AI賦能新課程標準下的高中生物課程教學研究

在我國科學技術快速發展的背景下，現代化技術被應用到各個行業與領域中，教育行業也隨著科技的發展發生了巨大的變化。自新課程標準提出以來，教師需要轉變傳統的教學觀念，深入學習全新的教育目標、教育準則，并不斷擴充學科教育內容、創新教學方式。高中生物教師可以將AI技術引入到課程教學中，削弱生物學科的抽象感，讓生物知識可以更加直觀地展示在學生眼前，并通過AI的分析、數據收集，讓教師更加了解學生的學習狀態及學習成果，為學生制定個性化的教學模式，提升高中生物教學的針對性與有效性。因此，高中生物教師需要具備主動學習意識，積極學習AI技術的應用方式、應用功能，以新課程標準為導向，重新構建生物課程教學模式，實現線上教學與線下教學的有機融合，用新穎的教學觀點、教學方法優化學生的學習體驗，提高學生的學習效率，促進新課程教學目標的達成。

一、AI賦能高中生物教學的核心應用場景

（一）個性化學習路徑設計

AI技術的核心優勢在于強大的數據挖掘與模式識別能力，其能夠通過學習行為分析實現精準的學情診斷。在高中生物教學中，教師可以應用AI系統采集學生的預習檢測、課堂互動、作業完成等多維度數據，構建個體知識圖譜，智能識別學生的學習盲區與能力短板，打破了傳統教學模式中“一刀切”的壁壘。在部分已經全面建設了AI設備、開發了AI功能的高中學校中，生物教師對AI系統的應用較為深入。教師可以通過線上學習系統向學生發布學習任務、學習資料，學生可以使用移動信息設備完成自主學習、復習，系統會記錄學生所有的學習數據，并通過AI算法對學生的學習過程進行智能分析，準確評估學生的學習能力、學習特點與學習成果，學生也可以根據AI的反饋不斷優化學習習慣與學習方式。

（二）抽象概念的具象化理解

高中生物學科是一門抽象性較強的學科，其中包含的許多概念、物質都脫離了學生的認知，在教師的口頭講解下，有部分學生無法通過想象構建完整的知識體系，這會影響學生的學習質量，也會影響學生對生物學科知識的理解與研究。而AI技術在高中生物教學中的應用則能夠有效促進抽象概念的具象化展示，為生物學抽象概念提供了前所未有的可視化解決方案。高中生物教師可以將AI技術與虛擬現實技術進行融合應用，在教學課堂中創造沉浸式的學習環境，讓學生進入微觀世界直接觀察肉眼無法直觀了解的生物結構。比如：教師在講解高中必修二第三章第二節《DNA分子的結構》時，教師可以讓學生戴上AR眼鏡，進入放大百萬倍的細胞核環境，親手拆解核苷酸分子，觀察堿基互補配對細節，這種具身體驗極大程度地推進了學生對抽象概念的理解[1]。

（三）實驗教學的智能化轉型

高中生物中有許多實踐性實驗，在傳統的教學模式下，教師對生物實驗的講解，通常通過演示、視頻播放、口頭講解等方式完成，存在方式與時空的局限。高中生物課程教學得到AI賦能之后，能夠實現實驗教學的智能化轉型，教師可以將虛擬仿真實驗室應用于教學課堂中，讓學生有更多的實踐機會。虛擬仿真實驗室應用了三維建模技術、實時渲染技術、虛擬現實技術與人工智能技術等，構建高度仿真的實驗環境。教師可以在虛擬仿真實驗室中設置符合課堂教學的實驗要求、實驗標準，學生代入到虛擬場景中作為實驗者的角色自由開展實驗，并完成實驗對比，有效增強了高中生物課程教學的實踐性。比如：教師在講解選修一第五章《植物生命活動的調節》時，可以通過虛擬仿真實驗室組織學生開展“植物光合色素的提取與分離”實驗，實驗系統會自動記錄每一步操作參數，即時生成光譜分析圖，并與標準結果進行智能比對。這種虛擬實驗不僅克服了試劑耗材限制，還可以通過慢放、倒放、參數調節等功能，細致觀察學生的實驗過程，對學生進行正確的實驗行為指導，強化學生對生物知識的實踐能力，深化學生對實驗原理的理解[2]。

