人工智能時代背景下生物學(xué)科智慧課堂有效構(gòu)建的研究

摘 要：基于分析人工智能時代背景下中學(xué)生物學(xué)科智慧課堂有效構(gòu)建。首先分析出智慧課堂，具有智能化環(huán)境、數(shù)字化資源、精準化教學(xué)及個性化學(xué)習(xí)的特征;其次分析出人工智能時代背景下中學(xué)生物學(xué)科的智慧課堂，主要運用大數(shù)據(jù)云端診斷分析系統(tǒng)、電子書包服務(wù)系統(tǒng)等作為技術(shù)支撐，將其貫穿到學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)及課后反思三個階段，進一步增強學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效率與能力，實現(xiàn)學(xué)生的生物素養(yǎng)與綜合素質(zhì)的全面提升。

關(guān)鍵詞：人工智能;生物學(xué)科;智慧課堂

在當前人工智能時代的背景之下，其科學(xué)技術(shù)與教育教學(xué)的逐漸融合，促使教育領(lǐng)域發(fā)生很大的變化，已經(jīng)進入到智慧教育時代，隨之而來的智慧課堂得以構(gòu)建。也就是說，智慧課程是智慧教育運用學(xué)科教學(xué)的實踐載體，通過科學(xué)技術(shù)所搭建的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，以此來幫助學(xué)生在課堂上更加全面地學(xué)習(xí)、整合及內(nèi)化知識。因此，對于中學(xué)的生物學(xué)科來說，其智慧課堂的有效構(gòu)建，既能解決傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，又有利于實現(xiàn)教師的精準教學(xué)、學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)，從而進一步增強中學(xué)生物學(xué)科教學(xué)的質(zhì)量與實效。

一、智慧課堂的特征

所謂智慧課堂，就是指以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)為宗旨，根據(jù)建構(gòu)主義等理論，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，搭建的智能、高效的課堂，集數(shù)據(jù)、資源及活動為一體，以此來促進學(xué)生轉(zhuǎn)識為智，實現(xiàn)學(xué)生的高質(zhì)量學(xué)習(xí)。

（一）智能化環(huán)境

智慧課堂實施的條件之一就是支持環(huán)境，以智能化技術(shù)賦予智慧課堂的智慧屬性，能夠構(gòu)建出物理環(huán)境、虛擬環(huán)境及文化環(huán)境為一體的學(xué)習(xí)環(huán)境，為教師的精準教學(xué)、學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)提供保障。通常智慧課堂以學(xué)生為主體，其配置的硬件設(shè)備可以實現(xiàn)多種媒體信息的展示，包括高清的攝像頭、全向麥克風(fēng)、錄播系統(tǒng)，以及視音頻信號、計算機動態(tài)屏幕等，以及本地服務(wù)器與云端服務(wù)，支持文件的傳輸、共享，以此來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的多維、實效[1]。同時學(xué)生的移動學(xué)習(xí)終端，多為平板電腦，可以符合多樣態(tài)、多場景的教學(xué)需要。

（二）數(shù)字化資源

作為智慧課堂教學(xué)中的基礎(chǔ)——數(shù)字化資源，包括教學(xué)內(nèi)容、數(shù)據(jù)信息在內(nèi)的一切資源，比如：微課、視頻及圖片、PPT課件等，以便教師根據(jù)實際教學(xué)需要，隨時隨地獲取資源中的教學(xué)素材，而且學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，也可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)需求，獲取微課、視頻及音頻等資源，便于學(xué)生更加深刻地理解與記憶知識。同時還有教學(xué)管理信息、教學(xué)動態(tài)數(shù)據(jù)等資源，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、課堂檢測反饋數(shù)據(jù)、教學(xué)評價反饋等，從而為教與學(xué)提供更好的服務(wù)[2]。

（三）精準化教學(xué)

智慧課堂是實現(xiàn)精準化教學(xué)的有效途徑，教師能夠隨時去監(jiān)測學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，并且利用信息化教學(xué)手段加以分析、反饋。尤其是在課前階段，教師能夠根據(jù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，去了解學(xué)生的課前預(yù)習(xí)情況，包括微課的觀看次數(shù)、時長，或者檢測的錯誤情況等，以便明確學(xué)生預(yù)習(xí)中出現(xiàn)的問題，以此來提取教學(xué)的重點、難點知識，并且靈活地調(diào)整教學(xué)方案[3]。而且當進入課堂教學(xué)階段，師生可同時進入智慧課堂，教師實時為學(xué)生推送學(xué)習(xí)資料，或者學(xué)生與教師進行互動，請教及詢問學(xué)習(xí)上的疑點，促使教師展開針對性的教學(xué)講解，從而確保教與學(xué)的完美契合、教學(xué)過程與教學(xué)結(jié)果的匹配，實現(xiàn)學(xué)生真正意義上的智慧發(fā)展。

