AIGC技术驱动下盲校初中化学三重表征障碍突破的实践研究

——以《如何正确书写化学方程式》为例

陈舒菲 上海市盲童学校

摘要：视障学生因视觉信息缺失和认知方式差异，难以通过传统语言描述建立“宏观—微观—符号”三重表征的逻辑关联，严重制约化学核心素养的发展。本研究聚焦盲校初中化学教学实践，探索利用AIGC技术工具包破解这一难题的有效路径。研究以《如何正确书写化学方程式》教学为载体，通过AIGC产品豆包的AI智能体能力、文本、三维模型、图像、音频及复合内容生成等功能，组成 AIGC 技术工具包，驱动盲校初中化学教学突破表征障碍困境。实践表明，AIGC技术的融合应用，让学生在课堂参与度、概念理解清晰度及符号意义把握方面均有明显改善。研究也为特殊教育领域的抽象概念教学提供可复制的技术融合范式。

关键词：AIGC技术 盲校初中化学 三重表征障碍

引言

视障学生因视觉信息缺失与认知方式差异，面临“宏观—微观—符号”三重表征断裂困境。化学的三重表征包括宏观表征、微观表征以及符号表征，这三者相互关联又各有侧重，对于视力障碍学生来说，理解宏观物质的形态、性质与变化，洞悉微观粒子的运动、相互作用，以及精准把握化学符号所蕴含的丰富信息，均存在一定障碍。传统的讲授法在帮助盲校学生突破这些障碍时，难以满足学生对化学知识深度理解与灵活运用的需求。

《盲校义务教育化学课程标准（2016年版）》强调现代信息技术在化学教学中的应用，尤其是对于低视力和全盲学生的学习具有重要意义^[1]。随着科技的飞速发展，人工智能生成内容（artificial intelligence generated content，以下简称AIGC）技术正以其独特的魅力和强大的功能，为教学实践带来前所未有的变革契机。Wang等总结了AIGC的主要应用领域，即文本生成、图像生成、音频生成、视频生成、三维内容生成、数字人生成以及上述领域的复合生成，为AIGC的教学资源生成提供了技术可能^[2]。

本研究以AIGC产品豆包依托的“云雀大模型”为技术支撑，聚焦于盲校初中化学教学实践，以《如何正确书写化学方程式》的教学为载体，旨在探索利用AIGC技术工具包，有效突破视障学生在化学学习中面临的三重表征障碍。

一、盲校化学教学的现实困境与突破契机

1.1教学困境

视障学生因视觉信息缺失和认知方式差异造成三重表征学习中面临多重挑战。宏观层面，颜色变化、沉淀生成等关键反应现象依赖视觉观察，视障学生能通过残余视力、听觉、触觉、嗅觉或他人描述获取有限信息，存在不精确性与安全风险，导致现象认知碎片化。微观层面，原子、分子的运动及相互作用不可见，抽象概念理解高度依赖视觉化模型和动画，而传统的触觉模型难以呈现动态过程，全盲学生更因缺乏视觉经验，无法理解微观粒子的运动过程。符号层面，在书写盲文化学反应方程式时，下标数字需要借助特殊符号标记，不仅增加了阅读难度，还容易造成理解混淆，导致学生难以把握反应过程的逻辑关联，只能依赖机械记忆。本质问题在于视觉缺失导致的“宏观现象直观性—微观模型具身性—符号规则逻辑性”认知链条断裂。若缺乏针对性的技术赋能，仅依赖传统语言描述，将导致三重表征停留在孤立的“知识孤岛”，严重制约视障学生化学核心素养的发展。

1.2技术契机

随着人工智能技术的飞速发展，AIGC技术作为一种新兴的技术手段，为教育领域带来了前所未有的机遇和创新动力。本研究基于AIGC技术工具包（见表1）在多种应用场景下为视障学生的学习提供多感官补偿、动态可视化和个性化支持，助力视障学生突破三重表征障碍。

表1 AIGC技术工具包应用场景

二、AIGC技术的教学应用与实施

选取AIGC产品“豆包”应用于初中化学课堂教学，基于其AI智能体、三维、文本、图像、音频及复合生成能力，驱动盲校初中学生突破表征障碍困境。

2.1AI智能体：关联化学史，激活表征认知

基于AIGC技术构建AI智能体（见图1），形成贯穿三重表征的化学史链条。AI智能体非简单的知识库，而是具备动态交互、情境模拟与推理能力的虚拟历史人物化身。AI智能体之间紧密关联化学史上的重大突破。学生通过与智能体对话，深入理解科学家面临的问题及实验设计思路，在教师的引导下进行推理与模型构建，发展化学核心素养。

图1 “拉瓦锡”“道尔顿”“贝采里乌斯”AI智能体

2.2三维内容生成：具象微观，构建三维模型

依托AIGC技术的三维内容生成能力，使用者可提出具体需求，例如生成适用于视障学生的“水分解的微观过程模型”。豆包能够生成基于Python绘制的模型图代码，使用者将其导入Blender等三维建模软件后，可依据实际需求进一步优化修改，形成符合特定使用场景的三维模型（见图2），并制作成对应的学具（见图3）。

