高中生物课上，细胞代谢、基因表达和生态系统稳定等概念比较抽象、系统，学生往往不能很好地建立具体认识，在学习时容易遇到困难。伴随着教育数字转型的进行，AI由于它优秀的生成以及互动能力，在打破这种困境上起着重要的作用。把AI与生物概念进行可视化相结合可以重塑知识的展现形式促使学生由被动接收转变成主动探究促进高中生物教学向着更加科学并且有趣的方向发展。

一、AI辅助高中生物学复杂概念可视化教学的价值

根据认知负荷理论，学习者的脑容量是有限的，过多抽象信息的涌入会引发认知超载。高中生物中的“光合作用过程”、“有氧呼吸三阶段”等概念涉及多步骤、多物质转化的动态过程，传统教学中静态的流程图无法让学生理解各环节之间的联系。AI可视化的工具把复杂的过程分成了有序的动态模块，用不同的颜色区分物质种类，用箭头表示转化的方向，并且用进度条来显示反应的不同阶段，使得抽象的化学变化变得直观。学生在观察动态演示的过程中，可以逐渐建立概念之间的联系，避免浪费认知资源，帮助学生打破抽象概念所带来的学习障碍^[1]。

二、AI辅助下的高中生物学复杂概念可视化课堂教学策略

（一）基于AI动态建模，展示微观过程的时空关系

利用AI动态建模技术可以对微观世界中生物的变化做精准的时间、空间上的模拟，并把抽象的过程性知识变成具体的可视化信息。这样一种建模是依靠真实的生物学数据来进行的，能够把诸如分子运动、细胞分裂之类的过程在学生脑海中还原得非常真切。

例如，在新人教版高中生物必修一《分子与细胞》中的“有丝分裂”教学里，传统的教学方法大多使用静态图示来表现各个时期的细胞形态，学生不能很好地理解染色体行为的变化过程以及核膜、核仁的消失和重现过程。教师可以利用AI建模工具，用不同颜色的图形标识出染色体、纺锤体等结构，清楚地表明了间期DNA复制的过程，前期染色体螺旋化的过程，中期染色体排列在赤道板上的过程，后期着丝粒分裂的过程以及末期细胞缢裂的过程。学生可以调节播放速度，暂停某一时期来观察染色体的数量与形状的变化，在三维上也可以转动角度观看细胞内部构造的空间位置关系。在模型演示之后，教师让同学们画出有丝分裂各个时期的动态变化过程流程图，对比AI模型纠正自己所犯的错误认知从而达到准确地理解并掌握有丝分裂的主要特点和规律的效果。

（二）基于AI交互模拟的概念理解深度探究

用AI交互模拟技术可以建立一个可以操作并且可以调节的虚拟生物环境，学生通过与这个情境产生交互来主动去探究概念的意义以及外延。通过设置变量、观察现象并总结规律的过程，能够使学生由原来的被动接受变为现在的主动探究，并且让学生在探索的过程中加深对于复杂概念的理解，从而提高学生的科学探究能力。

例如，新人教版高中生物必修二《遗传与进化》中基因的自由组合定律的教学，学生常会感到非同源染色体上的非等位基因的自由组合的过程和比例关系难以理解。教师可以借助于AI交互模拟实验平台，例如Phet模拟实验的AI版。创设出一个虚拟的杂交实验情境来。学生从平台中选择一对具有两对相对性状的亲本（黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆），然后设置好亲本基因型之后，计算机自动生成配子生成的动画，并且展现同源染色体分开的过程以及非同源染色体自由组合的过程。经过一次次的操作和观察，学生可以自己总结出基因自由组合定律的本质，认识到“非同源染色体上的非等位基因自由组合”这一必要条件，比单纯记忆孟德尔实验结果更具有深度与持久性^[2]。

（三）基于AI概念图谱生成构建知识网络的系统关联

因为生物复杂概念之间有较强的关联性，所以构建出系统的知识网络是实现有意义学习的重要途径。AI概念图谱生成工具能根据概念之间的逻辑关系，自动生成有层次、有联系的可视化图谱，帮助学生理清概念脉络，弄清楚概念间从属、并列、因果等关系，把零散的知识点串联成知识网络。

例如，在新人教版高中生物选择性必修1《稳态与调节》“内环境稳态及其调节”这一单元的教学中，涉及了内环境的组成、神经调节、体液调节、免疫调节等众多复杂的概念，且概念之间相互纠缠。教师可以借助思维导图的工具让学生去用AI概念图谱的方式。确定“内环境稳态”的核心概念后，利用AI工具进行相关子概念的推荐，推荐出子概念有，“内环境组成(血浆、组织液、淋巴)”、“稳态调节机制(神经-体液-免疫调节网络)”、“稳态失衡例子(尿毒症、高原反应)”。学生根据教材中的内容选择和补充AI推荐出的概念，并且给概念之间建立联系，比如神经调节通过反射弧影响内环境、体液调节通过激素传输维持稳态。生成了图谱以后，学生们能够通过点击每一个节点去了解相关概念的具体阐释，并根据自己的学习情况对图谱内容不断地进行充实。通过建立该概念图谱来掌握内环境稳态调节的全貌框架，并且明白各个调节途径间的互相配合，从而不会单独去死记硬背单个的知识点，有利于提升学生对知识点的理解与运用能力。

结语

通过使用AI技术开展高中生物的复杂概念可视化教学，从而克服传统教学模式存在的问题并且提高课堂教学水平。其通过动态建模、通过交互模拟、概念图谱生成等策略把抽象的生物概念转变为直观易懂的视觉信息来降低学生的认知负担、加强学生对所学知识体系的认识，并引发学生主动探究的学习兴趣。实际教学时需要教师选择恰当的AI工具，并根据内容规划出相应的可视化课堂教学活动，在运用技术辅助教学的同时把握好教学的本质。随着AI技术的发展，在生物教学上它的应用越来越广泛，也越为学生培养生物素养以及推动高中生物教育创新发展提供了强有力的保障。

参考文献：

[1]徐思麒,温洋,周丽婷.智慧课堂辅助下基于真实情境的高中生物学教学设计[J].生物学通报,2025,60(03):30-33

[2]王苗苗.文献辅助教学法在高中生物学专题复习中的应用——以“新型冠状病毒疫苗的研制”为例[J].生物学通报,2023,58(05):15-19.