在当今数字化浪潮席卷全球的背景下,人工智能(AI)技术正以前所未有的速度改变着各行各业,教育领域亦是如此。生物学作为一门研究生命现象和生命过程规律的科学,其教学过程涉及大量复杂的数据处理、模型构建以及对生命现象的深入理解,传统教学方式在一些方面已难以满足现代教育的需求。作为生物教师,我将人工智能技术引入生物学课堂,不仅能为教学提供强大的技术支持,还能激发学生的学习兴趣,培养他们的创新思维和实践能力,推动生物学教育的变革与发展。
利用人工智能进行生物学模型构建。在小学科学课程教学中,笔者协同计算机教师,引导学生借助AI对自然界中生物种群增长模型进行模拟探究。通常而言,深入研究生物与环境之间的相互关系是一项极具挑战性的任务,其过程往往耗时且复杂,实验结果的获取需要历经漫长周期,这在很大程度上限制了学生对相关知识的快速理解和掌握。而AI计算模拟技术的引入,为解决这一难题开辟了崭新路径,它能够以高效、快捷的方式为学生提供实验结果,极大地提升教学效率与学习效果。
利用人工智能辅助学生阅读文献。在我校国际部高中的IB生物课程中,教师利用AI辅助学生进行学术论文的阅读与理解。以2023年诺贝尔生理学或医学奖的颁发为契机,师生共同探讨了mRNA疫苗的相关知识。首先,借助AI我们查询了该领域的关键历史事件及获奖者的重要学术论文,并据此下载了相关文献。然而,由于学生尚未接受系统的专业训练,他们在阅读过程中遇到了诸多困难,对于文献中的诸多细节难以准确把握。为此,我们将文献上传至AI系统,通过提出一系列针对性问题,例如“为何需要对mRNA核苷酸进行修饰”“采用了哪些方法进行修饰”“mRNA的运输机制是怎样的”等,AI便能够根据文献内容逐一提供精确答案。借助这一方式,中学生得以突破自身知识储备的局限,像博士生一样深入阅读并理解高难度的学术文献。
利用人工智能处理实验数据。在初高中阶段的科学实验课程中,教师引导学生借助AI进行实验数据的处理与分析。传统数据处理方法通常涉及将数据录入Excel表格,并运用其中一系列复杂函数操作以获得分析结果。然而,学生往往需要投入大量时间与精力去学习和掌握这些函数公式的具体位置及调用方法。随着AI的引入,学生只需要将包含实验数据的Excel表格上传至AI平台(或者把数据以文本或图片形式传送给AI),并明确告知其期望得到的分析结果类型,AI便能够迅速、准确地完成数据处理任务,并提供相应的分析结果,甚至包括直观的图表展示。这一过程极大地简化了数据处理流程,使他们能够将更多精力投入到对实验结果的深入探究与科学问题的思考中。
利用人工智能模拟制药。在生物制药选修课程教学中,我们以治疗慢性粒细胞白血病的格列卫(Imatinib)的发现历程为典型案例,引导学生深入探究生物制药领域中靶向药物的研究历史、作用机理以及生化本质。格列卫作为生物制药历史上首个靶向药物,其研发过程蕴含着丰富的科学内涵与创新理念,对于学生理解生物制药的核心要素具有重要意义。在教学中,引入分子对接技术,并借助AI的强大计算与分析能力,组织学生开展探究性学习,旨在寻找格列卫与靶酶结合的最优构象。通过这一实践过程,着重引导学生从“结构与功能相适应”这一核心视角出发,剖析基于结构的药物设计的底层逻辑。通过对格列卫与靶酶结合构象的优化探索,学生可以直观认识到药物分子结构与生物活性之间的内在联系,明晰制药过程中的生物化学本质,同时深入领会人工智能技术在小分子药物筛选环节的关键作用与独特优势。
引入AI辅助教学,可以打破传统教学的局限,为学生创造更加丰富、互动和个性化的学习体验。然而,我们也应认识到,在实际应用过程中还需要关注技术与教学的深度融合、教师专业素养的提升以及学生隐私保护等问题,以确保人工智能技术在生物学教育中的健康发展。随着技术的不断进步与教育理念的持续更新,人工智能有望在科学教育领域发挥更为关键的作用,助力培养更多具备创新思维与实践能力的生物学人才。
(作者单位系中国人民大学附属中学)
《中国教师报》2025年01月22日第11版
作者:和 渊