Адаптации организмов к условиям среды существования. Конструирование биологического вида методом ИИ-моделирования

Автор: Куприна Анна Сергеевна

Организация: МАОУ «СОШ №132 г. Перми»

Населенный пункт: Пермский край, г. Пермь

В последние десятилетия искусственный интеллект (ИИ) стал неотъемлемой частью повседневной жизни современного общества, проникнув во все сферы существования, включая медицину, транспорт, финансы и, конечно же, образование. Современные системы образования все чаще используют возможности искусственного интеллекта для оптимизации учебного процесса, адаптации программ к потребностям отдельных учащихся и повышения качества образования в целом.

Практическая значимость применения искусственного интеллекта на уроках биологии в школе состоит в обеспечении более эффективного обучения и повышении качества учебного процесса.

Цель работы: представить пошаговый алгоритм интеграции генеративных нейросетей в практикум по теме «Адаптации организмов к условиям среды существования» в 9–11 классах. В работе представлена модель современного урока с применением нейросетей «Deepseek» и генеративных нейросетей «Kandinsky 3.0» и «Шедеврум».

Предметные результаты: Умение объяснять приспособления организмов к среде обитания действием естественного отбора; умение прогнозировать направление эволюционных изменений при изменении условий среды

Метапредметные (познавательные): Умение выдвигать гипотезы, строить логические рассуждения, делать выводы на основе сравнения прогноза и результатов моделирования

Метапредметные (коммуникативные): Умение продуктивно взаимодействовать в группе, аргументировать свою позицию, представлять результаты работы

Личностные: Формирование научного мировоззрения, понимания ценности научных методов познания; воспитание ответственного отношения к использованию цифровых технологий

 

1. Организационный этап

Приветствие класса, проверка готовности к уроку (наличие бланков, ручек, смартфонов/ноутбуков). Деление класса на группы по 3-4 человека (можно по рядам или заранее сформированные группы).

2. Проверка домашнего задания, воспроизведение и коррекция опорных знаний учащихся. Актуализация знаний.

Проводит фронтальный опрос по ключевым понятиям, необходимым для урока.

Вопросы:

1.Что такое адаптация? Приведите примеры морфологических адаптаций.
2.Сформулируйте правило Аллена и правило Бергмана.
3.Какие факторы среды влияют на внешний облик организма?
4.Что такое естественный отбор и как он связан с адаптациями?

3. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Сегодня наша цель — применить знания об адаптациях для прогнозирования внешнего вида гипотетических организмов. Но мы сделаем это по-современному. Вы напишете "портрет" животного, а затем проверите свою гипотезу с помощью искусственного интеллекта — нейросети Kandinsky или Шедеврум. Она визуализирует ваш замысел.

ХОД УРОКА

4. Первичное закрепление

Представьте, что вы — команда биологов-экспедиторов, которая открыла новую планету. Ваша задача — спрогнозировать, какие животные могли бы там обитать, используя законы эволюции.

Итак, внимание! Каждая группа получает свой "бортовой журнал" — карточку с параметрами планеты (Приложение 1) и бланк экспедиции (Приложение 2)

Ваше первое задание — заполнить ЧАСТЬ 1 бланка "Паспорт среды". Прочитайте условия, обсудите в группе и запишите, к каким адаптациям ведет каждый параметр. Например, если температура экстремально низкая — вы должны вспомнить правила Аллена и Бергмана и записать, какой должна быть форма тела, длина конечностей, размер ушей.

Учитель дает время на выполнение, подходит к группам, консультирует по заполнению бланков.

Переходим к следующему этапу. На основе заполненной таблицы теперь нужно сформулировать развернутую гипотезу в ЧАСТИ 2: описать размер, пропорции тела, покровы, окраску и оружие или защиту вашего животного.

