“人工智能+教育”背景下高中化學(xué)智慧課堂教學(xué)實(shí)踐研究

習(xí)近平總書(shū)記在2019年《國(guó)際人工智能與教育大會(huì)》中強(qiáng)調(diào)：“人工智能深刻影響著教育，人工智能與教育的縱深交融正向推進(jìn)教育創(chuàng)新?！薄叭斯ぶ悄?教育”是以學(xué)生為中心，依托智能技術(shù)，通過(guò)線上線下相結(jié)合的方式，為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，并能實(shí)時(shí)跟蹤反饋學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的一種新型智能課堂?！叭斯ぶ悄?教育”在高中化學(xué)中的應(yīng)用，可以消除化學(xué)學(xué)習(xí)的枯燥性和乏味性，促使學(xué)生在自主合作探究過(guò)程中主動(dòng)構(gòu)建化學(xué)知識(shí)，有利于提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，很好的提高了化學(xué)教學(xué)效果。下面筆者以《化學(xué)能與熱能》教學(xué)為例，具體探討“人工智能+教育”教育模式的構(gòu)建策略。1.智慧課堂的內(nèi)涵與現(xiàn)狀智慧課堂是隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)以及信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種新型教學(xué)模式，目前為止，學(xué)術(shù)界對(duì)智慧課堂的概念還并未達(dá)成一致。有的學(xué)者認(rèn)為：智慧課堂是讓學(xué)生在技術(shù)智能的環(huán)境中接受針對(duì)性的教育。在信息技術(shù)的輔助下，老師培養(yǎng)學(xué)生的行動(dòng)能力、價(jià)值取向、創(chuàng)造能力以及思維品質(zhì)。也有學(xué)者認(rèn)為：智慧課堂屬于智慧系統(tǒng)的范疇，具有個(gè)性化、智能化、多元化三個(gè)特點(diǎn)，利用移動(dòng)終端設(shè)備打造深度、開(kāi)放、高效、自主的課堂模式。綜合各位專(zhuān)家學(xué)者的意見(jiàn)，筆者認(rèn)為，智慧課堂應(yīng)該具有兩個(gè)學(xué)習(xí)條件：一是智能環(huán)境；二是智能資源。所以，智慧課堂是在信息技術(shù)的支持下開(kāi)展數(shù)字化教學(xué)的新型教學(xué)模式。2018年，我國(guó)制定了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，其中提到要全面推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學(xué)模式，并且在2022年初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化校園。智慧課堂既是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是符合新時(shí)期下青少年學(xué)習(xí)需求的一種教學(xué)模式，部分學(xué)校已經(jīng)設(shè)立了智慧課堂試點(diǎn)班，從實(shí)踐效果來(lái)看，深受學(xué)生們的喜愛(ài)。近年來(lái)，大數(shù)據(jù)與信息技術(shù)極大的豐富了互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)資源，智能化的教學(xué)模式開(kāi)始在課堂推廣，而且越來(lái)越受到師生的關(guān)注。智慧課堂并不是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的徹底顛覆，而是對(duì)多種教育資源的融合與改良，吸納多元化教育資源的長(zhǎng)處，為學(xué)生提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的課堂教學(xué)。2.智慧課堂對(duì)高中化學(xué)教學(xué)的影響化學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，教材中涉及了大量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如果只通過(guò)“板書(shū)+講解”的方式，很難讓學(xué)生真正理解化學(xué)現(xiàn)象的原理，即使是觀看老師的實(shí)驗(yàn)操作，依然不如學(xué)生親自動(dòng)手來(lái)得直觀，實(shí)驗(yàn)和儀器設(shè)備的缺乏，成為制約高中化學(xué)教學(xué)的重要因素。智慧課堂以及信息技術(shù)的應(yīng)用很好的改善了這一局面，利用計(jì)算機(jī)軟件與信息技術(shù)，化學(xué)教學(xué)活動(dòng)可以不再局限于課堂，而是動(dòng)態(tài)的延伸到課前、課中、課后各個(gè)環(huán)節(jié)。教學(xué)流程也發(fā)生了相應(yīng)改變，小組合租、線上答疑以及虛擬實(shí)驗(yàn)等多種新穎的、有別于傳統(tǒng)化學(xué)課堂的教學(xué)形式也隨之出現(xiàn)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要以教科書(shū)為載體，在沒(méi)有信息技術(shù)和設(shè)備支持的情況下，老師只能?chē)@教材傳授知識(shí)，學(xué)生需要記憶大量概念、公式等內(nèi)容，而且缺少在實(shí)踐中運(yùn)用知識(shí)的機(jī)會(huì)。智慧課堂引入了高新科技，互聯(lián)網(wǎng)為化學(xué)教學(xué)提供了取之不盡用之不竭的資源，很好的促進(jìn)了信息技術(shù)、教學(xué)資源、教學(xué)模式的相互結(jié)合。學(xué)生可以在互聯(lián)網(wǎng)上查閱相關(guān)的化學(xué)知識(shí)和新聞，整理出有疑問(wèn)的內(nèi)容，集中向老師提問(wèn)。