一、引言

信息化、個性化教學(xué)是高中化學(xué)改革發(fā)展的必然趨勢。然而在實際教學(xué)中，受“大班制”和“走班制”教學(xué)模式的影響，教師難以針對學(xué)生個體特點設(shè)計差異化的學(xué)習(xí)方案，學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求難以得到足夠支持，為踐行新課標要求，推動高中化學(xué)教學(xué)朝向信息化、智能化方向發(fā)展，教師將人工智能技術(shù)引入高中化學(xué)課堂，利用人工智能分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)問題，面向?qū)W生的真實需求提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展提供有力支持。

二、人工智能技術(shù)應(yīng)用于高中化學(xué)教學(xué)的意義

（一）提供學(xué)習(xí)支持

人工智能技術(shù)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、能力水平和興趣愛好制定契合學(xué)生發(fā)展需求的學(xué)習(xí)計劃，在確保學(xué)習(xí)計劃難度契合學(xué)生的認知發(fā)展水平的同時，為學(xué)生的學(xué)習(xí)目標提供學(xué)習(xí)資源，為學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難提供解答，使學(xué)生得以通過自主學(xué)習(xí)、獨立思考解決學(xué)習(xí)中遇到的困惑，收獲成長。

（二）優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗

教師在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，能夠快速整合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況生成學(xué)習(xí)檔案和教學(xué)指導(dǎo)意見，教師可根據(jù)檔案中學(xué)生的興趣愛好和教學(xué)指導(dǎo)意見設(shè)計符合學(xué)生興趣愛好的特色學(xué)習(xí)活動，豐富學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)體驗，為培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)愛好打下堅實基礎(chǔ)。

（三）提高評價效率

將人工智能技術(shù)應(yīng)用于高中化學(xué)教學(xué)評價環(huán)節(jié)，能讓實時評價在化學(xué)教學(xué)中真實發(fā)生，學(xué)生可通過實時評價了解自己的真實學(xué)習(xí)情況，教師也可通過實時評價確定教學(xué)方法的有效性，根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，檢驗教學(xué)活動有效性的同時，為今后的化學(xué)教學(xué)設(shè)計積累經(jīng)驗教訓(xùn)，為構(gòu)建高效率、高質(zhì)量的化學(xué)課堂做好充分準備[2]。

（四）改變教學(xué)方式

人工智能技術(shù)的運用改變了教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的方式。教師可以通過人工智能技術(shù)組織課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)活動，針對學(xué)生在課堂上的提問臨時生成對應(yīng)的教學(xué)資源，使教學(xué)過程更富有生命力。而學(xué)生能夠在人工智能技術(shù)的支持下進行自主學(xué)習(xí)，獨立完成學(xué)習(xí)任務(wù)，探索知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，這對學(xué)生自學(xué)能力發(fā)展具有一定的積極影響。

三、人工智能時代高中化學(xué)教學(xué)策略

（一）課前問卷調(diào)查，明晰真實學(xué)情

高中化學(xué)知識點涉及宏觀世界和微觀結(jié)構(gòu)，知識內(nèi)容較為抽象，傳統(tǒng)教學(xué)方法以理論講述、繪圖展示為主，部分學(xué)生難以準確掌握教師所講內(nèi)容。導(dǎo)致此類現(xiàn)象發(fā)生的主要原因在于教師的教學(xué)設(shè)計脫離學(xué)生實際。因此，為準確把握學(xué)生的學(xué)習(xí)脈搏，制定契合學(xué)生認知水平的特色教學(xué)活動，教師在課前依托人工智能組織問卷調(diào)查活動。

以人教版高一化學(xué)必修第一冊第一章“氧化還原反應(yīng)”為例，為了解學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣、認知水平以及化學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，教師與智能AI對話，要求AI根據(jù)高中化學(xué)學(xué)科知識特點，以了解高一學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣、認知水平、化學(xué)知識基礎(chǔ)為目標生成調(diào)查問卷。智能AI結(jié)合初中以及高一化學(xué)知識生成調(diào)查問卷：問題1：你是否理解氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的含義？能否用自己的話解釋氧化還原反應(yīng)？問題2：你習(xí)慣用什么方式區(qū)分氧化、還原在含義上的差別？問題3：你認為自己學(xué)習(xí)理解化學(xué)知識的速度是快、慢，還是適中？

