陳小芳

(江蘇省宿遷市泗洪姜堰高級中學(xué) 江蘇 泗洪 223900)

習(xí)近平總書記在2019年《國際人工智能與教育大會》中強調(diào)：“人工智能深刻影響著教育，人工智能與教育的縱深交融正向推進教育創(chuàng)新。”“人工智能+教育”是以學(xué)生為中心，依托智能技術(shù)，通過線上線下相結(jié)合的方式，為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)環(huán)境，并能實時跟蹤反饋學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的一種新型智能課堂?！叭斯ぶ悄?教育”在高中化學(xué)中的應(yīng)用，可以消除化學(xué)學(xué)習(xí)的枯燥性和乏味性，促使學(xué)生在自主合作探究過程中主動構(gòu)建化學(xué)知識，有利于提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，很好的提高了化學(xué)教學(xué)效果。下面筆者以《化學(xué)能與熱能》教學(xué)為例，具體探討“人工智能+教育”教育模式的構(gòu)建策略。

1.智慧課堂的內(nèi)涵與現(xiàn)狀

智慧課堂是隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來以及信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運而生的一種新型教學(xué)模式，目前為止，學(xué)術(shù)界對智慧課堂的概念還并未達成一致。有的學(xué)者認為：智慧課堂是讓學(xué)生在技術(shù)智能的環(huán)境中接受針對性的教育。在信息技術(shù)的輔助下，老師培養(yǎng)學(xué)生的行動能力、價值取向、創(chuàng)造能力以及思維品質(zhì)。也有學(xué)者認為：智慧課堂屬于智慧系統(tǒng)的范疇，具有個性化、智能化、多元化三個特點，利用移動終端設(shè)備打造深度、開放、高效、自主的課堂模式。綜合各位專家學(xué)者的意見，筆者認為，智慧課堂應(yīng)該具有兩個學(xué)習(xí)條件：一是智能環(huán)境；二是智能資源。所以，智慧課堂是在信息技術(shù)的支持下開展數(shù)字化教學(xué)的新型教學(xué)模式。

2018年，我國制定了《教育信息化2.0行動計劃》，其中提到要全面推進“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學(xué)模式，并且在2022年初步實現(xiàn)數(shù)字化校園。智慧課堂既是時代發(fā)展的必然趨勢，也是符合新時期下青少年學(xué)習(xí)需求的一種教學(xué)模式，部分學(xué)校已經(jīng)設(shè)立了智慧課堂試點班，從實踐效果來看，深受學(xué)生們的喜愛。近年來，大數(shù)據(jù)與信息技術(shù)極大的豐富了互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)資源，智能化的教學(xué)模式開始在課堂推廣，而且越來越受到師生的關(guān)注。智慧課堂并不是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的徹底顛覆，而是對多種教育資源的融合與改良，吸納多元化教育資源的長處，為學(xué)生提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的課堂教學(xué)。

2.智慧課堂對高中化學(xué)教學(xué)的影響

化學(xué)是一門實踐性很強的學(xué)科，教材中涉及了大量實驗內(nèi)容。如果只通過“板書+講解”的方式，很難讓學(xué)生真正理解化學(xué)現(xiàn)象的原理，即使是觀看老師的實驗操作，依然不如學(xué)生親自動手來得直觀，實驗和儀器設(shè)備的缺乏，成為制約高中化學(xué)教學(xué)的重要因素。智慧課堂以及信息技術(shù)的應(yīng)用很好的改善了這一局面，利用計算機軟件與信息技術(shù)，化學(xué)教學(xué)活動可以不再局限于課堂，而是動態(tài)的延伸到課前、課中、課后各個環(huán)節(jié)。教學(xué)流程也發(fā)生了相應(yīng)改變，小組合租、線上答疑以及虛擬實驗等多種新穎的、有別于傳統(tǒng)化學(xué)課堂的教學(xué)形式也隨之出現(xiàn)。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要以教科書為載體，在沒有信息技術(shù)和設(shè)備支持的情況下，老師只能圍繞教材傳授知識，學(xué)生需要記憶大量概念、公式等內(nèi)容，而且缺少在實踐中運用知識的機會。智慧課堂引入了高新科技，互聯(lián)網(wǎng)為化學(xué)教學(xué)提供了取之不盡用之不竭的資源，很好的促進了信息技術(shù)、教學(xué)資源、教學(xué)模式的相互結(jié)合。學(xué)生可以在互聯(lián)網(wǎng)上查閱相關(guān)的化學(xué)知識和新聞，整理出有疑問的內(nèi)容，集中向老師提問。利用智慧終端查詢知識，不僅節(jié)約了大量課堂教學(xué)時間，同時還能整合豐富繁雜的學(xué)習(xí)資源，讓老師從課堂教學(xué)的“主導(dǎo)者”轉(zhuǎn)為“引導(dǎo)者”和“啟發(fā)者”，在實驗教學(xué)中隨時都可以和學(xué)生探討試驗方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，促進師生交流，營造濃厚、和諧、自由的學(xué)習(xí)氛圍，改善了師生關(guān)系，讓化學(xué)教學(xué)從單向的知識傳遞轉(zhuǎn)為雙向的教學(xué)相長。