Группы анализируют карточки, заполняют таблицу в Части 1, формулируют биологическую гипотезу в Части 2. (Пример заполненного бланка в приложении 3)

5. Творческое применение и добывание знаний в новой ситуации (проблемные задания). Инструктаж по работе с ИИ и демонстрация

Теперь самая интересная часть. Вы сформулировали гипотезу. Переходим к ЧАСТИ 3 бланка — вам нужно написать промт, то есть текстовый запрос для нейросети. Ваша задача — превратить ваше биологическое описание в точную инструкцию для нейросети. Запомните главные правила промта: избегайте частицы "не". Нейросеть не понимает "не делай длинные уши", она понимает "сделай короткие уши". Пишите конкретно: цвет, размер, форма, фактура. Добавьте фон и стиль.

Например: "Нарисуй реалистичное животное, обитающее на ледяной планете. У него массивное приземистое тело, очень короткие уши, мощные лапы, густая белая шерсть. Фон — ледяная пустыня. Стиль — академическая иллюстрация". Сейчас я покажу, как это выглядит на практике».

Учитель показывает на проекторе, как открыть сервис (например, Kandinsky), как ввести промт и получить изображение. (Приложение 4)

5.1 Самостоятельна работа групп с нейросетью

Группы активно работают с телефонами, выданными ноутбуками или по очереди на компьютере учителя. Учитель подходит к каждой группе, смотрит что, получается, подсказывает, как скорректировать запрос.

5.2. Подведение итогов генерации

Время генерации закончилось. Отключаем смартфоны, убираем их на край парты. Переходим к ЧАСТИ 4 бланка. После заполнения ответьте на вопросы:

Совпал ли результат с гипотезой?

Если нет – что нейросеть нарисовала неверно с биологической точки зрения? (Ссылайтесь на правила, изученные на уроках).

Если да – заполните таблицу, доказывающую биологическую обоснованность каждой детали.

Группы заполняют бланк.

5.3.Презентация результатов группами

«Итак, экспертиза завершена. Теперь каждая группа-экспедиция представит своё животное. У вас есть ровно 2 минуты, чтобы:

1. Показать скриншот или рисунок (через проектор или передавая смартфон учителю).
2. Назвать ключевые адаптации, которые вы заложили, и обосновать их с помощью биологических законов.
3. Рассказать, были ли ошибки у нейросети, как вы их обнаружили и как исправили (или доказали, что нейросеть оказалась права).

Группы по очереди выходят, показывают изображение (через проектор или демонстрируя смартфон на документ-камере).

6. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

Дома вам нужно ответь на два вопроса в выданных вам листах и завершить оформление бланков, если вы что-то не дописали. (Приложение 5)

7. Рефлексия (подведение итогов занятия)

Отлично! Я вижу, что все группы справились. Ваши презентации показали, что вы не просто сгенерировали картинку, а провели настоящий научный анализ. Давайте подведём итог. Поднимите руки те группы, у которых изображение нейросети совпало с гипотезой полностью или почти полностью. (Считает). А теперь те, у кого нейросеть сделала серьёзную ошибку, и вам пришлось её исправлять. (Считает).

Сегодня вы доказали, что настоящий биолог всегда умнее нейросети, потому что он понимает причины и следствия. Вы научились формулировать гипотезы, проверять их с помощью современных технологий и критически оценивать результаты. Это и есть навыки XXI века. Спасибо за урок!

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

БЛАНК ЭКСПЕДИЦИИ

Тема урока: «Конструирование биологического вида методом ИИ-моделирования»
Группа № ____ Ф.И. участников: ___________________________________________________
Название планеты (выдано учителем): «____________________________»

ЧАСТЬ 1. ПАСПОРТ СРЕДЫ (Анализ условий)

Внимание! От того, насколько точно вы опишете среду, зависит, выживет ли ваш вид!