為保證問卷調(diào)查結(jié)果的有效性，教師要求學(xué)生在智能設(shè)備上下載智能閱讀助手，在學(xué)生完成問卷調(diào)查的過程中，由AI說明設(shè)置該問題的含義，某學(xué)生在完成問題1時，AI助手講述問題含義：該問題意在考查你的化學(xué)基礎(chǔ)，如不具備相應(yīng)基礎(chǔ)知識，可通過課前預(yù)習(xí)的方式簡單了解氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的相關(guān)知識點，幫助你從微觀角度和宏觀視角兩方面了解化學(xué)現(xiàn)象。學(xué)生在AI的指導(dǎo)下，以嚴肅認真的態(tài)度對待問卷調(diào)查，根據(jù)自己的真實情況填寫調(diào)查問卷，為后續(xù)化學(xué)教學(xué)做準備。

最后，教師利用云朵課堂中的智能作業(yè)審批模塊自動分析問卷調(diào)查結(jié)果，要求智能AI以分數(shù)配合條形統(tǒng)計圖的形式表示學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣、認知水平和化學(xué)知識基礎(chǔ)水平，保存調(diào)查結(jié)果。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，教師將學(xué)生劃分為優(yōu)秀、良好、待進三個層次，并與智能AI共同討論分析適合各層次學(xué)生的教學(xué)方法。面對基礎(chǔ)較差的學(xué)生，教師接受建議，制作微課視頻講解額外布置預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生觀看微課“奇妙的化學(xué)變化”，從而了解氧化、還原反應(yīng)的含義，為參與課堂教學(xué)活動做準備，落實個性化教學(xué)目標。

（二）助力課堂測評，加快測評效率

隨堂測驗環(huán)節(jié)是高中化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，學(xué)生可以通過隨堂測試深人思考所學(xué)知識的運用方法，教師也可通過隨堂測試結(jié)果了解教學(xué)活動的有效性，為優(yōu)化教學(xué)設(shè)計積累經(jīng)驗。然而隨堂測驗本身耗時較長，教師在測驗結(jié)束后需要消耗大量時間用于評估測驗結(jié)果，耗時過多導(dǎo)致隨堂測驗的教育價值難以完全體現(xiàn)，為此教師將人工智能技術(shù)用于課堂測試環(huán)節(jié)，在課堂測試環(huán)節(jié)開始前教師與人工智能AI溝通，要求AI根據(jù)學(xué)習(xí)檔案布置特色隨堂測驗任務(wù)，保證隨堂測驗問題的挑戰(zhàn)性；在測試結(jié)束后快速評改測驗結(jié)果，出具隨堂測驗分析報告，教師提供報告設(shè)計教學(xué)活動的同時，引導(dǎo)學(xué)生在人工智能的幫助下自主辨析學(xué)習(xí)中形成的錯誤認知，推動學(xué)生自主反思能力和糾錯能力發(fā)展[3]。

以人教版高二化學(xué)選擇性必修1化學(xué)反應(yīng)原理第四章“化學(xué)反應(yīng)速率”為例，第一階段，教師將本節(jié)課教學(xué)中的化學(xué)反應(yīng)速率含義、化學(xué)反應(yīng)速率差異原因、化學(xué)反應(yīng)速率表達式、化學(xué)反應(yīng)速率計算方法等知識點輸人人工智能軟件，要求人工智能按照學(xué)生實際情況生成隨堂測試題，人工智能接受指令，按照教師提供的化學(xué)知識點生成隨堂測驗題，問題1：你認為H₂+Br₂2HBr 和 2H₂+O₂?2H₂O 誰的反應(yīng)速度更快？為什么？問題2：你認為哪些因素會影響化學(xué)反應(yīng)的速率？問題3：能否簡單說明化學(xué)反應(yīng)速率表示形式的v=Δc/Δt 的推導(dǎo)過程？問題4：運用三段法解答教材練習(xí)與應(yīng)用中第3問的結(jié)果。答題結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生將答題過程與結(jié)果上傳至人工智能軟件，為AI審批作業(yè)做準備。