（四）個性化學(xué)習(xí)

由于智慧課堂上，教師能夠采集與分析學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，有利于教師準確地把握每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以此來給予學(xué)生針對性的教學(xué)指導(dǎo)，去支持學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)[4]。而且教師在設(shè)計教學(xué)資源時，可以為學(xué)生提供更加豐富的學(xué)習(xí)資源，以便滿足各個不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)的需求。教師通過習(xí)題的檢測，借助后臺的數(shù)據(jù)進一步判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及進度，以便為學(xué)生布置相對應(yīng)的課后作業(yè)，從而確保各個學(xué)習(xí)水平的學(xué)生都能學(xué)有所獲，充分展現(xiàn)出學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、探究性，在整體上使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到有效提升。

二、人工智能時代下中學(xué)生物學(xué)科智慧課堂構(gòu)建的技術(shù)支撐

（一）大數(shù)據(jù)云端診斷分析系統(tǒng)

云端診斷分析系統(tǒng)，主要是通過對學(xué)生相關(guān)數(shù)據(jù)信息的分析，對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、疑問及學(xué)習(xí)行為等方面進行判斷，以此來形成學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)報告。如此一來，教師將學(xué)生的作業(yè)、隨堂測驗結(jié)果，上傳到云端，而云端系統(tǒng)對試題的難易程度、學(xué)生檢測成績進行分析，獲得診斷報告，以便教師更加全面地了解學(xué)生的實際學(xué)情，同時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，實現(xiàn)對學(xué)生的個性化、差異化教學(xué)及輔導(dǎo)[5]。除此之外，在課外云端診斷分析系統(tǒng)，也可以收集到學(xué)生的上網(wǎng)信息，對學(xué)生的關(guān)注點、愛好進行分析，從而根據(jù)學(xué)生感興趣的內(nèi)容，為其靈活地推送相關(guān)學(xué)習(xí)資料，實現(xiàn)學(xué)生的高質(zhì)量生物學(xué)科學(xué)習(xí)。

（二）電子書包服務(wù)系統(tǒng)

電子書包作為教育信息網(wǎng)絡(luò)化的終端產(chǎn)品，更是包含眾多電子內(nèi)容，根據(jù)學(xué)科的結(jié)構(gòu)所整合的數(shù)字化資源庫，其空間拓展無限，具有較高的可塑性。因此，在中學(xué)生物學(xué)科的智慧課堂之中，電子書包是以網(wǎng)絡(luò)資源為載體，根據(jù)個人的電子終端，貫穿于預(yù)習(xí)、課堂及測試等學(xué)習(xí)過程之中，包括課前、中及課后的智能化系統(tǒng)平臺，而教師也可以利用電子書包，為學(xué)生進行作業(yè)的布置、課堂的測試等[6]。加之電子書包能夠安裝在手機、平板電腦及計算機等移動終端上，更利于學(xué)生隨時隨地地學(xué)習(xí)，而且其大量的學(xué)習(xí)資源，涵蓋電子課本、輔導(dǎo)資料及微課堂等，都可以讓學(xué)生進行超前學(xué)習(xí)。

三、人工智能時代下中學(xué)生物學(xué)科智慧課堂有效構(gòu)建的策略

（一）課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)

在人工智能時代下的中學(xué)生物學(xué)科教學(xué)之中，教師構(gòu)建智慧課堂，就可以將其應(yīng)用在課前的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，為學(xué)生明確好教學(xué)的目標，擬定具體的教學(xué)計劃，同時對學(xué)生的認知水平、學(xué)科基礎(chǔ)等方面加以分析，以此來根據(jù)教學(xué)目標、學(xué)生學(xué)情調(diào)整學(xué)習(xí)資源、任務(wù)清單及課前自測題目等[7]。其中學(xué)習(xí)資源，是學(xué)生需要在課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，突出重點，條理清晰，具有一定的吸引力;學(xué)習(xí)任務(wù)清單是包括學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)內(nèi)容等需要完成的任務(wù)，幫助學(xué)生進一步把握預(yù)習(xí)的方向、節(jié)奏，以此來增強學(xué)生的課前預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)效果;課后自測，往往是在學(xué)生預(yù)習(xí)完成后進行的檢測，以便教師了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

如此一來，當教師將學(xué)習(xí)資源、任務(wù)清單等預(yù)習(xí)內(nèi)容布置給學(xué)生之后，學(xué)生便可以在終端上接受其內(nèi)容，促使學(xué)生展開針對性的預(yù)習(xí)，而這一切學(xué)生都可以在電子書包完成。同時學(xué)生可以在終端上，根據(jù)疑難點加以提問，與其他的同學(xué)共同討論加以解決。最后學(xué)生將課前的測試結(jié)果、疑問上傳到云端，其分析系統(tǒng)展開詳細的判斷，為教師提供客觀、科學(xué)的診斷報告，促使教師進行教學(xué)設(shè)計的調(diào)整。