Параметр среды	Условия вашей планеты (заполните, изучив карточку)	К каким адаптациям это ведет? (подсказка в скобках)
1. Сила тяжести		(Влияет на массивность скелета и рост)
2. Температурный фон		(Влияет на размер тела и длину конечностей по правилам Бергмана/Аллена)
3. Среда обитания (где живет?)		(Влияет на форму тела — обтекаемость, наличие крыльев, когтей)
4. Тип субстрата (поверхность)		(Влияет на строение стопы/копыт, наличие присосок)
5. Основная пища		(Влияет на зубы, клюв, длину кишечника)
6. Главная угроза (хищники)		(Влияет на защиту: панцирь, окрас, яд, скорость)
7. Освещенность		(Влияет на размер глаз, пигментацию)

ЧАСТЬ 2. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА (Ваш прогноз)

На основе данных из Части 1 опишите, КАКИМ должно быть животное, чтобы выжить. Работайте логически.

1. Размер и пропорции тела (опишите словами):
(Например: «Крупное, приземистое, с короткими мощными ногами, потому что...»)

2. Покровы и окраска (опишите цвет и структуру):
(Например: «Темно-бурая шерсть для маскировки и защиты от УФ-лучей»)

3. Ключевое оружие или защита (рога, клыки, панцирь, яд):

ЧАСТЬ 3. ЗАДАНИЕ ДЛЯ НЕЙРОСЕТИ (Ваш Промт)

Напишите точный запрос на русском языке для нейросети Kandinsky. Чем подробнее — тем лучше результат.

Ваш промт (запрос)_______________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

Пример: «Нарисуй реалистичное животное, которое обитает в условиях [Укажите планету]. У него должно быть: [опишите 3-4 главные черты из Части 2]. Фон — среда обитания. Стиль — академическая биологическая иллюстрация».

ЧАСТЬ 4. ЭКСПЕРТИЗА И РЕФЛЕКСИЯ (Анализ ошибок)

Вопросы для проверки гипотезы:

Совпало ли самое главное? (Подчеркните): Да / Нет, нейросеть сделала не так.

Если НЕ совпало — что нарисовано неверно и почему? (Ссылка на правило биологии):

Ваш финальный вердикт: «В условиях планеты ______________ такое животное (выживет / не выживет), потому что_____________________________________________________________»

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Карточки с планетами:

Карточка №1. «Снежная Титания»: Температура -50°C, гравитация высокая, твердая ледяная поверхность, пищи мало (хищник), полярная ночь 6 месяцев.

Карточка №2. «Вулканический Пиррон»: Температура +45°C, гравитация низкая, поверхность — рыхлый пепел, пища — корни растений (копалка), яркое солнце.

Карточка №3. «Болотная Миазма»: Температура +30°C, влажность 100%, поверхность — вязкая вода, пища — мелкие насекомые (длинный язык), вечные сумерки.

Карточка №4. «Воздушная Аура»: Температура умеренная, гравитация очень низкая, опора отсутствует (парят в облаках), пища — бактерии (фильтрация), яркий солнечный свет.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

БЛАНК ЭКСПЕДИЦИИ (ОБРАЗЕЦ ЗАПОЛНЕНИЯ)

Тема урока: «Конструирование биологического вида методом ИИ-моделирования»
Группа № 1 Ф.И. участников: Иванов А., Петрова М., Сидоров Д., Козлова Е.
Название планеты (выдано учителем): «Снежная Титания»

ЧАСТЬ 1. ПАСПОРТ СРЕДЫ (Анализ условий)

