人工智能时代背景下生物学科智慧课堂有效构建的研究

摘 要：基于分析人工智能时代背景下中学生物学科智慧课堂有效构建。首先分析出智慧课堂，具有智能化环境、数字化资源、精准化教学及个性化学习的特征;其次分析出人工智能时代背景下中学生物学科的智慧课堂，主要运用大数据云端诊断分析系统、电子书包服务系统等作为技术支撑，将其贯穿到学生的课前预习、课堂学习及课后反思三个阶段，进一步增强学生的生物学习效率与能力，实现学生的生物素养与综合素质的全面提升。

关键词：人工智能;生物学科;智慧课堂

在当前人工智能时代的背景之下，其科学技术与教育教学的逐渐融合，促使教育领域发生很大的变化，已经进入到智慧教育时代，随之而来的智慧课堂得以构建。也就是说，智慧课程是智慧教育运用学科教学的实践载体，通过科学技术所搭建的智慧学习环境，以此来帮助学生在课堂上更加全面地学习、整合及内化知识。因此，对于中学的生物学科来说，其智慧课堂的有效构建，既能解决传统教学模式的弊端，又有利于实现教师的精准教学、学生的个性化学习，从而进一步增强中学生物学科教学的质量与实效。

一、智慧课堂的特征

所谓智慧课堂，就是指以发展学生的核心素养为宗旨，根据建构主义等理论，利用大数据、人工智能等信息技术，搭建的智能、高效的课堂，集数据、资源及活动为一体，以此来促进学生转识为智，实现学生的高质量学习。

（一）智能化环境

智慧课堂实施的条件之一就是支持环境，以智能化技术赋予智慧课堂的智慧属性，能够构建出物理环境、虚拟环境及文化环境为一体的学习环境，为教師的精准教学、学生的个性化学习提供保障。通常智慧课堂以学生为主体，其配置的硬件设备可以实现多种媒体信息的展示，包括高清的摄像头、全向麦克风、录播系统，以及视音频信号、计算机动态屏幕等，以及本地服务器与云端服务，支持文件的传输、共享，以此来实现数据存储的多维、实效[1]。同时学生的移动学习终端，多为平板电脑，可以符合多样态、多场景的教学需要。

（二）数字化资源

作为智慧课堂教学中的基础——数字化资源，包括教学内容、数据信息在内的一切资源，比如：微课、视频及图片、PPT课件等，以便教师根据实际教学需要，随时随地获取资源中的教学素材，而且学生在学习过程中，也可以根据自身学习需求，获取微课、视频及音频等资源，便于学生更加深刻地理解与记忆知识。同时还有教学管理信息、教学动态数据等资源，根据学生的学习行为数据、课堂检测反馈数据、教学评价反馈等，从而为教与学提供更好的服务[2]。

（三）精准化教学

智慧课堂是实现精准化教学的有效途径，教师能够随时去监测学生的学习信息，并且利用信息化教学手段加以分析、反馈。尤其是在课前阶段，教师能够根据系统中的数据，去了解学生的课前预习情况，包括微课的观看次数、时长，或者检测的错误情况等，以便明确学生预习中出现的问题，以此来提取教学的重点、难点知识，并且灵活地调整教学方案[3]。而且当进入课堂教学阶段，师生可同时进入智慧课堂，教师实时为学生推送学习资料，或者学生与教师进行互动，请教及询问学习上的疑点，促使教师展开针对性的教学讲解，从而确保教与学的完美契合、教学过程与教学结果的匹配，实现学生真正意义上的智慧发展。

（四）个性化学习

由于智慧课堂上，教师能够采集与分析学生的学习信息，有利于教师准确地把握每一位学生的学习情况，以此来给予学生针对性的教学指导，去支持学生的个性化学习[4]。而且教师在设计教学资源时，可以为学生提供更加丰富的学习资源，以便满足各个不同层次学生的学习的需求。教师通过习题的检测，借助后台的数据进一步判断学生的学习情况及进度，以便为学生布置相对应的课后作业，从而确保各个学习水平的学生都能学有所获，充分展现出学生的学习自主性、探究性，在整体上使学生的学习效果得到有效提升。

