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【云端帮扶】第20期多AI工具协同赋能高中生物单元教学的实践研究——以“走进细胞”为例

发布时间：2026-11-07 07:10:30 最近访问：2026-11-07 07:10:31

张静薇，天津市蓟州中学教师，承担高中生物学科教学工作。深耕课堂革新，曾获校级同课异构“课堂革命”一等奖、校级中青年教师课堂革命教学大赛一等奖。所带班级在期中、期末统考中成绩优异，取得年级一等奖。同时积极投身教研活动，作为关键成员参与市级生物学科《单元整合破难点 AI实证促提升》专项教研活动，活动圆满取得成功。

多AI工具协同赋能高中生物单元教学的实践研究

——以“走进细胞”为例

摘要：本研究针对乡村高中，以人教版高中生物必修一“走进细胞”单元为例，将人教智慧教学平台、飞象老师、WorkBuddy、NOBOOK等多种AI工具组合，构建全流程协同教学模式。实践发现，该模式能解决生物知识微观抽象、实验受限等教学痛点，落实单元结构化教学，培育核心素养。本研究证实，多AI协同教学适合乡村生物课堂，后续可向全单元推广，并优化轻量化交互方案。

关键词：多AI工具协同；单元整体教学；希沃白板；飞象老师

一、研究背景与研究价值

（一）研究背景

随着基础教育数字化转型不断深入，生成式AI、虚拟仿真、大数据学情分析等技术慢慢进入中小学课堂。这些技术改变了传统学科教学的方式，推动教学从“知识本位”转向“素养本位、数据赋能、深度学习”。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出，生物教学要借助现代信息技术，解决学科内容微观、抽象、实验条件受限这些老问题，构建“教-学-评”一体化的素养课堂^[1]。已有的研究也表明，合理使用AI工具，能有效应对生物概念抽象、课堂探究深度不够、课本实验难开展等困难。通过多种AI工具协同配合，可以帮助课堂实现深度学习。

根据对现有的AI生物教学研究，目前多数研究只关注单一AI工具的应用。有的研究只分析某一节课，有的研究停留在纯理论层面，针对多AI工具协同教学的研究很少，针对单元整体教学设计的研究也很少。单一AI工具的应用容易碎片化、流于形式，而多AI工具协同教学不一样，它能覆盖备课、课堂探究、实验操作、知识建构、学情评价、课后巩固等教学全过程。这样一来就形成了一个闭环式的智慧育人体系，更适合乡村高中课堂改革的需求。

（二）研究价值

多AI工具融合教学有理论价值和实践价值。理论方面，它丰富了AI赋能高中生物单元整体教学的研究成果，这为生物学科的数字化课改提供了实证支撑。实践方面，我们用到了多种AI技术手段。通过虚拟仿真实验平台、智能交互课件网页、AI思维导图构建、大数据诊断这些手段，能有效弥补传统生物课堂的不足。人工智能融入到了教学全过程。这种模式有较强的示范性和推广价值。

“走进细胞”是高中生物必修一的第一个单元，有启蒙作用，有助于帮助学生构建生命观念、学科认知体系，养成科学探究思维。这个单元的知识有微观性、逻辑性和系统性的特点，而传统的教学模式很单一，板书讲授、静态课件展示、纸笔刷题这些方式难以适配新课标的要求。新课标要求结构化、情境化、素养化。所以我们要依托多AI工具开展单元整体融合教学。这顺应了生物学科数字化改革的趋势。这也能落实核心素养的育人目标。

二、核心概念与研究设计

（一）核心概念界定

1.多AI工具协同教学

多AI工具协同教学是一种教学模式。本研究依托多款人工智能教学工具，这些工具的特点是轻量化、高适配、易落地。教学紧扣生物单元整体目标，也紧扣学生学情特征，利用不同的AI工具赋能教学的不同环节^[2]。单一AI工具的应用容易流于浅层炫技，而多AI工具协同教学模式不一样，它强调“工具服务教学、技术赋能素养”。我们使用的工具有这些：人教智慧教学平台是官方资源平台，豆包和Deepseek是生成式AI，飞象老师用来制作交互课件，WorkBuddy负责答题数据统计和学情台账，NOBOOK是虚拟仿真AI实验平台，MindSea是AI思维导图工具。这些工具都是轻量化的，它们覆盖了备课、实验、授课、评价、总结、作业等不同环节，这样就能实现AI工具与生物单元整体教学的深度融合。

2.单元整体结构化教学

单元整体结构化教学以新课标核心素养目标为导向，打破单课时碎片化教学的局限性，立足单元整体知识体系。该模式聚焦解决学生知识零散、逻辑混乱、易错点混淆的学情问题，通过结构化梳理、层级化建构、系统化复盘，引导学生搭建完整的单元知识框架，提升学生整体认知水平和科学思维能力。

