从知识传递到思维建构：
生成式AI重塑化学课堂的范式转型
2025-08-19
作者：
来源：
大众日报
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□汤庆红
教育部《中小学生成式人工智能使用指南（2025年版）》强调“应用为王、治理为基”，推动AI安全有效辅助教学、促进个性化学习。在此背景下，化学课堂智能化转型尤为迫切。化学需建立宏观现象、微观本质与符号表征的复杂联结，传统“教材—教师—教室”中心课堂虽能系统传递知识，却难以支撑高阶思维建构，具体表现为三重割裂：微观不可见性与符号抽象性导致机械记忆；实验安全限制与探究开放性冲突使实践形式化；标准化教学与个体认知差异阻碍精准化。生成式AI的核心价值在于重构“人机协同”教学逻辑，通过动态分子可视化、虚拟实验生成及适应性学习路径，将课堂从知识容器转型为思维实验室。
“三元突破”生成式AI
助力化学教学方法升级
生成式AI与化学教学的深度融合，首先体现为认识论层面的范式重构。传统教学中教师主导的静态支架，被AI动态生成的认知支持系统所拓展。例如，当学生探究“化学平衡移动”时，AI可基于实时交互自动调节问题难度，实现个体化认知阈限的精准匹配；而化学学科特有的“微观不可见性”难题，则通过AI的3D动态建模获得认知补偿，使抽象概念具象化为可操作的思维对象。其次，在方法论层面，生成式AI有效消解了化学教学的经典二元对立。一方面，通过宏观现象与微观本质的AI联动模拟，破解了传统教学中二者割裂的困境；另一方面，借助虚拟实验生成（如模拟金属钠与水反应的爆炸临界条件），在确保安全性的同时恢复了科学探究的开放性本质；此外，还可以基于大模型的适应性输出，实现标准化课程与个性化学习的技术性和解。这种“三元突破”标志着化学教学从“非此即彼”的二元对立，走向“辩证统一”的智能新范式。
生成式AI驱动化学教学范式转型实现了三重突破。首先，实现了从教师独白到人机对话的教学主体转型。生成式AI的介入从根本上重构了化学课堂的主体关系，推动教学从传统的教师单向传授转向“教师—AI—学生”三元互动的新型认知生态。在这一范式中，AI不再仅是辅助工具，而是承担起“认知协作者”的关键角色。其独特性体现在：第一，作为知识建构的催化剂，AI能够即时生成多样化的学习素材，促使学生通过比较分析深化理解；第二，作为思维训练的陪练者，AI可模拟科学争议场景，引导学生运用化学知识点进行证伪，这一过程实质上是将波普尔“证伪主义”科学哲学思想具象化为教学实践。其次，实现了从线性传递到网状生成的教学过程转型。生成式AI打破了传统化学教学的线性序列，构建起以化学知识图谱动态构建为核心的网状教学模式。该模式具有三重特征：其一，知识呈现的非线性化，AI根据学生认知状态实时生成知识节点间的关联路径；其二，学习情境的具身化，通过AI将抽象原理映射到生活场景；其三，探究过程的迭代性，学生可随时回溯AI记录的概念演变轨迹。这种转型本质上实现了布鲁纳“螺旋式课程”理论的智能化升级。知识不再是被灌输的客体，而是学生在AI支持下主动建构的网络化认知体系。第三，实现了从结果评判到过程建模的教学评价转型。生成式AI推动化学教学评价从“终端产品评估”迈向“认知过程建模”，建立起“认知—元认知—情感”三维评价体系。在认知维度，AI通过自然语言处理追踪学生的思维轨迹；在元认知维度，系统分析学生的自我监控行为；在情感维度，AI通过面部识别与文本情感分析捕捉学习投入度。具体应用中，AI评价系统可生成“电子转移路径推演热力图”，直观显示学生思维卡点，为精准干预提供依据。这种过程性评价不仅符合Vygotsky社会建构主义的发展观，更实现了Bloom教育目标分类学中“高阶思维”的可视化诊断。