3.高中化學(xué)智慧課堂的實踐

3.1 課前自主學(xué)習(xí)，大數(shù)據(jù)學(xué)情分析?！叭斯ぶ悄?教育”是利用云平臺技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程電子化監(jiān)控的一種形式。在課前，首先需要教師對所學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進行深度分析，并精選教學(xué)資源、制作課前導(dǎo)學(xué)材料與檢測題，在線上布置學(xué)生課前學(xué)習(xí)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成預(yù)習(xí)任務(wù)，教師根據(jù)大數(shù)據(jù)學(xué)情分析，了解學(xué)生在本節(jié)課預(yù)習(xí)過程中普遍的問題，進行課中教學(xué)過程設(shè)計。

以《化學(xué)能與熱能》教學(xué)為例，本節(jié)課內(nèi)容主要包括三個部分：一是，化學(xué)鍵與能力之間的關(guān)系；二是，化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物與生成物之間的能量關(guān)系；三是吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的化學(xué)實驗探究。教學(xué)目標是通過化學(xué)能與熱能實驗探究，幫助學(xué)生理解“能量守恒定律”，從而建立正確的能量觀。

在本節(jié)課的教學(xué)實踐中，提前制作了預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案和微課視頻，并將課前學(xué)習(xí)資源一并發(fā)送給學(xué)生。學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成自主課前預(yù)習(xí)。根據(jù)本節(jié)課前測的大數(shù)據(jù)分析和學(xué)生在微課討論區(qū)里的提問發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)難點主要分為以下兩個方面：

第一，學(xué)生雖然能夠從宏觀上理解化學(xué)反應(yīng)能量變化的原因，但還沒有從微觀上理解化學(xué)反應(yīng)為什么有能力變化。

第二，對吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)問題判斷上容易混淆。

為此，結(jié)合這兩點，有針對性的進行課堂教學(xué)設(shè)計。筆者主要采用小組實驗探究的方式開展課堂教學(xué)，以問題驅(qū)動學(xué)生實驗，在實驗中觀察現(xiàn)象、歸納總結(jié)，得出實驗結(jié)論。

3.2 實時掌控教學(xué)，小組合作探究?！叭斯ぶ悄?教育”利用電腦主機、遠程控制、視頻采集、實時監(jiān)控等系統(tǒng)，可以全自動的記錄在課堂中教師的教學(xué)與學(xué)生的聽課，而教師借助于視頻采集系統(tǒng)可以方便的掌握每個學(xué)生的上課情況，有利于實現(xiàn)在線點評，促使課堂教學(xué)效率得到有效提高。在化學(xué)智慧課堂的形成過程中，教師需要針對學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中普遍存在的問題給予一定的指導(dǎo)和提示，并利用小組合作探究的形式，讓學(xué)生通過自主探究突破學(xué)習(xí)重難點，體會其中所蘊含原理與智慧，從而深化學(xué)生對核心知識的理解。

3.2.1 課堂導(dǎo)入，明確學(xué)習(xí)主題。在智慧課堂中，筆者首先通過平板，截圖的方式展示學(xué)生在微課討論區(qū)普遍提出的問題，這樣開門見山，直入話題，并采取問題驅(qū)動的教學(xué)方式，促使學(xué)生合作探究?！拔覀兛梢酝ㄟ^哪些方法來感受化學(xué)反應(yīng)過程中的熱變化呢？”“可以用手觸摸、可以用溫度計測量。”“那么，在什么情況下可以用手觸摸？什么情況下用溫度計測量。”“放熱明顯的時候，可以用手觸摸。”“需要定量測量時，可以用溫度計測量?！?/p>

3.2.2 實現(xiàn)項目，引導(dǎo)自主探究。在明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題后，為進一步突破學(xué)習(xí)重難點。通過平板將實驗任務(wù)發(fā)送給學(xué)生，其中，包括：

