AI赋能核心素养导向下的“校园绿化设计方案”教学设计
张亚男 上海民办南模中学
摘要 本研究以“校园规划部招标书”为真实情境，引入“美丽校园设计顾问”与“AI生图大师”两个智能体作为学习支架，引导学生在校园植物配置与生态景观设计任务中，完整经历从问题发现、假设提出、方案设计、模拟实施到成果交流的探究过程。通过理性建构与创意表达的融合，借助直观图像激发学生对方案的反思与优化，形成“设计—呈现—反思—优化”的深度学习闭环，为人工智能在生物学探究教学中的深度应用提供了一个可操作的样例。
关键词 智能体 核心素养 校园绿化 跨学科 方案设计
AI-Assisted Inquiry-Based Lesson Design: Campus Landscaping.
ZHANG Yanan1 ZHONG Guilan2
(1 Shanghai Nanyang Model Private School, Shanghai 200032;
2 Shanghai Xuhui Education Academy, Shanghai 200231)
Abstract Based on the teaching design of “Developing a Campus Greening Plan” with AI support,this study created a real-world task—a tender notice from the Campus Planning Office—and introduced two AI agents, “Campus Design Advisor” and “AI Image Master,”as learning scaffolds. Students were guided through a complete inquiry process in campus plant configuration and ecological landscape design, from problem identification and hypothesis formulation to solution development, simulated implementation, and result presentation. By integrating rational design with visual feedback, students reflected on and iteratively improved their proposals, fostered a cycle of design, visualization, reflection, and refinement toward deeper learning. This study offers a concrete model for meaningfully integrating AI into inquiry-based biology teaching.
Keywords Intelligent Agents Core Competencies Campus Greening Interdisciplinary Solution Design
《义务教育生物学课程标准（2022年版）》倡导以学生为主体的主动学习，强调通过实践经历与探究性活动发展学生的核心素养。核心素养是学生在解决真实生物学问题时所展现的价值观念、必备品格与关键能力的综合体现，标志着教学目标从知识掌握转向了综合能力的培养。然而，常规教学往往侧重于抽象知识的传授，学生缺少将知识运用于复杂问题解决的真实体验，导致知识习得难以有效转化为核心素养发展。人工智能技术在创设真实学习情境、提供个性化探究支架等方面展现出独特潜力，为生物学实践教学注入了新的活力，[]为突破上述教学困境提供了新的可能。因此，如何将AI技术运用于指向核心素养培养的深度学习教学，构建以学生为中心的新型教学模式，成为当前教学变革的研究热点。
