人工智能赋能初中化学实验教学
作者： 钱海燕
【摘要】化学实验是探究化学原理的重要形式，也是学生学习化学知识的重要途径。教师可以将人工智能技术用于初中化学实验教学，借助丰富的教学资源、科学的教学模式激发学生的实验探究兴趣，培养学生的化学学科核心素养。文章立足教学实践，对初中化学教师利用人工智能技术优化实验教学的策略展开研究，从辅助学生预习、组织实验活动、布置实验作业三个层面给出教学建议，以期为教师优化初中化学实验教学提供参考。
【关键词】人工智能；初中化学；实验教学
作者简介：钱海燕（1978—），女，江苏省镇江实验学校。
在当今时代背景下，教师应积极尝试将人工智能技术运用到课程教学中，借此优化教学模式、改善教学方法、提高教学效率。化学实验是初中化学教学的重要内容。通过具体的实验活动，学生可以熟悉化学实验探究的一般思路与方法，学会基于实验事实得出结论，了解探究物质组成和反应规律的技巧，掌握控制变量和对比实验等实验方法，提升化学学科核心素养。传统化学实验教学存在交互性不强的问题，导致学生常在掌握化学实验原理与方法时遇到困难。人工智能技术具有资源丰富、功能强大的特征，将人工智能技术用于初中化学实验教学，可以改善实验教学环境，优化实验教学模式［1］。
一、人工智能赋能初中化学实验教学的优势
首先，教师可以利用人工智能技术创设生动的教学情境，将初中化学实验活动与现实生活现象巧妙关联，以拉近学生与教学内容的距离，消除学生的畏学情绪，激发学生的学习兴趣［2］。
其次，教师可以利用人工智能技术监测学生的学习情况，发现学生在确定实验原理、选择实验仪器、组装实验装置、设计实验步骤、进行实验操作等环节存在的问题，并及时给学生提供有针对性的建议，确保学生顺利完成实验，从实验探究活动中获得能力增长。
最后，教师可以利用人工智能技术生成思维导图等学习支架，指导学生在完成实验后有条理地回顾实验原理及实验过程。在图文并茂的思维导图等学习支架的帮助下，学生可以发现化学知识、实验方法、实验原理之间的本质关联。
二、人工智能赋能初中化学实验教学的策略
（一）利用人工智能技术辅助学生预习实验内容
教师可以利用人工智能技术制作微课视频、演示文稿、“实验任务单”，指导学生预先了解实验目的及实验原理，熟悉实验器材和实验步骤，为后续在课堂上高效完成化学实验奠定基础［3］。
1.利用人工智能技术制作微课视频
教师在应用人工智能技术制作微课视频时，既需要介绍清楚化学实验的原理，又需要演示化学实验的基本流程，确保学生能够通过微课视频预先了解实验的基本内容［4］。
例如，在教授沪教版化学九年级上册教材中的“基础实验1 氧气的实验室制取与性质”时，教师可以应用“奇妙元”等人工智能平台制作微课视频。首先，教师需要登录自己的帐号，然后点击“视频制作”版块，进入“数字人视频制作”，并“创建项目”，开启微课视频制作。其次，教师需要选择合适的数字人形象，输入语音文本，包括氧气的实验室制取方法（加热高锰酸钾或氯酸钾制氧气、分解过氧化氢制氧气）、氧气的收集方法（排水法、向上排空气法）、氧气的性质等，然后“编辑背景”，导入化学实验室的照片。最后，教师需要点击“导出视频”按钮，生成微课视频。如果教师感觉生成的微课视频理论内容过多、实验流程介绍过于简单，还可以应用“豆包AI助手”获取与实验活动、实验器材有关的图片，如铁架台、放入高锰酸钾的试管、酒精灯、长导管、集气瓶的图片，然后将这些图片插入微课视频，增强微课视频的真实感。
2.利用人工智能技术发布“实验任务单”
教师可以在梳理初中化学实验课程的教学重点与难点后，利用人工智能技术，根据教学重点与难点设计系列学习任务，生成“实验任务单”，使学生预先了解课堂学习要点［5］。
