耿占荣

摘要：随着人工智能技术的不断进步，智能化工具被运用到课堂教学中，对教育教学改革带来广泛而深远的影响。文章以备课助手辅助中学生物学教学的实践案例，探讨智能工具在教师提高课堂教学效率、减轻学生的学习负担方面发挥的作用。

关键词：智能工具;中学生物学教学;实践案例

2018年9月17日，世界人工智能大会在上海开幕，世界各国都有普遍的认识，那就是新一代人工智能正在全球范围内蓬勃兴起，为经济社会发展注入了新动能，正在深刻改变人们的生产生活方式。科学技术从来没有像今天这样深刻影响着国家前途命运，从来没有像今天这样深刻影响着人民生活，也深刻影响着各行各业及各个领域，为全球人类的发展做出了巨大的贡献。

我们可以感受到国家把教育信息化、人工智能的发展应用提高到国家战略的层面，使教育信息化成为促进教育发展、变革的重要推动力量。随着互联网及人工智能技术的飞速发展，信息技术在教育教学领域也得到了广泛应用，对教育、教学过程产生深远影响，也对传统的教学模式进行了深刻的变革，这就对教师信息化素养的提升有了更高的要求。

1 适应人才的培养和经济的飞速发展

二十一世纪是人才竞争的世纪，人才的培养至关重要，而教育信息化则成为人力资源建设的重要抓手。在这样的背景下，国家出台了《国家中长期教育改革的发展规划纲要（2010-2020年）》，以及教育部2014年颁布的《中小学教师信息技术应用能力标准》。《能力标准》对中小学教师在教育教学和专业发展中应用信息技术提出了基本要求和发展性要求。其中，“应用信息技术优化课堂教学的能力为基本要求，应用信息技术转变学习方式的能力为发展性要求。”熟练掌握信息技术并将技术与课堂教学深度融合，是对教师适应新的课程改革背景下的必然要求。

2 对智能工具的认识

智能化工具   当代科学辞典对“智能”定义是：“人类认识客观事物运用知识解决实际问题的能力。”学者将“智能化”定义为：是指在计算机、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下所具有的能满足人的各种需求的属性。“工具”是参与完成任务的重要手段之一，是使行动、事件、思维或物体用以帮助其他行动、事件、思维或物体变得可能的途径。选择合适的工具会使事情效率更高，甚至取得事半功倍的效果。本文中的“智能化工具”是指可用于教与学领域的，能够通过信息网络获取相关生物学知识与技能的工具。

3 教育信息化改革的必然要求

“互联网+教育”及信息技术应用于教育行业，全国“互联网+”信息技术助推教师队伍建设大会顺利举行。借助这一有利契机，石嘴山市教育系统广泛开展人工智能与课堂教学深度融合的教学实践活动，教师们通过学习和实践，取得了许多丰硕的成果，其中就有我们采用备课助手应用于中学生物学教学的实践案例。

在实践研究中我们感觉到，使用“互联网+”及智能工具辅助的教学系统，为教师和学生提供了理想的教学环境，更容易激发学生的学习积极性和主动性，从而显著提高教学效果。下面就将自己在使用“备课助手”中智能工具的应用案例和同行们进行分享和交流。

4 智能工具在中学生物学教学中的实践案例

以苏科版八年级生物（上册）《人体内废物的排出》一节内容为例。这节课的重点是要求学生掌握肾脏的结构、概述尿液的形成过程，其中尿液的形成过程是本节课的重点也是难点。由于尿液的形成过程需要在微观水平上去理解肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用，再加上无论人体肾脏的结构还是尿液的形成过程都很抽象，血液中许多种分子如何在肾小球中过滤、如何在肾小管中被重吸收，学生都是很难理解掌握。

八年级的学生在接受新知识的过程中更注重形象思维，而抽象思维的能力还很欠缺，教学中我采用备课助手中的三维工具，就可以将抽象知识变得更具体，很好地解决了这个难点。如图：