本文以沪教版初中生物学“生物与环境”单元评价内容的教学为例，设计了以“设计校园绿化方案”为载体的跨学科实践教学设计。通过创设“校园规划部招标书”这一真实情境，引导学生扮演生态设计师角色，并引入自主研发的“美丽校园设计顾问”智能体、AI生图智能体及植物识别类智能工具作为核心学习工具，支撑学生完成从实地勘察、方案设计到方案论证优化的完整探究循环。这一实践不仅回应了新课标对“探究实践”与“态度责任”素养的要求，更通过人机协同模式，为学生提供了将生物学知识与地理、美学等多学科知识综合运用于现实问题的平台。课堂实践中，学生借助智能工具，将多学科知识转化为兼具科学性与创造性的问题解决方案，在这一过程中实现了核心素养的提升。
1 教材分析与设计思路
本节课设计依据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中“生物与环境”主题的要求，聚焦“态度责任”与“探究实践”两大核心素养的培养。课程标准强调在真实情境中引导学生形成生态意识、参与环保实践，并能够运用生物学概念解决现实问题。[]在“生物学与社会·跨学科实践”主题下，特别注重引导学生综合多学科知识设计可行方案，落实“人与自然和谐共生”的生态理念。
“设计校园绿化方案”是七年级下册“生物与环境”单元的综合性评价任务，具有双重意义：既评价学生对“生态系统稳定性”“生物多样性”等核心概念的理解程度，又通过真实问题促进教学与评价的有机融合。具体而言，学生需要：运用生态学观点分析植物的合理配置；结合地理、美术等学科知识合理规划空间布局，兼顾功能与美观；在方案中体现环保理念，如选择本土植物、设计节水灌溉系统等，展现生态责任感。
本节课教学以“校园规划部招标书”为驱动性任务，构建AI支持的探究式学习模式。教学中引入两款关键的智能体：自制“美丽校园设计顾问”与通用“AI生图大师”，支撑学生在科学探究与创意表达中实现素养发展。“美丽校园设计顾问”帮助学生即时查询植物的生长习性、环境适应性与美学搭配原则等，将抽象的“生态观念”转化为设计方案中具体、科学的决策依据；“AI生图大师”则将文本方案转化为可视化实景效果图，激发学生的创造热情。更重要的是，当抽象的“生态性、功能性”理念变为眼前具体的图像时，学生能直观地审视其设计的合理性与美感，在“生成—评价—修改”的循环中持续优化其方案。
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教学最后阶段，各小组以“招标答辩会”形式展示设计方案。通过陈述设计理念、回应现场质疑、进行方案互评，学生在思维碰撞中锻炼科学论证与语言表达能力，培养批判性思维与合作精神。从最初的概念设想到最终的方案落地，学生在理性分析与直观反馈的反复碰撞中，经历了多轮设计优化。学生在此过程中亲身经历如何借助智能工具将多学科知识转化为兼具科学性与创造性的问题解决方案，从而将探究实践、科学思维与社会责任等核心素养内化为自身综合能力。
图1 教学设计流程图
2 教学目标
（1）运用生态系统的稳态与平衡观，理解生物多样性对维持校园生态系统稳定性的意义，能够根据不同植物的生态特性合理配置物种，初步形成可持续的校园生态设计思路。
（2）通过发现问题—提出假设—方案设计—模拟实施—成果交流的实践过程，在小组合作中学会基于证据和事实进行分析推理，逐步形成严谨求实的科学态度。
（3）综合运用观察、测量、访谈等方法，系统调查校园生态环境现状，诊断问题并提出科学改进方案。
（4）将校园绿化设计与上海城市建设实际相结合，在解决真实问题的过程中树立生态文明理念，增强社会责任感与可持续发展使命感。
3 实验教学过程
3.1 创设情境，明确任务 以2006—2023年上海绿地面积变化数据为切入点，通过可视化图表引导学生观察城市生态建设的持续进程，从中提炼“人与自然和谐共生”的核心设计理念。在此基础上，将这一理念迁移至校园生活场景，借助“校园规划部”发布“美丽校园招标书”的真实任务，明确本节课核心目标——设计校园绿化方案。该情境的创设既激发了学生参与校园建设的责任感与创作热情，也为后续探究活动提供了清晰的任务导向。