例如，在教授沪教版化学九年级上册教材中的“基础实验2 水的组成及变化的探究”时，教师可以应用人工智能技术分析教材内容及学生学情，确定实验教学的起点，明确学生的学习目标、学习重难点、学习任务、参考资料，生成如表1所示的“实验任务单”，协助学生在课前高效预习。
（二）利用人工智能技术组织实验活动
传统初中化学实验教学的教学方法相对单一，容易造成学生缺乏学习兴趣、学习参与度低［6］。教师可以利用人工智能技术优化初中化学实验教学环境，为学生提供更多自主探究的机会，让学生在实践操作中感悟实验原理、掌握实验方法、提升综合能力。
1.创设教学情境
在教学前，教师可以利用人工智能技术收集、整理与教学内容相关的趣味现象，然后据此创设教学情境，以增强实验教学的趣味性，调动学生的实验探究积极性，激发学生的学习兴趣。
例如，在教授沪教版化学九年级上册教材中的“基础实验3 燃烧条件的探究”时，教师可以利用人工智能技术收集趣味教学资料，并由此创设教学情境。
【教学情境之魔棒点灯】
将一根玻璃棒伸向酒精灯顶部，酒精灯的灯芯一下子被点燃。盖灭酒精灯后，取下酒精灯灯帽，重复操作，玻璃棒仍然可以点燃酒精灯。
【教学情境之烧不坏的手帕】
展示一块浸湿的手帕，轻轻挤掉多余的液体，然后用火柴将其点燃，此时手帕表面覆盖着火焰。但火焰很快熄灭，而手帕完好无损。
观察上述现象后，学生自然会对现象背后的原理感兴趣。这时，教师可以依次揭秘：在第一个教学情境中，玻璃棒的一端蘸着高锰酸钾和浓硫酸的混合物，高锰酸钾与浓硫酸反应生成高锰酸酐，高锰酸酐具有强氧化性，而酒精具有还原性，高锰酸酐遇到酒精会剧烈反应，放出大量热量，从而点燃酒精灯；在第二个教学情境中，教师事先用10 mL浓度为70%的酒精浸泡手帕，再用10 mL水浸泡手帕，酒精的沸点相对较低，仅为78℃，而水的沸点是100℃，这意味着手帕被点燃时，酒精比水先挥发，在手帕燃烧的过程中，大部分水仍然留在手帕上，起到保护手帕的
作用。
2.设计系列问题
教师可以在确定实验教学核心内容后，利用人工智能技术设计问题，引导学生分析实验现象、探究实验原理。
例如，在教授沪教版化学九年级上册教材中的“基础实验4 二氧化碳的实验室制取与性质”时，教师利用人工智能技术设计导学问题。人工智能提供的问题如下：（1）回顾“氧气的实验室制取与性质”的内容，推测制取二氧化碳的实验流程；（2）混合碳酸钠与稀盐酸、碳酸钙与稀硫酸、块状大理石与浓盐酸以及高温加热木炭与氧化铜粉末都可以得到二氧化碳气体，请分析为什么人们一般不用这些化学反应制取二氧化碳；（3）分析制取二氧化碳的实验装置，尝试画出气体发生装置、气体收集装置；（4）分析自己可以通过哪些现象确定二氧化碳的性质。
其中，问题（1）可以驱动学生利用已掌握的实验知识、经验确定制取二氧化碳的实验思路。问题（2）可以驱动学生对比Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑、CaCO3+H2SO4CaSO4+H2O+
CO2↑、C+2CuO2Cu+CO2↑等化学方程式的特征，总结使用稀盐酸与块状大理石制取二氧化碳的优势，确定实验室制取二氧化碳实验的原理。问题（3）可以驱动学生反思实验过程，积累实验操作经验。问题（4）可以驱动学生结合实验现象、实验方法进行反思，从而扎实掌握二氧化碳的物理性质与化学性质。
3.开发课外探究项目
在学生完成实验操作后，教师可以利用人工智能技术整理与化学实验相关的现实问题，基于现实问题开发课外探究项目，激励学生应用实验知识、技能解决现实问题，借此提高学生学以致用的能力［7］。
