生物教学与AI 的应用

引言：

信息技术飞速发展时期，人工智能（AI）渐渐渗入社会各个领域，教育行业也不能例外，按照《普通高中生物学课程标准（2017年版 2020 年修订）》的要求，要充分运用信息技术来改进教学效果，人教版高中生物教材（2019 年修订版）在内容安排和实践活动的设置上留有很大的拓展余地，这给 AI 技术的应用给予了便利条件。借助AI 技术的支持，生物学科的教学可以做到更新颖的突破，有益于教师更好地完成教学任务，而且能极大地加深学生对生物知识的认识程度以及实践应用水平，而且能很好地推动学生的批判性思维和创新能力的培养。

一、AI 在生物教学中的应用现状

当下，人工智能技术在生物学课程教学中有初步应用，于资源获取环节，教师可以依靠智能检索工具或者根据算法设计的个性化推荐系统，迅速筛选并取得与人教版高中生物2019 年教材相符合的教学资源，涉及课件，视频以及习题等多种类型，某些在线教育平台利用AI 技术，通过分析学生的学习行为数据，给学生给予定制化学习计划，并开展精准化的资源推送，以满足各种各样的学习需求。

有一些教育机构已经开始把智能化的教学辅助工具引入进来，智能作业评价系统就被纳入其中，这一系统可以自动给学生的习题还有测验打分，而且还能做细致分析，给老师带来数据层面的支撑，方便老师清楚学生对于重点知识的掌握情况，并且依此制订更有针对的教学方案，利用靠人工智能技术来做的虚拟实验室平台，学生就能在安全又可控的仿真环境当中去做生物实验操作，这样一来，实验的实际成本就下降了不少，还消除了传统实验里潜藏的风险。

二、AI 在生物教学中的优势

（一）创设生动情境以激发学习兴趣

高中生物学科里的细胞代谢机制以及遗传信息传递之类的内容，由于非常抽象，所以给学生的认知能力带来了很高的要求，人工智能技术凭借虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等先进手段，可以为教学实践营造出沉浸式的环境。以“细胞结构”这一章节为例，利用 VR技术，学生就能深入到微观世界当中，直观地看到各种各样的细胞器在空间上是如何分布的，它们各自的形态特征又是什么样子的，以及彼此之间存在什么样的功能关联等等，这样一来不仅能让学生的学习兴趣得到有效的激发，而且也能够加深他们对相关知识的理解程度，在这种交互体验式的教学模式之下，相比于传统的图文展示还有口头讲解这些方式而言，它所展现出来的优势就显得比较突出。

（二）个性化学习支持满足个体差异需求

每个学生的学习能力、学习路径与方法带有明显的个性化色彩，借助人工智能技术对海量学生学习过程中的数据（答题记录，耗时统计，阅读行为等）展开深入挖掘与分析，就能全面剖析学生的认知特性及其知识掌握情况，从而制定出个性化的学习方案。对于“孟德尔遗传定律”学习中遇到难题的学生群体而言，智能教育平台可以精准推送符合需求的学习资源，像解析视频，专项习题集，拓展性阅读材料等，助力他们精确填平知识漏洞，慢慢改善自己的理解程度，这种定制化教学模式努力促使每个学生在自身的基础上得到发展。

（三）推动实验教学，突破实验局限性

传统生物实验作为高中生物教学的重要实践环节，常常受到设备配置、时间安排以及安全因素等多方面限制，在此背景下，依靠人工智能技术搭建而成的虚拟实验平台就为解决这些问题带来了新的途径。拿人教版2019 年教材里的“探究酵母菌细胞呼吸类型”这一实验来讲，在这种虚拟实验环境下，学生借助参数调整功能来模拟酵母菌的呼吸过程，并且能够立即看到实验数据以及直观反馈结果，这种新型实验方式既有助于学生加深对基础实验技能的理解，又能在一定程度上避免因操作失误而导致实验失败的情况发生，而且还能促使他们积极主动地去探究问题，从而显著提升自身的科学思维能力和创新能力。

三、AI 在生物教学中面临的挑战

（一）技术应用成本较高

人工智能技术的应用离不开特定的硬件环境以及软件支撑系统，其中包含高性能计算设备、专业教学辅助软件等关键组成部分，在经济欠发达地区，这些资源的取得往往会受到资金匮乏的重大限制，一些优秀的教育AI 工具由于过高的使用费用，使得学校在运营方面承受着更大的压力和财务负担。

（二）教师技术素养有待提升

要想让人工智能（AI）技术在生物学教育领域发挥出应有的效能，教师就要努力提高自己的专业素质，还要熟练掌握多种AI 辅助教学工具，不少教师在接纳新技术以及推动AI 同生物学课程深度整合的时候碰上诸多阻碍，主要表现在很难找到合适的学习资源，在实际操作过程中遇到技术问题却没有好的解决办法，这些因素都对教学效果造成了明显的限制。

（三）数据安全与伦理问题并存

人工智能技术应用过程中，学生学习数据的采集数量呈现出明显的上升趋势，其安全存储及合理利用变得极为关键，一旦发生数据泄露现象，就势必会对个人隐私产生重大危害，AI 算法的设计与实施过程当中，存在伦理方面的争议情况，算法偏差可能致使某些群体遭遇不公评判之类的状况，此类风险同样需要被仔细探究并加以解决处理。

总结：AI 在高中生物学教育方面的应用前景非常美好，能极大提升教学效率又能充分调动课堂上的创意，进而助力学生成全方位发展，当前由于种种原因使得这项技术普及存在不少困难之处，不过经过政府单位，学校，老师以及社会大众等多方协作，总归会找到办法冲破这些束缚局面，达成 AI 同生物学课程相互融入的效果。在将来，教师应该主动顺应AI 技术发展走向，去探寻全新的教育方式以及践行方案，着重塑造符合新时代需求的革新人才，这样才能变成推动生物学科变革的主要力量。

参考文献：

[1]曾槐.高中生物教学与互联网技术的融合研究[J].中国新通信，2023，25（13）：227-229.

[2]李倩，杨翠萍.浅谈信息技术与高中生物教学的融合[J].中小学电教，2022，（09）：25-27.