设计意图
从城市生态建设的大背景切入，为学生搭建认知铺垫；通过“招标书”这一真实任务，将宏观的生态理念转化为具体的校园设计方案。既建立了课堂与现实生活的联系，也为跨学科探究与方案设计提供了持续的学习动力。
3.2 实地勘探，凝练方案设计原则 课前，围绕“设计校园绿化方案”的核心任务，整合植物学与园林设计等跨学科资源，通过智能平台向学生推送分层学习资料。学生可根据自身基础自主选择学习内容，完成知识的个性化建构，为实地调研提供理论支撑。
课堂上，学生以小组为单位，借助平板电脑、智能手机等设备，利用植物识别软件，对校园不同区域的绿化现状展开实地勘察。各组记录绿化空间布局及设施配套情况，快速识别植物种类、分析生长状况，并通过访谈师生收集遮阳、降噪、美观等方面的功能需求，形成综合性调研报告。
随后，各小组汇报调研中发现的核心问题：植被类型单一导致生态失衡、区域功能划分模糊、景观色彩单调、季相变化不协调、虫害频发等。教师以问题链引导学生深度思考：植被单一可能引发哪些生态危害？不同区域的功能定位如何匹配师生需求？如何通过植物选择实现“四季有景”？植物筛选需兼顾哪些要素？在问题驱动下，学生通过小组合作，归纳出校园绿化设计的三大核心原则：生态性——增加生物多样性，优先选择本土适应性强、抗病虫害的植物；功能性——按使用需求划分区域，完善基础设施；美观性——注重植物形态、色彩与季相的合理搭配，营造富有层次和变化的校园景观。
设计意图
课前资源推送实现了知识的按需获取与个性化学习；实地勘察中，学生借助AI工具将抽象的生态概念转化为可感知、可量化的现实问题，在数据采集与分析中提升探究实践能力。课堂上的问题链驱动，引导学生经历从现象观察、问题归纳到原则提炼的完整探究过程，使生态意识、审美能力与社会责任感协同发展。整个环节以真实任务贯穿，让学生在“做中学”“用中学”，为后续方案设计奠定了理论与数据基础。
3.3 与AI智能体互动，创意设计 课堂上，教师向学生介绍两款核心工具：自制的“美丽校园设计顾问”智能体与通用“AI生图大师”。通过演示，让学生了解如何用智能体查询植物的生态习性、适应性及搭配建议，并将上一环节凝练出的“生态性、功能性、美观性”原则，转化为具体的文本指令输入“AI生图大师”，快速生成可视化的景观效果图。
各小组围绕负责的校园区域展开方案设计。组内先讨论确定设计主题，随后借助“美丽校园设计顾问”查询适合的乡土植物，筛选出能满足遮阳、降噪等功能需求的物种，保证方案的科学性。接着，学生将植物配置、空间布局等构思写成文字描述，输入“AI生图大师”，生成不同季节、不同角度的效果图。通过对比分析生成的图像，小组可以直观地评估设计在色彩、层次和季相变化上的表现，并据此调整优化。教师在各组间巡回指导，帮助学生修正设计偏差，确保方案的可行性与创新性。
设计意图
学生在植物学知识和空间想象方面往往存在局限——知道要“生态”，但不知道具体种什么树；脑子里有个大概样子，但说不清最后会是什么效果。引入AI工具正是为了打破这两个瓶颈：一个智能体帮他们把“原则”落地为具体的植物选择，另一个把文字构想变成看得见的图像。学生在“设计—反馈—优化”的循环中反复打磨，设计思路越来越清晰，对“生物与环境的关系”理解也更具体了。这个过程不是凭空想象，而是有数据支撑、有图像反馈的真实探究，学生在动手做中慢慢学会了如何基于证据去解决问题。
3.4 招标答辩，科学论证 课堂进入“校园绿化方案答辩会”环节。教师明确答辩要求，引导学生围绕三个核心内容进行阐述：设计目标与现状问题、方案内容与科学原理、创新亮点与改进过程。
各小组展示完毕后，教师没有急于总结，而是引导学生回顾方案从初稿到终稿的演变过程，并抛出问题：“对比第一版想法，你们为什么做了这些修改？是哪些发现或数据推动了这些改变？”在学生讨论交流中，教师顺势引导大家思考方案的可行性，学生自然提炼出“经济可行性”这一之前被忽略的设计原则。教师最后点明：科学的方案正是在这样的质疑、验证与优化中逐步完善的，它追求的不是一步到位的完美，而是在现有条件下最合理的平衡。
设计意图