實驗一：Mg與HCl發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時熱量的變化。

實驗注意事項：在實驗中所取HCl的量約為1ml，當感受到明顯的熱量變化時，立即抽出Mg條停止實驗。學(xué)生在線接收實驗項目，并按照實驗項目指示，在設(shè)定時間內(nèi)以小組合作的形式完成教師設(shè)計的實驗內(nèi)容，填寫實驗報告。

教師安排學(xué)習(xí)小組共同討論與操作實驗，在小組學(xué)習(xí)過程中，教師可以利用智慧教學(xué)平臺的多屏顯示視頻監(jiān)控，觀察班級中每個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，以便能夠及時的發(fā)現(xiàn)問題，給予一定的指導(dǎo)和幫助。學(xué)生通過實驗探究發(fā)現(xiàn)，Mg與HCl的反應(yīng)是“放熱反應(yīng)”，并從中歸納總結(jié)出規(guī)律：“大多數(shù)金屬與酸的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)?！贬槍W(xué)生這一問題，筆者提出疑問：“還有大多數(shù)金屬與水的反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，中和反應(yīng)作為化學(xué)反應(yīng)中的一類典型，是吸熱反應(yīng)，還是放熱反應(yīng)呢？”

實驗二：NaOH與HCl的化學(xué)反應(yīng)。

重復(fù)上述實驗探究步驟，學(xué)生活動發(fā)現(xiàn)酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

學(xué)生通過實驗一、實驗二的探究、操作，基本掌握了放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的實驗現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生畫出根據(jù)微課學(xué)習(xí)內(nèi)容，畫出放熱反應(yīng)體系的能量隨反應(yīng)進程的變化圖。

在此過程中，教師在課堂內(nèi)進行巡視與拍照學(xué)生所作的一些圖像，通過全班共同對圖像的分析，總結(jié)出放熱反應(yīng)體系能量隨反應(yīng)的變化情況：當反應(yīng)物想要變成生成物時，首先需要斷裂化學(xué)鍵吸收能量，吸收足夠能量后，再次成鍵，釋放能量，如果釋放的能量高于吸收的能量，所以在該化學(xué)反應(yīng)過程中放出能量。在放熱反應(yīng)體系中，是化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)化，那么是否存在熱能向化學(xué)能轉(zhuǎn)化呢？

實驗三：Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)過程中熱量的變化。

實驗材料：試管、棉花團、塑料杯、酚酞試液、濾紙。

學(xué)生在線接收教師提供的實驗步驟，首先在濾紙上滴幾滴酚酞試液，然后在試管中加入幾滴水，并將棉花團濕潤后套在試管外，將稱好重量的晶體導(dǎo)入到塑料杯中，立刻蓋上蓋子，用試管快速攪拌混合物，用手感受杯子溫度的變化。

同樣，學(xué)生實驗，教師巡查拍照，在探究過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在用試管快速攪拌混合物時，混合物逐漸呈糊狀，并產(chǎn)生了堿性氣體，這是因為滴有酚酞試液的濾紙變成了紅色，同時，用手觸摸杯子底部發(fā)現(xiàn)杯底變得冰涼。接下來，請學(xué)生根據(jù)前面我們學(xué)習(xí)過的放熱反應(yīng)體系的能量反應(yīng)進程的變化圖，聯(lián)系微課內(nèi)容，畫出吸熱反應(yīng)體系的能量反應(yīng)進程變化圖。經(jīng)過知識的遷移和運用，學(xué)生類比總結(jié)出吸熱反應(yīng)體系能力隨反應(yīng)的變化情況：當反應(yīng)物想要變成生成物時，首先需要斷裂化學(xué)鍵吸收能量，吸收足夠能量后，再次成鍵，釋放能量，如果釋放的能量低于吸收的能量，所以在該化學(xué)反應(yīng)過程中吸收能量。

通過前面對放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)能量的分析，學(xué)生已經(jīng)了解兩者各自的化學(xué)原因，此時，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的類型，最后將兩者的對比總結(jié)表發(fā)送給學(xué)生，幫助學(xué)生鞏固與吸收課堂知識。

3.2.3 隨堂小測，檢驗學(xué)習(xí)效果。教師發(fā)布隨堂小測，學(xué)生在線答題。當學(xué)生完成答題后，教師調(diào)取答題數(shù)據(jù)，從大數(shù)據(jù)分析圖上，教師能清晰的知道哪些題目學(xué)生做錯了、哪些學(xué)生做錯了，這為教師進行個性化和針對性課后輔導(dǎo)提供了精確的數(shù)據(jù)，這也算是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下智慧課堂教學(xué)模式的優(yōu)勢所在。

