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(duì)教育教學(xué)改革帶來(lái)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(shí)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(shí)踐案例

2018年9月17日，世界人工智能大會(huì)在上海開(kāi)幕，世界各國(guó)都有普遍的認(rèn)識(shí)，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(huì)發(fā)展注入了新動(dòng)能，正在深刻改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式?？茖W(xué)技術(shù)從來(lái)沒(méi)有像今天這樣深刻影響著國(guó)家前途命運(yùn)，從來(lái)沒(méi)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(gè)領(lǐng)域，為全球人類(lèi)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

我們可以感受到國(guó)家把教育信息化、人工智能的發(fā)展應(yīng)用提高到國(guó)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(dòng)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(duì)教育、教學(xué)過(guò)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，也對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行了深刻的變革，這就對(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(guó)家出臺(tái)了《國(guó)家中長(zhǎng)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)》?！赌芰?biāo)準(zhǔn)》對(duì)中小學(xué)教師在教育教學(xué)和專(zhuān)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?！笔炀氄莆招畔⒓夹g(shù)并將技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合，是對(duì)教師適應(yīng)新的課程改革背景下的必然要求。

2 對(duì)智能工具的認(rèn)識(shí)

智能化工具 ? 當(dāng)代科學(xué)辭典對(duì)“智能”定義是：“人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀事物運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。”學(xué)者將“智能化”定義為：是指在計(jì)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?！肮ぞ摺笔菂⑴c完成任務(wù)的重要手段之一，是使行動(dòng)、事件、思維或物體用以幫助其他行動(dòng)、事件、思維或物體變得可能的途徑。選擇合適的工具會(huì)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(guò)信息網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)生物學(xué)知識(shí)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(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)助推教師隊(duì)伍建設(shè)大會(huì)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(kāi)展人工智能與課堂教學(xué)深度融合的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，教師們通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)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(shí)踐案例。

在實(shí)踐研究中我們感覺(jué)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(dòng)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(shí)踐案例

以蘇科版八年級(jí)生物（上冊(cè)）《人體內(nèi)廢物的排出》一節(jié)內(nèi)容為例。這節(jié)課的重點(diǎn)是要求學(xué)生掌握腎臟的結(jié)構(gòu)、概述尿液的形成過(guò)程，其中尿液的形成過(guò)程是本節(jié)課的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。由于尿液的形成過(guò)程需要在微觀水平上去理解腎小球的濾過(guò)作用和腎小管的重吸收作用，再加上無(wú)論人體腎臟的結(jié)構(gòu)還是尿液的形成過(guò)程都很抽象，血液中許多種分子如何在腎小球中過(guò)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(jí)的學(xué)生在接受新知識(shí)的過(guò)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(shí)變得更具體，很好地解決了這個(gè)難點(diǎn)。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(wú)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(gè)動(dòng)態(tài)的三維工具中，通過(guò)動(dòng)脈進(jìn)入腎小球的血液，哪些物質(zhì)能濾過(guò)而哪些物質(zhì)不能濾過(guò)，學(xué)生都可以在動(dòng)態(tài)的畫(huà)面中清晰地看到，不能濾過(guò)的成分則沿著毛細(xì)血管繼續(xù)流動(dòng)，當(dāng)血液流動(dòng)到腎小管時(shí)，過(guò)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(guò)動(dòng)態(tài)的畫(huà)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(guò)和重吸收過(guò)程，為了便于學(xué)生更加清晰地認(rèn)識(shí)到血液中每一種成分的濾過(guò)和重吸收過(guò)程，智能工具還可以把各種成分的變化過(guò)程分開(kāi)，單獨(dú)觀察它們的動(dòng)態(tài)過(guò)程，學(xué)生就會(huì)理解掌握不同物質(zhì)濾過(guò)和重吸收的三種方式：

4.1 ?如下圖：學(xué)生會(huì)看到血細(xì)胞隨著血液流經(jīng)腎小球時(shí)是不能透過(guò)毛細(xì)血管壁，所以不論是原尿還是最終的尿液中都不會(huì)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(huì)看到葡萄糖隨著血液流經(jīng)腎小球時(shí)可以透過(guò)毛細(xì)胞血管壁，濾過(guò)到腎小囊腔中形成原尿，但在流經(jīng)腎小管時(shí)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(wú)機(jī)鹽、尿素，學(xué)生會(huì)看到這幾種物質(zhì)在腎小球中可以透過(guò)毛細(xì)胞血管壁，濾過(guò)到腎小囊腔中形成原尿，但在流經(jīng)腎不管時(shí)，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(guò)備課助手中的三維動(dòng)畫(huà)，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(guò)作用和腎小管的重吸收作用的相關(guān)知識(shí)，在突破本節(jié)課的難點(diǎn)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(shí)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(kāi)展和實(shí)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(lái)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(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)吸收知識(shí)。這種教學(xué)模式的顯著特點(diǎn)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(dú)立思考能力。如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中跳一跳能摘到桃子，對(duì)于一些重點(diǎn)知識(shí)和難點(diǎn)知識(shí)，教師需要給學(xué)生適時(shí)點(diǎn)撥，并做好知識(shí)的鋪墊及提供解決問(wèn)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(gè)智能工具，適當(dāng)點(diǎn)撥學(xué)生的思維，那么學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過(guò)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(guò)及在腎小管中的重吸收過(guò)程，這個(gè)難點(diǎn)就很容易突破，學(xué)生學(xué)得輕松，同時(shí)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(huì)運(yùn)用到課堂教學(xué)中，必將對(duì)教育教學(xué)改革帶來(lái)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(shí)代，充分發(fā)揮智能工具為教學(xué)帶來(lái)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(kāi)發(fā)資源，提高課堂教學(xué)效率，真正實(shí)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(lái)，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(yàn)、知識(shí)構(gòu)建和知識(shí)創(chuàng)新，教師在信息技術(shù)應(yīng)用這條路上學(xué)無(wú)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(zhuān)項(xiàng)課題“智能化學(xué)習(xí)工具輔助中學(xué)生物教學(xué)的實(shí)踐研究”階段性成果。課題編號(hào)：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

[2] 江蘇風(fēng)凰科學(xué)技術(shù)出版社.義務(wù)教育教科書(shū)八年級(jí)生物（上冊(cè)）2012.6