（二）研究设计

1.研究思路

本研究立足县域乡村高中的真实学情，遵循“痛点梳理—模式构建—实践落地—成效验证—问题反思—优化提升”的思路。第一步是梳理教学痛点。我们分析了学情数据，通过教研共同梳理了“走进细胞”单元的传统教学痛点。第二步是构建教学模式。我们结合了学界现有的研究成果，构建了多AI工具全流程协同教学模式。第三步是验证与优化。我们开展了教学实践，收集了课堂实时反馈，通过数据统计分析等方式来验证成效，再进一步优化和提炼。

2.研究方法

本研究主要采用文献研究法、行动研究法、数据分析法等多种研究方法，保证研究真实性与科学性。

3.AI工具应用总体架构

本研究根据乡村高中的硬件条件和师资水平，挑选了多种AI教学工具。这些工具轻量化、高适配。我们搭建了覆盖课前、课中、课后的全流程协同应用架构，各种AI工具分工明确，互补联动。

课前阶段，我们用人教智慧教学平台完成学情研判和优质资源储备。再用Deepseek配合飞象老师，协同完成交互课件的一体化定制开发。

课中阶段，利用希沃白板配合飞象老师的交互课件。让学生用课件完成闯关、填空和实验记录。同时搭配人教智慧教学平台的微课、NOBOOK虚拟实验进行可视化探究。

课后阶段，教师将导出的学生答题数据上传到WorkBuddy，让它根据数据完成可视化学情评价，有助于打造分层育人体系。

整套架构不追求形式化的技术叠加，而是聚焦破解真实教学中的痛点，形成了一个“资源赋能-课堂提质-评价精准-素养落地”的闭环智慧教学体系，完全适配乡村高中生物的单元教学场景^[3]。

三、多AI工具协同融入“走进细胞”单元教学的实践路径

（一）AI赋能前置备课设计

本单元备课环节不再使用传统的经验式备课模式，而是利用多款AI教学工具来备课。例如豆包、Deepseek、飞象老师、WorkBuddy、希沃白板等，同时还结合了人教智慧教学平台，让备课方式变得智能化、精准化、校本化。备课主要围绕资源筛选、学情研判、目标确立、框架搭建四个维度展开，解决了传统备课学情模糊、资源适配度低、目标笼统、体系碎片化的痛点问题，同时为单元整体教学筑牢了基础^[4]。

1.人教智慧教学平台平台资源本土化筛选

依托人教智教双师课堂平台开展权威资源精准筛选与本土化适配，打破传统备课资源杂乱、同质化、脱离乡村学情的问题。结合“走进细胞”单元新课标要求与本校学生基础薄弱、初高中知识衔接断层、微观知识理解困难的校本学情，精准筛选平台官方课标解读、名师双师导学微课、单元重难点课件、前置预习题库、细胞学说科学史拓展素材、显微实验规范操作示范视频等权威优质资源。同时剔除超纲、难度偏高、适配性差的冗余内容，重点留存原核与真核细胞对比、生命系统结构层次辨析、高倍显微镜实操三大核心模块资源，结合本校教学进度与学生认知水平完成资源精简、归类整合，形成适配乡村高中的单元专属优质资源库，实现国家级智慧资源初步校本落地。

2.AI辅助分析教学内容及学情（豆包+Deepseek）

我用豆包AI完成系统化的学情研判和教学内容梳理，精准定位了教学痛点和重难点。具体做法是先输入了本校高一学生的生物基础、认知特点、课堂短板等校本学情数据，指令AI梳理单元知识架构。精准研判学情特征如下：高一学生初中已掌握细胞基础常识，但知识是碎片化的，没有形成生命系统结构化认知，逻辑归纳和知识整合能力薄弱。学生对原核、真核细胞结构差异容易产生迷思概念，对生命系统层级辨析也容易产生迷思概念，显微实验实操是零基础，操作规范性差。且高一学生具象思维占主导，对微观抽象知识理解困难。同时用豆包AI拆解单元教学内容，梳理核心知识点、高频易错点、教学重难点，明确了单元教学的核心瓶颈。

我用Deepseek深化学情分层分析，也用它优化教学内容适配。结合本校平行班的前置预习答题数据，还结合了课堂常态表现，利用Deepseek智能生成学情分析报告，精准区分三类学生。这三类是学困生、中等生、优等生。报告呈现了他们的知识短板和能力差异。针对学困生的问题，我梳理了基础识记内容。他们的问题是概念混淆、基础薄弱。针对中等生的问题，我提炼了对比辨析要点。他们的问题是逻辑混乱、知识迁移弱。