（四）“教、學、評”一體化實踐

“教、學、評”一體化能夠提升高中生物課程教學的系統性，讓教學評價更加客觀、有效。AI技術在高中生物課程教學中的加入豐富了教學中的教學角色，除教師之外，AI算法創造的AI機器人也可以作為學生的教學者，智能捕捉學生的課堂問答、課后作業、小組討論過程與成果以及實驗操作過程，系統化地分析學生在多元化學習場景中的具體表現，并根據學生的學習狀態給予多維度的評價。根據目前我國部分高中學校生物課程教學中“教、學、評”一體化機制的實驗成果可以了解到，智能反饋機制對學生學習效率的提升有顯著的幫助。在傳統的模式下，教師需要花費較多的時間批改作業，了解學生的學習任務完成度，這一過程周期大約為一至兩天。而AI算法的應用能夠實現及時提交反饋，AI機器人可以在學生的學習過程中實時反饋學生的學習狀態及學習成果，促進學生及時糾正，有效避免學生對知識出現錯誤記憶或出現知識鞏固不佳的問題，展示高中生物課程評價價值。

二、AI賦能新課程標準下高中生物課程教學現狀

（一）教學資源建設不完善

AI技術在高中生物課程教學中的應用需要有現代化教學設備、軟件以及AI教學資源的支持，我國許多高中學校對AI技術的引入不夠重視，校園內并沒有配備完善的教學資源，限制了AI技術在高中生物課程中的應用深度。有些學校缺少充足的技術引入、設備采購資金，現有的AI設施無法滿足高中所有學生的學習需求，高中生物課程的教學依舊以傳統的教學模式為主。

（二）教學精準性不足

標準化教學與學生個體差異之間的矛盾日益凸顯，在傳統教學方式下，教師難以兼顧不同認知水平、學習風格的學生需求，導致“學困生”喪失信心、“學優生”缺乏挑戰的雙重困境。即使部分高中學校引入了AI技術，教師也只是將AI技術進行了淺層次的應用，通過AI技術自動生成教案、教學PPT，或輔助教師完成作業批改、學生評價等工作，并沒有將AI技術深度應用到教學課堂中。大數據技術與AI技術的融合不足，教師沒有對學生的學習過程及成果進行全面的分析，導致教師制訂的教學方案缺少精準性，使生物課程教學效果大打折扣。

（三）教學深度有待拓展

許多高中生物學科教師在教學時依舊以教材作為核心標準，根據教材的編排，逐一講解，生物知識課堂的講解內容具有局限性，缺少課外內容的補充或時代性知識的融入。且在傳統的教學模式下，教師作為課堂的主導者，雖然會深度講解教材中的知識，但是教師忽視了與學生之間的互動，課堂中學生的參與度偏低，自主思維不夠活躍，對生物知識的掌握依賴背誦、抄寫等課文化方式，表現出教學深度不足的問題。即使AI技術在課堂中融入，也難以達到理想的教學效果，無法滿足新課程的教育標準[3]

三、AI賦能新課程標準下高中生物課程教學策略

（一）構建智能化的生物教學環境

智能化的生物教學環境是高中生物教師能夠將AI技術應用于課程教學中的基礎要素，高中學校需要采購完善的AI設備、信息化設備，并搭建智能教室與個性化學習平臺，讓學生可以在學習過程中使用AI技術，提升高中生物課程教學的直觀性，促進高中生物課程教學模式重構。高中學校在搭建生物教學智能教室時，需要在教室中配備交互式電子白板、學生終端設備等，實現師生間的高效互動，讓教師可以利用智能教室系統實時收集學生的學習數據，如答題情況、注意力集中程度等，為教學決策提供依據。AI技術還可以被應用在線上教學平臺中，增強線上學習平臺的教學針對性，用AI驅動平臺的智能化管理，降低教師在平臺管理、平臺教學中的參與程度，減輕教師的教學壓力。在高中學校配備了虛擬現實設備之后，教師還可以將AI技術與VR、AR技術進行關聯應用，打造虛擬實驗室，讓學生可以通過虛擬現實設備模擬顯微鏡觀察、DNA提取等實驗過程，在虛擬環境中反復練習，不受時間和空間限制，降低學校實驗風險和成本[4]。