二、人工智能时代下中学生物学科智慧课堂构建的技术支撑

（一）大数据云端诊断分析系统

云端诊断分析系统，主要是通过对学生相关数据信息的分析，对学生的学习状态、疑问及学习行为等方面进行判断，以此来形成学生的个性化学习报告。如此一来，教师将学生的作业、随堂测验结果，上传到云端，而云端系统对试题的难易程度、学生检测成绩进行分析，获得诊断报告，以便教师更加全面地了解学生的实际学情，同时调整教学节奏，实现对学生的个性化、差异化教学及辅导[5]。除此之外，在课外云端诊断分析系统，也可以收集到学生的上网信息，对学生的关注点、爱好进行分析，从而根据学生感兴趣的内容，为其灵活地推送相关学习资料，实现学生的高质量生物学科学习。

（二）电子书包服务系统

电子书包作为教育信息网络化的终端产品，更是包含众多电子内容，根据学科的结构所整合的数字化资源库，其空间拓展无限，具有较高的可塑性。因此，在中学生物学科的智慧课堂之中，电子书包是以网络资源为载体，根据个人的电子终端，贯穿于预习、课堂及测试等学习过程之中，包括课前、中及课后的智能化系统平台，而教师也可以利用电子书包，为学生进行作业的布置、课堂的测试等[6]。加之电子书包能够安装在手机、平板电脑及计算机等移动终端上，更利于学生随时随地地学习，而且其大量的学习资源，涵盖电子课本、辅导资料及微课堂等，都可以让学生进行超前学习。

三、人工智能时代下中学生物学科智慧课堂有效构建的策略

（一）课前预习环节

在人工智能时代下的中学生物学科教学之中，教师构建智慧课堂，就可以将其应用在课前的预习环节，为学生明确好教学的目标，拟定具体的教学计划，同时对学生的认知水平、学科基础等方面加以分析，以此来根据教学目标、学生学情调整学习资源、任务清单及课前自测题目等[7]。其中学习资源，是学生需要在课前预习内容，突出重点，条理清晰，具有一定的吸引力;学习任务清单是包括学习目标、学习内容等需要完成的任务，帮助学生进一步把握预习的方向、节奏，以此来增强学生的课前预习学习效果;课后自测，往往是在学生预习完成后进行的检测，以便教师了解学生的预习情况。

如此一来，当教师将学习资源、任务清单等预习内容布置给学生之后，学生便可以在终端上接受其内容，促使学生展开针对性的预习，而这一切学生都可以在电子书包完成。同时学生可以在终端上，根据疑难点加以提问，与其他的同学共同讨论加以解决。最后学生将课前的测试结果、疑问上传到云端，其分析系统展开详细的判断，为教师提供客观、科学的诊断报告，促使教师进行教学设计的调整。

（二）课堂教学环节

通常情况下智慧课堂包括三个教学部分，其目的在于增强实际课堂的教学效率，引导学生将生物学科知识进行整合、内化及迁移[8]。第一部分大约在15分钟，因为学生在课前预习环节之中，基本上已经认识本节课的内容，但是却没有形成完整的体系，所以教师就要利用这段时间，帮助学生梳理与整合本节课的知识点，促使学生构建其知识结构，此时课前的诊断分析报告便起到有效的作用，利于教师精准地掌握学生学习中的问题，以便实施针对性的教学。

第二部分是在学生对生物相关知识的理解基础上，教师引导学生去思考或者合作交流探讨，并且将结果展示在电子书包上，而教师根据其结果加以教学指导。同时教师可以利用电子书包中的视频、图片等学习资源，为其创设相关的教学情境，以此来激发学生的求知欲望与学习兴趣，而且有利于学生更加透彻地理解生物学科知识，实现学生由表层获取、整合知识，进而深层内化的目的。

