智能工具

耿占榮

摘要：隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能化工具被運(yùn)用到課堂教學(xué)中，對教育教學(xué)改革帶來廣泛而深遠(yuǎn)的影響。文章以備課助手輔助中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的實踐案例，探討智能工具在教師提高課堂教學(xué)效率、減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)方面發(fā)揮的作用。

關(guān)鍵詞：智能工具;中學(xué)生物學(xué)教學(xué);實踐案例

2018年9月17日，世界人工智能大會在上海開幕，世界各國都有普遍的認(rèn)識，那就是新一代人工智能正在全球范圍內(nèi)蓬勃興起，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展注入了新動能，正在深刻改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式。科學(xué)技術(shù)從來沒有像今天這樣深刻影響著國家前途命運(yùn)，從來沒有像今天這樣深刻影響著人民生活，也深刻影響著各行各業(yè)及各個領(lǐng)域，為全球人類的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

我們可以感受到國家把教育信息化、人工智能的發(fā)展應(yīng)用提高到國家戰(zhàn)略的層面，使教育信息化成為促進(jìn)教育發(fā)展、變革的重要推動力量。隨著互聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，對教育、教學(xué)過程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，也對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行了深刻的變革，這就對教師信息化素養(yǎng)的提升有了更高的要求。

1 適應(yīng)人才的培養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展

二十一世紀(jì)是人才競爭的世紀(jì)，人才的培養(yǎng)至關(guān)重要，而教育信息化則成為人力資源建設(shè)的重要抓手。在這樣的背景下，國家出臺了《國家中長期教育改革的發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，以及教育部2014年頒布的《中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力標(biāo)準(zhǔn)》。《能力標(biāo)準(zhǔn)》對中小學(xué)教師在教育教學(xué)和專業(yè)發(fā)展中應(yīng)用信息技術(shù)提出了基本要求和發(fā)展性要求。其中，“應(yīng)用信息技術(shù)優(yōu)化課堂教學(xué)的能力為基本要求，應(yīng)用信息技術(shù)轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式的能力為發(fā)展性要求。”熟練掌握信息技術(shù)并將技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合，是對教師適應(yīng)新的課程改革背景下的必然要求。

2 對智能工具的認(rèn)識

智能化工具 ? 當(dāng)代科學(xué)辭典對“智能”定義是：“人類認(rèn)識客觀事物運(yùn)用知識解決實際問題的能力。”學(xué)者將“智能化”定義為：是指在計算機(jī)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下所具有的能滿足人的各種需求的屬性。“工具”是參與完成任務(wù)的重要手段之一，是使行動、事件、思維或物體用以幫助其他行動、事件、思維或物體變得可能的途徑。選擇合適的工具會使事情效率更高，甚至取得事半功倍的效果。本文中的“智能化工具”是指可用于教與學(xué)領(lǐng)域的，能夠通過信息網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)生物學(xué)知識與技能的工具。

3 教育信息化改革的必然要求

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”及信息技術(shù)應(yīng)用于教育行業(yè)，全國“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)助推教師隊伍建設(shè)大會順利舉行。借助這一有利契機(jī)，石嘴山市教育系統(tǒng)廣泛開展人工智能與課堂教學(xué)深度融合的教學(xué)實踐活動，教師們通過學(xué)習(xí)和實踐，取得了許多豐碩的成果，其中就有我們采用備課助手應(yīng)用于中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的實踐案例。

在實踐研究中我們感覺到，使用“互聯(lián)網(wǎng)+”及智能工具輔助的教學(xué)系統(tǒng)，為教師和學(xué)生提供了理想的教學(xué)環(huán)境，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，從而顯著提高教學(xué)效果。下面就將自己在使用“備課助手”中智能工具的應(yīng)用案例和同行們進(jìn)行分享和交流。

4 智能工具在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的實踐案例

以蘇科版八年級生物（上冊）《人體內(nèi)廢物的排出》一節(jié)內(nèi)容為例。這節(jié)課的重點是要求學(xué)生掌握腎臟的結(jié)構(gòu)、概述尿液的形成過程，其中尿液的形成過程是本節(jié)課的重點也是難點。由于尿液的形成過程需要在微觀水平上去理解腎小球的濾過作用和腎小管的重吸收作用，再加上無論人體腎臟的結(jié)構(gòu)還是尿液的形成過程都很抽象，血液中許多種分子如何在腎小球中過濾、如何在腎小管中被重吸收，學(xué)生都是很難理解掌握。

八年級的學(xué)生在接受新知識的過程中更注重形象思維，而抽象思維的能力還很欠缺，教學(xué)中我采用備課助手中的三維工具，就可以將抽象知識變得更具體，很好地解決了這個難點。如圖：