第二階段，教師運用人工智能軟件的自動測評功能模塊打分評價學(xué)生的隨堂測驗成果，人工智能自動出具答題結(jié)果和答題狀況分析報告： 70% 學(xué)生得分處于60～80分之間， 10% 學(xué)生分數(shù)低于60分， 20% 學(xué)生分數(shù)高于80分，60～80分之間的學(xué)生群體錯誤集中于問題2、問題4，低于60分的學(xué)生錯誤集中于問題1、問題2、問題3、問題4，高于80分的學(xué)生錯誤主要集中在問題2。教師通過閱讀分析報告，快速了解各類學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況，為后續(xù)開展針對性的教學(xué)支持活動做準備。

第三階段，教師要求學(xué)生利用人工智能軟件的問答模塊分析錯誤原因。某學(xué)生向人工智能軟件提問：“硝酸需要避光保存，為什么光照不是加快化學(xué)反應(yīng)速率的原因？”人工智能軟件自動收集資料，聯(lián)系硝酸甘油的保存條件說明光照對物質(zhì)穩(wěn)定性的影響和光照對化學(xué)反應(yīng)速率的影響的不同，教師適時播放動畫，以更加直觀的方式幫助學(xué)生理解二者區(qū)別，幫助學(xué)生辨析錯誤認知，為學(xué)生自我反思能力的發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

（三）實時學(xué)情追蹤，修正成長規(guī)劃

高中生處于成長發(fā)展的重要階段，隨著學(xué)生的成長，認知水平也在不斷變化，學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)需求也在不斷變化，為落實學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標，設(shè)計出符合學(xué)生興趣愛好和學(xué)習(xí)情況的化學(xué)教學(xué)活動，教師依托人工智能軟件實時追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)成長狀況，從課堂問答、日常測驗、期中測驗、期末測驗、日常作業(yè)完成情況、作業(yè)完成方式等數(shù)據(jù)信息中分析學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)行為的變化傾向，生成成長報告，教師根據(jù)報告內(nèi)容不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，篩選教學(xué)資源，重構(gòu)教學(xué)活動，使化學(xué)教學(xué)始終契合學(xué)生的成長需求[4。

以人教版高一化學(xué)必修第二冊第五章“硫及其化合物”為例，本節(jié)課主要學(xué)習(xí)硫的特性、硫的常見化合物、硫的電子結(jié)構(gòu)和價態(tài)、硫的同素異形體以及應(yīng)用。首先，教師將學(xué)生以往日常測驗中基礎(chǔ)題、深入題、拔高題的得分情況，以及作業(yè)中各類題目的完成情況輸入AI學(xué)情分析系統(tǒng)，AI學(xué)情分析系統(tǒng)自動分析上傳的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，建立學(xué)生的成長檔案，檔案包括學(xué)生的日常學(xué)習(xí)表現(xiàn)、成長曲線、學(xué)習(xí)傾向、學(xué)習(xí)興趣等內(nèi)容。

AI學(xué)情分析系統(tǒng)顯示：某學(xué)生上一學(xué)期時化學(xué)基礎(chǔ)較差，測試時基礎(chǔ)題得分較低，深入題、拔高題幾乎無得分，但這一學(xué)期基礎(chǔ)題失分情況較少，深入題、拔高題平均得分顯著增加，實驗類題目的準確率較高，計算題準確率較低。教師根據(jù)學(xué)情分析結(jié)果，在作業(yè)設(shè)計方面增加該學(xué)生課后作業(yè)設(shè)計中深入題、拔高題數(shù)量，減少基礎(chǔ)題數(shù)量。在教學(xué)方法上，教師播放演示視頻講解通過二氧化硫與酸性高錳酸鉀溶液的化學(xué)反應(yīng)驗證二氧化硫的還原性，用直觀的教學(xué)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)方法，深化學(xué)生對二氧化硫特性的理解。

最后，教師將教學(xué)方法、作業(yè)設(shè)計改進后該學(xué)生的隨堂測驗結(jié)果、作業(yè)得分情況輸人學(xué)情分析系統(tǒng)，AI自動對比該學(xué)生以往學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，分析學(xué)生成長過程，指出學(xué)生的課堂問答次數(shù)顯著增加，課堂測驗平均分高于以往，但作業(yè)得分顯著降低，完成的作業(yè)題數(shù)量降低。教師根據(jù)分析結(jié)果，堅持用實驗法教學(xué)的同時減少深入題、拔高題數(shù)量，穩(wěn)步提升學(xué)生的化學(xué)知識水平。

