高中化學課堂的融合創新與實踐研究

在數字化轉型浪潮的時代背景下，教育領域迎來了深刻變革。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出，“要發展宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知等學科核心素養”。《關于加強中小學人工智能教育的通知》更是進一步強調“推動人工智能與學科教學有機融合，構建智能化、網絡化、個性化的教育體系”的具體要求。

在此視域下，傳統化學課堂迎來新的發展機遇，也面臨新的挑戰一如何突破抽象概念的教學困境、推進個性化學習與深度學習的實踐，以及如何構建適應未來社會的創新人才培養模式，是每一位化學教師都應深入考、積極研討的關鍵問題。數字化信息技術與高中化學課堂的深度融合，要求教師通過數字化手段重構“教”與“學\"的新樣態，在改變知識傳遞方式的同時，重塑師生角色，讓教師從傳統的知識傳授者轉型為學習設計師與智能協作者，而學生則從被動接受者轉變為主動探究者與創造者。這一探索不僅積極響應了國家教育數字化的戰略行動，還充分契合了化學學科的教學需求，直指傳統教學模式下“做實驗不如講實驗”抽象概念“理解難”、個性化教學“分層弱\"等痛點，在實現教學效率與成果雙重發展的同時，著力構建“人本智能\"的教育生態。

基于此，本文詳細論述了數字化信息技術賦能高中化學課堂的具體原則與實踐路徑，以期拋磚引玉，與各位一線化學教師共同攜手，探索出一條具有普適性與創新性的數字化轉型路徑。

一、數字化信息技術賦能高中化學課堂的實踐原則分析

（一）核心素養導向原則

新課程改革縱深發展的大背景下，“培養學生的核心素養”已經成為教學的終極目標，化學學科的核心素養包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想等具體內容，因此數字化信息技術的運用必須圍繞這些具體目標，堅持核心素養導向原則，避免陷入“為技術而技術”的形式化誤區。核心素養導向型教學要求教師在實踐中避免信息技術喧賓奪主，確保其與教學內容緊密結合，從而深化知識理解、培養科學思維、提高課堂效率。教師需在實踐中有意識地平衡技術應用與學科本質，最終實現教學質量與學生素養的雙重提升。

（二）以學生為中心原則

在“以學為本\"教學理念的指導下，教師需要深切認識到學生是學習的主體，因此技術的應用應著眼于激發其主動性和滿足個體差異需求，而非進行知識與技能的單向灌輸。基于此，教師在信息技術的運用中需要遵循“以學為本”原則，充分發揮技術優勢來增強課堂互動，實施精準分層教學，并進一步實現學習時空的科學拓展，讓數字化技術真正成為化學課堂的“增效器”，而非“干擾項”。

二、數字化信息技術賦能高中化學課堂的實踐路徑探究

（一）重視知識理解，提高教學成效，構建雙軌課程體系

化學是一門研究物質組成和變化的科學，具有突出的抽象性與理論性特征，也正因如此，傳統化學課堂常常會因微觀世界的不可觀測而陷人“教師講不透、學生想不通”的現實困境，導致學生難以深化化學知識的理解，阻礙了教學效率與成果的雙重提升。為解決這一傳統教學的痛點，教師可以在教學實踐中積極構建“AIGC（人工智能生成內容）動態建模 + 智慧平臺個性推送”的雙軌課程體系，以生成式人工智能技術創建動態模型，實現抽象內容的具象化與可視化呈現，并充分發揮“淘課吧\"平臺的獨特優勢，智能匹配學習路徑，優化教學活動。雙軌課程體系的構建有助于輔助教師突破傳統教學中靜態知識表征的局限性，降低學生的理解難度，在增強化學課堂魅力與趣味的同時，讓原本難以理解與掌握的抽象概念實現可視化、可操作與可驗證的具體呈現，以此來幫助學生在學習過程中將宏觀現象與微觀本質密切關聯，在落實核心素養目標的同時，實現邏輯推理能力與空間想象能力的提升。