（二）課堂教學(xué)環(huán)節(jié)

通常情況下智慧課堂包括三個教學(xué)部分，其目的在于增強實際課堂的教學(xué)效率，引導(dǎo)學(xué)生將生物學(xué)科知識進行整合、內(nèi)化及遷移[8]。第一部分大約在15分鐘，因為學(xué)生在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)之中，基本上已經(jīng)認識本節(jié)課的內(nèi)容，但是卻沒有形成完整的體系，所以教師就要利用這段時間，幫助學(xué)生梳理與整合本節(jié)課的知識點，促使學(xué)生構(gòu)建其知識結(jié)構(gòu)，此時課前的診斷分析報告便起到有效的作用，利于教師精準地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題，以便實施針對性的教學(xué)。

第二部分是在學(xué)生對生物相關(guān)知識的理解基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生去思考或者合作交流探討，并且將結(jié)果展示在電子書包上，而教師根據(jù)其結(jié)果加以教學(xué)指導(dǎo)。同時教師可以利用電子書包中的視頻、圖片等學(xué)習(xí)資源，為其創(chuàng)設(shè)相關(guān)的教學(xué)情境，以此來激發(fā)學(xué)生的求知欲望與學(xué)習(xí)興趣，而且有利于學(xué)生更加透徹地理解生物學(xué)科知識，實現(xiàn)學(xué)生由表層獲取、整合知識，進而深層內(nèi)化的目的。

第三部分則是課堂練習(xí)，幫助學(xué)生完成知識的遷移。因此，生物教師就可以根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容及知識點，為學(xué)生設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生分析與解決，促使學(xué)生針對具體的問題輸出知識。而且課堂上教師要為學(xué)生推送隨堂的練習(xí)題，并規(guī)定好時間讓學(xué)生在線完成，教師借助IRS即時反饋系統(tǒng)，去把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，進而集中講解學(xué)生的共性問題，以及進行查缺補漏。

（三）課后反思環(huán)節(jié)

課后是教師進行教學(xué)反思的途徑之一，以便教師梳理出教學(xué)過程中的問題，并且完善與優(yōu)化教學(xué)設(shè)計[9]。而且生物教師需要在課后階段，進行學(xué)生課中學(xué)習(xí)的成果整理，以此來實現(xiàn)教學(xué)成果的資源轉(zhuǎn)化，不斷豐富生物學(xué)科資源體系，促使智慧課堂形成一個螺旋式上升的教學(xué)系統(tǒng)。

與此同時，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中，對自己的學(xué)習(xí)成果不斷改正與完善之后，就可以將學(xué)習(xí)成果、反思總結(jié)提交到學(xué)習(xí)平臺，展開大范圍的交流、傳播。而教師根據(jù)學(xué)生的課前、課中兩個階段學(xué)習(xí)情況，根據(jù)智慧終端為其推送擬定的個體化學(xué)習(xí)資料、課后作業(yè)，以此來實現(xiàn)學(xué)生的知識鞏固、復(fù)習(xí)與遷移，進一步增強學(xué)生的生物學(xué)習(xí)能力與生物素養(yǎng)。如此一來，師生可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上進行學(xué)習(xí)的感悟、體會及經(jīng)驗的交流，加強學(xué)生的新舊知識、相關(guān)聯(lián)知識的聯(lián)系，從而促進學(xué)生的生物學(xué)科學(xué)習(xí)效果的明顯提升。

結(jié)束語

人工智能時代背景下中學(xué)生物學(xué)科智慧課堂的有效構(gòu)建，能夠進一步增強學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效率與能力，實現(xiàn)學(xué)生的生物素養(yǎng)與綜合素質(zhì)的全面提升。通過教師靈活的運用信息技術(shù)，根據(jù)具體的生物知識與內(nèi)容，為學(xué)生創(chuàng)造智慧化的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生在智慧課堂上產(chǎn)生濃厚的生物學(xué)習(xí)興趣與探究欲望，同時教師為學(xué)生提供的個性化學(xué)習(xí)資料、針對性的教學(xué)指導(dǎo)，更利于學(xué)生深刻理解生物知識，以此來達到教師的精準教學(xué)效果，從而為中學(xué)生物學(xué)科的改革與發(fā)展打好基礎(chǔ)。

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作者簡介：蔡楠楠.漢族，女，1983年12月出生，畢業(yè)于哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)專業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)任大慶市蘭德學(xué)校（163000）生物教師，中學(xué)一級教師。

教育部重點課題“人工智能時代基礎(chǔ)教育師生關(guān)系重構(gòu)研究”（課題批準號DHA200339）子課題。

“人工智能時代背景下中學(xué)生物學(xué)科智慧課堂有效構(gòu)建的研究”（課題批準號2020rgzhnzkt016）成果。