第三部分則是课堂练习，帮助学生完成知识的迁移。因此，生物教师就可以根据具体的教学内容及知识点，为学生设计问题，引导学生分析与解决，促使学生针对具体的问题输出知识。而且课堂上教师要为学生推送随堂的练习题，并规定好时间让学生在线完成，教师借助IRS即时反馈系统，去把握学生的学习动态，进而集中讲解学生的共性问题，以及进行查缺补漏。

（三）课后反思环节

课后是教师进行教学反思的途径之一，以便教师梳理出教学过程中的问题，并且完善与优化教学设计[9]。而且生物教师需要在课后阶段，进行学生课中学习的成果整理，以此来实现教学成果的资源转化，不断丰富生物学科资源体系，促使智慧课堂形成一个螺旋式上升的教学系统。

与此同时，学生在课堂学习过程中，对自己的学习成果不断改正与完善之后，就可以将学习成果、反思总结提交到学习平台，展开大范围的交流、传播。而教师根据学生的课前、课中两个阶段学习情况，根据智慧终端为其推送拟定的个体化学习资料、课后作业，以此来实现学生的知识巩固、复习与迁移，进一步增强学生的生物学习能力与生物素养。如此一来，师生可以在网络平台上进行学习的感悟、体会及经验的交流，加强学生的新旧知识、相关联知识的联系，从而促进学生的生物学科学习效果的明显提升。

结束语

人工智能时代背景下中学生物学科智慧课堂的有效构建，能够进一步增强学生的生物学习效率与能力，实现学生的生物素养与综合素质的全面提升。通过教师灵活的运用信息技术，根据具体的生物知识与内容，为学生创造智慧化的学习环境，引导学生在智慧课堂上产生浓厚的生物学习兴趣与探究欲望，同时教师为学生提供的个性化学习资料、针对性的教学指导，更利于学生深刻理解生物知识，以此来达到教师的精准教学效果，从而为中学生物学科的改革与发展打好基础。

参考文献

[1]张珏，詹斌.人工智能背景下智慧课堂的研究与探索[J].新教育时代电子杂志（教师版），2019，000（036）：104-105.

[2]黄琳.人工智能背景下财务管理专业智慧课堂人才培养模式研究[J].经济研究导刊，2020，457（35）：90-91.

[3]王月，张海，王以宁，张晶.初中智慧课堂的构建及其有效性研究：以地理学科为例[J].中国电化教育，2020，404（09）：63-69.

[4]张侠.人工智能时代职业教育的智慧教育生态系统的构建[J].发明与创新·教育信息化，2019，000（010）：63.

[5]赵越，于泳洋，李朝军.医学细胞生物学教学改革之理论与实践研究[J].医学理论与实践，2021（34）：5：，890-893.

[6]刘邦奇，李新义，袁婷婷等.基于智慧课堂的学科教学模式创新与应用研究[J].电化教育研究，2019，312（04）：86-92.

[7]汪时冲，方海光，张鸽等.人工智能教育机器人支持下的新型“双师课堂”研究：兼论“人机协同”教学设计与未来展望[J].远程教育杂志，2019，37（02）：25-32.

[8]刘邦奇.智能技术支持的“因材施教”教学模式构建与应用：以智慧课堂为例[J].中国电化教育，2020（9）.

[9]谭平.人工智能时代课堂教学的机遇，挑战与对策[J].云南开放大学学报，2020，88（04）：14-19.

作者简介：蔡楠楠.汉族，女，1983年12月出生，毕业于哈尔滨师范大学生命科学专业，本科学历，现任大庆市兰德学校（163000）生物教师，中学一级教师。

教育部重点课题“人工智能时代基础教育师生关系重构研究”（课题批准号DHA200339）子课题。

“人工智能时代背景下中学生物学科智慧课堂有效构建的研究”（课题批准号2020rgzhnzkt016）成果。