摘要：随着人工智能技术的迅猛发展与教育领域的深度融合，高等教育的教学模式正经历着深刻变革。本文以“生物化学与分子生物学”这一生命科学核心课程为研究对象，针对其知识体系庞杂、概念抽象、理论与实践联系紧密等特点，以及传统教学中存在的学生参与度低、教学手段单一、评价体系固化等挑战，系统探讨了AI 技术赋能课程教学改革的路径与实践策略。

关键词：人工智能；生物化学与分子生物学；教学改革；智慧教学

一、引言

“生物化学与分子生物学”是生命科学、医学、农学、食品科学等诸多专业的基石课程。它从分子水平阐释生命现象的本质，涵盖了生物大分子的结构功能、物质代谢与能量转换、遗传信息的传递与调控等核心内容。该课程不仅理论性强、知识点密集、逻辑链条长，且许多过程发生于微观层面，抽象难懂。特别是中心法则、信号转导、代谢网络调控等动态、复杂的知识模块，对学生的抽象思维和系统整合能力提出了极高要求 [1]。

然而，传统的“生物化学与分子生物学”教学多依赖于“教师讲、学生听”的灌输式模式，辅以有限的验证性实验 [2]。这种模式存在明显弊端：首先，抽象的概念和复杂的代谢途径难以通过语言和静态图片充分展现，导致学生理解困难，学习兴趣衰减；其次，教学节奏统一，难以顾及学生个体间的认知差异[3]，容易出现“两极分化”；再次，实验教学受限于场地、设备、成本和安全性，难以开展综合性、设计性实验，学生实践创新能力培养不足；最后，教学评价多以期末笔试为主，难以全面、客观地反映学生的学习过程、知识应用能力及科学素养。

人工智能技术的崛起为破解上述困境提供了强大助力。AI 在教育领域的应用，正从辅助工具向核心驱动转变。AI 能够实现对学习行为的深度分析、对知识结构的可视化重构、对实验过程的模拟仿真以及对学习效果的精准评估。因此，将 AI 技术系统性地融入“生物化学与分子生物学”课程教学，不仅是技术发展的必然，更是提升教学质量、适应新时代人才培养需求的迫切要求[4-5]。

二、“生物化学与分子生物学”课程教学现状与挑战

知识抽象与认知门槛高：课程涉及蛋白质空间结构、DNA 复制、转录、翻译、酶动力学、代谢通路等大量微观、动态过程。学生缺乏直观感受，难以建立有效的心理模型，往往陷入“死记硬背”的困境。

教学内容更新迅速：生命科学领域研究日新月异，新的发现和技术（如 CRISPR 基因编辑、单细胞测序、蛋白质组学）不断涌现。传统教材和教学大纲更新周期长，导致课堂教学内容与学科前沿存在脱节。

教学方法和手段单一：尽管多媒体课件已普及，但本质上仍未脱离线性讲授的模式。师生互动、生生互动不足，学生被动接受知识。

实践教学环节薄弱：由于实验条件限制，实验课多以验证为主，缺乏探索性和设计性，制约了学生科研素养的培养。

评价体系片面化：“一考定乾坤”的终结性评价占据主导地位，无法科学评估学生的综合能力，且过程性评价缺乏科学的分析工具。

三、AI 赋能教学改革的核心路径

AI 技术的引入，旨在构建一个“数据驱动、智能导学、虚实结合、多元评价”的新型教学生态系统。

（一）教学内容的智能化重构与动态更新

知识可视化与交互探索：利用 AI 和三维建模技术，开发生物大分子（如蛋白质、DNA）的交互式 3D 模型库。学生可通过旋转、缩放、高亮特定结构域等方式，直观理解其空间构象与功能关系，化抽象为具体。

知识图谱与个性化学习：构建“生物化学与分子生物学”课程知识图谱，清晰标注概念间的关联。AI 系统根据学生的视频观看时长、习题正确率、搜索关键词等数据，精准定位其知识薄弱点和兴趣点，实现“按需学习”和“前沿拓展”。

