AI賦能高中生物教學的實踐與思考

按照《普通高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂），普通高中生物學課程是基礎科學領域的重要學科課程之一[]。該學科課程以提升學生生物學核心素養為宗旨，通過學習分子與細胞、遺傳與進化、穩態與調節、生物與環境、生物技術與工程等相關知識，在生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任等方面形成正確的價值觀。為了提升學生生物學核心素養，可以通過引入AI有效促進教學成效提升。

一、AI賦能教學是提升學生核心素養的有效途徑

現今高中學生出生于智能電子設備大規模普及，互聯網 + 興起的“數字時代”。他們通過網絡媒體和即時通信工具，在獲取知識和信息的渠道上，已經養成了遇到問題“百度一下”。當前在DeepSeek等AI大模型開源免費使用后，又逐漸形成了遇到問題“AI一下”的習慣。AI可通過視頻動畫、虛擬實驗等學生喜聞樂見的方式，充分激發其學習生物學的興趣。

（一）通過AI培養學生正確的生命觀念。

以高中生物學教材為藍本，通過輸入各類命令提示詞，可以將原本枯燥單調的文本知識，轉化為形象生動的生物學教學視頻。讓學生通過生物學教學視頻，直觀地感受分子和細胞的奧秘、遺傳學定律的奇特等。在深刻理解生物學相關核心概念的基礎上形成正確的生命觀念。（“生命觀念”是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是經過實證后的想法或觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。）

例如，使用AI工具生成生物學教學視頻，動態展示了細胞結構、酶促反應、DNA復制等微觀過程，使學生能夠多角度觀察結構與功能的適配性，形成“結構與功能相適應”的生命觀念。

（二）通過AI塑造學生清晰的科學思維

鼓勵學生運用AI大模型及其衍生工具，通過AI工具模擬開展各種生物學實驗。讓學生在模擬實驗的過程中，通過觀察、推理、假設、檢驗、批判、分析等，逐步形成辯證唯物主義的科學思維。（“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決問題的思維習慣和能力。）

例如，利用NB生物模擬仿真實驗軟件進行“培養液中酵母菌種群數量的變化”實驗。在實驗過程中，軟件首先指導學生如何正確培養酵母菌，接著進行酵母菌的取樣，并使用計數板在顯微鏡下對培養液中的酵母菌進行計數。通過模擬，記錄每日酵母菌的數量變化，并在幾秒鐘內完成10日的數據統計。軟件隨后自動生成酵母菌種群個體數量變化的動態曲線圖，成功地利用虛擬數據構建了酵母菌種群增長的數學模型。通過這種方式，學生不僅體驗了實驗過程，而且能夠專注于基于證據的推理、論證和建模等能力的提升，促進科學思維的形成。

（三）通過AI引導學生進行系統的科學探究

鼓勵學生運用AI開發的應用工具開展生物學調查研究，逐步增強學生探索自然的好奇心和求知欲，掌握科學探究（“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論的能力[2]。）的基本思路和方法，并提高實踐能力[3]。

例如，教師可以借助“形色”App，指導學生進行一次全面的校園植物普查。這不僅讓學生通過AI技術精確辨識了校園內的二十七種常見園林植物，還讓學生直觀地體驗到了校園綠化樹種間的和諧搭配，構建了一個微型的優質生態系統，實現了生態工程原理的實踐應用。

（四）通過AI增強學生的社會責任感

鼓勵學生通過AI分析人類歷史上發生的重大生物安全事件，并積極運用生物學的知識和方法，辨別迷信和偽科學，增強學生面對突發性生物事件的應對能力和團結協作的社會責任感。（“社會責任”是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，做出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。）

例如，利用DeepSeek對轉基因產品的安全性進行分析，其會給出積極影響的一面，也會分析出存在的生物安全風險，讓學生學會理性地看待問題。認識到事物的“兩面性”，明確轉基因技術的應用必須以生物安全、保障人類健康為前提，增強了學生的社會責任感。同時，還批判了“生物學無用論”等錯誤思想，激勵了部分學生在高考中選擇生物學，學習生物學，以生物技術為國為民服務的志向。

