人工智能時代中學(xué)化學(xué)課程適配性提升：路徑與策略建議

自GPT-3.5發(fā)布以來，AI技術(shù)在各個領(lǐng)域掀起了狂風(fēng)巨浪。隨著技術(shù)的不斷更迭，包括DeepSeek在內(nèi)的各類大模型正加速向著具備通用人工智能的特征演進(jìn)。我們應(yīng)當(dāng)正視技術(shù)革新對教育的挑戰(zhàn)，探討當(dāng)下化學(xué)課程體系中提升教育適配性的有效路徑與策略。

一、理性看待新技術(shù)對教育的挑戰(zhàn)

縱觀人類社會發(fā)展史，歷次重大技術(shù)革新都對社會各個領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。當(dāng)前以天語言模型為代表的人工智能技術(shù)，作為新一輪技術(shù)革命的核心驅(qū)動力，正在重塑教育領(lǐng)域的傳統(tǒng)模式，給教育體系帶來前所未有的挑戰(zhàn)。與此前的技術(shù)革新不同，人工智能不僅改變了教育的形式，而且對教育內(nèi)容和本質(zhì)提出了挑戰(zhàn)。

這種挑戰(zhàn)具有明顯的雙重性。哈佛大學(xué)兩位經(jīng)濟(jì)學(xué)教授曾指出，當(dāng)技術(shù)發(fā)展顯著超越傳統(tǒng)教育模式時，將引發(fā)社會不安并促使各領(lǐng)域被動轉(zhuǎn)型[1]。一方面，技術(shù)的快速發(fā)展為教育提供了豐富的資源和便捷的工具，使教育形式更加多樣化和個性化；另一方面，技術(shù)的快速迭代也對教育的內(nèi)容和方法提出了更高的要求，促使教師不斷更新教育理念和方法。在技術(shù)變革中社會何以持續(xù)繁榮，教育界必須主動審視自身優(yōu)劣勢，既要跟上人工智能時代的發(fā)展步伐，又要通過創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)，最終推動社會整體進(jìn)步。

現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教育主要傳遞三類知識：事實(shí)性知識、認(rèn)知性知識和價值性知識。當(dāng)前智能技術(shù)革新借助海量數(shù)據(jù)和語料學(xué)習(xí)，在事實(shí)性知識的傳授方面對傳統(tǒng)教育形成巨大沖擊。然而，人類智慧在歸納、抽象、類比、推理等高級邏輯處理，以及創(chuàng)造性思維、直覺判斷和倫理道德思考等方面仍具有獨(dú)特優(yōu)勢，這使得認(rèn)知性知識和情感態(tài)度價值觀尚未受到顯著影響。

面對技術(shù)革新對不同類型知識造成差異化影響的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，我們應(yīng)從學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)、教材編寫和教育工作者身份轉(zhuǎn)換四個維度深人探討，尋找化學(xué)課程在新時代的突破點(diǎn)和引領(lǐng)方向。

二、學(xué)生學(xué)習(xí)：善用技術(shù)認(rèn)識物質(zhì)，培養(yǎng)能力創(chuàng)造物質(zhì)

（一）學(xué)習(xí)信息獲取

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）將化學(xué)課程性質(zhì)的表述為“化學(xué)是的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從分子層次認(rèn)識物質(zhì)，通過化學(xué)變化創(chuàng)造物質(zhì)是推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要力量…”2I。在化學(xué)教育教學(xué)中，事實(shí)性知識作為認(rèn)識世界的基石，在課程體系中占據(jù)重要地位。它既是其他兩類知識構(gòu)建的基礎(chǔ)，又是傳統(tǒng)化學(xué)課程教育的核心內(nèi)容。然而，在人工智能時代，獲取事實(shí)性知識的效率已發(fā)生根本性改變。學(xué)生使用DeepSeek、文心一言等AI工具，可以便捷獲取元素周期表中指定元素的物化參數(shù)、化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、復(fù)雜有機(jī)物的標(biāo)準(zhǔn)命名等信息。因此，學(xué)生要善于用技術(shù)，提高學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用意識，學(xué)會精準(zhǔn)提問，形成良好的信息獲取能力。

（二）聚焦素養(yǎng)提升

課標(biāo)中強(qiáng)調(diào)的核心素養(yǎng)集中體現(xiàn)在對學(xué)生認(rèn)知性知識和情感態(tài)度價值觀的要求。課標(biāo)明確了學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)要逐步形成的價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[3]。在AI時代背景下，技術(shù)應(yīng)用為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)提供了有力支撐。以“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)為例，課標(biāo)要求學(xué)生基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出假設(shè)并進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生借助大數(shù)據(jù)分析工具和化學(xué)智能平臺，可以高效收集、整理化學(xué)數(shù)據(jù)，建立更精準(zhǔn)的假設(shè)。學(xué)生利用分子建模軟件和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，可以在虛擬環(huán)境中觀察分子結(jié)構(gòu)，模擬反應(yīng)過程，直觀理解電子轉(zhuǎn)移、鍵的斷裂與形成等微觀過程，從而提升證據(jù)分析與推理能力。