针对优等生的拓展需求，我生成了细胞科学前沿拓展素材。这些工作为后续教学提供了核心依据，可以用于分层教学、精准育人、交互课件定制（图1）。

3.AI辅助确立本单元教学目标（豆包+Deepseek）

教学内容分析和学情分析结果明确之后，结合新课标核心素养，利用豆包和DeepSeek协同,教师根据实际学情修改完善后确定四维核心素养教学目标。

（1）生命观念：学生能辨析病毒、单细胞生物、多细胞生物的生命活动特点,区分原核细胞与真核细胞的异同，阐明细胞的统一性与多样性，结合蓟州本土生态情境资料、显微观察结果及细胞结构对比图表，能准确建立“结构决定功能”观念，构建“细胞是最基本生命系统”的结构化认知

（2）科学思维：学生能梳理细胞学说建立的时序脉络，归纳细胞学说核心观点，对比辨析原核细胞与真核细胞的结构差异，厘清不同生命系统层次逻辑关系，通过对比、归纳、实证的思维方法，厘清细胞的统一性与多样性，能够辨析概念迷思，形成严谨的逻辑推理能力。

（3）科学探究：学生能独立规范操作高倍显微镜，小组合作观察不同细胞形态、记录实验数据，展示探究成果，通过NOBOOK虚拟实验平台、人教智教拓展资源、希沃投屏批注展示、飞象课件探究任务，能够完整表述探究过程，依据观察证据得出结论，修正自身认知误区。

（4）社会责任：学生能基于蓟州本土湿地、山林微观生命的探究体验，尊重细胞学说发展历程中的科学史实，树立实证求真的科学态度，结合单元数字化探究学习活动、AI辅助学习资源，能够规范使用数字化学习工具，理性看待AI生成的学习素材，认同细胞层面的生命多样性，形成敬畏本土微观生命的科学意识。

4.AI赋能构建单元整体教学框架

整合多AI工具优势，创设单元教学的核心情境：观察蓟州微观生命秘境——天津蓟州盘山、八仙山、于桥水库湿地等独具特色的本土生态景观，探寻细胞构建丰富多样的本土生命世界的奥秘。将该情境贯穿于整个教学设计中，通过“核心问题—驱动问题—子问题串”的阶梯式问题体系，四个大问题分别对应四大探究任务，每个任务拆解形成对应的子问题串和相应的具体活动，具体设计（图2）。如下:

5.AI工具实现课堂活动互动（希沃白板、飞象老师、NOBOOK）

依托飞象老师生成三大课堂探究交互模块（图3），生成适配本单元的正误闯关、分层填空、细胞结构辨析标准化页面，将生成好的交互网页插入到希沃白板中，同步在希沃白板内置NOBOOK虚拟实验平台，配套电子观察记录表，适配教室大屏展示，学生可在界面完成各部分探究任务。

（二）AI多维联动上课环节

1.教学活动过程：

（1）任务一：梳理生命和细胞的关联，建立单元整体认知。

活动1：学生先观看人教智慧教学平台双师课堂名师情境导学微课，如下（图4）：

利用飞象老师定制交互网页制作“生命形式与细胞关系”正误闯关练习网页，如下（图5）：

借助希沃白板中嵌入刚刚飞象老师生成的HTML互动网页，如下（图6）：

通过希沃白板拖拽分类功能，自主区分无细胞结构、单细胞、多细胞生命的代谢特征，直观验证不同生命对细胞的依赖程度，如下（图7）：

活动2：学生依托飞象老师生成的分层对比课件（图8），自主梳理动物、植物、单细胞生物的生命系统层次，当堂引导学生完成层级填空、错题修正，小组互评完善知识体系，规避层次混淆迷思概念。

（2）任务二：梳理细胞学说发展史，总结科学探究思维。

活动1：教师为学生调取人教智教平台细胞学说科学史拓展资源，结合豆包、Deepseek梳理的时序框架，让学生在希沃白板课堂互动活动中自主拖拽匹配科学家、实验过程与研究结论，完整还原细胞学说构建历程，如下（图9）：

活动2：学生梳理科学史探究逻辑，结合课堂素材自主总结归纳、实证求真、迭代完善的科学思维，完成课堂思辨小结，同时让学生当堂完成飞象老师定制交互课件中的“细胞学说”易错判断练习（图10），落实学科素养培育。

（3）任务三：显微观察对比细胞，借助导图整合单元知识

活动1：学生利用NOBOOK虚拟实验平台（图11）,独立完成高倍显微镜的全流程操作。包括取镜、对光、调焦、观察,依次观察不同细胞的微观形态，如下（图12）：

图11

图12

在飞象老师的交互课件中自主对比记录,记录细胞的形态和结构特征,完成实验探究报告，如下（图13）：

活动2：学生利用飞象老师交互课件完成闯关练习（图14）。练习内容是原核与真核两类细胞的结构对比,通过希沃白板批注和对比投屏功能，自主标注核心差异结构,标注细胞核、细胞器等。小组讨论结构与功能的适配关系,突破微观认知难点。

