AI賦能高中生物教學(xué)的實(shí)踐與思考

按照《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂），普通高中生物學(xué)課程是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科課程之一[]。該學(xué)科課程以提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)為宗旨，通過學(xué)習(xí)分子與細(xì)胞、遺傳與進(jìn)化、穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)、生物與環(huán)境、生物技術(shù)與工程等相關(guān)知識，在生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任等方面形成正確的價(jià)值觀。為了提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)，可以通過引入AI有效促進(jìn)教學(xué)成效提升。

一、AI賦能教學(xué)是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑

現(xiàn)今高中學(xué)生出生于智能電子設(shè)備大規(guī)模普及，互聯(lián)網(wǎng) + 興起的“數(shù)字時代”。他們通過網(wǎng)絡(luò)媒體和即時通信工具，在獲取知識和信息的渠道上，已經(jīng)養(yǎng)成了遇到問題“百度一下”。當(dāng)前在DeepSeek等AI大模型開源免費(fèi)使用后，又逐漸形成了遇到問題“AI一下”的習(xí)慣。AI可通過視頻動畫、虛擬實(shí)驗(yàn)等學(xué)生喜聞樂見的方式，充分激發(fā)其學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣。

（一）通過AI培養(yǎng)學(xué)生正確的生命觀念。

以高中生物學(xué)教材為藍(lán)本，通過輸入各類命令提示詞，可以將原本枯燥單調(diào)的文本知識，轉(zhuǎn)化為形象生動的生物學(xué)教學(xué)視頻。讓學(xué)生通過生物學(xué)教學(xué)視頻，直觀地感受分子和細(xì)胞的奧秘、遺傳學(xué)定律的奇特等。在深刻理解生物學(xué)相關(guān)核心概念的基礎(chǔ)上形成正確的生命觀念。（“生命觀念”是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是經(jīng)過實(shí)證后的想法或觀點(diǎn)，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識、觀念和思想方法。）

例如，使用AI工具生成生物學(xué)教學(xué)視頻，動態(tài)展示了細(xì)胞結(jié)構(gòu)、酶促反應(yīng)、DNA復(fù)制等微觀過程，使學(xué)生能夠多角度觀察結(jié)構(gòu)與功能的適配性，形成“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念。

（二）通過AI塑造學(xué)生清晰的科學(xué)思維

鼓勵學(xué)生運(yùn)用AI大模型及其衍生工具，通過AI工具模擬開展各種生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)的過程中，通過觀察、推理、假設(shè)、檢驗(yàn)、批判、分析等，逐步形成辯證唯物主義的科學(xué)思維。（“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決問題的思維習(xí)慣和能力。）

例如，利用NB生物模擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，軟件首先指導(dǎo)學(xué)生如何正確培養(yǎng)酵母菌，接著進(jìn)行酵母菌的取樣，并使用計(jì)數(shù)板在顯微鏡下對培養(yǎng)液中的酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過模擬，記錄每日酵母菌的數(shù)量變化，并在幾秒鐘內(nèi)完成10日的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。軟件隨后自動生成酵母菌種群個體數(shù)量變化的動態(tài)曲線圖，成功地利用虛擬數(shù)據(jù)構(gòu)建了酵母菌種群增長的數(shù)學(xué)模型。通過這種方式，學(xué)生不僅體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)過程，而且能夠?qū)Ｗ⒂诨谧C據(jù)的推理、論證和建模等能力的提升，促進(jìn)科學(xué)思維的形成。

（三）通過AI引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)探究

鼓勵學(xué)生運(yùn)用AI開發(fā)的應(yīng)用工具開展生物學(xué)調(diào)查研究，逐步增強(qiáng)學(xué)生探索自然的好奇心和求知欲，掌握科學(xué)探究（“科學(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論的能力[2]。）的基本思路和方法，并提高實(shí)踐能力[3]。

例如，教師可以借助“形色”App，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一次全面的校園植物普查。這不僅讓學(xué)生通過AI技術(shù)精確辨識了校園內(nèi)的二十七種常見園林植物，還讓學(xué)生直觀地體驗(yàn)到了校園綠化樹種間的和諧搭配，構(gòu)建了一個微型的優(yōu)質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)工程原理的實(shí)踐應(yīng)用。