（二）教学资源的平台化整合与智能管理

构建统一的 AI 赋能智慧教学平台（如基于超星学习通、雨课堂的深度定制），整合以下资源与工具。

1. 资源库：集成的视频、课件、3D 模型、虚拟实验、习题库、前沿文献库。

2. 智能工具：AI 助教、思维导图自动生成器、文献摘要工具、数据可视化工具。

3. 协作空间：支持小组在线讨论、文档协同编辑、项目进度管理。

该平台利用 AI 算法进行资源标签化和管理，根据教学进度和学生需求智能推荐资源，打破资源孤岛，实现高效利用。

（三）教学评价的多元化与过程化实现

AI 系统可自动评价学生的线上预习情况、课堂互动（如弹幕、投票、提问）、章节测验、虚拟实验操作规范性等，形成连续性的学习档案[6]。对于客观题，AI 可实现即时批改与反馈。对于主观题和简答题，利用自然语言处理技术进行语义分析，评估答案的知识点覆盖度和逻辑性，并提供修改建议。在虚拟实验和 PBL 项目中，AI 可评估学生的实验设计能力、数据分析能力、问题解决能力和协作能力。通过多维度数据融合，生成综合性的学习分析报告，为教师调整教学策略和学生自我改进提供科学依据。

（四）教学评价

教学评价可利用AI 软件实现虚实结合的过程评价（系统自动记录预习完成度、课堂互动参与度、虚拟实验报告得分）和项目评价（教师与 AI 共同评价课后项目报告，AI 负责检查格式规范性和数据准确性，教师评价其科学逻辑和创新性。

结语

在 AI 时代背景下，对“生物化学与分子生物学”课程进行教学改革已不再是可选项，而是必然趋势。本研究构建的以 AI 技术为驱动、以学生发展为中心的教学改革框架，旨在通过内容重构、方法创新、资源整合与评价改革，彻底改变课程的传统面貌。实践证明，AI 的赋能能够显著提升教学效率与学习体验，使抽象知识变得生动可感，使统一教学走向个性精准，使单一评价变为全面综合。当然，改革过程中也会面临技术整合难度、教师 AI 素养提升、数据隐私伦理等挑战。未来，需要教师、技术人员和管理者协同努力，不断探索与优化，才能真正将“生物化学与分子生物学”课程建设成为培养未来生命科学创新人才的坚实平台。

参考文献

[1] 徐忆竹 , 陈美娟 . 生物化学与分子生物学教学改革 [J]. 药学教育 ,2024,40(04):33-37.

[2] 钟丹 , 申晓冬 , 高敏 , 等 . 云班课在生物化学与分子生物学实验教学改革中的应用探索 [J]. 生命的化学 ,2021,41(07):1536-1541.

[3] 唐勋 , 吴兵 , 张宁 , 等 . 运用人工智能的基础生物化学混合式教学实践与评价 [J]. 湖北第二师范学院学报 ,2025,42(08):56-61.

[4] 张鹏程, 阮海华.AI 融入生物化学教学的探索与实践[J]. 生命的化学 ,2025,45(07):1323-1330.

[5] 周臣 , 雷莹 , 张小玲 , 等 . 信息时代下的教学改进与探索——以动物分子生物学实验为例 [J]. 畜禽业 ,2025,36(04):41-44.

[6] 李忠浩 , 王海凤 , 刘春阳 , 等 . 人工智能赋能分子生物学教学的应用与实践[J]. 中国生物化学与分子生物学报,1-14.

基金项目: 浙江省中华职业教育科研项目（ZJCV2024A35）：工匠精神融入劳动教育推动学生核心素养形成路径研究；宁波市教育科学规划课题（2024YGH068）：产教融合视域下“OBE+ 数字化改革”的教学探索与实践。