2.课堂小结

课堂收尾和课后复盘环节，我们用了MindSea脑海AI思维导图（图15）,以全套阶梯式问题链为线索，完成单元知识体系的闭环建构，坚持“学生自主梳理为主、AI辅助优化为辅”的原则。先让学生围绕单元教学，整体手绘知识框架，复盘各问题对应的探究结论和核心知识点，再借助AI生成标准化单元导图。引导学生自主对比查漏补缺，修正逻辑偏差，标注个人问题误区，最终整合形成结构化知识体系。

（三）课后AI精准评价与教学反思

1.数据化即时学情评价

采用教学评一体化模式，利用AI工具如豆包，提前生成多元评价量表，包含过程性评价和终结性评价^[5]，具体设计如下（图16）：

将飞象老师交互课件产生的作答数据文件上传到WorkBuddy，让系统研究归纳全班答题记录，统计班级整体正确率、高频错题、各层次学生知识盲区，自动生成可视化学情报表。之后教师利用此数据集中展开复盘、推送分层巩固习题，实现“以评促教、以评促学”。

2.教学反思与优化

这次多AI工具协同的教学实践过程，有效破解了传统教学微观知识抽象、实验落地困难、课堂互动不足、评价单一的痛点。AI赋能备课大幅提升了教学的针对性和精准度。多工具联动课堂有效激活了学生的探究积极性。数字化评价实现了因材施教。但通过研究发现实践中仍存在一些问题。部分学困生对AI工具依赖度较高，他们的自主梳理能力不足，课堂AI探究环节的时长把控不够精准。后续会进一步优化AI分层任务设计，强化对学困生的AI使用规范指导，细化课堂环节的时长分配，持续完善多AI协同教学模式，推动人工智能与高中生物单元教学深度融合。

四、实践成效与反思

（一）实践成效

本研究依托多AI协同教学模式开展“走进细胞”单元实践，成效集中体现在学生、课堂、教师三方面：

1.学生学习提质，核心素养落地

希沃白板配合飞象老师的交互式网页、MindSea思维导图等工具的应用搭建了结构化知识框架。这有效改善了学生知识碎片化的问题，也改善了概念混淆的问题。NOBOOK虚拟实验弥补了乡村实验器材的不足，学生可以直观观察微观细胞，具象理解抽象难点。分层交互任务和WorkBuddy数据化评价适配了不同水平的学生,希沃白板的课堂闯关和拖拽互动大幅提升了课堂参与度，让学生归纳、实证的科学思维得到了锻炼。

2.破解传统教学痛点，形成教学闭环

课前AI协助备课、课中多AI工具联动、课后WorkBuddy数据诊断，构建“教—学—评”一体化智慧课堂。单元教学框架利用本土情境和阶梯问题，解决生物知识微观抽象、实验难开展、评价单一的固有教学短板。

3.教师数字化教学能力提升

通过利用多AI工具，让备课耗时大幅压缩。教师可以依托平台的多维数据客观研判学情，告别了仅凭经验判断学生短板的模式。在实施过程中教师熟练掌握了多AI协同设计思路，形成了可复制的数字化单元教学范例。

（二）实践反思

1.存在问题

（1）学困生自主梳理能力弱，存在AI依赖，现有弹窗约束力度有限；

（2）飞象老师交互课件、NOBOOK虚拟实验多工具同步加载，易出现校园网络卡顿；飞象老师作答数据同步至WorkBuddy存在轻微延迟，影响实时课堂数据查看；

（3）当前分层仅依据答题难度划分，缺少针对实验、逻辑思维短板的个性化任务。

2.优化策略

（1）优化WorkBuddy数据同步通道，降低答题数据传输延迟，实现课堂实时学情查看；

（2）课前预加载实验资源，拆分基础必做、拓展选做任务，兼顾快慢节奏学生；准备纸质任务单应对设备故障；

（3）新增思维、操作类分层标签，依据多维学情推送专项训练，实现精准个性化辅导。

五、结论与展望

研究证实，多AI协同教学模式适配乡村高中生物单元教学。这个模式覆盖课前、课中、课后。相较于单一AI的碎片化应用，这个模式的育人成效更全面，具备推广价值。但同时需注意教学过程必须坚守“学生主体、AI辅助”的核心原则，利用希沃白板配合飞象老师、NOBOOK虚拟实验平台能大大提高是生物课堂的效率，后续可将本模式用于推动数字化教学在生物课堂常态化落地。