例如：“原電池工作原理\"教學中，結合教學經驗與學生的具體學習情況，我們可以發現不少學生都存在“電子流向混沌”的理解問題。基于此，教師可以此為基礎，充分利用AIGC技術功能就鋅銅原電池微觀反應模擬系統進行針對性開發，為學生動態呈現鋅原子失去電子形成 Zn²⁺ 的晶格脫離動畫、電子經導線遷移時產生的電流強度變化以及 H⁺ 在銅電極表面還原的氣泡生成速率與溶液 pH 值變化的關聯演示等具體內容，將原本抽象的內容進行具象化、清晰化呈現。在此基礎上，學生可以利用“淘課吧\"平臺自主進行更換電極材料、調節電解質濃度等反應條件的操作，并實時觀察電子轉移路徑的變化。課后實踐中，教師可以利用智慧平臺發布“繪制雙液原電池示意圖\"學習任務，并結合學生能否準確刻畫鹽橋離子移動方向等具體依據對學生的學習成果以及雙軌課程體系的應用成效進行分析與總結。

（二）基于數據驅動，體現以學為本，推進精準教學常態化

傳統化學教學實踐中，如何進行個性化教學是突出的現實性問題，這一問題反映出三大內在矛盾，即整體學習進度與個體學習結構存在差異、教師經驗判斷與真實學習情況存在偏差、階段性測評存在滯后性導致教學干預錯過最佳時間。由此可見，想要提高高中化學教學的質量與成果，推進精準化教學常態化、優化教學成果迫在眉睫。同時，高中階段，化學學科中核心概念具有較強的邏輯性與關聯性，如果學生并未完全理解前序知識，那么理解斷層的問題便會阻礙學生化學認知的系統化發展。基于此，結合當前教學中的具體問題，以及化學學科的學習特點，教師可以在實踐過程中充分利用“淘課吧”平臺的功能，對學生課前預習、課堂互動、課后作業進行實時統計與反饋，并以此為基礎為不同能力的學生生成個性化的學習路徑，讓精準化教學常態化、便捷化、個性化。該教學模式的設計能夠最大程度凸顯“以學為本\"的教學觀，不僅大大縮短了學生學習成果的反饋周期，更進一步提高了教學十預的及時性，讓數字化技術真正成為提高教學效率與成果的有力支持。

以“氧化還原反應及其應用”的教學為例，教學實踐中，“淘課吧”平臺基于學生的學習活動發現了以下問題—一班級中有部分學生未能正確標注出Cu與濃 HNO₃ 反應中的變價元素，更有不少學生在線上平臺的操作中多次出現電子移動方向錯誤的問題。基于此，教師可以利用AI系統結合學生的預習成果將學生分為基礎組、進階組與拓展組，并在正式的課程教學中為不同組別的學生提供針對性的任務推送。基礎組的學生需要通過線上模擬器重構銅與稀/濃硝酸反應的微觀過程，并在此過程中重點關注氧化劑的變化；進階組的學生則需要基于智慧平臺推送的燃料電池案例包，分析不同情況下電極反應式的書寫規律；拓展組的學生可以基于線上平臺提供的數據與策略支持，思考海水電池的設計原理，深化對所學知識的思考與理解。課堂教學中，教師則可以通過智能終端來監控不同能力層級學生的學習活動，提供針對性、必要性的教學引導。

再比如，“化學平衡移動”的教學后測中，智能平臺發現班級部分學生在練習題目中機械套用平衡移動原理，為此專門提供鐵離子水解平衡、合成氨工藝等真實情境的補償學習材料，以此來深化學生的思考與理解，幫助其將所學知識內化于心、外化于行。在學習材料的支持與引導下，對于仍然沒有掌握該教學內容的學生，可以采用雙師協同的輔導機制，通過本校教師講解核心原理、合作校教師演示實踐案例的具體策略，提高學生的思考與理解。

（三）突破資源壁壘，構建智能體系，實現教育資源多維融合

化學學科具有實驗性特征，然而傳統化學課堂往往會因為高危實驗與精密儀器的操作限制，導致學生的認知停留于“黑板實驗”的淺顯層面。為解決這一難題并拓展學生的化學學習視野，教師需要篩選與教學內容、學生學習需求相匹配的教育資源，但這也帶來了資源呈現碎片化、教師負擔加重的問題。

基于此，教師可以充分發揮數字化信息技術的優勢，通過AI虛擬實驗室，讓學生在安全、便捷操作的同時，還原原本危險、復雜的實驗現象，并進一步開發微課智能標簽系統，利用先進的生成式人工智能技術，根據教學目標和學生特點，自動生成如動態課件等多樣化的教學資源，以此來為學生提供更為豐富、生動的學習體驗，在充分彰顯化學學科實驗性特征的同時，進一步彌補校本資源在形式和內容上的不足，減少教師在設計資源上投入的時間和精力，讓教師能夠更加專注于教學本身。