例如，在教授沪教版化学九年级上册教材中的“基础实验5 常见金属的物理性质和化学性质”时，教师利用人工智能技术生成以下课外探究项目：（1）探究防止金属生锈的方法；（2）了解废金属回收处理工艺，调查再生金属的用途（3）制作呼吁将金属废弃物回收的宣传海报。
（三）利用人工智能技术优化实验作业设计
人工智能技术的普及为教师布置多样化的化学实验作业带来便利。
1.利用人工智能技术设计分层书面作业
教师可以利用人工智能技术监测学生的课堂学习表现，然后根据学生的学习态度、活动参与情况、知识与技能掌握情况划分层次，并给不同层次的学生设置难度、数量不等的书面作业，以帮助不同层次学生巩固学习成果。
例如，在教授沪教版化学九年级下册教材中的“基础实验6 配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”时，教师基于人工智能技术收集的教学数据设计了基础、提升两个层次的作业。其中，基础作业可以帮助学生巩固知识基础，牢牢记住计算、称量、溶解等实验步骤。提升作业则可以锻炼学生的迁移与应用能力，使其在分析、判断、推理的过程中提升思维品质。
【基础作业】
配制50 g质量分数为16%的氯化钠溶液，需要氯化钠的质量为 g，需要水的体积为 mL（水的密度以1 g/mL计）。将氯化钠倒入烧杯后，将水倒入盛有氯化钠的烧杯，用玻璃棒搅拌，使氯化钠完全溶解。用玻璃棒搅拌时，应注意 。将配制好的溶液装入试剂瓶，贴上标签，标签上应包括溶液的 、 、 。
【提升作业】
以下关于配制100 g溶质质量分数为8%的氯化钠溶液的说法中，错误的是（ ）。
A.配制溶液的步骤为计算、称取氯化钠、量取水、溶解。
B.量取水时，用规格为100 mL的量筒。
C.如果用量筒量取水时，俯视凹液面的最低处，那么所得溶液的溶质质量分数会小于8%。
D.用玻璃棒搅拌是为了加快氯化钠溶解。
2.利用人工智能技术设计实验操作作业
教师可以在利用人工智能技术分析学生的学习问题后，设计在线实验作业，帮助学生巩固学习成果。
例如，在教授沪教版化学九年级下册教材中的“基础实验8 常见酸、碱的化学性质”后，教师可以利用人工智能技术分析学生学情，随后发布在线实验任务，要求学生利用在线实验软件，选择稀盐酸、稀硫酸、稀氢氧化钠溶液、石灰水、镁条、锌粒、铜片、碳酸钠粉末、石灰石等实验材料，自主设计并完成探究酸、碱化学性质的实验。
结语
综上所述，教师可以巧妙利用人工智能赋能初中化学实验教学，以提升学生的探究兴趣，增强学生的学习体验，培养学生的化学学科核心素养。初中化学教师应当认识到人工智能技术的教育优势，并将其合理应用到预习教学、课堂教学、作业布置等工作中，借助丰富的教学资源优化初中实验教学，让学生在自主探究的过程中掌握实验原理、方法，养成良好学习习惯，切实提升化学学科核心素养。
【参考文献】
［1］刘代平.初中化学实验“导学—自学—互学”课堂模式实践［J］.第二课堂（D），2023（12）：7.
［2］张红霞.初中化学实验趣味化教学实践探究［J］.基础教育论坛，2023（24）：98-100.
［3］陆丹红.基于微课教学的初中化学教学实践研究［J］.中学课程辅导，2023（36）：105-107.
［4］黄海琴.基于新课标聚焦初中化学实验教学功能的落地［J］.中学化学教学参考，2023（35）：48-49.
［5］杜刚刚.借化学实验，提升学生动手“做”的能力：以初中化学实验教学为例［J］.中学科技，2023（21）：22-23，39.
［6］马万龙.浅谈初中化学探究性实验教学的有效开展［J］.试题与研究，2023（32）：159-161.
［7］杨生动.“人工智能+教育”背景下初中化学智慧课堂教学的实践研究［J］.教育文汇，2022（1）：46-49.