数智技术在初中生物学作业设计与实践中的应用

 

金爱群
上海市奉贤区实验中学

摘要：数智技术在教育领域的应用受到越来越广泛的关注,其核心集中在如何利用数智技术提升教育质量。利用数智技术提高作业设计的质量,是落实“双减”政策的关键。本文从大数据赋能下的作业设计出发,阐述了“双减”背景下基于数智技术的作业优化设计意义,介绍了数智技术在初中生物学作业设计与实践中的应用,以期为数智技术在基础教育领域作业设计中的应用提供借鉴。

2021年4月,教育部办公厅《关于加强义务教育学校作业管理的通知》指出:“针对学生不同情况,精准设计作业,根据实际学情,精选作业内容”。同年7月,中共中央办公厅、国务院办公厅联合发布《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》提出:“全面压减作业总量和时长,减轻学生过重作业负担”的目标。《通知》和《意见》均对作业设计和管理提出了新的要求。因此,如何设计具有针对性、精准性的个性化作业,减轻学生作业负担,提升作业质量,成为当前基础教育界普遍关注的问题。

1 研究意义

随着人工智能和数据技术的不断发展,运用大数据多维度分析学生作业数据和作业行为,提升作业设计的针对性备受关注。2022年“推进教育数字化”首次写入了党的二十大报告，标志着教育数字化正式成为国家教育改革发展的重要举措。2025年4月,教育部等九部门《关于加快推进教育数字化的意见》指出:“坚持数字赋能,推动教育理念、教学模式和教育治理整体性变革。”。数智化作业其意义不仅在于数智技术工具的应用,更在于对教育模式、学习方式和育人目标的深层变革。利用大数据,分析作业类型、作业内容、作业结构、作业难度以及作业时间等要素,根据学生实际、学科特点、统筹作业要求,实现对作业高效、精准设计与管理。通过数智赋能,实施动态调整,增强作业内容的针对性和精准性,避免无效重复,满足不同学生的学习需求,确保每个学生都能在作业中得到适合其能力发展的机会,实现“减量增效”。

2 数智化作业设计路径与策略

2.1 利用数智技术,提升作业设计质量

利用数智技术设计作业,可精准锚定目标、即时反馈学情、个性适配路径并直观呈现数据,学生能在获取知识的同时提升数智素养,并锻炼创新思维与问题解决能力。教师可依据教学内容的特点,灵活选用相应的数智工具(如Scratch图形化编程)来设计作业。

以以“消化导游”互动模型为例,展示利用数智技术设计作业的具体操作路径:①提供模板:教师提供的半成品模板中预先放置好“如果……那么……”积木框架,学生只需修改判断条件和提示文本。例如：若点击肝脏后出现“肝脏储存胆汁”,则弹出提示“错误!肝脏分泌胆汁,但不储存,胆汁储存于胆囊”。②学生完成三项任务：填写消化器官的“结构+功能”(如胃、小肠、肝脏)；在胃和小肠中解释“为什么胃能消化蛋白质”“为什么小肠是主要的吸收场所”；为肝脏设置纠错提示(例如：错误说法“肝脏产生消化酶”,正确提示“肝脏分泌胆汁,帮助消化脂肪”)。③提交与互评：保存文件并上传。互评表检查：结构+功能、原理解释、纠错是否有效,填写优点与建议,根据反馈修改后重新提交(成果分享)。④综合评价:其中30%的分值评价脚本流畅度与交互完整性,实现学科与数智技能融合。

2.2 利用数智技术,丰富作业资源类型

利用数智技术可以设计出更贴近初中生生活经验的丰富作业类型,拓展传统纸笔作业以外的资源形式。

例如跨学科作业,学生可利用在线交互式地图工具(如Zoom Earth)查看本地近十年不同季节的卫星云图与气温变化,并结合对常见鸟类或植物分布的观察,分析气候对生物的影响,并提出保护建议。又如,项目式作业,借助在线生态模拟器(如PhET自然选择模拟器),学生可构建食物链或模拟进化过程,通过调整参数观察物种数量波动,从而理解能量流动与自然选择的规律。再如,情境化作业,在“基于AI的青少年亚健康干预计划”中,学生使用手机自带的健康应用(如iPhone健康、华为运动健康)或免费计步软件,记录一周的步数与睡眠时长,评估自身健康状况并制定改进目标。

上述数智化作业将探究、实践与项目学习融为一体,帮助学生在真实任务中综合运用多学科知识,提升问题解决能力。

2.3 利用数智技术,实现作业分层设计

教师可依据学校实际,选用钉钉、企业微信、腾讯课堂等支持作业分发的平台,也可选用基于微信小程序的“班级小管家”。

以“班级小管家”为例,展示分层作业的布置方式。在“食物链与食物网”主题中,平台可同时发布三个层次的作业(表1)。

层次	任务内容	适合谁
基础型	画出一条简单的食物链(如“草→蝗虫→青蛙→蛇”),标出谁是生产者、消费者、分解者	刚学完新课,需要巩固基础的学生
提高型	选择一条食物链,假设食物链中某种生物(如青蛙)消失,推测能量流动如何中断,其他生物数量会怎样变化?把你的推测写下来	已经掌握基本概念,想挑战自己理解力的学生
拓展型	分析下面生物之间的捕食关系:草、昆虫、青蛙、鸟、蛇、鹰。尝试写出至少三条不同的食物链,并说明它们如何连成一张“食物网”	学有余力,喜欢综合分析的学生

依托数智平台,教师能便捷地设计差异化作业,学生根据自身水平自主选择任务层级,真正实现因材施教,促进每位学生在原有基础上获得发展。

2.4 利用数智技术,创设跨学科作业

跨学科作业能够打破学科界限,促进学生综合运用多学科知识解决真实问题,培养系统思维与创新素养。利用Microsoft Excel、智能手机等数智工具可以有效支撑此类作业的设计与实施。

以“酸奶发酵制作”任务为例,引导学生用Excel和手机记录温度数据、计算平均值并生成折线图,具体操作路径如下：①提供模板：教师预置Excel半成品表格,包含时间列(0—6 h)、温度记录列、平均温度计算格及折线图占位框，降低技术门槛。②学生完成三项任务：制作酸奶并检测发酵前后pH变化；每小时,自动计算平均值并生成折线图；在表格中回答思考题。③提交与互评：保存Excel文件及酸奶成品照片、pH对比图并上传。互评表检查：温度数据完整(≥5次)、折线图正确、pH有前后对比、思考题有多学科分析。填写建议,修改后重交。④综合评价：评价数据记录与图表正确性,评价装置设计、酸奶成品及跨学科解释深度,实现跨学科与数智技能融合。

3 数智化作业设计发展前景与机遇

党的二十大明确提出要加快推进教育数智化,教育部发布的《教师数智素养》标准也鼓励教师借助数智技术创新教学模式。在此背景下,应丰富数字教育资源形态，构建沉浸式的教学空间，构建人机协同的教学新模式。教师应积极运用大数据、人工智能等技术手段,提升作业的智能化水平,以促进学生高阶思维的发展。在教育数字化已上升为国家战略的背景下，数智化作业在初中生物学教学中的应用存在巨大潜力，亟需进一步丰富和研发数智作业资源形态，努力构建沉浸式教学空间与人机协同模式,在提升作业质量、切实推进“双减”的同时，使数智化作业服务于学生高阶思维与问题解决能力的发展。

来源：金爱群.数智技术在初中生物学作业设计与实践中的应用[J/OL].生物学教学,1-2[2026-05-23].https://link.cnki.net/urlid/31.1009.g4.20260521.1107.006.