高中化學(xué)課堂中數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用策略與實施路徑

【摘" 要】 互聯(lián)網(wǎng)時代到來后，人工智能等新技術(shù)為學(xué)科教學(xué)開辟了新的可能性。許多學(xué)校著手建設(shè)智慧課堂，力求革新教學(xué)模式，實現(xiàn)線下教學(xué)與線上教育的有機(jī)融合。在高中化學(xué)課堂上，為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，教師應(yīng)密切關(guān)注互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，積極推廣數(shù)智技術(shù)，運(yùn)用新技術(shù)呈現(xiàn)化學(xué)知識，為學(xué)生帶來豐富多彩的學(xué)習(xí)體驗。展望未來，高中化學(xué)教師需持續(xù)研究和利用數(shù)智技術(shù)優(yōu)化教學(xué)。基于此，文章重點探討了高中化學(xué)課堂上數(shù)智技術(shù)的具體應(yīng)用策略，旨在為化學(xué)教學(xué)工作提供有益的參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】 高中化學(xué);數(shù)智技術(shù);智慧課堂

近年來，隨著人才需求的不斷變化，教育行業(yè)各階段、各學(xué)科的教學(xué)改革勢在必行。化學(xué)是高中階段的必修課程，但因其知識體系繁雜，化學(xué)知識的學(xué)習(xí)、理解和應(yīng)用都相對困難。為降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，教師應(yīng)積極應(yīng)用數(shù)智技術(shù)，直觀呈現(xiàn)化學(xué)知識，實現(xiàn)教學(xué)的智能化、可視化。然而，數(shù)智技術(shù)在化學(xué)課堂上的應(yīng)用尚待完善。在未來的化學(xué)教學(xué)中，教師需根據(jù)新課標(biāo)要求，創(chuàng)新數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用路徑，構(gòu)建高效、有趣的課堂，打造智慧教學(xué)環(huán)境，充分發(fā)揮數(shù)智技術(shù)的優(yōu)勢。

一、高中化學(xué)中數(shù)智技術(shù)的優(yōu)勢

（一）直觀展示化學(xué)知識

數(shù)智技術(shù)是信息時代的產(chǎn)物，將其應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)，可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)條件與方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。與傳統(tǒng)的口頭講解相比，數(shù)智技術(shù)支持下的智慧課堂能夠?qū)⒊橄笾R具體化，幫助學(xué)生更好地理解和記憶。長期以來，高中化學(xué)知識體系的繁雜性和抽象性使得部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，學(xué)習(xí)習(xí)慣不佳。而數(shù)智技術(shù)通過動畫、模型、視頻等形式直觀展示知識，有助于學(xué)生加深知識印象，提高學(xué)習(xí)效果。

（二）多角度引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)

數(shù)智技術(shù)支持下的智慧課堂，使教師能夠從多個角度引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識，串聯(lián)新舊知識和課內(nèi)外知識，幫助學(xué)生在長期積累中掌握學(xué)習(xí)方法，拓展學(xué)科思維。傳統(tǒng)教學(xué)方式如演示法、實驗法、講解法、案例法、情境法等，雖然對傳授知識有一定作用，但教學(xué)效率偏低，效果不佳，學(xué)生往往只是機(jī)械記憶知識，而未能掌握知識的應(yīng)用。而數(shù)智技術(shù)則允許教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活應(yīng)用人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，構(gòu)建云端教室、在線學(xué)習(xí)平臺、智能教學(xué)系統(tǒng)，改變學(xué)生對化學(xué)課堂的固有印象，引導(dǎo)學(xué)生從多個角度分析、探究知識，掌握不同知識點之間的關(guān)聯(lián)，促進(jìn)思維發(fā)展。

（三）激發(fā)學(xué)生探究熱情

數(shù)智技術(shù)的多樣性和先進(jìn)性使得化學(xué)課堂更加生動有趣，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。一些教師受傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響，在化學(xué)課堂上未采用新型教學(xué)方法，僅局限于口頭講解理論和動手示范實驗過程，長期如此，難以讓學(xué)生感受到化學(xué)學(xué)習(xí)的趣味性，不利于實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量目標(biāo)。而數(shù)智技術(shù)支持下，教師可以利用各種數(shù)字化技術(shù)將化學(xué)與學(xué)生生活相聯(lián)系，為學(xué)生提供更豐富的教學(xué)資源，并設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探究欲望。

