)用時(shí)10分鐘，其余時(shí)間用于理論知識講解和歸納總結(jié)。

（三）創(chuàng)設(shè)化學(xué)智慧教學(xué)情境

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

例如，在教學(xué)“水的電離和溶液的pH”時(shí)，教師就可以通過智能化設(shè)備為學(xué)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(xué)習(xí)情境，通過視頻來測試這些液體的pH值，展示化學(xué)世界的“變色小魔術(shù)”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生對酸堿性與pH值有大體的認(rèn)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(xué)的重點(diǎn)，通過智能化設(shè)備開展導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，利用線上平臺與學(xué)生討論水的電離平衡及相關(guān)的影響因素，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)中，教師可以通過智能化設(shè)備，為學(xué)生展示模擬實(shí)驗(yàn)，將模擬實(shí)驗(yàn)與動畫相結(jié)合，使學(xué)生深入理解這部分化學(xué)知識。

（四）應(yīng)用多元教學(xué)評價(jià)方式

在“人工智能+教育”背景下，智能化評價(jià)能夠擺脫以往教學(xué)評價(jià)中存在的片面、極端、籠統(tǒng)等問題，對學(xué)生進(jìn)行精準(zhǔn)化評價(jià)，發(fā)揮教學(xué)評價(jià)的作用。在智慧課堂模式下，教師可以利用智能化軟件對學(xué)生展開綜合測評，統(tǒng)計(jì)測評數(shù)據(jù)，繪制統(tǒng)計(jì)圖，科學(xué)分析學(xué)生在學(xué)習(xí)上存在的短板，從而調(diào)整化學(xué)教學(xué)策略，充分發(fā)揮教學(xué)評價(jià)的作用。智慧課堂能夠?qū)⒕€上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)結(jié)合，教師可以通過智能化軟件直接統(tǒng)計(jì)學(xué)生的線上學(xué)習(xí)效果，整理學(xué)生的線上學(xué)習(xí)時(shí)間，利用云平臺對學(xué)生展開評價(jià)，增強(qiáng)評價(jià)的科學(xué)性。此外，教師還可以通過智能化設(shè)備構(gòu)建生生評價(jià)、學(xué)生自主評價(jià)等多元化的評價(jià)模式，鼓勵學(xué)生通過智能化平臺開展合作分享及成果匯報(bào)，讓線上評價(jià)更加多樣化。

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

結(jié)? 語

智慧課堂是一種全新的課堂教學(xué)模式，主要應(yīng)用了大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)及人工智能技術(shù)，能夠全面提高課堂教學(xué)效率，增強(qiáng)高中化學(xué)課堂的生命力和活力。通過實(shí)施“人工智能+教育”，落實(shí)高中化學(xué)智慧課堂，傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)模式能夠得到根本改變，教師可以為學(xué)生提供豐富的化學(xué)教學(xué)資源，科學(xué)規(guī)劃課堂教學(xué)時(shí)間，通過真實(shí)的教學(xué)情境、多元的教學(xué)評價(jià)方式開展教學(xué)活動，加深學(xué)生對化學(xué)知識的理解。

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基金項(xiàng)目：本文系江蘇省教育科學(xué)規(guī)劃“十四五”課題“基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)融合教學(xué)實(shí)踐研究”（編號：D/2021/02/84）的階段性成果。

作者簡介：徐海燕（1984.10-），女，江蘇江陰人，任教于江蘇省江陰高級中學(xué)，一級教師，本科學(xué)歷，無錫市教學(xué)新秀。

秦紅兵（1982.11-），男，江蘇如皋人，任教于江蘇省江陰高級中學(xué)，高級教師，全國校園影視研究先進(jìn)個(gè)人，全國優(yōu)質(zhì)課電視展示一等獎獲得者，無錫市教學(xué)能手。