(1)判斷題。

①放熱反應(yīng)不需要加熱就能發(fā)生。

②吸熱反應(yīng)需要加熱才能發(fā)生。

③在化學(xué)反應(yīng)過程中都伴有能量的產(chǎn)生，那么，有能量變化就一定是化學(xué)變化。

④放熱反應(yīng)不需要吸收外界能量。

調(diào)取學(xué)生答題數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生第一題答題正確率為90%，其余三道題目正確率為100%，這說明大部分學(xué)生對于放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)中能量的變化情況這一知識點已經(jīng)基本掌握。

(2)選擇題。

①下列變化屬于放熱反應(yīng)的是( )

a.Zn與稀HCl的反應(yīng) b.濃H2SO4溶于水 c.CaCO3高溫分解 d.液態(tài)水氣化

A a和d

B a

C c和d

D a和b

②下列變化屬于吸熱反應(yīng)的是( )

A Mg條燃燒

B Fe與稀HCl的反應(yīng)

C H2SO4與KOH的反應(yīng)

D Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl

③下列說法正確的是( )

A 吸熱反應(yīng)需要加熱才能發(fā)生

B 吸熱反應(yīng)需要從外界獲取能量，而放熱反應(yīng)不需要

C 放熱反應(yīng)在常溫下很容易發(fā)生

D 吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的判斷是根據(jù)其反應(yīng)物、生成物所具有的總能量相對大小來決定的。

大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生第一題的正確率為70%，第二、三題的正確率為100%。第一題錯誤答案主要集中于選項D，這樣教師只需要針對D選項進行針對性的講解就行，這樣能夠大大提高習(xí)題講解的針對性和有效性。

3.3 勤反思勤總結(jié)，促進課堂智慧深化?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+教育”背景下的智慧課堂，對于廣大教師而言，是一種全新的教學(xué)模式，需要教師在教學(xué)實踐中不斷探索、積累經(jīng)驗。而課后勤反思、勤總結(jié)，則是促進課堂智慧深化與升華的關(guān)鍵所在。對于課堂上無法呈現(xiàn)的化學(xué)實驗，教師可以借助于信息化手段呈現(xiàn)學(xué)生，讓學(xué)生利用課余時間自主學(xué)習(xí)。教師在課后以臺賬的形式記錄課堂進程，判斷自己本節(jié)課的教學(xué)目標是否達到、化學(xué)實驗指導(dǎo)是否到位、學(xué)生學(xué)習(xí)效果是否顯著、教學(xué)氛圍是否良好等等，與此同時，學(xué)生也智慧平臺上看到自己本堂課的學(xué)習(xí)記錄以及教師給出的評價，這為學(xué)生接下來的復(fù)習(xí)與鞏固提供了精確的指導(dǎo)方向。

在《化學(xué)能與熱能》一課的教學(xué)中，筆者主要以實驗探究和問題驅(qū)動的方式，引領(lǐng)學(xué)生動手操作、小組合作、積極思考，課堂氛圍非?；钴S，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度。從學(xué)生知識的建構(gòu)來看，學(xué)生在課堂上，勇于發(fā)言，隨堂檢測的正確率較高，說明大部分學(xué)生對本節(jié)課的知識內(nèi)容學(xué)習(xí)成效顯著。從總體上來說，基本已經(jīng)完成本節(jié)課的教學(xué)目標。但不足之處就是，學(xué)生在進行小組實驗探究時對于時間的把握不準、少部分學(xué)生對于在線學(xué)習(xí)教育方式運用不夠熟練等，還有待進一步的探索與改進。

結(jié)束語

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，智慧課堂、智慧教育成為教育熱點話題，結(jié)合人工智能教育的深度融合，充分運用大數(shù)據(jù)、云平臺等新興科技，引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)知識進行自主探索，帶給學(xué)生多重感覺器官刺激，有利于刺激學(xué)生大腦學(xué)習(xí)，并形成一個交流活動的課堂，這是對傳統(tǒng)教育教學(xué)模式的一種突破與創(chuàng)新。我們作為教師，只有勤于反思、善于總結(jié)，充分利用信息化手段對教學(xué)方式進行設(shè)計，才能不斷形成自己獨具特色的化學(xué)教學(xué)智慧課堂。