图2 水分解的微观过程的三维模型

图3 水分解的微观过程的学具

2.3文本生成：拆解符号逻辑，实现结构化串联

依托AIGC文本生成能力，聚焦化学方程式书写全流程拆解，针对盲校学生符号逻辑构建难点，生成“复述宏观现象—分析微观变化—书写反应物和生成物的化学符号—配平原子数目—标好反应条件”的逻辑闭环。

2.4图像生成：高度对比度图片，补偿视觉信息

针对低视力学生因视觉感知弱的问题，借助AIGC图像生成能力，聚焦拉瓦锡实验装置图来适配优化。利用AI图像算法，强化图像的色彩反差，放大图像大小，生成高对比度可视化素材，降低视觉识别负荷。

2.5音频生成：声音信息传递，补偿视觉缺失

针对视障学生视觉补偿需求，依托AIGC音频生成能力，将智能体对话、实验现象、梳理化学方程式配平步骤等教学内容转化为语音信息。在学习过程中，低视力学生可以通过阅读获取信息，全盲学生通过聆听语音来理解知识，满足了不同学习风格学生的需求，使学习过程更加灵活多元。这种音频生成方式能突破学生因视觉障碍形成的认知壁垒，提升课堂学习有效性。

2.6复合生成：系统整合，打破表征割裂状态

依托AIGC技术的复合生成能系统整合各项能力，打破知识表征的割裂状态。通过AI编程设计水的电解模拟实验（见图4）、化学方程式配平助手（见图5），以及AI思维导图（见图6）的生成，实现对化学知识的结构化、可视化呈现。

水电解模拟实验通过清晰语音实时播报实验步骤与现象，搭配逼真气泡音效，以听觉反馈为主导帮助视障学生理解水电解过程中气体生成、体积变化。同时，实验中动态展示氢气与氧气体积比数据，兼具交互性与教学性。

化学方程式配平助手通过左右两侧实时原子计数条可视化呈现，以绿/红颜色区分配平情况，学生可拖动滑块调整系数，AI会自动标红未平衡元素并给出配平建议，利于检验学生是否掌握配平逻辑。

AI思维导图能够将视障学生输入内容转化为结构化的知识图谱。课堂总结时，学生语音或文字输入小结内容，AI自动梳理知识点层级关系，生成结构化图谱，将零散信息转化为清晰的认知框架。这种可视化的知识整合方式，不仅强化了学生对关键概念和逻辑关系的理解，还便于他们记忆和复习。

图4  AI编程生成的水的电解模拟实验

图5  AI编程生成的化学方程式配平助手

图6  AI思维导图

三、总结与思考

3.1提升课堂活跃度

AIGC技术为化学课堂注入新活力，尤其助力视障学生深度参与。教师充分整合AIGC工具包，调用视障学生的触觉与听觉，实现协同感知，从而积极投入到化学学习当中，构建起沉浸式的互动体验。这种创新的教学方式，极大地激活了课堂氛围，促使学生从传统的被动接受知识，转变为深度主动地参与知识建构过程，从而显著提升了整个教学过程的动态参与性。

3.2培养化学核心素养

AIGC 技术为盲生化学核心素养培养提供了有力支持。在宏微辨析方面，通过生成模拟实验和3D学具，构建宏观现象与微观本质的联动认知通道，使学生在触觉感知与听觉理解的协同中，形成对化学现象本质的深度辨析能力，突破宏观与微观表征的认知断层。证据推理能力的培养则依靠AIGC生成的交互式问题链机制，学生通过与AI智能体对话获取线索，AI智能体根据回答逻辑实时提供证据补充或质疑，促使盲生逐步掌握基于证据的化学推理方法。

3.3培养跨学科能力

AIGC技术依托复合生成能力，深度融合化学教育与多学科思维。化学方程式配平助手解析方程式配平的数学逻辑，把原子守恒原理与比例计算方法进行可视化对应，帮助学生理解微观粒子反应与宏观数学运算的关联。学生在解决实际配平问题时，能提升综合运用数学知识解决问题的能力。

3.4推进教育资源均衡发展

AIGC技术正重塑盲校化学教学资源供给模式，构建起无障碍转化与共享的创新体系。AI智能体对话可将文字转化为个性化语音讲解，突破盲文局限，激活情境体验。通过AIGC多形式转化，解决盲校教学资源匮乏与获取成本高的问题，实现优质资源的无障碍转化与跨地域共享，有效缩小盲校与普通学校的教育资源差距，推动特殊教育公平化发展。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部，教育部关于发布实施《盲校义务教育课程标准（2016年版）》《聋校义务教育课程标准（2016年版）》《培智学校义务教育课程标准（2016年版）》的通知[EB/OL].(2016-12-01).https://hudong.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3331/201612/t20161213_291722.html.

[2]WANGYT，PANYH，YANM，etal．AsurveyonChatGPT：AI-generatedcontents，challenges，andsolutions[J]．IEEEopenjournalofthecomputersociety，2023，4：280-302．