二、數(shù)智技術(shù)在高中化學(xué)課堂的應(yīng)用路徑

（一）構(gòu)建智慧課堂，優(yōu)化師生互動

在數(shù)智技術(shù)支持下，可建設(shè)智慧課堂，為學(xué)生創(chuàng)造線上和線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)場景，讓他們享受學(xué)習(xí)過程，高效學(xué)習(xí)知識，并與教師、同學(xué)進(jìn)行充分互動。鑒于傳統(tǒng)課堂互動性不足的情況，教師在高中化學(xué)課堂上應(yīng)嘗試?yán)脭?shù)智技術(shù)來構(gòu)建智慧課堂，促進(jìn)師生、生生之間的互動。實際上，班級學(xué)生在化學(xué)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力、認(rèn)知水平等方面往往存在較大的差異。為在教學(xué)過程中縮小這些差異對教學(xué)效果的影響，教師有必要構(gòu)建智慧課堂。智慧課堂平臺通常應(yīng)用了數(shù)智技術(shù)，能夠自動采集教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行系統(tǒng)化分析，顯示結(jié)果。教師可利用智慧課堂的后臺數(shù)據(jù)，了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并為學(xué)生提供個性化指導(dǎo)。

以“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”一課為例，教材內(nèi)容主要從熱能、電能的角度來展示化學(xué)反應(yīng)與能量變化的關(guān)系。為順利完成這部分內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)，教師應(yīng)利用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)信息平臺和交互軟件等建設(shè)智慧課堂。智慧課堂中包含高中化學(xué)教材所配套的公開課、PPT等資源，學(xué)生可根據(jù)自身情況利用智慧課堂來預(yù)習(xí)新課。在預(yù)習(xí)過程中，教師端可同步接收學(xué)生的預(yù)習(xí)時長、標(biāo)注的疑難點等信息。當(dāng)教師看到學(xué)生的預(yù)習(xí)成果后，可為學(xué)生提供一對一指導(dǎo)，方便師生互動。而在智慧課堂的課后復(fù)習(xí)與練習(xí)環(huán)節(jié)，教師可要求學(xué)生利用線上平臺來答題，或者利用線上平臺引導(dǎo)學(xué)生探究化學(xué)問題，學(xué)生通過留言、發(fā)送彈幕等方式向教師提交答案，以便教師實時獲取結(jié)果，與學(xué)生進(jìn)行互動。

（二）借助學(xué)習(xí)平臺，提升課堂教學(xué)質(zhì)量

為在高中化學(xué)課堂上充分發(fā)揮數(shù)智技術(shù)的優(yōu)勢，教師應(yīng)巧妙應(yīng)用各種學(xué)習(xí)平臺。在教育信息化2.0背景下，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了多種學(xué)習(xí)平臺，這些平臺上集成了大量的學(xué)習(xí)資源，并且平臺自帶多種功能，可為教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)帶來諸多便利。因此，教師應(yīng)密切關(guān)注各種學(xué)習(xí)平臺的發(fā)展及應(yīng)用，利用這些平臺來輔助教學(xué)。

以“鐵——金屬材料”一章為例，該章包含兩小節(jié)和一個實驗活動。在第一小節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，重難點為鐵與水蒸氣的反應(yīng)、鐵的氫氧化物的性質(zhì)，以及鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化。當(dāng)教師理清了本單元的知識脈絡(luò)后，應(yīng)與學(xué)生交流，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，設(shè)計與單元、小節(jié)知識點相關(guān)的思考問題，用問題來驅(qū)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)。為幫助學(xué)生掌握知識點，教師應(yīng)將知識點以視頻、圖片等方式上傳至學(xué)習(xí)平臺，使學(xué)生在課下利用手機(jī)或平板電腦等設(shè)備進(jìn)行下載和自主學(xué)習(xí)。比如，教師可將“冶鐵”視頻上傳至學(xué)習(xí)平臺，讓學(xué)生認(rèn)真觀看視頻，并嘗試寫出此過程所涉及的化學(xué)方程式?；蛘呓處熆上?qū)W生提出問題：鐵有哪些物理和化學(xué)性質(zhì)？鐵的化合價變化有何規(guī)律？將鐵絲放入硫酸銅溶液，將出現(xiàn)何種反應(yīng)？學(xué)生需利用已掌握的知識或新知識，尋找這些問題的答案，并及時將答案上傳至學(xué)習(xí)平臺，由教師進(jìn)行批改。當(dāng)全部學(xué)生都上傳了答案后，教師應(yīng)統(tǒng)一批改，從中發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)時遇到的難點。針對錯誤率較高的題目，教師應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)講解。