（四）智能AI輔助，實現(xiàn)高效自學(xué)

自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、生活具有重要的支持作用，教師有必要在高中化學(xué)教學(xué)中把握機會培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。為培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，教師將學(xué)習(xí)決定權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生決定學(xué)習(xí)細節(jié)，學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)時長，教師僅作為輔助者、引導(dǎo)者參與學(xué)生的自主探究式學(xué)習(xí)活動[5]。這種以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方式在滿足學(xué)生學(xué)習(xí)成長需求的同時，也帶來了新問題：如何解決學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中遇到的困難？針對這一難點，教師將智能輔導(dǎo)機器人引入高中化學(xué)課堂，引導(dǎo)學(xué)生使用智能AI，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進度、學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)風(fēng)格設(shè)計個性化的自學(xué)計劃；在遇到學(xué)習(xí)困難時鼓勵學(xué)生利用智能AI自主篩選適合的學(xué)習(xí)資源，或是向智能AI助手提問解決學(xué)習(xí)難點的方法，由智能AI直接解答學(xué)生問題，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的疑難問題，提高學(xué)生的自學(xué)效率和自學(xué)質(zhì)量。

以人教版高一化學(xué)必修第一冊第三章“金屬材料”為例，本節(jié)課主要學(xué)習(xí)金屬的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及金屬的冶煉方法以及實際應(yīng)用。為培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，教師要求學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)完成學(xué)習(xí)目標。某學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，將學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)目標輸入智能AI助手，軟件自動生成自學(xué)計劃：首先，通過互聯(lián)網(wǎng)和教材了解合金的概念、常見的合金類型以及合金與純金屬材料的不同點；其次觀察合金和純金屬圖片，分析二者在顏色、性能、原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)方面的不同，思考區(qū)分合金和純金屬的方法，并詳細闡述方法的可行性；最后，閱讀了解濕法煉銅、熱還原鐵等金屬冶煉方法，分析冶煉過程中金屬元素的反應(yīng)過程。在AI的助力下，學(xué)生踏上自學(xué)道路。

在自主學(xué)習(xí)過程中，教師觀察學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過程，發(fā)現(xiàn)學(xué)生難以找到純金屬和合金的圖片資源，為幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，教師引導(dǎo)學(xué)生在智能AI助手中提問：“請?zhí)峁┮恍┘兘饘俸秃辖鸬膱D片”智能助手自動搜集網(wǎng)絡(luò)資源，展示鋼與鐵、鋁合金與鋁、鎂元素與鎂合金、黃銅和銅的圖片。學(xué)生對比照片，發(fā)現(xiàn)純金屬如鋁、鐵、鎂等表面較為光潔、色澤較為均勻，合金表面存在凹陷與色澤不均勻，認識到可以通過外觀觀察區(qū)分純金屬與合金。

最后，教師觀察學(xué)生自學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生因?qū)嶒炓曨l中鐵、鈷、鎳能被磁鐵吸引，而銅合金、鋁合金、鎢合金、鈦合金不能被磁鐵吸引而得出錯誤結(jié)論：所有合金都不能被磁鐵吸引。為糾正學(xué)生的錯誤，教師引導(dǎo)學(xué)生使用智能AI助手分析自己的發(fā)現(xiàn)是否正確，智能AI助手分別播放磁鐵吸引碳素鋼以及磁鐵吸引奧氏體不銹鋼的視頻，學(xué)生通過觀察視頻，糾正錯誤認知，收獲成長。

四、結(jié)束語

綜上所述，利用人工智能技術(shù)支持高中化學(xué)個性化教學(xué)，不僅能優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持，更能在學(xué)生遇到疑難問題時進行答疑解惑，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，對學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成起到了積極的促進作用。因此，教師在今后的化學(xué)教學(xué)中必須正視人工智能技術(shù)對教育教學(xué)的作用，積極探索將人工智能技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)的方式方法，為學(xué)生化學(xué)思維能力和學(xué)習(xí)能力的發(fā)展提供有力支持。

作者單位：韓鋒卓尼縣阿子灘九年制學(xué)校