摘要：人工智能技术为高中化学课堂创新提供了新的路径。本文基于人教版教材内容，探讨智慧课堂在化学教学中的实践应用，通过分析当前技术融合中的深层次矛盾，提出基于智能平台的分层教学策略和虚拟仿真实验的具象化教学模式。研究发现，合理利用智能诊断系统能够精准定位学生认知盲区，动态实验模拟可突破传统教学中微观反应机理的讲解困境。研究结果对于优化课堂教学流程、提升学生学科核心素养具有实践指导意义，为推进基础教育阶段化学学科与智能技术深度融合提供了可行性方案。

关键词：人工智能；高中化学；智慧课堂；教学实践；核心素养

1 引言

随着人工智能技术在教育领域的渗透，传统课堂教学模式正在经历深刻变革。高中化学作为兼具理论抽象性与实践操作性的学科，在知识可视化、实验安全化、反馈即时化等方面存在显著改进空间。当前教育实践中，智能技术应用已从早期的课件辅助阶段，逐步转向深度融入教学全过程的智慧课堂构建。本研究聚焦人教版高中化学教材，探索人工智能技术支持下的教学策略创新，重点解决微观概念理解困难、高阶思维培养不足等实际问题，旨在构建可推广的智慧课堂教学范式。

2 人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践研究的价值

人工智能技术的介入使化学教学突破时空限制成为可能。在知识建构层面，智能诊断系统可实时捕捉学生认知轨迹，为动态调整教学方案提供依据，例如通过分析学生解题过程中的错误类型，自动生成针对性强化训练。在实验教学领域，虚拟仿真技术既能保障危险实验的操作安全，又能实现分子运动、电子转移等微观过程的可视化呈现。更为重要的是，智能平台的交互功能可激发学生探究兴趣，通过创设虚拟科研情境引导学生开展探究式学习，这种沉浸式体验对发展学生证据推理、模型认知等核心素养具有独特价值。

3 人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践研究的现状

3.1 技术应用表层化现象突出

当前多数智慧课堂建设停留在设备升级层面，智能白板、电子书包等设备常被简单用作传统教学工具的替代品。例如在 " 化学平衡移动 " 教学中，教师多采用动画演示替代板书讲解，但未构建交互式学习环境让学生自主调节浓度、温度参数观察平衡变化。这种技术应用方式未能充分发挥人工智能的预测和反馈功能，导致设备使用率与教学效果提升不成正比。

3.2 评价体系与智能技术脱节

现有教学评价仍以纸笔测试为主，未能有效整合人工智能的过程性评价优势。在 " 电解质溶液 " 单元学习中，智能系统可记录学生每个知识点的停留时长、互动频率等行为数据，但教师往往仅关注最终测验成绩，忽视这些动态数据对诊断学习障碍的价值。评价维度单一化制约了智能技术的诊断功能，使得教学改进缺乏精准数据支撑。

4 人工智能背景下高中化学智慧课堂教学实践研究的策略

4.1 构建智能分层教学系统

在人教版 " 氧化还原反应 " 教学中，可利用智能平台实施精准教学。第一阶段通过前置诊断测试，系统根据学生电子转移概念的理解程度自动划分学习小组。A 组（基础薄弱）通过交互式动画分解铜与硝酸反应中的电子转移过程，每个步骤设置即时反馈问题；B 组（中等水平）利用虚拟实验箱自主设计 Fe²⁺ 与酸性高锰酸钾的反应方案，系统实时监测试剂用量并提示氧化剂选择依据；C 组（高阶能力）则挑战燃料电池中复杂氧化还原体系的电子流向分析任务，智能系统提供多维度建模工具。第二阶段教师根据平台生成的学情热力图，重点讲解电子守恒定律的应用难点，使不同层次学生均能获得适切指导。

该策略的关键在于建立 " 诊断 - 分层 - 干预 " 的闭环系统。智能平台不仅实现了个性化学习路径规划，更重要的是通过记录学生操作轨迹，帮助教师发现诸如 " 电子转移方向判断错误集中在原电池装置理解 " 等群体性认知偏差，为后续教学改进提供实证依据。这种动态调整机制使传统课堂的 " 统一教学 " 转变为 " 精准滴灌 "，显著提升了概念教学效率。

4.2 开发虚实融合的实验教学模式

在 “原电池原理” 教学过程中，针对抽象微观问题，构建了一套完整的三级实验体系。基础层，学生亲手操作锌铜原电池实体实验，当电路接通的瞬间，他们亲眼目睹电流表指针偏转，铜电极表面不断有气泡冒出，这些直观现象让学生对原电池产生电流有了初步认知。进阶层，借助虚拟仿真实验平台，学生可通过 3D 模型，像拆解精密仪器般深入了解装置内部结构，盐桥中离子迁移过程以动态可视化形式呈现，学生还能自由调节电极材料，实时观察电势差随之产生的变化。创新层，学生依托智能模拟系统，大胆尝试自主设计镁铝氢氧化钠溶液构成的原电池，系统不仅能自动计算电子转移数量，还会生成详尽的能量转化效率报告。课堂上，教师利用平台的数据可视化功能，将各组实验数据实时投射至电子白板，引导学生进行对比分析，深度探究不同原电池装置的工作原理。

这种教学模式的核心价值在于构建了 “现象观察 - 机理探究 - 创新应用” 的认知链条。虚拟实验凭借其独特优势，成功突破了微观粒子运动难以观察的瓶颈，而且其可重复操作的特性，为学生提供了多次试错、反复验证的机会，助力学生深化对原电池原理的理解。以探究电极材料对电流强度的影响为例，学生在虚拟环境中能快速尝试铁、石墨等多种材料组合，系统即时生成的电压对比图表，将原本抽象的理论知识变得直观易懂。虚实结合的实验环境，既保留了实体实验动手操作的真实体验，又借助虚拟实验拓展了探究深度，让学生在实践与探索中，有效提升了科学探究能力。

5 结束语

人工智能与化学教学的深度融合正在重塑课堂教学样态。实践证明，智能分层系统能显著提升概念教学效率，虚实融合的实验环境可有效破解微观机理的教学困境。这些实践策略的核心价值在于构建" 以学定教 " 的新型教学关系，使技术真正服务于学生的认知发展需求。未来研究需进一步探索智能系统与学科思维的融合路径，在保护学生思维完整性的前提下，开发更多符合化学学科特质的智能工具。教育工作者应主动适应技术变革，将人工智能转化为提升教学效能的有力支撑，共同推进化学教育向更高质量阶段发展。

参考文献：

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