利用智慧終端查詢知識(shí)，不僅節(jié)約了大量課堂教學(xué)時(shí)間，同時(shí)還能整合豐富繁雜的學(xué)習(xí)資源，讓老師從課堂教學(xué)的“主導(dǎo)者”轉(zhuǎn)為“引導(dǎo)者”和“啟發(fā)者”，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中隨時(shí)都可以和學(xué)生探討試驗(yàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，促進(jìn)師生交流，營(yíng)造濃厚、和諧、自由的學(xué)習(xí)氛圍，改善了師生關(guān)系，讓化學(xué)教學(xué)從單向的知識(shí)傳遞轉(zhuǎn)為雙向的教學(xué)相長(zhǎng)。3.高中化學(xué)智慧課堂的實(shí)踐3.1課前自主學(xué)習(xí)，大數(shù)據(jù)學(xué)情分析?！叭斯ぶ悄?教育”是利用云平臺(tái)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程電子化監(jiān)控的一種形式。在課前，首先需要教師對(duì)所學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深度分析，并精選教學(xué)資源、制作課前導(dǎo)學(xué)材料與檢測(cè)題，在線上布置學(xué)生課前學(xué)習(xí)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)習(xí)任務(wù)，教師根據(jù)大數(shù)據(jù)學(xué)情分析，了解學(xué)生在本節(jié)課預(yù)習(xí)過(guò)程中普遍的問(wèn)題，進(jìn)行課中教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)。以《化學(xué)能與熱能》教學(xué)為例，本節(jié)課內(nèi)容主要包括三個(gè)部分：一是，化學(xué)鍵與能力之間的關(guān)系；二是，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)物與生成物之間的能量關(guān)系；三是吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究。教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)化學(xué)能與熱能實(shí)驗(yàn)探究，幫助學(xué)生理解“能量守恒定律”，從而建立正確的能量觀。在本節(jié)課的教學(xué)實(shí)踐中，提前制作了預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案和微課視頻，并將課前學(xué)習(xí)資源一并發(fā)送給學(xué)生。學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成自主課前預(yù)習(xí)。根據(jù)本節(jié)課前測(cè)的大數(shù)據(jù)分析和學(xué)生在微課討論區(qū)里的提問(wèn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)主要分為以下兩個(gè)方面：第一，學(xué)生雖然能夠從宏觀上理解化學(xué)反應(yīng)能量變化的原因，但還沒(méi)有從微觀上理解化學(xué)反應(yīng)為什么有能力變化。第二，對(duì)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)問(wèn)題判斷上容易混淆。為此，結(jié)合這兩點(diǎn)，有針對(duì)性的進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。筆者主要采用小組實(shí)驗(yàn)探究的方式開(kāi)展課堂教學(xué)，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中觀察現(xiàn)象、歸納總結(jié)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。3.2實(shí)時(shí)掌控教學(xué)，小組合作探究?！叭斯ぶ悄?教育”利用電腦主機(jī)、遠(yuǎn)程控制、視頻采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控等系統(tǒng)，可以全自動(dòng)的記錄在課堂中教師的教學(xué)與學(xué)生的聽(tīng)課，而教師借助于視頻采集系統(tǒng)可以方便的掌握每個(gè)學(xué)生的上課情況，有利于實(shí)現(xiàn)在線點(diǎn)評(píng)，促使課堂教學(xué)效率得到有效提高。在化學(xué)智慧課堂的形成過(guò)程中，教師需要針對(duì)學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中普遍存在的問(wèn)題給予一定的指導(dǎo)和提示，并利用小組合作探究的形式，讓學(xué)生通過(guò)自主探究突破學(xué)習(xí)重難點(diǎn)，體會(huì)其中所蘊(yùn)含原理與智慧，從而深化學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的理解。3.2.1課堂導(dǎo)入，明確學(xué)習(xí)主題。在智慧課堂中，筆者首先通過(guò)平板，截圖的方式展示學(xué)生在微課討論區(qū)普遍提出的問(wèn)題，這樣開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，直入話題，并采取問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，促使學(xué)生合作探究?！拔覀兛梢酝ㄟ^(guò)哪些方法來(lái)感受化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的熱變化呢？”“可以用手觸摸、可以用溫度計(jì)測(cè)量?！