制度先行
防范AI幻觉降低化学教学质量
然而，生成式AI在化学教学中的应用也潜藏三重风险，需引起高度重视。在本体论层面，AI生成内容与化学科学性的张力日益凸显。大模型基于概率生成的特性可能导致“科学幻象”，如虚构物质性质或违背热力学定律的反应方程式，这种“科学性失真”若未被及时识别，将严重动摇化学学科的实证根基。认识论风险表现为过度依赖AI导致的认知能力退化。当学生习惯通过AI模拟观察“镁条燃烧”现象而非亲手操作时，其仪器操作精度与现象捕捉敏锐度显著下降，长期使用AI虚拟实验的学生去技能化趋势与化学教育培养实证精神的根本目标背道而驰。价值论风险则体现在技术黑箱化与科学求真精神的冲突上。当学生直接采纳AI生成的“催化机理解释”而不追问理论依据时，其科学质疑精神逐渐弱化，AI高频使用者存在“解释性深度缺失”现象（即满足于结论而忽视推导过程），这将从根本上消解化学教育培养理性思维的核心价值。
化学教师在应对这些风险时，需建立人类智慧主导的制衡机制。同时，生成式AI融入化学教学也要求化学教师实现三重角色跃迁。首先，作为AI教学设计师，需掌握提示词工程和人机协作课程设计能力，包括确定AI介入节点和输出审核标准。其次，教师必须捍卫课堂主权，成为AI内容的“第一校验者”，建立三阶审核机制（事实性审核、方法论审核、教育性审核）。最终教师需要回归教育本质，聚焦于培养AI不可替代的科学思维者。通过设计“AI悖论任务”，训练学生的证伪能力、联结能力和建模能力。正如陶行知“教学做合一”思想在AI时代的新诠释。教师需在“设计提示词（教）—协同AI生成（学）—验证科学内容（做）”的闭环中，坚守以技术拓展思维而非替代思维的育人坐标，使化学教育始终指向培养手持技术利器而不失科学本心的理性思考者。
（作者单位：济南市济阳区第一中学）
教育部《中小学生成式人工智能使用指南（2025年版）》强调“应用为王、治理为基”，推动AI安全有效辅助教学、促进个性化学习。在此背景下，化学课堂智能化转型尤为迫切。化学需建立宏观现象、微观本质与符号表征的复杂联结，传统“教材—教师—教室”中心课堂虽能系统传递知识，却难以支撑高阶思维建构，具体表现为三重割裂：微观不可见性与符号抽象性导致机械记忆；实验安全限制与探究开放性冲突使实践形式化；标准化教学与个体认知差异阻碍精准化。生成式AI的核心价值在于重构“人机协同”教学逻辑，通过动态分子可视化、虚拟实验生成及适应性学习路径，将课堂从知识容器转型为思维实验室。
“三元突破”生成式AI
助力化学教学方法升级
生成式AI与化学教学的深度融合，首先体现为认识论层面的范式重构。传统教学中教师主导的静态支架，被AI动态生成的认知支持系统所拓展。例如，当学生探究“化学平衡移动”时，AI可基于实时交互自动调节问题难度，实现个体化认知阈限的精准匹配；而化学学科特有的“微观不可见性”难题，则通过AI的3D动态建模获得认知补偿，使抽象概念具象化为可操作的思维对象。其次，在方法论层面，生成式AI有效消解了化学教学的经典二元对立。一方面，通过宏观现象与微观本质的AI联动模拟，破解了传统教学中二者割裂的困境；另一方面，借助虚拟实验生成（如模拟金属钠与水反应的爆炸临界条件），在确保安全性的同时恢复了科学探究的开放性本质；此外，还可以基于大模型的适应性输出，实现标准化课程与个性化学习的技术性和解。这种“三元突破”标志着化学教学从“非此即彼”的二元对立，走向“辩证统一”的智能新范式。
