高中生物教育数字化转型的理论构建与实践路径研究

前言：

教育数字化转型是当前教学改革的重要方向，生物学科因其知识体系的系统性和实践性特征，在数字化转型过程中既面临挑战也蕴含机遇。传统生物教学往往存在重知识传授轻能力培养、重结果评价轻过程分析等问题，难以满足学生个性化发展需求。本文从理论构建和实践探索两个层面展开，分析数智技术在生物教学中的应用价值，重点探讨如何利用技术手段实现教学精准化、思维可视化和发展循证化。

一、数智技术驱动教学模式革新，实现精准教学动态调整

在互联网+教学环境下，教学改革需要以多种数字信息技术为依托。“三元”数据资源获取技术和平台以面对面教室中学生学习行为数据、认知数据和情绪数据等记录为基础，建立“三元”学习数据画像[1]，学习数据分析技术根据学生学习数据进行多级关联分析与挖掘，提取出学生在概念思维、判断推理等方面的知识缺陷或不足，自适应学习技术支持将学生学习知识薄弱环节的数据信息“一对一”推送相关学习知识讲解资源与练习与测验学习内容，教师通过可视化分析数据，直观地获取全班课堂总体教学与个性化教学的数据，针对性地进行精准教学干预，避免凭以往单一经验进行教学决策的传统做法。

通过“种群基因组成的变化与物种的形成”教学为例进行阐述，教师首先通过在线学习环境布置任务，学生自主完成前测任务，大数据记录答案和思考过程，通过大数据获取课堂中的小组讨论信息，通过智能终端识别小组讨论记录内容，对当前基因频率计算和隔离机制原理理解不够的学生，采用地理隔离和生殖隔离的动画演示，隔离机制理解错误率较高的学生，给出详细的隔离机制的题目解题步骤等信息。教师根据数据反馈了解当前学生学习情况，对于隔离机制理解没有完全掌握，就改变教学目标，将较多时间放在隔离机制上的理解辨析上；针对基因频率理解错误率较高的学生，课后自动反馈的学习练习通过该种错误类型的题型自动推送相应题目，与传统布置所有相同习题不同，学生的题目内容有区分，不是全班统一，反馈的习题内容与类型上有显著区别，学生能够获得不同方式的学习支持，体现出学习内容的多样化，这也符合个别化教育的要求。

二、数据化呈现思维过程短板，定制跨学科靶向训练方案

培养思维需要可视化的分析，认知过程数据化技术可以将无形的思维过程显性化为可测量的指标，提示出学生知识运用、问题解决过程中遇到的真正问题[2]。跨学科知识图谱技术可以整合其他学科与生物学之间的概念连接，为复杂情境的构建提供理论指导。基于数据的靶向训练方案为针对个体的不同思维缺陷设计差异化的训练方案，把无形的能力培养具体化为一系列有形的实践活动。该训练模式突破了现有教学中能力和思维培养模糊的困境，使得思维训练更显体系化和高效化。

在“神经调节的结构基础”的学习中，教师通过设计能够综合考查生物学、物理学和化学知识的学习任务，学生在利用思维可视化工具呈现其分析反射弧结构时，系统识别学生思维短板将突触结构直接用直线连接，利用化学突触传递离子通道动画和物理电信号传递模拟实验帮助学生构建知识间联系，案例分析部分运用多学科知识说明药物的作用，系统实时记录学生判断完整和推理合理，即时反馈支架。这种训练明显提高了学生多学科知识解决问题的效率。

三、构建教师循证发展体系，赋能数据支持教学策略优化

证据支持型改进是促进教师专业发展的基础，基于数据的数智循证模式捕捉教学过程中的教学大数据，给予教师教学数据和效果分析及专业的教学发展建议，数据驾驶舱技术将复杂枯燥的教学数据转化为形象、简明的可视化数据图表，降低教师数据处理的困难度，平台促进教师工作群共同体间的专业分享、反思协作及持续专业发展改进的闭环，促进教师由简单依靠自身的经验、凭借直觉进行教学决策，转向对教学决策的证据搜集、分析和应用，促进专业发展变得更加系统和科学。

在教学“免疫系统的组成与功能”时，教师利用智能录播系统录制自己的课堂教学视频，并将其自动评测得到师生互动分析、提问质量等维度数据，结果显示老师的非特异性免疫提问大都是一些记忆类问题，即时推送给关于问题高阶性设计的教学建议。教研组基于多课数据分析对比学生对细胞免疫和体液免疫协调性机理的掌握易出现困难的情况，集思广益寻找解决对策。教师利用数据反馈优化教学设计，为学生绘制两类型免疫的比较可视化模型，学生概念理解明显提高。

总结：

综上所述，本文系统探讨了高中生物教育数字化转型的理论框架和实施路径。实践教学中，数智技术支持下的精准教学模式实现了从经验判断到数据驱动的转变，显著提升教学针对性；思维过程可视化与跨学科训练相结合，有效促进学生高阶思维能力发展；基于证据的教师发展体系推动教学改进的科学化，促进教师专业素养提升。三个维度的改革措施相互支撑，共同构成生物教育数字化转型的完整路径。

参考文献：

[1] 李清晨. 基于核心素养的高中生物学数字化学习环境设计[J]. 中国新通信,2025,27(05):212-214+244.

[2]林瑶.教育数字化背景下高中生物探究式教学策略研究[J].高考,2025,(05):111-114.