基于AI 赋能的高三生物学二轮复习单元整体教学设计

引言

高三生物学二轮复习阶段，学生面临知识体系重构、能力素养提升的双重挑战，传统教学模式难以满足学生差异化需求，AI 技术的介入为破解这一难题提供了新思路。《生态系统及其稳定性》作为生物学核心单元，涉及能量流动、物质循环、信息传递等抽象概念，学生理解困难且易混淆，亟需创新教学方法，因此，本研究尝试将 AI 技术与单元整体教学设计相结合，开发智能化教学工具，优化复习路径，提升复习效率，为高三生物学教学改革提供实践案例。

一、AI 驱动的知识网络重构与概念图谱生成

教师首先将《生态系统及其稳定性》单元的核心概念输入 AI 知识图谱系统，系统自动识别概念间的层级关系、逻辑关联和交叉连接，生成三维立体化的知识网络结构，每个节点代表一个核心概念，节点大小反映概念重要程度，连线粗细表示关联强度，颜色深浅显示掌握难度。学生登录个人账户后，AI 系统根据其历次测试数据和学习轨迹，动态调整知识图谱的呈现方式，已掌握的概念节点呈现绿色，薄弱环节标注红色预警，模糊地带显示黄色提醒，点击任意节点即可展开详细解释、典型例题和拓展资源 [1]。

教师端实时监控全班知识图谱热力图，发现共性问题节点后，AI系统自动推送相关微课视频、动画演示和互动练习，学生完成练习后系统即时更新图谱颜色，形成“学习 - 诊断 - 改进”的动态循环，整个过程中，AI 算法持续优化知识点之间的关联权重，挖掘隐性联系，帮助学生建立系统化、结构化的知识体系。

二、基于机器学习的个性化学习路径规划

AI 系统收集学生的答题数据、反应时间、错误类型等多维信息，运用深度学习算法建立个体认知模型，精准识别每位学生在能量流动计算、食物网分析、生态平衡调节等不同知识模块的掌握水平。算法根据艾宾浩斯遗忘曲线和最近发展区理论，为每位学生定制专属复习计划，强化薄弱知识点的同时巩固优势领域，避免机械重复[2]。

系统将复习内容分解为微小知识单元，每个单元配备入门题、进阶题和挑战题三个层次，学生答对率达到 80% 自动进入下一单元，低于 60% 则推送补充材料和辅导视频，介于两者之间则提供同类变式训练，AI 助教 24 小时在线答疑，运用自然语言处理技术理解学生问题，调取知识库中的相关内容，生成个性化解答，遇到复杂问题时自动标记并推送给真人教师，教师的解答又会被 AI 系统学习和存储，不断丰富答疑知识库，形成人机协同的辅导机制。

三、智能题库构建与自适应测评系统开发

教研团队将历年高考真题、模拟试题导入 AI 系统，系统运用自然语言处理技术提取题目特征，包括考查知识点、能力要求、情境类型、设问方式等要素，构建多标签分类体系。AI 算法分析题目之间的相似度和区分度，自动生成难度梯度合理的题目序列，并根据新课标要求和高考评价体系，创新性地生成原创题目，确保题目的科学性和时效性。学生进入自适应测评模式后，系统首先推送中等难度题目，根据答题正确率动态调整后续题目难度，正确则提升难度，错误则降低难度，直至找到学生的能力边界[3]。

测评过程中，AI 系统实时分析学生的解题思路，识别概念理解偏差和方法运用错误，生成详细的诊断报告，报告不仅指出错误原因，还提供改进建议和强化练习，教师根据班级整体诊断数据，调整教学重点和进度安排，实现精准教学。

四、虚拟实验室与生态系统动态模拟平台

AI 技术支撑下的虚拟实验室为学生提供沉浸式的生态系统探究体验，学生可以自主设计实验方案，调节环境参数如温度、湿度、光照强度等，观察生态系统的动态响应，平台内置多个经典生态系统模型，包括草原生态系统、森林生态系统、水域生态系统等，学生能够添加或移除物种，改变种群数量，引入环境干扰因素，实时观察能量流动效率、物质循环速率、种群数量波动等指标变化。

AI 算法基于生态学原理和数学模型，准确模拟捕食关系、竞争关系、互利共生等种间关系，展现生态系统的自我调节机制，当学生操作导致生态失衡时，系统会提示预警并解释原因，引导学生思考生态平衡的维持机制，虚拟实验数据可导出分析，学生运用 AI 数据分析工具绘制能量金字塔、物质循环图、种群增长曲线等，深化对抽象概念的理解，培养科学思维和探究能力，整个实验过程被系统记录，教师可以回放查看，了解学生的思维过程和操作逻辑。

结束语

AI 赋能的高三生物学二轮复习单元整体教学设计，实现了从经验驱动向数据驱动的转变，从统一进度向个性定制的转变，从静态呈现向动态交互的转变，显著提升了复习效率和教学质量，未来研究将进一步探索 AI 技术与其他生物学单元的融合路径，完善智能教学系统的功能模块，推动AI 教育从辅助工具向智能伙伴的进化，构建更加智慧、高效、人性化的生物学教学生态，为培养具有科学素养和创新能力的新时代人才贡献力量。

参考文献：

[1] 赵晓燕 ， 张瑞林 ， 师瑶 . 例析“整体式教学情境”在高三生物学二轮复习中的应用 [J]. 中学生物学 ， 2025， 41 （07）： 93-96.

[2] 赵海芳 . 新高考评价体系下高三生物学一轮复习策略 [J].中学课程辅导 ， 2024， （35）： 3-5.

[3] 杨玉梅. 高三生物学复习回归教材的方法和实践研究[D]. 西南大学 ， 2024.