二、AI賦能教學是提高教師教學能力的有利方法

高中生物教師需要不斷改善自身的知識結構，提高教學能力，才能更好地傳道授業。對于教師而言，學習和使用DeepSeek等AI大模型，了解各種AI工具的優缺點，在獲取知識和信息的渠道上，能夠有效地拉近師生的心理距離。同時，借助AI強大的深度思考和圖文、視頻生成能力，可將教師從撰寫教案、課件制作、批閱試卷等繁雜的日常事務中解放出來；利用AI工具對學生的學習情況進行分類統計，也便于因材施教。AI大模型，既是一座知識信息的寶庫，也是一種功能強大的教學輔助工具。因此，運用AI賦能教學是提高教師教學能力的有利方法之一。

（一）精準理解各類AI的優劣特性

目前國內外的AI很多，教師應本著“開源免費，功能實用”的原則，按照百度熱搜的排名為序，嘗試將國內知名的10款AI大模型應用于普通高中生物學教學實踐，得出以下淺顯結論。

適用于進行深度思考，并可輔助設計教學策略等方案的AI主要有3款。分別為：DeepSeek、通義千問、訊飛星火。例如，以“高中生物學教學策略”為題向“DeepSeek”提問。在深度思考19秒之后，DeepSeek從教學目標定位、教學策略設計、評價與反饋、資源與技術支撐、實施建議等五大方面，給出了一個高中生物學教學策略方案框架。教師只需要結合自身教學實際進行修改，即可得出一個完善的教學策略方案。

適用于進行知識信息快速查詢的AI大模型主要有4款。分別為：文心一言、豆包、納米搜索、KiMi。例如，以“簡述生物學的發展歷史”為題向“豆包”提問。立即得到了從古代到中世紀，歐洲文藝復興及近代時期，20世紀遺傳學、分子生物學、新達爾文主義形成等生物學的發展歷史。

適用于進行圖文制作、視頻生成的AI主要有3款。分別為：即夢、可靈、智譜清言。例如，以“蛋白質分子與結構”為題向“可靈”提問，即得到四張不同剖面、不同類型的蛋白質分子與結構圖。選擇其中一張蛋白質分子與結構圖，以“蛋白質分子與結構的演化”為題向“可靈”繼續提問，即可生成了一段長約15秒的蛋白質分子與結構演化視頻。

（二）將AI訓練為適用于高中生物學教學的專屬模型

從實際使用的情況來看，目前DeepSeek、通義千問、訊飛星火等適合深度思考的AI大模型，更像一個“全能全知型的通才”，給出的教學策略、知識講解等相對簡略，有時甚至還會給出一些錯誤的答案。為解決這些問題，教師可以嘗試使用一系列AI命令提示詞、教學方案框架、生物學專業文本等，將這些AI訓練成為適應高中生物教學的私域模型。

例如，通過“我是一名高中生物學教師，請幫助我分析高中生物學的十大知識難點”為題向DeepSeek提問。在深度思考19秒后，DeepSeek給出：細胞結構與功能、細胞代謝、遺傳的分子基礎、遺傳規律計算、生命活動調節、生態學難點、生物工程與技術、實驗設計難點、基因頻率的計算、內環境穩態機制等十大知識難點。然后，通過對遺傳規律計算此部分對應教學策略的追問，引發DeepSeek進一步深度思考，并經過及時更新提示詞的反復訓練，最終它給出了滿足突破難點的教學策略。

（三）基于AI大模型開發的應用軟件進行輔助教學

目前國內已經有部分企業在AI大模型的基礎上進行二次開發，一些教育類網站推出了AI教育社區，一些企業開發了虛擬實驗室等AI教育App。這些AI教育社區和AI教育App能夠幫助教師更有針對性地指導學生開展個性化學習，并進行學習效果評估。

學科網開設的AI教育社區，包括了AI學用攻略、師說AI、AI教育資訊等板塊。在教育社區的AI學用攻略板塊，教師可以找到一份“使用DeepSeek生成生物學導學案的攻略”，并按照該攻略使用DeepSeek大模型，讓其生成了一份高一生物學導學案，有效地提高了學案制作的效率。

利用云閱卷和極課閱卷等系統進行試卷批改，不僅減輕了教師的閱卷工作量，還能深入分析每位學生在各個知識點上的得分情況，同時系統可以根據學生的錯誤點，自動推送有針對性的習題群。這有助于準確把握學生學習的難點，并能夠精準地在學科網等教育平臺上下載相應的教學資源，通過運用圖表、視頻等多種教學手段，實施針對性的教學策略，有效提升學生的學業成績。