（四）通過AI增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感

鼓勵學(xué)生通過AI分析人類歷史上發(fā)生的重大生物安全事件，并積極運(yùn)用生物學(xué)的知識和方法，辨別迷信和偽科學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生面對突發(fā)性生物事件的應(yīng)對能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的社會責(zé)任感。（“社會責(zé)任”是指基于生物學(xué)的認(rèn)識，參與個人與社會事務(wù)的討論，做出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。）

例如，利用DeepSeek對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性進(jìn)行分析，其會給出積極影響的一面，也會分析出存在的生物安全風(fēng)險(xiǎn)，讓學(xué)生學(xué)會理性地看待問題。認(rèn)識到事物的“兩面性”，明確轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用必須以生物安全、保障人類健康為前提，增強(qiáng)了學(xué)生的社會責(zé)任感。同時，還批判了“生物學(xué)無用論”等錯誤思想，激勵了部分學(xué)生在高考中選擇生物學(xué)，學(xué)習(xí)生物學(xué)，以生物技術(shù)為國為民服務(wù)的志向。

二、AI賦能教學(xué)是提高教師教學(xué)能力的有利方法

高中生物教師需要不斷改善自身的知識結(jié)構(gòu)，提高教學(xué)能力，才能更好地傳道授業(yè)。對于教師而言，學(xué)習(xí)和使用DeepSeek等AI大模型，了解各種AI工具的優(yōu)缺點(diǎn)，在獲取知識和信息的渠道上，能夠有效地拉近師生的心理距離。同時，借助AI強(qiáng)大的深度思考和圖文、視頻生成能力，可將教師從撰寫教案、課件制作、批閱試卷等繁雜的日常事務(wù)中解放出來；利用AI工具對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，也便于因材施教。AI大模型，既是一座知識信息的寶庫，也是一種功能強(qiáng)大的教學(xué)輔助工具。因此，運(yùn)用AI賦能教學(xué)是提高教師教學(xué)能力的有利方法之一。

（一）精準(zhǔn)理解各類AI的優(yōu)劣特性

目前國內(nèi)外的AI很多，教師應(yīng)本著“開源免費(fèi)，功能實(shí)用”的原則，按照百度熱搜的排名為序，嘗試將國內(nèi)知名的10款A(yù)I大模型應(yīng)用于普通高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐，得出以下淺顯結(jié)論。

適用于進(jìn)行深度思考，并可輔助設(shè)計(jì)教學(xué)策略等方案的AI主要有3款。分別為：DeepSeek、通義千問、訊飛星火。例如，以“高中生物學(xué)教學(xué)策略”為題向“DeepSeek”提問。在深度思考19秒之后，DeepSeek從教學(xué)目標(biāo)定位、教學(xué)策略設(shè)計(jì)、評價(jià)與反饋、資源與技術(shù)支撐、實(shí)施建議等五大方面，給出了一個高中生物學(xué)教學(xué)策略方案框架。教師只需要結(jié)合自身教學(xué)實(shí)際進(jìn)行修改，即可得出一個完善的教學(xué)策略方案。

適用于進(jìn)行知識信息快速查詢的AI大模型主要有4款。分別為：文心一言、豆包、納米搜索、KiMi。例如，以“簡述生物學(xué)的發(fā)展歷史”為題向“豆包”提問。立即得到了從古代到中世紀(jì)，歐洲文藝復(fù)興及近代時期，20世紀(jì)遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、新達(dá)爾文主義形成等生物學(xué)的發(fā)展歷史。

適用于進(jìn)行圖文制作、視頻生成的AI主要有3款。分別為：即夢、可靈、智譜清言。例如，以“蛋白質(zhì)分子與結(jié)構(gòu)”為題向“可靈”提問，即得到四張不同剖面、不同類型的蛋白質(zhì)分子與結(jié)構(gòu)圖。選擇其中一張蛋白質(zhì)分子與結(jié)構(gòu)圖，以“蛋白質(zhì)分子與結(jié)構(gòu)的演化”為題向“可靈”繼續(xù)提問，即可生成了一段長約15秒的蛋白質(zhì)分子與結(jié)構(gòu)演化視頻。

