生成式人工智能技術在高中化學教學中的實踐探索

摘要：本文闡述了在高中化學教學中運用生成式人工智能技術進行課堂達成目標提煉、課堂導入、課堂教學情境設計的教學實踐，并融合高中化學學科特色，根據高中生的認知規律，進行教學方式的優化，以最大程度發揮生成式人工智能技術的優勢，助推學生化學學科核心素養的發展。

關鍵詞：生成式人工智能技術；高中化學教學；實踐

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）23-0000-04

自《新一代人工智能發展規劃》提出“開展人工智能跨學科探索性研究、推動人工智能與相關基礎學科的交叉融合新模式”以來，人工智能領域獲得了快速發展。隨著“互聯網+教育”的提出，人工智能技術被應用在學科教學中，成為教師的重要幫手。因此，筆者結合化學學科特色以及高中生的認知規律，對教學方式進行了優化，希望能最大程度發揮人工智能技術的優勢，助推學生核心素養的發展。

生成式人工智能技術的涵義

生成式人工智能技術（Generative AI）是一種人工智能技術，這類技術通常涉及機器學習、自然語言處理、計算機視覺等領域的算法和模型，通過學習大量數據來生成新的、原創的文本、圖像、音頻、視頻或其他形式的內容。與傳統的基于規則的程序或機器學習模型只能進行分類、識別或預測不同，生成式人工智能技術具有創造性，能夠生成以前從未存在過的內容。目前，國內的生成式人工智能模型主要有文心一言、豆包、kimi、通義千問、星火大模型、匠邦、Learnify等。

生成式人工智能技術在高中化學教學中的實踐

1.精準提煉達成目標，完善教學準備

高中化學的教學內容聚焦較為鮮明，但層次、結構較為復雜，單純按部就班地從事教學設計，不利于培養學生的核心素養。所以，教師首先應在課前完善教學準備，提煉達成目標（包括教學目標和學習目標），以便于抓住教學重點，梳理課程的邏輯線索，更好地發揮生成式人工智能技術的作用。其次，教師要利用生成式人工智能技術來提煉達成目標。以匠邦AI為例（如圖1），在生成教學大綱后，教師再提煉達成目標可以起到事半功倍的效果。

2.豐富課堂導入手段，激發學習興趣

（1）利用生成式人工智能技術創建的LOGO設計趣味導入學習內容。例如，在講述元素周期律時，教師要求學生利用生成式人工智能技術生成與元素周期表LOGO相關的有趣圖像，以此作為課堂導入的素材。素材的生成充分調動了學生的學習積極性，督促學生自主學習元素周期表的排列規律和標志性元素。在課堂導入環節中，學生以小組為單位展示設計、評比最美設計，激發了學生學習周期表的積極性，為接下來元素周期律的學習做好鋪墊。

（2）引入實時數據和案例。生成式人工智能技術可以實時獲取和整理與課程內容相關的數據和案例。教師可以將這些數據和案例作為課堂導入的素材，讓學生了解課程內容的實際應用價值，增強學習的現實意義。例如，在高三化學試卷評講課堂中，針對某陌生實驗題，教師可以通過網絡爬蟲技術自動抓取權威教育網站、科學期刊、學術論文等來源的與該試題相關聯的最新化學研究成果、實驗案例、教學資源和其他變式題目，幫助學生更好地復習，同時起到舉一反三的作用。

（3）互動游戲式導入。教師可以利用生成式人工智能技術設計互動游戲式的課堂導入，讓學生在游戲中學習新知識，提高學習興趣和參與度。這種導入方式不僅可以活躍課堂氣氛，還可以幫助學生在輕松愉快的氛圍中掌握新知識。

（4）智能問答與預測。生成式人工智能技術可以幫助教師預設一些與課堂內容相關的問題，并根據學生的回答情況進行智能分析和預測。教師可以根據分析和預測結果，調整課堂導入的內容和方式，更好地滿足學生的學習需求。

（5）在使用生成式人工智能技術進行課堂導入時，教師需要注意以下幾點：①確保生成的內容與課程目標緊密相關，避免偏離主題。②根據學生的實際情況和興趣進行調整和優化，確保導入內容的有效性和吸引力。③合理利用生成式人工智能技術，避免過度依賴技術而忽略教學的本質。

3.多樣課堂教學情境設計，提升學生核心素養

學科核心素養是學生通過學科學習形成的正確價值觀、必備品格、關鍵能力，是學科育人功能的具體表現，而學科知識往往是在情境中生成和呈現的，需依托情境轉化為能力和素養，“素養為本”的教學呼喚“真實情境”。

何為真實情境？真實情境?是指在教育或培訓中創設的特定環境，這些環境貼近學生的既有經驗和當前興趣，能夠激發學生的學習興趣，幫助他們認識到學習活動的意義和價值。創設真實情境的關鍵是教師如何將身邊的素材變成教學情境，提出有價值的問題，進而讓學生在學習過程中內化知識、提出問題、解決問題，學會自我評價。下面，筆者以《二氧化硫的性質》一課為例，利用生成式人工智能技術進行教學情境設計。

設計第一稿：《二氧化硫的性質》微項目設計，如圖2所示。通過此項目，學生不僅能深入理解二氧化硫的性質，還能將所學知識與環境保護等社會實際問題聯系起來，培養綜合運用科學知識的能力。

設計第二稿：在第一稿的基礎上，沒有過多提煉真實情境，但為真實情境的創設提供了思路——二氧化硫在實際生活中的應用有哪些？其主要應用領域如圖3所示。

設計第三稿：在釀酒過程中，二氧化硫作為抗生素和抗氧化劑，可以防止酒受到細菌破壞和氧化，同時幫助控制揮發性酸度，保持酒的品質和風味（如圖4）。

設計第四稿：用通義萬相生成圖片（如圖5），用訊飛智作生成AI虛擬主播（如圖6），用文字生成短視頻。

以上設計方法可以運用于高中化學大部分有機和無機化合物的教學設計中，化學學科的特質與真實情境教學本身高度契合，將化學知識融入特定的情境中，通過利用生成式人工智能技術進行課堂結構化教學設計、遞進式教學設計，有助于促進學生對學科核心概念的理解和掌握，提升學生思維水平和解決實際問題的能力，發展學生的學科核心素養。

反思

生成式人工智能技術與高中化學教學融合的學習內容和課程資源可以在人機互動對話進程中生成。這種智能化的生成方式，顛覆了教師對傳統課堂的認知模式和教學方式，有助于激發學生的學習熱情。筆者相信，生成式人工智能技術將成為教師的“新質生產力”。

參考文獻：

[1]戴嶺，胡姣，祝智庭.ChatGPT賦能教育數字化轉型的新方略[J].開放教育研究，2023（04）：41-48

[2]戴嶺，張寶輝，楊秋.新課標背景下教學思維的時代意蘊、現實困境與突破路徑[J].遠程教育雜志，2023（09）：75-83.

[3]王祥海.教師教學情境設計力的養成策略——以化學學科為例[J].基礎教育課程，2022（03）：116-120.

作者簡介：俞葉，高中化學教師，高中教導處副主任，中學高級教師，蘇州市中小學學科帶頭人，曾獲全國基礎教育化學新課程實踐成果一等獎。