摘要：高中化学存在大量有毒腐蚀、易燃易爆、高温高压类高危实验，受场地、器材、安全管控限制，实体实验难以常态化开展，课堂多以讲授、视频观摩为主，学生缺乏实操探究，知识理解与实验能力培养存在短板。依据《普通高中化学课程标准（2017年版2025年修订）》（以下简称“新课标”）中关于核心素养、数字赋能与安全育人的要求，本文以AI虚拟实验室为载体，结合钠与水反应、氯气制备、铜与硝酸反应课例，探究虚拟仿真在高危实验中的育人价值与实施路径，弥补传统实验短板，践行“做中学、用中学、创中学”，推动学生化学五大核心素养协同发展。
　　关键词：AI虚拟实验室；高中化学；高危实验探究；核心素养；数字化教学
　　一、引言
　　高中化学诸多必做高危实验存在一定风险，多数学校出于安全与管理考量删减学生实操环节，仅靠口述、视频授课。学生被动旁观，无法自主设计实验、调控变量试错，探究链条断裂，难以形成严谨科学思维与规范安全意识。
　　新课标教学实施建议提出，运用AI、VR仿真搭建多元交互课堂，借助虚拟实验弥补高危实操短板，同时明确虚拟实验仅为实体实验补充，构建“虚拟预演—实体实操—虚拟复盘”的虚实融合模式。AI虚拟实验室依托智能仿真、三维可视化、实时纠错技术，为高危实验自主探究提供新方案，契合素养导向、实践探究、数字赋能、实验安全四大教学导向。
　　二、AI虚拟实验室赋能高危实验教学的核心价值
　　对照新课标课程目标与实验教学要求，AI虚拟实验室具备三重核心育人价值。
　　（一）消除实验安全风险，拓展探究边界
　　新课标要求培育学生实验室安全意识，掌握危化品操作、风险识别能力。传统高危实验涉及氯气、浓硝酸、活泼金属等，易发生灼伤、中毒、仪器炸裂等事故，实验教学常流于形式。AI虚拟实验脱离真实危化品与高温设备，从根源规避安全隐患，支持学生完整完成假设、方案设计、变量调控、证据收集、反思评价全流程探究，不受场地与危化品管控限制。
　　（二）打破被动学习模式，落实自主探究要求
　　新课标明确规范了科学探究的完整流程，包含提出问题、猜想假设、设计方案、进行实验、收集证据、解释结论、反思评价、交流展示、创新迁移九大环节，坚决摒弃标准化演示、被动式观摩的固化教学模式。AI虚拟实验室支持无限次重复操作，学生可自主设计方案、对比多组变量，通过试错分析完成证据推理与模型建构，实现沉浸式自主探究，落实“做中学”的理念。
　　（三）模拟违规事故场景，综合培育学科素养
　　新课标提出“教师应积极探索核心素养导向的教学方式，实现课堂教学从掌握知识到发展素养的转变”。传统教学中，教师主要通过文字和口头讲解强调实验禁忌与安全规范。这导致学生缺乏错误体验，仅靠机械记忆掌握安全规则，风险预判能力与应急处置能力薄弱。AI虚拟实验室可直观模拟毒气泄漏、容器炸裂、尾气污染等事故，以视觉冲击强化安全认知；同时在变量探究中同步发展宏观微观辨析、证据推理能力，实现知识、思维、价值素养一体化培育，达成新课标学业质量要求。
　　三、AI虚拟实验室高危实验三段式教学策略
　　结合新课标虚实融合、安全育人要求，构建“课前预演—课中探究—课后风险复盘”的教学模式。
　　（一）课前虚拟预演，夯实操作基础
　　课前依托AI虚拟实验室开展轻量化预习，帮助学生提前熟悉仪器设备、操作流程、安全禁忌与反应原理，降低课堂探究难度。以钠与水反应实验为例，通过三维动画直观展示钠的取用、切割、投放及废液处理流程，动态呈现宏观现象与微观变化。教师布置分层预习任务：基础层掌握仪器识别与核心安全规范，杜绝徒手取钠、过量投钠等错误操作；提升层自主调节钠块大小、水温等变量，对比不同条件下的实验现象，整理预习数据并提交报告。教师依托后台数据精准掌握学生易错点，针对性突破教学重难点，提升课堂教学效率。
　　（二）课中自主探究，开展变量试错实验
　　依托AI虚拟实验室开展氯气制备小组探究教学，落实新课标“开放探究”的教学要求。学生先熟悉标准实验装置与操作流程，随后以小组为单位开展变量探究，分别调控盐酸浓度、反应温度、二氧化锰用量，实时采集实验数据、记录反应差异。AI助手实时监测操作行为，对装置漏气、缺少除杂装置、无尾气处理等违规操作即时警示，并直观呈现杂质干扰、毒气扩散等问题。学生无需顾虑安全风险，可反复试错、对比论证、整合数据，自主总结实验最优条件，完整完成全套科学探究流程，凸显学生课堂主体地位。
　　（三）课后风险复盘，强化安全绿色观念
　　新课标将实验安全、绿色化学纳入学业质量水平评价体系。依托AI虚拟实验室，以铜与浓、稀硝酸反应实验为载体，开展课后分层复盘。学生首先完成标准对照实验，区分浓、稀硝酸的反应差异及氮氧化物的性质区别；开展违规操作模拟，体验气密性不足、省略尾气处理、密闭加热等不当操作引发的毒气泄漏、试管膨胀开裂等事故场景，直观感受违规操作的危害；结合实验体验撰写安全反思报告，自主设计尾气处理改良方案，通过线上互评优化实验设计，筑牢安全、绿色、规范的实验思维。
　　四、结语
　　新课标倡导数字技术与化学实验深度融合，解决高危实验实操难、探究弱、安全教育缺失等问题。AI虚拟实验室兼具零风险、可重复、事故可视化等优势，搭建虚实融合课堂，紧扣核心素养教学主线。一线教师应结合校情选用合规虚拟平台，常态化开展预演、自主探究、安全警示教学，坚持虚拟为辅、实体为本，平衡仿真与实操课时，在保障安全前提下释放学生探究空间，全面培育实验能力、科学思维与安全态度，落实化学核心素养培育目标。
　　参考文献：
　　[1] 汪锦龙.人工智能时代高中化学个性化教学的实现路径[J].西部素质教育，2022,8(16):128-130.
　　[2] 陈诚,刘影，尹传辉.仿真实验在高中化学教学中的应用[J].实验教学与仪器，2023，40(1):106-110.
　　[3] 江合佩.《普通高中化学课程标准(2017年版2025年修订)》数字化实验实施路径解读[J].中学化学教学参考，2026(02):8-12.