（二）將AI訓(xùn)練為適用于高中生物學(xué)教學(xué)的專屬模型

從實(shí)際使用的情況來看，目前DeepSeek、通義千問、訊飛星火等適合深度思考的AI大模型，更像一個“全能全知型的通才”，給出的教學(xué)策略、知識講解等相對簡略，有時甚至還會給出一些錯誤的答案。為解決這些問題，教師可以嘗試使用一系列AI命令提示詞、教學(xué)方案框架、生物學(xué)專業(yè)文本等，將這些AI訓(xùn)練成為適應(yīng)高中生物教學(xué)的私域模型。

例如，通過“我是一名高中生物學(xué)教師，請幫助我分析高中生物學(xué)的十大知識難點(diǎn)”為題向DeepSeek提問。在深度思考19秒后，DeepSeek給出：細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞代謝、遺傳的分子基礎(chǔ)、遺傳規(guī)律計(jì)算、生命活動調(diào)節(jié)、生態(tài)學(xué)難點(diǎn)、生物工程與技術(shù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難點(diǎn)、基因頻率的計(jì)算、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)機(jī)制等十大知識難點(diǎn)。然后，通過對遺傳規(guī)律計(jì)算此部分對應(yīng)教學(xué)策略的追問，引發(fā)DeepSeek進(jìn)一步深度思考，并經(jīng)過及時更新提示詞的反復(fù)訓(xùn)練，最終它給出了滿足突破難點(diǎn)的教學(xué)策略。

（三）基于AI大模型開發(fā)的應(yīng)用軟件進(jìn)行輔助教學(xué)

目前國內(nèi)已經(jīng)有部分企業(yè)在AI大模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，一些教育類網(wǎng)站推出了AI教育社區(qū)，一些企業(yè)開發(fā)了虛擬實(shí)驗(yàn)室等AI教育App。這些AI教育社區(qū)和AI教育App能夠幫助教師更有針對性地指導(dǎo)學(xué)生開展個性化學(xué)習(xí)，并進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評估。

學(xué)科網(wǎng)開設(shè)的AI教育社區(qū)，包括了AI學(xué)用攻略、師說AI、AI教育資訊等板塊。在教育社區(qū)的AI學(xué)用攻略板塊，教師可以找到一份“使用DeepSeek生成生物學(xué)導(dǎo)學(xué)案的攻略”，并按照該攻略使用DeepSeek大模型，讓其生成了一份高一生物學(xué)導(dǎo)學(xué)案，有效地提高了學(xué)案制作的效率。

利用云閱卷和極課閱卷等系統(tǒng)進(jìn)行試卷批改，不僅減輕了教師的閱卷工作量，還能深入分析每位學(xué)生在各個知識點(diǎn)上的得分情況，同時系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的錯誤點(diǎn)，自動推送有針對性的習(xí)題群。這有助于準(zhǔn)確把握學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，并能夠精準(zhǔn)地在學(xué)科網(wǎng)等教育平臺上下載相應(yīng)的教學(xué)資源，通過運(yùn)用圖表、視頻等多種教學(xué)手段，實(shí)施針對性的教學(xué)策略，有效提升學(xué)生的學(xué)業(yè)成績。

通過虛擬實(shí)驗(yàn)App，學(xué)生能夠在線或離線模擬進(jìn)行多項(xiàng)高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，如使用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動，淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用等。這不僅點(diǎn)燃了學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的熱情，還避免了實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)安全事故，顯著降低了實(shí)驗(yàn)成本。同時，虛擬實(shí)驗(yàn)App中的雙人PK和班級積分榜排名功能，在一定程度上激發(fā)了學(xué)生之間的趕超斗志。

三、AI賦能高中生物教學(xué)的思考

盡管將AI應(yīng)用于高中生物教學(xué)取得了些許積極成效，但在實(shí)際輔助教學(xué)的過程中也暴露出一些問題：

（一）警惕AI萬能觀念誤導(dǎo)學(xué)生

部分學(xué)生錯誤地認(rèn)為，AI大模型的功能會越來越強(qiáng)大，遇到不懂的知識AI一下就可以得到答案，現(xiàn)在已經(jīng)不需要學(xué)習(xí)包括生物學(xué)在內(nèi)的各種基礎(chǔ)知識，只需要學(xué)會使用AI就行。因此，部分學(xué)生在認(rèn)識上出現(xiàn)了“AI萬能”和“AI可以完全替代教師”的錯誤觀點(diǎn)。