以“金屬的化學性質\"的教學為例，實踐中，教師可以充分利用AIGC和“淘課吧\"平臺，對實驗教學資源進行革新。首先，教師可以讓AIGC自動為學生生成實驗方案，當學生在“淘課吧\"平臺上輸入實驗目的和相關條件后，系統能夠自動生成如“鈉與水反應的改進實驗”“鋁熱反應的微型實驗”等多種實驗方案。這些方案不僅考慮了實驗的安全性和可行性，還融入最新的實驗技術和方法。而后，教師可以鼓勵學生利用“淘課吧”平臺進行虛擬實驗操作。以“鈉與水反應的虛擬實驗”為例，實驗過程中，由系統實時記錄學生的操作步驟和實驗現象，并生成包含實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗現象、誤差分析等內容的詳細報告，以便幫助學生更好地理解實驗的本質和規律。最后，根據教學內容和學生的學習情況，系統會自動生成動態課件，以大量的圖片、動畫和視頻等資源來深化學生的感受，強化學生的直觀認知，進一步將抽象的化學知識直觀展示給學生，幫助學生更好地理解和掌握。

（四）突破時空限制，智創學習生態，構建全素養育人空間

傳統化學教學長期受時空限制，然而高中化學中不少知識的遷移應用需要以真實情境為支撐，傳統課堂難以為學生提供持續浸潤式學習環境。根據“多維度能力培養”和“多元化知識成長”的設計理念，建設智創空間，為學生構建集教、學、研、展、賽于一體的多功能開放式科創空間，設有科技長廊以及多個科創實驗室，可同時容納200名學生開展教學活動，科創實驗室包含人工智能教室、智能制造教室、小平實驗室和機器人工作室，以智能機器人、無人機、3D打印技術、激光切割等作為科創教育的載體，這一科技與人文深度融合的教育空間為化學教學學習生態的構建提供了新的發展機遇。

以“化學與可持續發展”的教學為例，該教學內容要求學生理解化學在資源利用、環境保護中的作用，基于此，教師可以依托智創空間，構建“歷史認知一技術實踐一社會應用\"三位一體的教學場景，將化學學科核心素養培養融人真實問題解決中。首先，教師可以利用科技長廊，讓學生在歷史的長河中看化學工業的發展歷程。科技走廊中，教師可以通過AR技術還原侯氏制堿法生產場景，并鼓勵學生結合長廊“科學名人墻”分析科學家精神內涵。學習中，教師可以利用AIGC自動生成19世紀至21世紀化學工業關鍵技術對比圖譜，為學生的學習活動提供可視化支架。其次，在人工智能教室中，教師可以引導學生基于“工業廢水處理”的真實情境，使用AI建模工具分析水質數據，設計低成本凈化方案。實踐中，教師可以鼓勵學生用3D打印設備快速制造過濾裝置原型，并通過激光切割技術制作水質檢測傳感器，真正實現技術與知識的深度融合。最后，在小平實驗室中，教師可以開展以“智能垃圾分類系統”為主題的跨學科活動，鼓勵學生運用化學知識設計可降解材料識別算法，結合機器人技術實現分類投放。實踐中，學生可以嘗試用AI圖像識別技術對塑料、金屬等垃圾進行準確識別，并將項目成果在學校及周邊社區推廣，帶動區域垃圾資源化利用。

上述教學案例中，教師通過空間重構，打破了實驗室與走廊的物理界限，讓科技長廊成為“流動的化學課堂”，利用信息技術手段實現從理論到實踐的無縫轉化，并將化學精神融人空間設計，使科學精神具象化，讓化學課堂突破時空限制，也讓學生在學習中實現綜合素養的全面發展。

綜上所述，在教育數字化轉型的浪潮中，本文以“數字化信息技術賦能化學教學”為突破口，構建\"AIGO + 智慧平臺 + 特色空間\"三位一體的教學模式，為新時代化學教育改革提供了可供參考的實踐路徑。教學中，這種深度融合不僅是技術工具的簡單疊加，更是對教學理念、課程體系、評價機制的系統性重構，通過智創空間的科技人文浸潤、“淘課吧”平臺的智能數據驅動、AIGC技術的動態資源生成，實現了從“知識傳授\"到“素養培育”的跨越。這種變革不僅響應了國家“人工智能 + 教育\"戰略，更為培養兼具科學思維與創新能力的新時代人才貢獻了實踐智慧。

（侯金鶴）