浅谈人工智能在化学教育“导学互动”中的作用

PAGEPAGE5浅谈人工智能在化学教育“导学互动”中的作用曾玭（江西省吉安市第三中学343000）摘要：本文简要介绍了人工智能技术及其在教育教学中的应用，尤其是在化学教育“导学互动”方面的作用。通过在化学教育教学中引入人工智能技术，有利于创新教学理念，有助于提高教师的教学质量，提高学生的学习能力与科学素养，为化学教育工作增添了新的活力。关键词：人工智能化学教育智能教育导学互动现人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是计算机科学的一个分支，是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的新兴综合性学科。人工智能主要是人工的方法和技术，研究、开发、模仿、延伸和扩展人的智能，实现机器智能，其长期目标是实现人类水平的人工智能。到目前为止，人工智能的研究和应用领域越来越广泛，已在智能家居、智慧医疗、科学研究等领域崭露头角。与传统的幻灯片、展板、录音、电视、电脑等一样，人工智能技术也是一种与教育相关的信息技术。学生和教师等与教育相关的群体，可利用这些技术经过搜集、整理、加工、传输、反馈、再加工等方式获得知识。尽管人工智能并不是为教育专门研发的，但是人工智能的不断发展，使得其在教育中的应用也越来越广泛，教育的智能化一直是教育界和教育技术领域的理想和目标。2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，将智能教育作为“建设安全便捷的智能社会”的重点任务写入头条，强调利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习在内的新型教育体系；开展智能校园建设，推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用；开发立体综合教学场、基于大数据智能的在线学习教育平台；开发智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系统；建立以学习者为中心的教育环境，提供精准推送的教育服务，实现日常教育和终身教育定制化。这一系列发展规划，预示着人工智能教育时代已经到来。在这样的大背景下，作为一线教学的教师必须积极行动起来，主动去了解人工智能、学习人工智能、应用人工智能，主动适应科技形势，掌握教学前沿动态与技术，使教育教学工作获得更好的发展与提升，为创新人才的培养创造良好的环境和条件。近年来，人们对人工智能如何与教育相结合讨论颇多。事实上，人工智能在教育行业已全面铺开，具体应用包括人工智能为学生提供个性化学习、拍照搜题回答问题、对教学体系进行反馈和评测等。1）个性化学习。在我国应试教育大环境下，根据不同学生不同认知水平、学习能力以及自身素质制定个性化学习方案真是说易行难。人工智能介入后，个性化学习有两条实现途径：分析内容，构建知识图谱——构建和优化内容模型，建立知识图谱，让学生可以更容易地、更准确地发现适合自己的内容；自适应学习，实现智能化推荐——搜集学生学习数据，预测学生未来表现。智能化推荐最适合学生的内容，最终高效、显著地提升学习效果。2）拍照搜题、回答问题。借助智能图像识别技术实现拍照搜题、回答问题的功能。当学生遇到难题时，只需要用手机拍成照片上传到云端，系统在一到两秒内就可以反馈出答案和解题思路。这类软件不仅能识别机打题目，手写题目的识别正确率也越来越准，目前达到了70%以上，大大提高了学生的学习效率。3）对教学体系进行反馈和评测。试想一个场景，当某学生在查询自己期末成绩的时候，他看到的不仅是一个简单的分数，还附有一份“诊断报告单”。通过这份报告，他不但可以了解到自己学科板块知识点和能力点的掌握情况，还能看到对自己的优势、劣势的学科分析。这就是借助大数据的帮助，通过对学生学习成长过程与成效的数据统计，诊断出学生知识、能力结构和学习需求的不同，以帮助学生和教师获取真实有效的诊断数据。学生可以清楚看到问题所在，学习更高效；教师也可对症下药，选择不同的教学目标和内容，实施不同的教学方式，进一步提高教与学的针对性、有效性和科学性。