通過虛擬實驗App，學生能夠在線或離線模擬進行多項高中生物學實驗，如使用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動，淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用等。這不僅點燃了學生學習生物學的熱情，還避免了實際操作中可能出現的實驗安全事故，顯著降低了實驗成本。同時，虛擬實驗App中的雙人PK和班級積分榜排名功能，在一定程度上激發了學生之間的趕超斗志。

三、AI賦能高中生物教學的思考

盡管將AI應用于高中生物教學取得了些許積極成效，但在實際輔助教學的過程中也暴露出一些問題：

（一）警惕AI萬能觀念誤導學生

部分學生錯誤地認為，AI大模型的功能會越來越強大，遇到不懂的知識AI一下就可以得到答案，現在已經不需要學習包括生物學在內的各種基礎知識，只需要學會使用AI就行。因此，部分學生在認識上出現了“AI萬能”和“AI可以完全替代教師”的錯誤觀點。

這種看法過分信任了AI的理性，忽略了AI本質上只是一種智能工具。它錯誤地將AI產生的內容等同于科學的權威性，將答疑解惑與富有情感的因材施教混為一談。因此，教師在日常教學中必須對學生進行正確的教育引導。

首先，教師必須教育并引導學生，只有掌握了扎實的生物學基礎知識，他們才能準確判斷AI提供的生物學答案的正誤，并且更加有效地利用AI。其次，在日常教學過程中，教師應深入了解學生的學習規律，對不同成績和性格的學生實施分類指導。在講解知識難點、演示實驗操作等教學活動中，教師應讓學生深刻體會到，教師對學生的關懷是任何AI都無法替代的。第三，針對AI提供的答案往往缺乏深度和創新性的問題，教師需要指導學生結合實際情況進行具體分析，并通過小組討論、實驗設計等傳統教學方法，培養他們解決這些問題的能力。最終，讓學生養成“既要學會利用AI，又要避免盲目依賴AI”的行為習慣。

（二）避免脫離現實，過度依賴AI

部分學生在使用AI虛擬實驗軟件后，將本應嚴謹的生物學實驗當成了一個網絡游戲進行“娛樂化”的操作。

要將AI虛擬實驗與實驗室的實際操作結合起來，將AI虛擬實驗用于預習和風險模擬，讓學生掌控實驗的基本要求和步驟，再通過實際操作，將真實的結果完整地演化出來，提高學生的觀察、分析、動手等實踐能力。

同時，對于教師也要嚴防過度依賴AI工具評價學生。雖然部分學生在同一個知識點的得分情況一樣，AI對他（們）掌握知識的情況評價也一樣，但是由于學生個性不同，行為習慣存在差異，即使在得分一樣的情況下，其掌控知識的情況也存在差異。如果過度依賴AI工具對學生的評價，就可能造成對學生的個性化引導不夠精準的問題。

教師應該在AI工具分析統計的基礎上，結合學生的日常表現，個人性格等方面，對學生的學習情況做出一個綜合的評價，才能有的放矢地因材施教。

（三）存在隱私數據泄露的風險

大部分AI學習平臺需要注冊賬號，填寫相關信息，可能導致學生信息數據泄露的風險。

在生物學教學中使用AI工具時，對可能涉及學生個人信息的數據需要進行保護，避免出現敏感信息的泄露，實施“最小信息采集”原則。

結束語

盡管AI大模型具備強大的深度思考能力、龐大的信息庫以及生成圖文、視頻等多媒體內容的能力，通過數字化賦能，可以有效地促進教師的教和學生的學，然而教師也必須警惕這些技術可能帶來的相關風險。教師需要正確使用人工智能這把“雙刃劍”，構建一個可持續發展的安全健康的人工智能生態系統；進而以教育數字化為突破口全面助力中國教育教學質量的提升，為教育強國的實現提供戰略支持，為全球數字教育貢獻中國智慧。

參考文獻

[1]王永.基于培養科學思維的人教版高中生物學教材插圖研究[D].貴陽：貴州師范大學，2022.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[3]邱曉華.數字素養視域下的高中生物學教學[J].生物學教學，2024（5）：52-54.