（三）“智慧課堂+模擬實驗”，構(gòu)建化學(xué)模型

由于高中化學(xué)的很多知識點較為抽象，教材中設(shè)計了眾多化學(xué)實驗以幫助學(xué)生掌握知識。為合理利用數(shù)智技術(shù)，教師在教學(xué)時應(yīng)將智慧課堂與模擬實驗相結(jié)合，構(gòu)建直觀的化學(xué)模型。根據(jù)大量的教學(xué)經(jīng)驗，模擬實驗是一種與真實實驗過程與結(jié)果相接近的實驗類型，通過模擬真實實驗的條件，可以制作出實驗對象模型，簡化實驗過程，獲得相對可用的實驗數(shù)據(jù)。在高中化學(xué)課堂上，對一些難度較大或因客觀條件無法進(jìn)行的實驗，就需要利用模擬實驗。

例如，在實驗活動“搭建球棍模型認(rèn)識有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的特點”一課中，為引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這一化學(xué)實驗，教師應(yīng)將實驗過程制作成課件，上傳到智慧平臺，讓學(xué)生提前觀看。課堂上，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生利用工具搭建模型，可以使用橡皮泥、泡沫、塑料、牙簽、黏土等材料進(jìn)行替代，搭建甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等分子的球棍模型。搭建完模型后，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生分析、總結(jié)碳原子的成鍵規(guī)律以及各類烴的化學(xué)鍵模型。在進(jìn)行實驗時，教師應(yīng)為學(xué)生設(shè)置思考問題：分子中包含4個碳原子的烴可能有多少種結(jié)構(gòu)？此問題難度較大，很多學(xué)生無法第一時間得出答案。此時，教師應(yīng)鼓勵他們利用球棍模型進(jìn)行分析，以快速找到解答方法。通過開展模擬實驗，學(xué)生可以總結(jié)出比較常見的化合物的分子結(jié)構(gòu)，感受結(jié)構(gòu)式與分子空間結(jié)構(gòu)的直接聯(lián)系，從而幫助學(xué)生消化本小節(jié)知識。

（四）“智慧課堂+虛擬仿真實驗”，直觀展示教學(xué)內(nèi)容

在高中化學(xué)利用數(shù)智技術(shù)進(jìn)行教學(xué)時，教師可以將智慧課堂與虛擬仿真實驗相結(jié)合，以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。在此過程中，需要運(yùn)用到虛擬現(xiàn)實、人機(jī)交互、人工智能等多種技術(shù)。與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，新技術(shù)可以模擬現(xiàn)實世界，給學(xué)生帶來更為真實的感覺，并且在此過程中學(xué)生還能動手操作，體驗實驗過程。在虛擬仿真實驗過程中，學(xué)生可以參與各種類型的項目，且得到的實驗結(jié)果相對可靠。在教學(xué)時，教師應(yīng)利用多媒體設(shè)備為學(xué)生呈現(xiàn)理論內(nèi)容，如通過視頻、圖片讓學(xué)生形成較為直觀的知識印象。此后，教師再根據(jù)理論知識內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，通過多種數(shù)智技術(shù)來創(chuàng)造虛擬仿真實驗條件，為學(xué)生營造虛擬的實驗環(huán)境。

例如，在“海水中的重要元素——鈉和氯”這一章節(jié)中，教師在教學(xué)時應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生全面、準(zhǔn)確地把握氯、鈉的性質(zhì)，使學(xué)生掌握配制特定濃度溶液的方法。按照智慧課堂的模式組織教學(xué)活動，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來完成虛擬實驗，從實驗操作、結(jié)果中討論氯、鈉的性質(zhì)，并配制溶液。在虛擬實驗期間，學(xué)生可以直接在數(shù)字化平臺上完成對應(yīng)的操作，獲得新的學(xué)習(xí)體驗。由于虛擬仿真實驗中融合了視頻、音頻、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可以使實驗過程更接近實際情況，讓學(xué)生充分感知實驗過程。另外，一些化學(xué)實驗具有危險性，不便于在課堂上開展，而利用虛擬仿真實驗可以避免這一情況，學(xué)生可以直接在平臺上操作，規(guī)避實驗中的危險因素，這種線上實驗操作方式幾乎不受時間與地點的限制。在進(jìn)行虛擬實驗過程中，教師應(yīng)密切關(guān)注每一名學(xué)生的表現(xiàn)，如學(xué)生存在錯誤操作或者遇到疑難點等，應(yīng)及時提供幫助。