生成式AI驱动化学教学范式转型实现了三重突破。首先，实现了从教师独白到人机对话的教学主体转型。生成式AI的介入从根本上重构了化学课堂的主体关系，推动教学从传统的教师单向传授转向“教师—AI—学生”三元互动的新型认知生态。在这一范式中，AI不再仅是辅助工具，而是承担起“认知协作者”的关键角色。其独特性体现在：第一，作为知识建构的催化剂，AI能够即时生成多样化的学习素材，促使学生通过比较分析深化理解；第二，作为思维训练的陪练者，AI可模拟科学争议场景，引导学生运用化学知识点进行证伪，这一过程实质上是将波普尔“证伪主义”科学哲学思想具象化为教学实践。其次，实现了从线性传递到网状生成的教学过程转型。生成式AI打破了传统化学教学的线性序列，构建起以化学知识图谱动态构建为核心的网状教学模式。该模式具有三重特征：其一，知识呈现的非线性化，AI根据学生认知状态实时生成知识节点间的关联路径；其二，学习情境的具身化，通过AI将抽象原理映射到生活场景；其三，探究过程的迭代性，学生可随时回溯AI记录的概念演变轨迹。这种转型本质上实现了布鲁纳“螺旋式课程”理论的智能化升级。知识不再是被灌输的客体，而是学生在AI支持下主动建构的网络化认知体系。第三，实现了从结果评判到过程建模的教学评价转型。生成式AI推动化学教学评价从“终端产品评估”迈向“认知过程建模”，建立起“认知—元认知—情感”三维评价体系。在认知维度，AI通过自然语言处理追踪学生的思维轨迹；在元认知维度，系统分析学生的自我监控行为；在情感维度，AI通过面部识别与文本情感分析捕捉学习投入度。具体应用中，AI评价系统可生成“电子转移路径推演热力图”，直观显示学生思维卡点，为精准干预提供依据。这种过程性评价不仅符合Vygotsky社会建构主义的发展观，更实现了Bloom教育目标分类学中“高阶思维”的可视化诊断。
制度先行
防范AI幻觉降低化学教学质量
然而，生成式AI在化学教学中的应用也潜藏三重风险，需引起高度重视。在本体论层面，AI生成内容与化学科学性的张力日益凸显。大模型基于概率生成的特性可能导致“科学幻象”，如虚构物质性质或违背热力学定律的反应方程式，这种“科学性失真”若未被及时识别，将严重动摇化学学科的实证根基。认识论风险表现为过度依赖AI导致的认知能力退化。当学生习惯通过AI模拟观察“镁条燃烧”现象而非亲手操作时，其仪器操作精度与现象捕捉敏锐度显著下降，长期使用AI虚拟实验的学生去技能化趋势与化学教育培养实证精神的根本目标背道而驰。价值论风险则体现在技术黑箱化与科学求真精神的冲突上。当学生直接采纳AI生成的“催化机理解释”而不追问理论依据时，其科学质疑精神逐渐弱化，AI高频使用者存在“解释性深度缺失”现象（即满足于结论而忽视推导过程），这将从根本上消解化学教育培养理性思维的核心价值。
化学教师在应对这些风险时，需建立人类智慧主导的制衡机制。同时，生成式AI融入化学教学也要求化学教师实现三重角色跃迁。首先，作为AI教学设计师，需掌握提示词工程和人机协作课程设计能力，包括确定AI介入节点和输出审核标准。其次，教师必须捍卫课堂主权，成为AI内容的“第一校验者”，建立三阶审核机制（事实性审核、方法论审核、教育性审核）。最终教师需要回归教育本质，聚焦于培养AI不可替代的科学思维者。通过设计“AI悖论任务”，训练学生的证伪能力、联结能力和建模能力。正如陶行知“教学做合一”思想在AI时代的新诠释。教师需在“设计提示词（教）—协同AI生成（学）—验证科学内容（做）”的闭环中，坚守以技术拓展思维而非替代思维的育人坐标，使化学教育始终指向培养手持技术利器而不失科学本心的理性思考者。
（作者单位：济南市济阳区第一中学）