這種看法過分信任了AI的理性，忽略了AI本質(zhì)上只是一種智能工具。它錯誤地將AI產(chǎn)生的內(nèi)容等同于科學(xué)的權(quán)威性，將答疑解惑與富有情感的因材施教混為一談。因此，教師在日常教學(xué)中必須對學(xué)生進(jìn)行正確的教育引導(dǎo)。

首先，教師必須教育并引導(dǎo)學(xué)生，只有掌握了扎實(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)知識，他們才能準(zhǔn)確判斷AI提供的生物學(xué)答案的正誤，并且更加有效地利用AI。其次，在日常教學(xué)過程中，教師應(yīng)深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，對不同成績和性格的學(xué)生實(shí)施分類指導(dǎo)。在講解知識難點(diǎn)、演示實(shí)驗(yàn)操作等教學(xué)活動中，教師應(yīng)讓學(xué)生深刻體會到，教師對學(xué)生的關(guān)懷是任何AI都無法替代的。第三，針對AI提供的答案往往缺乏深度和創(chuàng)新性的問題，教師需要指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行具體分析，并通過小組討論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等傳統(tǒng)教學(xué)方法，培養(yǎng)他們解決這些問題的能力。最終，讓學(xué)生養(yǎng)成“既要學(xué)會利用AI，又要避免盲目依賴AI”的行為習(xí)慣。

（二）避免脫離現(xiàn)實(shí)，過度依賴AI

部分學(xué)生在使用AI虛擬實(shí)驗(yàn)軟件后，將本應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳飳W(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)成了一個網(wǎng)絡(luò)游戲進(jìn)行“娛樂化”的操作。

要將AI虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際操作結(jié)合起來，將AI虛擬實(shí)驗(yàn)用于預(yù)習(xí)和風(fēng)險(xiǎn)模擬，讓學(xué)生掌控實(shí)驗(yàn)的基本要求和步驟，再通過實(shí)際操作，將真實(shí)的結(jié)果完整地演化出來，提高學(xué)生的觀察、分析、動手等實(shí)踐能力。

同時，對于教師也要嚴(yán)防過度依賴AI工具評價(jià)學(xué)生。雖然部分學(xué)生在同一個知識點(diǎn)的得分情況一樣，AI對他（們）掌握知識的情況評價(jià)也一樣，但是由于學(xué)生個性不同，行為習(xí)慣存在差異，即使在得分一樣的情況下，其掌控知識的情況也存在差異。如果過度依賴AI工具對學(xué)生的評價(jià)，就可能造成對學(xué)生的個性化引導(dǎo)不夠精準(zhǔn)的問題。

教師應(yīng)該在AI工具分析統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生的日常表現(xiàn)，個人性格等方面，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做出一個綜合的評價(jià)，才能有的放矢地因材施教。

（三）存在隱私數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)

大部分AI學(xué)習(xí)平臺需要注冊賬號，填寫相關(guān)信息，可能導(dǎo)致學(xué)生信息數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

在生物學(xué)教學(xué)中使用AI工具時，對可能涉及學(xué)生個人信息的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)敏感信息的泄露，實(shí)施“最小信息采集”原則。

結(jié)束語

盡管AI大模型具備強(qiáng)大的深度思考能力、龐大的信息庫以及生成圖文、視頻等多媒體內(nèi)容的能力，通過數(shù)字化賦能，可以有效地促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)，然而教師也必須警惕這些技術(shù)可能帶來的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。教師需要正確使用人工智能這把“雙刃劍”，構(gòu)建一個可持續(xù)發(fā)展的安全健康的人工智能生態(tài)系統(tǒng)；進(jìn)而以教育數(shù)字化為突破口全面助力中國教育教學(xué)質(zhì)量的提升，為教育強(qiáng)國的實(shí)現(xiàn)提供戰(zhàn)略支持，為全球數(shù)字教育貢獻(xiàn)中國智慧。

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