（五）巧妙創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)探究興趣

在化學(xué)課堂上，為全面提高教學(xué)質(zhì)量，教師可巧妙運(yùn)用情境教學(xué)法。在更為真實的情境中，學(xué)生更容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，有利于他們高效學(xué)習(xí)并掌握知識。借助數(shù)智技術(shù)，教師可創(chuàng)設(shè)情境，并將教材中一些較為抽象的內(nèi)容以新穎的方式融入情境之中，讓學(xué)生沉浸于情境之中，引發(fā)他們的思考與探究。

例如，在實驗活動“化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素”一課中，教師需帶領(lǐng)學(xué)生參與實驗，讓學(xué)生在動手的過程中了解濃度、溫度、催化劑等對化學(xué)反應(yīng)速率的直接影響。圍繞教材內(nèi)容，在正式教學(xué)之前，教師可利用多媒體給學(xué)生分享一段視頻：電視劇《偽裝者》中，某情報人員為快速銷毀證據(jù)，把裝有面粉的袋子劃破后將面粉灑在空中，與此同時迅速將點燃的打火機(jī)扔入撒開的面粉中，發(fā)生了爆炸現(xiàn)象。此視頻畫面震撼，對學(xué)生形成了強(qiáng)烈的視覺沖擊。一些學(xué)生開始主動思考：為什么會發(fā)生爆炸現(xiàn)象呢？有的學(xué)生認(rèn)為這可能是編劇杜撰的，而有的學(xué)生則反駁說，編劇的創(chuàng)作往往源于生活，這種情況肯定存在可能性。此后，教師基于學(xué)生的這些討論，向他們講解了其中所涉及的化學(xué)知識點，使學(xué)生了解到粉塵爆炸所需的條件，以及幾種因素對爆炸威力的影響。此外，教師可以為學(xué)生提供相應(yīng)的材料，讓學(xué)生自主探索硫代硫酸鈉與硫酸的反應(yīng)過程、過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣的實驗步驟，通過對比得出可靠結(jié)論。

（六）借助導(dǎo)圖軟件，構(gòu)建知識體系

現(xiàn)階段的學(xué)科教學(xué)中，思維導(dǎo)圖這一新型工具廣受關(guān)注。學(xué)生利用思維導(dǎo)圖，可以全面掌握各章節(jié)、各小節(jié)所包含的知識點，并剖析不同知識點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，逐步提高學(xué)生的思維水平。針對高中化學(xué)教學(xué)，一些學(xué)生在參與了實驗后，常常未進(jìn)行深入思考，沒有總結(jié)、反思實驗過程、現(xiàn)象等，這不利于提高他們的學(xué)習(xí)能力。針對此現(xiàn)象，教師需利用數(shù)智技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖軟件的使用和相關(guān)操作，使學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識時善于利用思維導(dǎo)圖軟件，構(gòu)建完整的學(xué)科知識體系。

例如，在“用化學(xué)沉淀法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子”這一小實驗中，為達(dá)到良好的教學(xué)效果，教師需帶領(lǐng)學(xué)生熟悉化學(xué)沉淀方法，并向?qū)W生介紹利用這一方法去除粗鹽中Ca2+、Mg2+、SO42-的操作流程，使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)與實踐操作中了解化學(xué)沉淀法在分離物質(zhì)中的優(yōu)勢。由于本次實驗過程復(fù)雜，學(xué)生在順利完成實驗任務(wù)后常常忘記實驗步驟、現(xiàn)象等，教師需鼓勵學(xué)生利用思維導(dǎo)圖來記錄本次實驗的操作過程，使學(xué)生通過思維導(dǎo)圖來掌握流程，并引導(dǎo)他們深入思考，大致框架如圖1所示。

三、結(jié)語

化學(xué)是高中階段的重難點學(xué)科，為順應(yīng)新課標(biāo)要求，適應(yīng)教育改革的新形勢，教師需要密切關(guān)注數(shù)智技術(shù)的發(fā)展趨勢，并靈活地將這些技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)課堂教學(xué)中。在未來的化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)繼續(xù)推廣和應(yīng)用數(shù)智技術(shù)，構(gòu)建更加完善的教學(xué)體系。

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