我們從圖中可以看到，血液中的各種成分如血細(xì)胞、大分子蛋白質(zhì)、水、無機(jī)鹽、葡萄糖及尿素等成分分別用不同圖形和不同的顏色標(biāo)出。在這個動態(tài)的三維工具中，通過動脈進(jìn)入腎小球的血液，哪些物質(zhì)能濾過而哪些物質(zhì)不能濾過，學(xué)生都可以在動態(tài)的畫面中清晰地看到，不能濾過的成分則沿著毛細(xì)血管繼續(xù)流動，當(dāng)血液流動到腎小管時，過濾形成的原尿中的成分有些被全部重新吸收，有些則是被部分重新吸收，學(xué)生通過動態(tài)的畫面也是直觀地看到。

這是從整體上學(xué)習(xí)各種化學(xué)成分的濾過和重吸收過程，為了便于學(xué)生更加清晰地認(rèn)識到血液中每一種成分的濾過和重吸收過程，智能工具還可以把各種成分的變化過程分開，單獨觀察它們的動態(tài)過程，學(xué)生就會理解掌握不同物質(zhì)濾過和重吸收的三種方式：

4.1 ?如下圖：學(xué)生會看到血細(xì)胞隨著血液流經(jīng)腎小球時是不能透過毛細(xì)血管壁，所以不論是原尿還是最終的尿液中都不會有血細(xì)胞，大分子蛋白質(zhì)也是如此。

4.2 ? 如果是葡萄糖，學(xué)生會看到葡萄糖隨著血液流經(jīng)腎小球時可以透過毛細(xì)胞血管壁，濾過到腎小囊腔中形成原尿，但在流經(jīng)腎小管時原尿中的葡萄糖全部被重新吸收進(jìn)行血液中，最終形成的尿液中是不含有葡萄糖的。

4.3 ? 如果是水分、無機(jī)鹽、尿素，學(xué)生會看到這幾種物質(zhì)在腎小球中可以透過毛細(xì)胞血管壁，濾過到腎小囊腔中形成原尿，但在流經(jīng)腎不管時，原尿中的這幾種物質(zhì)有一部分被重新吸收進(jìn)行血液， 未被重吸收的部分形成終尿隨尿液排出體外。

從以上可以看出，通過備課助手中的三維動畫，變微觀為宏觀、變抽象為具體，學(xué)生就比較容易掌握腎小球的濾過作用和腎小管的重吸收作用的相關(guān)知識，在突破本節(jié)課的難點這一環(huán)節(jié)，智能工具就發(fā)揮了“四兩撥千斤”的作用，既能減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，還提高課堂的教學(xué)效率，真正實現(xiàn)了信息技術(shù)為教學(xué)賦能。

5 智能工具為新的教學(xué)模式的開展和實施提供了有利條件

近幾年，課堂教學(xué)模式不斷進(jìn)行改革，新的教學(xué)模式展現(xiàn)出強(qiáng)大的生機(jī)和活力，如小組合作學(xué)習(xí)及翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式等。翻轉(zhuǎn)課堂使教師的角色發(fā)生了變化，從原來的講授者變成了指導(dǎo)者;學(xué)生的角色也發(fā)生了變化 ，由被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃游罩R。這種教學(xué)模式的顯著特點是學(xué)生自主學(xué)習(xí)，可鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨立思考能力。如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中跳一跳能摘到桃子，對于一些重點知識和難點知識，教師需要給學(xué)生適時點撥，并做好知識的鋪墊及提供解決問題的手段或者有效的工具。比如《人體內(nèi)廢物的排出》，如果教師利用備課助手這個智能工具，適當(dāng)點撥學(xué)生的思維，那么學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過程中就很好地解決了血液中不同物質(zhì)在腎小球中的濾過及在腎小管中的重吸收過程，這個難點就很容易突破，學(xué)生學(xué)得輕松，同時也減輕了教師的負(fù)擔(dān)。

隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，更多智能化工具將會運(yùn)用到課堂教學(xué)中，必將對教育教學(xué)改革帶來廣泛而深遠(yuǎn)的影響。作為一線教育工作者，應(yīng)該適應(yīng)信息化時代，充分發(fā)揮智能工具為教學(xué)帶來的便利，深入研究，將智能工具與課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深度融合，開發(fā)資源，提高課堂教學(xué)效率，真正實現(xiàn)信息技術(shù)為教學(xué)賦能。如今，智能工具在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用成效逐步顯現(xiàn)出來，教師們的信息化素養(yǎng)得到很大的提升，它所能夠提供的支持已不僅僅在于提高教學(xué)效率，更能支持學(xué)習(xí)體驗、知識構(gòu)建和知識創(chuàng)新，教師在信息技術(shù)應(yīng)用這條路上學(xué)無止境。

【文章系寧夏教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃“互聯(lián)網(wǎng)+教育”示范區(qū)建設(shè)專項課題“智能化學(xué)習(xí)工具輔助中學(xué)生物教學(xué)的實踐研究”階段性成果。課題編號：NXJKG21107】

參考文獻(xiàn)

[1] 祝智庭 ?閆寒冰.技術(shù)改變教學(xué) ?陜西師范大學(xué)出版總社，2015.4

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