数字技术赋能高中生物课堂教学转型升级

引言：

在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》强调“学科核心素养培养”的背景下，高中生物教学正经历从“知识本位”向“素养本位”的深刻变革。然而，传统课堂受限于时空与资源，难以满足学生对微观生命现象的直观感知、复杂实验条件的反复验证、个性化学习需求的精准响应等需求。例如，在“细胞分裂”“基因表达”等抽象概念教学中，学生常因缺乏动态认知工具而陷入机械记忆；在“探究光合作用影响因素”等实验中，传统仪器难以实时捕捉氧气释放速率等关键数据；在分层教学中，教师更难以兼顾不同认知水平学生的差异化需求。

一、数字技术赋能高中生物课堂教学转型升级的意义

（一）突破认知局限，深化生命观念建构

数字技术通过可视化与交互性工具，将微观生命现象转化为可感知、可操作的动态模型，有效破解传统教学的抽象性难题。例如，利用虚拟现实技术构建细胞三维结构，学生可“进入”线粒体观察ATP 合成过程，或“穿梭”于DNA 双螺旋间理解碱基互补配对规律，这种具身认知体验使抽象概念具象化，促进结构与功能观、进化与适应观等生命观念的内化。同时，数字化实验平台通过传感器实时采集数据，如监测不同光照强度下藻类产氧量的动态变化，帮助学生从定性描述转向定量分析，深化对生态系统能量流动规律的理解，为科学思维发展奠定基础。

（二）优化探究路径，提升科学实践能力

数字技术重构了“假设—实验—分析—结论”的科学探究流程，赋予学生更自主、更精准的探究工具。一方面，仿真实验软件允许学生反复调整变量参数，如模拟“不同 pH 对酶活性的影响”，通过即时生成的曲线图观察反应速率变化，突破传统实验条件限制，培养控制变量与数据分析能力；另一方面，AI 辅助的实验设计系统可根据学生输入的探究目标，自动推荐实验方案并预警操作风险，如提示“探究植物向光性时需统一光源距离”，减少试错成本，提升探究效率。

（三）实现精准教学，促进个性化学习发展

数字技术通过学习数据分析与智能推送，推动教学从“经验驱动”转向“数据驱动”。智能诊断系统可记录学生课堂互动、作业完成、实验操作等全流程数据，通过算法分析其知识掌握程度与思维薄弱点，如识别出学生在“遗传规律计算”中存在概率模型混淆问题，进而为教师提供分层教学建议。同时，个性化学习平台根据学生能力水平推送差异化资源，如为基础薄弱学生提供“遗传图谱分步解析”微课，为学有余力者开放“基因编辑技术伦理辩论”拓展课题，满足多元学习需求。

二、数字技术赋能高中生物课堂教学转型升级实践策略

（一）构建虚拟仿真实验平台，突破微观世界认知壁垒

针对细胞分裂、基因表达等抽象概念，教师可利用虚拟现实技术构建三维动态模型，让学生通过交互式操作观察微观过程。例如，在“DNA 复制”教学中，南京师范大学附属中学引入矩道 VR 数字课程，学生佩戴设备后“进入”细胞核，亲手操作解旋酶分离双链、观察碱基互补配对过程，系统自动生成动态数据曲线，直观呈现复制速率变化。学校开发的“基于VR 技术的生物教学评一体课堂”中，学生通过虚拟解剖青蛙，可反复调整观察角度，系统实时反馈器官位置与功能关联，使解剖学知识掌握效率提升。

（二）开发AI 智能诊断系统，实现个性化学习路径规划

借助自然语言处理与机器学习技术，教师可部署智能诊断工具对学生学习数据进行动态分析。例如，江苏省南京外国语学校使用的矩道高中生物虚拟仿真平台，通过采集学生实验操作录像、在线答题记录等数据，自动识别“有丝分裂与减数分裂混淆”“光合作用影响因素分析片面”等典型错误模式，并推送定制化学习资源。在“蛋白质工程”专题复习中，老师利用 AI 系统分析学生预习数据，发现学生未掌握密码子优化原理，随即调整课堂策略，通过SWISS-MODEL 工具展示改造前后酶的三维结构对比，配合 AI 生成的阶梯式练习题，使该知识点掌握率提升。

（三）创设项目化学习情境，培养跨学科实践能力

以真实问题为导向，教师可设计融合生物、地理、化学等学科的项目任务。例如，在“生态保护与修复”单元中，老师以“提高PET 酶活性降解塑料污染”为情境，引导学生运用生物工程原理设计基因改造方案，同时结合化学知识优化反应条件，利用地理信息系统分析塑料分布热点。学生团队通过 AI 模拟不同环境参数下的降解效率，最终提出“在热带沿海地区建立酶工厂”的解决方案，学生需综合运用基因编辑、酶动力学、生态承载力等多领域知识，培养了系统思维与问题解决能力。此类项目通过真实情境驱动，使知识学习从“碎片化”转向“结构化”。

（四）搭建数字化资源库，促进优质资源共建共享

学校可联合区域教研机构构建开放型资源平台，整合虚拟实验、微课视频、案例库等多元素材。例如，学校开发的“万物生·虚拟仿真方向”校本课程，包含300 余个3D 模型、50 个交互式实验模块，支持教师根据学情自由组合教学内容。在“光合作用”单元中，教师可从资源库调用“不同光照强度下氧气释放速率”的数字化实验数据包，结合 AI 生成的动态图表，引导学生分析光反应与暗反应的关联。该平台还支持教师上传自制资源，数字化资源库打破了时空限制，使优质教学资源覆盖率提升，推动教育公平与质量提升。

结语：

数字技术正以不可逆转之势重塑高中生物课堂教学的生态格局，其价值不仅在于工具层面的革新，更在于推动教育理念从“知识传递”向“素养培育”的深度转型。当虚拟现实技术将微观生命现象转化为可触摸的认知图景，当人工智能系统从海量学习数据中精准捕捉学生的思维断点，当跨学科项目让生物知识成为解决真实问题的“钥匙”，技术赋能下的课堂已突破传统边界，成为培养学生科学思维、创新能力和社会责任感的立体场域。

参考文献：

[1] 许炳云 . 高中生物“ 教—学—评” 一致性课堂教学实践策略探微 [J]. 国家通用语言文字教学与研究 ，2025，（05）：29- 31.

[2] 宋琳 . 基于微课的高中生物翻转课堂教学模式探究 [J]. 中国新通信 ，2025，27（08）：218- 220.