薄澳敲?，在什么情況下可以用手觸摸？什么情況下用溫度計(jì)測(cè)量。”“放熱明顯的時(shí)候，可以用手觸摸。”“需要定量測(cè)量時(shí)，可以用溫度計(jì)測(cè)量。”3.2.2實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)自主探究。在明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題后，為進(jìn)一步突破學(xué)習(xí)重難點(diǎn)。通過(guò)平板將實(shí)驗(yàn)任務(wù)發(fā)送給學(xué)生，其中，包括：實(shí)驗(yàn)一：Mg與HCl發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)熱量的變化。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：在實(shí)驗(yàn)中所取HCl的量約為1ml，當(dāng)感受到明顯的熱量變化時(shí)，立即抽出Mg條停止實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在線接收實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指示，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)以小組合作的形式完成教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師安排學(xué)習(xí)小組共同討論與操作實(shí)驗(yàn)，在小組學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師可以利用智慧教學(xué)平臺(tái)的多屏顯示視頻監(jiān)控，觀察班級(jí)中每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，以便能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，給予一定的指導(dǎo)和幫助。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，Mg與HCl的反應(yīng)是“放熱反應(yīng)”，并從中歸納總結(jié)出規(guī)律：“大多數(shù)金屬與酸的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)?！贬槍?duì)學(xué)生這一問(wèn)題，筆者提出疑問(wèn)：“還有大多數(shù)金屬與水的反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，中和反應(yīng)作為化學(xué)反應(yīng)中的一類(lèi)典型，是吸熱反應(yīng)，還是放熱反應(yīng)呢？”實(shí)驗(yàn)二：NaOH與HCl的化學(xué)反應(yīng)。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)探究步驟，學(xué)生活動(dòng)發(fā)現(xiàn)酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二的探究、操作，基本掌握了放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出根據(jù)微課學(xué)習(xí)內(nèi)容，畫(huà)出放熱反應(yīng)體系的能量隨反應(yīng)進(jìn)程的變化圖。在此過(guò)程中，教師在課堂內(nèi)進(jìn)行巡視與拍照學(xué)生所作的一些圖像，通過(guò)全班共同對(duì)圖像的分析，總結(jié)出放熱反應(yīng)體系能量隨反應(yīng)的變化情況：當(dāng)反應(yīng)物想要變成生成物時(shí)，首先需要斷裂化學(xué)鍵吸收能量，吸收足夠能量后，再次成鍵，釋放能量，如果釋放的能量高于吸收的能量，所以在該化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中放出能量。在放熱反應(yīng)體系中，是化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)化，那么是否存在熱能向化學(xué)能轉(zhuǎn)化呢？實(shí)驗(yàn)三：Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)過(guò)程中熱量的變化。實(shí)驗(yàn)材料：試管、棉花團(tuán)、塑料杯、酚酞試液、濾紙。學(xué)生在線接收教師提供的實(shí)驗(yàn)步驟，首先在濾紙上滴幾滴酚酞試液，然后在試管中加入幾滴水，并將棉花團(tuán)濕潤(rùn)后套在試管外，將稱好重量的晶體導(dǎo)入到塑料杯中，立刻蓋上蓋子，用試管快速攪拌混合物，用手感受杯子溫度的變化。同樣，學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師巡查拍照，在探究過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在用試管快速攪拌混合物時(shí)，混合物逐漸呈糊狀，并產(chǎn)生了堿性氣體，這是因?yàn)榈斡蟹犹囈旱臑V紙變成了紅色，同時(shí)，用手觸摸杯子底部發(fā)現(xiàn)杯底變得冰涼。接下來(lái)，請(qǐng)學(xué)生根據(jù)前面我們學(xué)習(xí)過(guò)的放熱反應(yīng)體系的能量反應(yīng)進(jìn)程的變化圖，聯(lián)系微課內(nèi)容，畫(huà)出吸熱反應(yīng)體系的能量反應(yīng)進(jìn)程變化圖。經(jīng)過(guò)知識(shí)的遷移和運(yùn)用，學(xué)生類(lèi)比總結(jié)出吸熱反應(yīng)體系能力隨反應(yīng)的變化情況：當(dāng)反應(yīng)物想要變成生成物時(shí)，首先需要斷裂化學(xué)鍵吸收能量，吸收足夠能量后，再次成鍵，釋放能量，如果釋放的能量低于吸收的能量，所以在該化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中吸收能量。