我们从图中可以看到，血液中的各种成分如血细胞、大分子蛋白质、水、无机盐、葡萄糖及尿素等成分分别用不同图形和不同的颜色标出。在这个动态的三维工具中，通过动脉进入肾小球的血液，哪些物质能滤过而哪些物质不能滤过，学生都可以在动态的画面中清晰地看到，不能滤过的成分则沿着毛细血管继续流动，当血液流动到肾小管时，过滤形成的原尿中的成分有些被全部重新吸收，有些则是被部分重新吸收，學生通过动态的画面也是直观地看到。

这是从整体上学习各种化学成分的滤过和重吸收过程，为了便于学生更加清晰地认识到血液中每一种成分的滤过和重吸收过程，智能工具还可以把各种成分的变化过程分开，单独观察它们的动态过程，学生就会理解掌握不同物质滤过和重吸收的三种方式：

4.1  如下图：学生会看到血细胞随着血液流经肾小球时是不能透过毛细血管壁，所以不论是原尿还是最终的尿液中都不会有血细胞，大分子蛋白质也是如此。

4.2   如果是葡萄糖，学生会看到葡萄糖随着血液流经肾小球时可以透过毛细胞血管壁，滤过到肾小囊腔中形成原尿，但在流经肾小管时原尿中的葡萄糖全部被重新吸收进行血液中，最终形成的尿液中是不含有葡萄糖的。

4.3   如果是水分、无机盐、尿素，学生会看到这几种物质在肾小球中可以透过毛细胞血管壁，滤过到肾小囊腔中形成原尿，但在流经肾不管时，原尿中的这几种物质有一部分被重新吸收进行血液， 未被重吸收的部分形成终尿随尿液排出体外。

从以上可以看出，通过备课助手中的三维动画，变微观为宏观、变抽象为具体，学生就比较容易掌握肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用的相关知识，在突破本节课的难点这一环节，智能工具就发挥了“四两拨千斤”的作用，既能减轻学生的学习负担，还提高课堂的教学效率，真正实现了信息技术为教学赋能。

5 智能工具为新的教学模式的开展和实施提供了有利条件

近几年，课堂教学模式不断进行改革，新的教学模式展现出强大的生机和活力，如小组合作学习及翻转课堂等教学模式等。翻转课堂使教师的角色发生了变化，从原来的讲授者变成了指导者;学生的角色也发生了变化 ，由被动接受知识转变为主动吸收知识。这种教学模式的显著特点是学生自主学习，可锻炼学生的自主学习能力和独立思考能力。如何让学生在学习过程中跳一跳能摘到桃子，对于一些重点知识和难点知识，教师需要给学生适时点拨，并做好知识的铺垫及提供解决问题的手段或者有效的工具。比如《人体内废物的排出》，如果教师利用备课助手这个智能工具，适当点拨学生的思维，那么学生在自主学习的过程中就很好地解决了血液中不同物质在肾小球中的滤过及在肾小管中的重吸收过程，这个难点就很容易突破，学生学得轻松，同时也减轻了教师的负担。

随着人工智能技术的不断进步，更多智能化工具将会运用到课堂教学中，必将对教育教学改革带来广泛而深远的影响。作为一线教育工作者，应该适应信息化时代，充分发挥智能工具为教学带来的便利，深入研究，将智能工具与课程教学内容进行深度融合，开发资源，提高课堂教学效率，真正实现信息技术为教学赋能。如今，智能工具在教育教学领域中的应用成效逐步显现出来，教师们的信息化素养得到很大的提升，它所能够提供的支持已不仅仅在于提高教学效率，更能支持学习体验、知识构建和知识创新，教师在信息技术应用这条路上学无止境。

【文章系宁夏教育科学“十四五”规划“互联网+教育”示范区建设专项课题“智能化学习工具辅助中学生物教学的实践研究”阶段性成果。课题编号：NXJKG21107】

参考文献

[1] 祝智庭  闫寒冰.技术改变教学  陕西师范大学出版总社，2015.4

[2] 江苏风凰科学技术出版社.义务教育教科书八年级生物（上册）2012.6