让学生回头看自己方案的演变过程，比单纯讲“科学精神”更有说服力。当学生发现，自己最初的想法经过多次修改才变成现在的样子，而每一次修改背后都有具体的理由——或是数据不支持，或是实施起来太贵，或是老师同学提了更好的建议——他们就真正理解了：科学探究不是一条直线，而是在不断试错、调整中往前走。这一环节培养的不是抽象的批判性思维，而是学生在真实问题面前学会反思、学会权衡的能力。
3.5 城市联结，升华情怀 教师将视角从校园拓展至城市，展示上海“口袋公园”“苏州河治理”等生态规划案例，将学生刚刚完成的校园设计与城市级生态文明建设联系起来。学生分享自己的体会：原来课堂上学的生物学知识、用过的AI工具，真的能用来解决城市里的实际问题。从校园到城市，从课堂作业到真实工程，学生对“人与自然和谐共生”的理解，从认知层面落到了价值认同层面。
设计意图
当学生看到自己做的校园绿化方案，和上海正在推进的“口袋公园”“苏州河治理”用的是同一套思路、解决的是同一类问题时，他们对这节课的理解就不一样了——原来这不是一次课堂作业，而是一次参与城市建设的预演。从校园到城市，从方案到工程，学生在这个过程中慢慢意识到：生物学知识、设计思维、AI工具，不只是用来完成任务的，它们真的可以派上用场。这种体会，比任何说教都更能让“人与自然和谐共生”的理念在心里扎根。
3.6 拓展与实践 课堂学习的结束，是真实探究的开始。教师布置课后任务：以自己居住的小区为对象，调查现有绿化的问题与优点，设计一份家园绿化优化方案。具体要求如下：运用课堂上学到的勘察方法，记录小区植物种类、空间布局、使用情况，分析问题成因并提炼至少3个待解决的核心问题；利用“美丽校园设计顾问’”等AI工具查询适配植物，尝试用“AI生图大师”将优化思路可视化；最终形成一份图文并茂、有理有据的设计报告。
设计意图
把课堂上的方法和工具，从校园带到学生每天生活的社区——这是对学习效果最好的检验。学生在小区里做勘察时，可能会发现课堂上没遇到的新问题；用AI工具查植物时，可能需要调整之前学过的设计思路。正是在这种“换个地方再试试”的过程中，学生才真正把课堂上学的本事，变成了自己能用的能力。
4 教学反思
本节课以“校园绿化方案设计”为核心任务，构建了一个以学生为中心、跨学科融合的实践课堂。回顾整个教学过程，最值得说的是AI智能体的引入——它不仅是学生查阅资料的工具，更成了支撑他们思考和创作的“脚手架”。
在方案设计环节，学生需要综合运用生态学、美学等多学科知识，从功能性、生态性、美观性、经济性等多个角度权衡取舍。借助AI工具，他们可以把想法快速变成图像，看到效果后再回头调整，这种“边想边看边改”的过程，让创新思维和实践能力都得到了锻炼。到了模拟招标答辩环节，学生在真实情境中陈述方案、回应质疑，表达能力和科学论证能力也自然跟了上来。
从教学效果来看，AI技术的介入带来了明显的变化。学生设计的方案不再是凭空想象，而是有数据支撑、有图像验证的；他们考虑问题也不再局限于“好不好看”，而是会思考“能不能实现”“划不划算”。这说明科学思维与社会责任感在这一过程中逐步形成。更重要的是，整个课堂始终以学生为主体——从实地调研、方案设计到答辩交流，每一步都由学生自主完成，教师只是在关键节点提供引导和支持。
回头来看，教学中仍有两点不足。
其一，部分小组在实地调研时观察不够细致，对问题的捕捉不够准确，导致后续方案设计的针对性不强。这反映出学生的系统观察能力和问题意识仍需加强。今后可考虑设计更结构化的观察记录表，引导学生带着问题去调研，把现象背后的关键信息拎出来。
其二，在与AI智能体互动时，部分学生难以将自己的想法转化为精准的文字指令，影响了AI生成图像的质量和数据查询的效率。这说明，光教会学生使用工具还不够，还需要培养他们将设计意图转化为精准语言表达的能力——这既是计算思维的一部分，也是未来人机协作中不可或缺的基本功。
总体而言，AI技术为跨学科教学提供了有效支撑，但要让它真正发挥作用，学生的基本功还需再扎实一些。下一轮教学中，我将在观察方法和精准表达这两个点上多下功夫，让技术与学习更好地融合。