通過(guò)前面對(duì)放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)能量的分析，學(xué)生已經(jīng)了解兩者各自的化學(xué)原因，此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的類(lèi)型，最后將兩者的對(duì)比總結(jié)表發(fā)送給學(xué)生，幫助學(xué)生鞏固與吸收課堂知識(shí)。3.2.3隨堂小測(cè)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。教師發(fā)布隨堂小測(cè)，學(xué)生在線答題。當(dāng)學(xué)生完成答題后，教師調(diào)取答題數(shù)據(jù)，從大數(shù)據(jù)分析圖上，教師能清晰的知道哪些題目學(xué)生做錯(cuò)了、哪些學(xué)生做錯(cuò)了，這為教師進(jìn)行個(gè)性化和針對(duì)性課后輔導(dǎo)提供了精確的數(shù)據(jù)，這也算是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下智慧課堂教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)所在。(1)判斷題。①放熱反應(yīng)不需要加熱就能發(fā)生。②吸熱反應(yīng)需要加熱才能發(fā)生。③在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中都伴有能量的產(chǎn)生，那么，有能量變化就一定是化學(xué)變化。④放熱反應(yīng)不需要吸收外界能量。調(diào)取學(xué)生答題數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生第一題答題正確率為90%，其余三道題目正確率為100%，這說(shuō)明大部分學(xué)生對(duì)于放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)中能量的變化情況這一知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)基本掌握。(2)選擇題。①下列變化屬于放熱反應(yīng)的是()a.Zn與稀HCl的反應(yīng)b.濃H2SO4溶于水c.CaCO3高溫分解d.液態(tài)水氣化Aa和dBaCc和dDa和b②下列變化屬于吸熱反應(yīng)的是()AMg條燃燒BFe與稀HCl的反應(yīng)CH2SO4與KOH的反應(yīng)DBa(OH)2·8H2O與NH4Cl③下列說(shuō)法正確的是()A吸熱反應(yīng)需要加熱才能發(fā)生B吸熱反應(yīng)需要從外界獲取能量，而放熱反應(yīng)不需要C放熱反應(yīng)在常溫下很容易發(fā)生D吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的判斷是根據(jù)其反應(yīng)物、生成物所具有的總能量相對(duì)大小來(lái)決定的。大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生第一題的正確率為70%，第二、三題的正確率為100%。第一題錯(cuò)誤答案主要集中于選項(xiàng)D，這樣教師只需要針對(duì)D選項(xiàng)進(jìn)行針對(duì)性的講解就行，這樣能夠大大提高習(xí)題講解的針對(duì)性和有效性。3.3勤反思勤總結(jié)，促進(jìn)課堂智慧深化?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+教育”背景下的智慧課堂，對(duì)于廣大教師而言，是一種全新的教學(xué)模式，需要教師在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索、積累經(jīng)驗(yàn)。而課后勤反思、勤總結(jié)，則是促進(jìn)課堂智慧深化與升華的關(guān)鍵所在。對(duì)于課堂上無(wú)法呈現(xiàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，教師可以借助于信息化手段呈現(xiàn)學(xué)生，讓學(xué)生利用課余時(shí)間自主學(xué)習(xí)。教師在課后以臺(tái)賬的形式記錄課堂進(jìn)程，判斷自己本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)到、化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)是否到位、學(xué)生學(xué)習(xí)效果是否顯著、教學(xué)氛圍是否良好等等，與此同時(shí)，學(xué)生也智慧平臺(tái)上看到自己本堂課的學(xué)習(xí)記錄以及教師給出的評(píng)價(jià)，這為學(xué)生接下來(lái)的復(fù)習(xí)與鞏固提供了精確的指導(dǎo)方向。在《化學(xué)能與熱能》一課的教學(xué)中，筆者主要以實(shí)驗(yàn)探究和問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的方式，引領(lǐng)學(xué)生動(dòng)手操作、小組合作、積極思考，課堂氛圍非?；钴S，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度。從學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)來(lái)看，學(xué)生在課堂上，勇于發(fā)言，隨堂檢測(cè)的正確率較高，說(shuō)明大部分學(xué)生對(duì)本節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)成效顯著。從總體上來(lái)說(shuō)，基本已經(jīng)完成本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。但不足之處就是，學(xué)生