（二）強化教學精準性

“一刀切”式的教育難以保證班級內每位學生都有良好的學習效果，也很難顧及每一位學生的學習基礎與學習喜好、特性。教師可以使用AI技術強化教學的精準性，充分了解學生的學習過程、學習基礎、學習表現，并為學生策劃個性化的學習方案，讓學生可以在自身能力基礎上不斷強化對生物學科知識的理解，促進學生構建完善的生物學科知識網絡。無論是線上教學，還是線下教學，教師都可以通過大數據AI技術記錄學生的學習情況，如學生的作業正確率、課堂表現、實驗參與度等，根據學生的學習過程與學習成果對學生進行智能分層與監測，了解班級內每一名學生的學習困難點、學習效率，通過AI算法的分析結果不斷調整課堂教學重點，對不同的學生采取不同的引導方式，實現高中生物課程教學中的個性化教學，強化生物課程教學的精準性[5]。

（三）促進學生深度學習

在新課程標準的要求下，生物課程教師不僅需要重視知識的傳遞、教育，還需要重視學生能力的引導、創新思維的培養。通過AI技術的引入，教師可以進一步促進學生深度學習，引發學生自主思考、實踐與探究，讓學生在不斷探索的過程中發展個人思維，實現學生對生物學科的深度鉆研。為了強化學生對知識關聯性的理解，教師可以利用AI算法記錄課堂教學內容與流程，并在課堂結束之前通過AI生成知識框架，讓學生根據課堂的學習填補框架內的內容，引導學生深度思考梳理生物學概念知識之間存在的關系[。另外，AI技術還具有自動生成、智能化問答的功能，教師可以應用線上教學系統中的AI機器人與學生構建智能問答的聯系，根據課堂的教學內容與學生的學習狀態，用AI機器人隨時生成適合不同學生回答的問題，強化課堂教學的互動性。學生也可以在課堂中隨時向AI機器人提問，系統不僅能夠通過AI提供正確答案，還可以應用AI解答思考思路，讓學生能夠充分理解問題的本質與解答生物學問題的思考方法[7]。

（四）強化教師綜合能力

教師技術接受度與應用能力差異是AI技術能否在高中生物課程教學中推廣的關鍵變量，許多高中學校沒有將AI技術深度應用于生物課程教學中，教師綜合能力沒有達到AI技術深度應用的需求是主要的原因之一。因此，高中學校需要不斷強化生物教師的綜合能力，保障教師能夠熟練操作智能教學平臺，并具備數據解讀能力，實現AI技術的推廣應用，促進高中生物課程教學的優化與創新。

高中學校需要對生物學科教師開展定期的專業化培訓，通過技術掃盲、教學重構、倫理反思等教育方式，強化教師對AI技術的認知與應用能力。培訓可以引導教師了解智能工具的基礎操作方式與功能，通過AI生成課件、分析報告，教師還需要融合應用其他現代化技術，設計多元化的教學方案，促進教學模式的創新[8]。

結束語

綜上所述，AI技術為高中生物教學帶來了前所未有的機遇，特別是在新課程標準背景下，AI能夠有效支持核心素養的培養，促進學生的個性化學習和深度學習。高中生物教師需要認識到AI技術對教育改革、教育優化的價值，并深度學習AI技術，加強自身對AI技術的認知與應用能力。教師應當將AI技術的功能與生物學科教學特性進行關聯思考，將AI技術深度應用于生物課程教學中，拓寬生物學知識的教學方式與渠道，讓學生可以更加直觀地理解生物學科知識，弱化生物學科教學的抽象性，強化學生對知識的理解。隨著AI技術的不斷進步和教育理念的持續創新，AI在高中生物教學中的應用將更加廣泛和深入。未來的生物課堂需要更加智能化、個性化和互動化，為學生提供更加豐富、多元的學習體驗，才能更好地培養適應未來社會需求的創新型人才。

參考文獻

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