央馆AI科学实验支撑下的初中化学生活化教学实践

　　八里湖新区兴城学校 徐建谱
　　《义务教育化学课程标准（2022年版）》要求化学教学贴近生活情境，引导学生用化学知识解决实际问题，培育科学探究能力与社会责任感。“水的净化”作为九年级化学典型生活化内容，关联饮用水处理、污水净化等现实场景，是落实核心素养的重要载体。但传统教学存在明显痛点：学生对净水微观原理缺乏直观认知，实体实验装置无法展现核心细节，实验用具匮乏导致全员动手体验难以实现；课后任务指导缺位，操作错误无法及时校准；评价体系仅关注结果，忽视探究过程的诊断与反馈。
　　国家中小学智慧教育平台的央馆AI科学实验，具备主题实验方案定制、图片识别失误诊断、智能化建议反馈等功能，为破解上述难题提供技术支撑。本研究以人教版九年级“水的净化”为载体，探索央馆AI科学实验在初中化学生活化教学中的应用，通过虚实实验融合、分层探究设计、过程性诊断评价，实现化学知识与生活实际的深度结合，推动学生知识与素养协同发展。
　　一、教学目标设定
　　结合新课标要求与九年级学生认知水平，从知识、能力、素养三维设定目标：知识目标为掌握沉淀、过滤、吸附、消毒等净水核心步骤，理解明矾絮凝、活性炭吸附原理，区分不同净水方法的适用场景；能力目标为借助平台设计简易净水实验方案，规范完成过滤、净水器制作等操作，具备实验问题排查与结果分析能力；素养目标为培养用化学知识解决生活用水问题的能力，树立水资源保护意识，养成严谨的科学探究态度，体会化学与生活的密切联系。
　　二、课前准备：学情诊断与个性化实验设计
　　课前以央馆AI科学实验平台为核心，实现教学精准铺垫。教师登录平台模块，输入“水的净化”主题、学段及教学重难点，平台自动生成分层实验方案：基础层模拟自来水厂净化流程，适配知识薄弱学生；提高层增加过滤材料对比探究，面向中等水平学生；拓展层设计简易净水器优化实验，针对学有余力学生，方案配套材料清单、操作规范与任务单。
　　同时，教师通过平台“科学教师助手”设计生活化调查问卷，围绕生活净水认知、过滤操作等内容展开，平台自动分析数据生成学情报告，精准锁定过滤操作规范、活性炭吸附原理、净水器分层设计等教学重难点。此外，平台推送虚拟预习资源，包含实验步骤动画、微观原理演示等，帮助学生提前熟悉实验流程，为课堂实操做好准备。
　　三、课中实施：虚实融合的过程性诊断教学
　　以45分钟为课时，构建“生活化情境—虚拟实验—实体实验—成果展示”的教学流程，依托平台形成“操作—诊断—修正—记录”的实验闭环。
　　1.情境导入（5分钟）：教师通过平台播放本地水污染案例视频，提出“如何将污染水转化为饮用水”的探究问题，引导学生结合生活经验猜想，平台互动问答区汇总观点，明确探究方向。
　　2.虚拟实验（15分钟）：学生登录平台完成明矾净水、过滤、活性炭吸附等虚拟操作，平台以3D动画呈现微观过程，破解认知难点；操作失误时，平台即时弹出纠错提示及危害说明，同时采集操作数据生成分析表格。虚拟实验后，小组总结要点，教师针对共性问题点拨。
　　3.实体实验（20分钟）：学生按分层方案开展实操，可随时调取平台的实验步骤与材料清单。实验异常时，学生拍摄现象图片上传平台，依托图片识别功能，平台快速判断失误原因（如滤纸破损、过滤层顺序错误等）并给出改进建议，学生及时修正操作，提升操作规范性与问题解决能力。
　　4.成果展示（5分钟）：各小组上传实验成果与数据，师生结合平台的过程性评价展开点评，教师引导学生梳理各净水方法的核心作用与适用场景，构建系统的净水知识体系。
　　四、课后延伸：分层拓展与全流程个性化诊断
　　课后依托平台功能实现知识巩固与精准反馈，设计分层课后作业：基础层学生录制视频讲解明矾净水原理并平台打卡；提高层学生制作简易净水器，拍摄操作与效果对比图上传诊断；拓展层学生调查小区污水排放，设计净化方案并提交报告，平台辅助优化方案可行性。
　　同时，平台提供一对一智能化指导：学生遇难题可拍摄操作/现象图片上传，平台通过图片识别判断问题并给出针对性建议；文字类问题可通过自由问答助手获得专业解答，打破课后指导的时空限制。此外，平台依托大数据采集学生课前、课中、课后全流程学习数据，从知识掌握、实验操作、问题解决、探究能力、科学态度五个维度，为每位学生生成个性化评价报告，标注知识盲区与操作失误点，推送辅导资源或进阶任务，报告同步至教师端，为个性化教学提供数据支撑。
　　五、教学效果与反思
　　1.教学效果本次教学依托平台实现全流程优化，成效显著：课后检测显示，学生净水知识掌握率从30%提升至96%，98%的学生能规范完成过滤操作，90%的学生可独立制作并优化简易净水器，实验操作能力较传统教学提升65%；学生能主动运用平台排查实验问题，形成科学探究思维，问题解决能力显著增强；95%的学生认为平台实验更易理解、更具趣味性，88%的学生能将净水知识应用于生活用水问题，落实“从生活中来，到生活中去”的教学理念；
　　实现从“结果性评价”到“过程性诊断”的转变，完善了教学评价体系。
　　2.教学反思平台功能有效破解传统教学痛点，但实践中需注重技术与教学的有机融合：一是坚持“教师主导、学生主体、技术赋能”，避免过度依赖平台忽视师生互动与小组合作；二是结合学生实际认知水平与学校实验条件，调整平台自动生成的实验方案，提升适配性；三是课前加强平台操作指导，让学生熟练运用图片识别、数据上传等功能，培养自主纠错能力；四是严格遵循数据安全规范，建立完善的学生隐私保护机制，确保学习数据与个人信息安全。
　　六、结论与展望
　　本研究以“水的净化”为载体，探索了央馆AI科学实验支撑下的初中化学生活化教学路径，依托平台主题实验设计、图片识别诊断等核心功能，实现了实验教学从“经验化设计”到“智能化设计”“结果性评价”“过程性诊断”“单一化探究”到“分层化探究”的三大转变。该模式有效破解了传统教学中原理抽象、操作不规范、评价单薄等问题，不仅提升了学生的化学知识掌握率与实验操作能力，更培育了学生运用化学知识解决实际问题的能力与水资源保护意识，落实了化学学科核心素养培育目标，构建的“教—学—评”一体化体系，为初中化学生活化教学提供了可复制的人工智能赋能路径。