（三）抓住創(chuàng)新機(jī)遇

化學(xué)課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐創(chuàng)新，要求學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力。在傳統(tǒng)模式下，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐常受到實(shí)驗(yàn)資源和安全性的限制。AI技術(shù)的應(yīng)用為突破這些局限提供了可能。借助虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中開展高成本、微觀尺度或高危險性的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，拓展思維邊界。同時，學(xué)生借助線上協(xié)作平臺，可以突破時空限制，與不同地區(qū)的學(xué)習(xí)伙伴實(shí)時協(xié)作，共同解決復(fù)雜問題，激發(fā)創(chuàng)新思維。

三、教師教學(xué)：巧用技術(shù)革新教學(xué)，高效評價引領(lǐng)成長

（一）重塑實(shí)踐探究

實(shí)驗(yàn)探究是研究和學(xué)習(xí)物質(zhì)及其變化的基本方法，是科學(xué)探究的重要途徑，也是化學(xué)教學(xué)實(shí)踐的重要部分。AI時代，化學(xué)教師應(yīng)該重視實(shí)驗(yàn)探究，并且巧用新技術(shù)補(bǔ)足傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)探究的不足，從而更加廣泛和有效地開展實(shí)踐活動。例如，在操作有一定危險性或?qū)?shí)驗(yàn)條件要求苛刻的實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生可先在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）模擬實(shí)驗(yàn)平臺或交互式仿真軟件中熟悉步驟并預(yù)演錯誤后果。對于部分現(xiàn)象不可視或采用傳統(tǒng)做法不易量化的實(shí)驗(yàn)，操作者可巧用傳感器技術(shù)（如pH傳感器、溫度傳感器、色度計）與數(shù)據(jù)采集器，將不可視反應(yīng)（如離子反應(yīng)）或定性現(xiàn)象（如壓強(qiáng)變化）實(shí)時轉(zhuǎn)化為可視化、定量數(shù)據(jù)圖表。對于需要觀察動態(tài)變化過程的實(shí)驗(yàn)，教師可利用高速攝像機(jī)結(jié)合圖像分析軟件，或借助原位表征技術(shù)（如拉曼光譜、紅外光譜）的實(shí)時數(shù)據(jù)流幫助學(xué)生實(shí)時精準(zhǔn)地監(jiān)測反應(yīng)過程的數(shù)據(jù)變化或粒子狀態(tài)。

（二）形成AI教育場域

面對AI時代，教師還應(yīng)讓信息化技術(shù)從“教學(xué)工具”成為“教育場域”。有效利用數(shù)字技術(shù)推進(jìn)“教一學(xué)一評”一體化是構(gòu)建教育場域的有效抓手之一。AI技術(shù)可以打破傳統(tǒng)教學(xué)中教的效果與學(xué)的效果信息割裂的壁壘。教師可以利用智能課堂系統(tǒng)（如智慧教室的錄播分析、學(xué)生應(yīng)答器系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)課堂互動、實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)等“教”的環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的實(shí)時捕捉。教師應(yīng)用AI技術(shù)還可為學(xué)生建立數(shù)字化學(xué)習(xí)檔案袋，整合作業(yè)、測試、課堂參與度、小組貢獻(xiàn)度、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性等多維度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“學(xué)”的過程的數(shù)字化整合與可視化呈現(xiàn)。在“教一學(xué)一評”一體化過程中，AI參與評價能夠提高評價診斷功能的細(xì)節(jié)性與準(zhǔn)確性[4，從而對教學(xué)產(chǎn)生持續(xù)推動力。同時，這種評價也可以反映教師的教學(xué)表現(xiàn)，生成課堂教學(xué)效果報告，有利于教學(xué)研究工作的開展和新手教師的成長。

四、教材編寫：技術(shù)支持教材建設(shè)，堅持正確價值導(dǎo)向

（一）精進(jìn)體系結(jié)構(gòu)