具体到化学学科来说，化学本身是一门实验性非常强的学科，要更好地进行化学的教学和学习必须满足这一条件。人工智能教育除了上述三个主要作用，它在化学教育教学方面还独具优势。1）丰富化学教学内容众所周知，化学教学中有许多实验环节，但限于教学时间、教学条件、实验本身的难度等因素，很多实验无法开展或无法完整地开展。而通过人工智能视频技术可以将化学实验的重要过程及细节充分展现在学生面前。其次，除了实验，还有各个章节和模块的讲解视频也是应有尽有，而且还有供学生预习和复习的试题等等，可以应用到化学教学的各个环节。2）提升学生对化学学习的兴趣在化学学习过程中出现的难以掌握的内容和容易出错的内容大都较为抽象，例如电子和分子的移动和结构等等。光靠教师的口头讲解是很难解决这一问题的。人工智能视频可以针对性地创设真实情境和有效模型转换，形象化地将各种抽象的原子、粒子的运动过程展现出来，同时结合老师的讲解及视频的分析让学生清楚地认识科学的发展过程，将微观的化学反应立体、生动地呈现出来。促进学生对化学学习的亲近感，提升学习兴趣。3）优化、创新教学设计，提高教学质量为了培养学生对物质的观察和思考能力，掌握正确应用化学物质的方法，作为化学教师必须注重实验教学。而有些化学实验在课堂教学中并不方便展现或有事会产生不良物质，例如有毒物质和危害环境的物质。有些实验也不易成功，花费时间也比较长的实验。为提高课堂效率和保证环境绝对安全，可以利用人工智能学习资源进行视频播放，同时可以在难点重点的地方做上标记或进行重播，以便做重点讲解，帮助学生理解。也可以略过无关紧要的环节，使实验更加清晰地呈现在学生的印象中。另外，视频中化学实验操作一般来说比实际操做得到的数据更加精准，更有利于作为学生学习和教学的参考，同时还可以进行一些较为大型的实验模拟，例如工厂的加工过程，这些在实际生活中难以接到的实验等都可以利用人工智能来展现出来。这样不仅能优化教学设计，还能提高教学质量。需要强调的是，人工智能教学视频与常规录制或制作的视频具有更加丰富的“智能”及“互动”功能。人工智能视频可以将虚拟实验技术融入其中，也就是说学生不只是被动观看视频，还可以通过虚拟技术自己操作实验，获得真实的实验体验与实验现象，对实验操作也可以进行多因素尝试等，充分体验到实验的各种细节与现象。此外，人工智能视频还可以加入“互动”功能，学生可以在观看教学视频或实验视频过程中，可以随时提问并与人工智能视频进行互动问答，答惑解疑。人工智能在教学中的应用是一种新型的“导学互动”教学模式创新，能够促进学生自主学生，使学生在自主探究中收获到学习的乐趣，提高学生的学习能力。这些多功能的学习、体验不仅可以在课堂上进行，还可在课外进行。总之，利用人工智能技术，在集中式课堂教学模式下，可有效克服实验教学困难，能够很好地弥补现场教学和学习的不足，集中攻克化学教学中的难点和重点，从而取得更好的学习和教学效果，并将课堂教学延伸到课外教学，大大提高了教学效率与质量。人工智能可以将教师从烦琐、机械的工作中解脱出来，让教师腾出更多的时间和精力用于提高教学质量、创新教学方法。但是，目前人工智能在中学教育教学中的应用体现的还不够充分，需要各级教育行政机构的高度重视，需要专家学者的执着追求，更需要一线教师的积极探索。需要指出的是，教育是一项心灵工程，需要教师通过情感的投入和思想的引导教会学生做人、塑造学生的品质等。教师正从原来的教学主宰者、知识灌输者向学生的学习伙伴、引导者的方向转变。尽管未来人工智能可能会在知识储备量、知识传播速度以及教学讲授手段等方面超越人类，但教师仍然具有不可替代性。参考文献[1]王裴.人工智能在中学教育教学中的应用现状分析.中国医学教育技术.2013年第27卷第4期.[2]吴俊明.刍议人工智能化学教学研发的教学论基础.化学教学.2017年第11期.[3]黄翦.基于人工智能的化学教学设计——以Na的性质为例.软件导刊·教育技术.2009年第3期(下半月)[4]吴文铁.人工智能教育对于培养中学生信息素养的作用.电脑知识与技术.2018年第4卷第8期.[5]徐璞“泰微课”对化学教学和学生学习化学的帮助.才智,