生成式人工智能技术在高中化学教学中的实践探索

摘要：本文阐述了在高中化学教学中运用生成式人工智能技术进行课堂达成目标提炼、课堂导入、课堂教学情境设计的教学实践，并融合高中化学学科特色，根据高中生的认知规律，进行教学方式的优化，以最大程度发挥生成式人工智能技术的优势，助推学生化学学科核心素养的发展。

关键词：生成式人工智能技术；高中化学教学；实践

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）23-0000-04

自《新一代人工智能发展规划》提出“开展人工智能跨学科探索性研究、推动人工智能与相关基础学科的交叉融合新模式”以来，人工智能领域获得了快速发展。随着“互联网+教育”的提出，人工智能技术被应用在学科教学中，成为教师的重要帮手。因此，笔者结合化学学科特色以及高中生的认知规律，对教学方式进行了优化，希望能最大程度发挥人工智能技术的优势，助推学生核心素养的发展。

生成式人工智能技术的涵义

生成式人工智能技术（Generative AI）是一种人工智能技术，这类技术通常涉及机器学习、自然语言处理、计算机视觉等领域的算法和模型，通过学习大量数据来生成新的、原创的文本、图像、音频、视频或其他形式的内容。与传统的基于规则的程序或机器学习模型只能进行分类、识别或预测不同，生成式人工智能技术具有创造性，能够生成以前从未存在过的内容。目前，国内的生成式人工智能模型主要有文心一言、豆包、kimi、通义千问、星火大模型、匠邦、Learnify等。

生成式人工智能技术在高中化学教学中的实践

1.精准提炼达成目标，完善教学准备

高中化学的教学内容聚焦较为鲜明，但层次、结构较为复杂，单纯按部就班地从事教学设计，不利于培养学生的核心素养。所以，教师首先应在课前完善教学准备，提炼达成目标（包括教学目标和学习目标），以便于抓住教学重点，梳理课程的逻辑线索，更好地发挥生成式人工智能技术的作用。其次，教师要利用生成式人工智能技术来提炼达成目标。以匠邦AI为例（如图1），在生成教学大纲后，教师再提炼达成目标可以起到事半功倍的效果。

2.丰富课堂导入手段，激发学习兴趣

（1）利用生成式人工智能技术创建的LOGO设计趣味导入学习内容。例如，在讲述元素周期律时，教师要求学生利用生成式人工智能技术生成与元素周期表LOGO相关的有趣图像，以此作为课堂导入的素材。素材的生成充分调动了学生的学习积极性，督促学生自主学习元素周期表的排列规律和标志性元素。在课堂导入环节中，学生以小组为单位展示设计、评比最美设计，激发了学生学习周期表的积极性，为接下来元素周期律的学习做好铺垫。

（2）引入实时数据和案例。生成式人工智能技术可以实时获取和整理与课程内容相关的数据和案例。教师可以将这些数据和案例作为课堂导入的素材，让学生了解课程内容的实际应用价值，增强学习的现实意义。例如，在高三化学试卷评讲课堂中，针对某陌生实验题，教师可以通过网络爬虫技术自动抓取权威教育网站、科学期刊、学术论文等来源的与该试题相关联的最新化学研究成果、实验案例、教学资源和其他变式题目，帮助学生更好地复习，同时起到举一反三的作用。

（3）互动游戏式导入。教师可以利用生成式人工智能技术设计互动游戏式的课堂导入，让学生在游戏中学习新知识，提高学习兴趣和参与度。这种导入方式不仅可以活跃课堂气氛，还可以帮助学生在轻松愉快的氛围中掌握新知识。

（4）智能问答与预测。生成式人工智能技术可以帮助教师预设一些与课堂内容相关的问题，并根据学生的回答情况进行智能分析和预测。教师可以根据分析和预测结果，调整课堂导入的内容和方式，更好地满足学生的学习需求。

（5）在使用生成式人工智能技术进行课堂导入时，教师需要注意以下几点：①确保生成的内容与课程目标紧密相关，避免偏离主题。②根据学生的实际情况和兴趣进行调整和优化，确保导入内容的有效性和吸引力。③合理利用生成式人工智能技术，避免过度依赖技术而忽略教学的本质。

3.多样课堂教学情境设计，提升学生核心素养

学科核心素养是学生通过学科学习形成的正确价值观、必备品格、关键能力，是学科育人功能的具体表现，而学科知识往往是在情境中生成和呈现的，需依托情境转化为能力和素养，“素养为本”的教学呼唤“真实情境”。

何为真实情境？真实情境‌是指在教育或培训中创设的特定环境，这些环境贴近学生的既有经验和当前兴趣，能够激发学生的学习兴趣，帮助他们认识到学习活动的意义和价值。创设真实情境的关键是教师如何将身边的素材变成教学情境，提出有价值的问题，进而让学生在学习过程中内化知识、提出问题、解决问题，学会自我评价。下面，笔者以《二氧化硫的性质》一课为例，利用生成式人工智能技术进行教学情境设计。

设计第一稿：《二氧化硫的性质》微项目设计，如图2所示。通过此项目，学生不仅能深入理解二氧化硫的性质，还能将所学知识与环境保护等社会实际问题联系起来，培养综合运用科学知识的能力。

设计第二稿：在第一稿的基础上，没有过多提炼真实情境，但为真实情境的创设提供了思路——二氧化硫在实际生活中的应用有哪些？其主要应用领域如图3所示。

设计第三稿：在酿酒过程中，二氧化硫作为抗生素和抗氧化剂，可以防止酒受到细菌破坏和氧化，同时帮助控制挥发性酸度，保持酒的品质和风味（如图4）。

设计第四稿：用通义万相生成图片（如图5），用讯飞智作生成AI虚拟主播（如图6），用文字生成短视频。

以上设计方法可以运用于高中化学大部分有机和无机化合物的教学设计中，化学学科的特质与真实情境教学本身高度契合，将化学知识融入特定的情境中，通过利用生成式人工智能技术进行课堂结构化教学设计、递进式教学设计，有助于促进学生对学科核心概念的理解和掌握，提升学生思维水平和解决实际问题的能力，发展学生的学科核心素养。

反思

生成式人工智能技术与高中化学教学融合的学习内容和课程资源可以在人机互动对话进程中生成。这种智能化的生成方式，颠覆了教师对传统课堂的认知模式和教学方式，有助于激发学生的学习热情。笔者相信，生成式人工智能技术将成为教师的“新质生产力”。

参考文献：

[1]戴岭，胡姣，祝智庭.ChatGPT赋能教育数字化转型的新方略[J].开放教育研究，2023（04）：41-48

[2]戴岭，张宝辉，杨秋.新课标背景下教学思维的时代意蕴、现实困境与突破路径[J].远程教育杂志，2023（09）：75-83.

[3]王祥海.教师教学情境设计力的养成策略——以化学学科为例[J].基础教育课程，2022（03）：116-120.

作者简介：俞叶，高中化学教师，高中教导处副主任，中学高级教师，苏州市中小学学科带头人，曾获全国基础教育化学新课程实践成果一等奖。