對化學(xué)教材的編寫工作而言，首要任務(wù)是構(gòu)建科學(xué)的知識體系。在以邏輯清晰、層次分明、便教利學(xué)的架構(gòu)精準(zhǔn)反映認(rèn)知過程的同時，編寫者可以利用AI知識圖譜構(gòu)建技術(shù)，對化學(xué)知識進(jìn)行細(xì)致化關(guān)聯(lián)。若為數(shù)字教材，則還可呈現(xiàn)動態(tài)、可交互的知識網(wǎng)絡(luò)圖，直觀展現(xiàn)各知識點(diǎn)間的邏輯關(guān)系。此外，教材還應(yīng)具備動態(tài)拓展特征，當(dāng)出現(xiàn)新內(nèi)容需要加人時，教材編寫者可直接在體系結(jié)構(gòu)圖譜中新增節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)會自動將其與已有章節(jié)知識關(guān)聯(lián)，還會在教材中自動將此內(nèi)容置于后續(xù)教材的例證鋪墊的備選內(nèi)容庫中，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)教材修訂時“牽一發(fā)而動全身”的難題，始終保持知識體系的完整性與關(guān)聯(lián)性。

（二）及時更新數(shù)據(jù)

化學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展（如新型物質(zhì)合成、綠色工藝突破）與應(yīng)用場景迭代速度快，教材編寫者應(yīng)針對性進(jìn)行內(nèi)容迭代并及時更新數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)用自然語言處理技術(shù)監(jiān)控學(xué)術(shù)出版物和新聞源，可以實(shí)時篩選與教材內(nèi)容匹配的化學(xué)領(lǐng)域最新動態(tài)，根據(jù)內(nèi)容的“學(xué)科核心度”“教學(xué)適配性”“數(shù)據(jù)可信度”等向教材編寫者推送分層提示更新內(nèi)容，確保實(shí)效性與準(zhǔn)確性。

（三）優(yōu)化實(shí)踐體驗(yàn)

化學(xué)學(xué)科以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)。教材編寫者在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)與探究內(nèi)容設(shè)計時，合理使用AI技術(shù)大有裨益。首先，正確應(yīng)用AI技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)配套教材的虛擬實(shí)驗(yàn)與模擬場景。這使得學(xué)生能夠在安全便捷的環(huán)境中開展復(fù)雜或危險的實(shí)驗(yàn)。其次，應(yīng)用AI技術(shù)還可在教材中集成智能對話系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)問題的語義和上下文，支持準(zhǔn)確且詳細(xì)的對話教學(xué)。采用這種方式優(yōu)化教材，其互動性和實(shí)踐體驗(yàn)將得到顯著增強(qiáng)。最后，教材編寫者還可以根據(jù)教材使用過程中的數(shù)據(jù)，應(yīng)用AI動態(tài)調(diào)整內(nèi)容呈現(xiàn)難度，提供個性化學(xué)習(xí)路徑建議或補(bǔ)充性材料，滿足多樣化的學(xué)習(xí)需求。

（四）強(qiáng)化價值導(dǎo)向

在人工智能時代的教育語境下，化學(xué)教材作為價值觀培育的重要載體，其編寫工作承載著時代使命，必須堅持正確的價值導(dǎo)向。化學(xué)與能源、環(huán)境等領(lǐng)域緊密相關(guān)，化學(xué)教材編寫者要清晰、敏銳地把握AI時代的特殊需求，恪守科學(xué)倫理，增強(qiáng)法律法規(guī)意識，胸懷祖國和人民，能夠作出合理價值判斷。教材編寫者可以基于真實(shí)AI化學(xué)研究案例（如AI預(yù)測新分子、優(yōu)化合成路徑、設(shè)計催化劑）設(shè)計“科技倫理思辨”欄目，探討AI與化學(xué)研究相關(guān)的內(nèi)容（如“AI設(shè)計的藥物可能有哪些潛在風(fēng)險？”“如何確保AI輔助化學(xué)研究的公平性？”），并提供權(quán)威的倫理指南、法律法規(guī)鏈接。以此幫助教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用批判性思維進(jìn)行深度討論和價值判斷，增強(qiáng)學(xué)生的價值判斷力與社會責(zé)任感，使其成長為既具備扎實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，又能堅守正確價值導(dǎo)向的新時代人才。

五、教育工作者：順應(yīng)時代為學(xué)生適配課程，以專業(yè)賦能教師成長

時代的洪流已滾滾而來，作為中學(xué)化學(xué)課程的實(shí)施者，教育工作者也需要提升自己與這個時代的適配性。

（一）信息的錨定者

AI時代最先涌來的是海量信息，學(xué)生獲取信息更加便捷。學(xué)生接收的信息可能更加繁雜，他們不易從過多的信息中判定其價值，故學(xué)習(xí)內(nèi)容的準(zhǔn)確性受到一定影響。同時，搜索到的信息的表述不一定適合不同理解程度的學(xué)生。例如，對于剛接觸化學(xué)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)化學(xué)鍵知識時，若直接搜索到構(gòu)造原理與電子自旋等知識，就是不適合的。無論是教材的研究與編寫工作，還是課堂教學(xué)的設(shè)計工作，都仍然要堅守教學(xué)內(nèi)容的適切性、科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。教師要利用豐富的信息與資源幫助適齡學(xué)生掌握正確的知識，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識體系。教師要用好人工智能工具，更加精準(zhǔn)和動態(tài)地了解學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展情況，及時調(diào)整教材的進(jìn)階安排和教學(xué)的深度與廣度，設(shè)計、開發(fā)出適合不同進(jìn)階速度、不同進(jìn)階方向的學(xué)生需求的課程。

（二）成長的陪伴者

人工智能的應(yīng)用能夠滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。教育工作者應(yīng)當(dāng)順應(yīng)這樣的趨勢，給學(xué)生更大空間，讓他們利用AI搭建的教育場域參與學(xué)習(xí)活動，此外，將一部分學(xué)習(xí)方向、內(nèi)容與進(jìn)度設(shè)計的決定權(quán)交給學(xué)生。對學(xué)生有直接影響的教師應(yīng)當(dāng)嘗試轉(zhuǎn)變角色，結(jié)合專業(yè)知識做學(xué)生的陪伴者，給予學(xué)生情感支持、反饋與激勵等。在學(xué)生遇到學(xué)業(yè)困惑時，教師應(yīng)陪伴學(xué)生，并引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生認(rèn)識問題，解決問題。當(dāng)然，這需要教師具備扎實(shí)的化學(xué)學(xué)科能力和較高的信息素養(yǎng)。

（三）認(rèn)知的提煉者

如前所述，教師要更有遠(yuǎn)見，洞悉教育的底層邏輯，注重教授學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)高階思維和正確價值觀。教育工作者要以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，注重展現(xiàn)科學(xué)研究的思維過程，提高學(xué)生的跨學(xué)科解決真實(shí)問題的能力，以及對社會性科學(xué)問題的思辨力。無論是教材編寫還是課堂教學(xué)，都應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)梳理化學(xué)史中的里程碑事件（如元素周期律的發(fā)現(xiàn)、苯結(jié)構(gòu)的提出），提煉其背后的科學(xué)思維和科學(xué)家精神進(jìn)行系統(tǒng)研究與整合，并適切地融入教材正文或相關(guān)欄目，利用數(shù)字技術(shù)（如時間軸動畫）增強(qiáng)感染力，提高高階思維能力培養(yǎng)效率，提升學(xué)生自我反思能力和價值判斷的人文素養(yǎng)，避免將技術(shù)應(yīng)用凌駕于教育規(guī)律之上[5]。

（四）范本的探索者

教師與教材編寫者合作，可充分利用人工智能時代的信息便利，在對課程理念、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容等進(jìn)行準(zhǔn)確解構(gòu)的基礎(chǔ)上，共同分析在教師教學(xué)評價中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，建立區(qū)域性或全國性的“ AI+ 化學(xué)教學(xué)”優(yōu)秀案例庫與數(shù)據(jù)共享平臺，探索并建立規(guī)范的教學(xué)數(shù)據(jù)采集與分析的標(biāo)準(zhǔn)化框架。學(xué)校應(yīng)鼓勵教師基于平臺數(shù)據(jù)開展行動研究，持續(xù)迭代教學(xué)范本。我們應(yīng)將有效的AI融合教學(xué)模式（如“基于VR的探究式實(shí)驗(yàn)課”“數(shù)據(jù)驅(qū)動的精準(zhǔn)復(fù)習(xí)課”“AI輔助的議題討論課”）形成詳細(xì)方案并共享。這些教學(xué)范本作為教學(xué)資源供更多教師參考，便于教師開展個性化教學(xué)，在促進(jìn)教育公平的同時，助力AI時代教師角色的轉(zhuǎn)變。

AI時代的到來為中學(xué)化學(xué)教學(xué)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。從學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)、教材編寫和教育工作者轉(zhuǎn)型四個維度進(jìn)行系統(tǒng)探討，我們可以找到提升中學(xué)化學(xué)課程適配性的有效路徑。學(xué)生善用AI工具可以提效賦能；教師巧用AI技術(shù)可以重塑教育生態(tài)；教材編寫者運(yùn)用AI技術(shù)可以優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)。AI時代，中學(xué)化學(xué)教師要做好身份轉(zhuǎn)換，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，推動教學(xué)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的躍升。

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（作者系人民教育出版社化學(xué)編輯室副主任）

責(zé)任編輯：祝元志