Параметр среды	Условия вашей планеты(заполните, изучив карточку)	К каким адаптациям это ведет?
1. Сила тяжести	Высокая	Скелет должен быть массивным и прочным, конечности — короткими и толстыми, чтобы выдерживать вес тела.
2. Температурный фон	Экстремальный холод (-50°C)	Тело должно быть крупным (правило Бергмана — уменьшение относительной поверхности для сохранения тепла). Выступающие части (уши, хвост, конечности) — максимально короткими (правило Аллена). Толстый слой жира, густой волосяной/перьевой покров.
3. Среда обитания (где живет?)	Суша (ледяная поверхность)	Конечности должны иметь приспособления для передвижения по скользкому льду: широкие ступни, когти-шипы или шероховатые подушечки. Форма тела — приземистая
4. Тип субстрата (поверхность)	Твердый лед и снег	Покровы должны быть светлыми или белыми для маскировки на белом фоне (покровительственная окраска). Когти — острые.
5. Основная пища	Мясо (хищник)	Челюсти мощные с развитыми клыками для удержания и разрывания добычи. Клюв (если это птица) — загнутый и острый. Хорошо развиты органы чувств для поиска редкой добычи (обоняние, слух).
6. Главная угроза (хищники)	Нет (вершина пищевой цепи)	Защитные приспособления не нужны, но необходима эффективная стратегия охоты. Допустим крупный размер, чтобы справляться с добычей.
7. Освещенность	Полярная ночь 6 месяцев	Требуется превосходное ночное зрение: огромные глаза с отражающим слоем (тапетум), как у кошачьих, или развитые вибриссы (осязание) для охоты в темноте.

ЧАСТЬ 2. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА (Ваш прогноз)

На основе данных из Части 1 опишите, КАКИМ должно быть животное, чтобы выжить. Работайте логически.

1. Размер и пропорции тела (опишите словами):
Тело должно быть крупным, массивным, приземистым, напоминающим по пропорциям крупного медведя или моржа, но с более короткими лапами. Высота в холке — не более 70-80 см при длине тела до 2 метров. Голова небольшая относительно тела, уши практически отсутствуют (маленькие кожистые складки), хвост короткий или редуцирован (не более 5 см). Шея толстая и короткая. Всё это сделано для минимизации теплопотери: чем меньше выступающих частей, тем меньше поверхность охлаждения.

2. Покровы и окраска (опишите цвет и структуру):
Покров — очень густая, длинная, грубая шерсть с плотным подшерстком, как у овцебыка или полярного волка. Под кожей — слой жира не менее 10 см. Окраска в условиях полярной ночи должна быть светло-серая, почти белая, чтобы сливаться со снегом в те часы, когда есть сумерки. Однако из-за постоянной темноты зимой окрас может быть и однородно темным, но мы выбираем бело-серый для универсальной маскировки круглый год.

3. Ключевое оружие или защита:
Оружие — огромные, мощные клыки (до 15-20 см), выступающие из пасти, как у саблезубого тигра, для мгновенного умерщвления добычи. На лапах — втяжные или полувтяжные когти, позволяющие не скользить по льду и использовать их как ледорубы при подъеме на ледяные торосы. Чувствительные вибриссы (усы) вокруг носа для обнаружения добычи в полной темноте по колебаниям воздуха.

ЧАСТЬ 3. ЗАДАНИЕ ДЛЯ НЕЙРОСЕТИ (Ваш Промпт)

Наш промт (запрос):

«Нарисуй реалистичное животное, которое обитает на ледяной планете с температурой -50°C и высокой гравитацией. У него должно быть: массивное приземистое тело с очень короткими ушами, отсутствием хвоста, мощными короткими лапами с широкими ступнями и длинными когтями. Шерсть густая бело-серая, под кожей толстый слой жира. Пасть с огромными длинными клыками. Фон — ледяная пустыня под звездным небом (полярная ночь). Стиль — академическая биологическая иллюстрация, детализированная, как в энциклопедии».

ЧАСТЬ 4. ЭКСПЕРТИЗА И РЕФЛЕКСИЯ (Анализ ошибок)

Вопросы для проверки гипотезы:

Совпало ли самое главное? (Подчеркните): Да / Нет, нейросеть сделала не так.

Если НЕ совпало — что нарисовано неверно и почему? (Ссылка на правило биологии):

Ваш финальный вердикт: В условиях планеты Снежная Титания такое животное ВЫЖИВЕТ, потому что короткие конечности, редуцированные уши и хвост минимизируют теплопотери (правило Аллена), крупное массивное тело снижает относительную поверхность (правило Бергмана), густая белая шерсть и толстый жир обеспечивают теплоизоляцию и маскировку, мощные клыки и когти позволяют добывать крупную пищу, а вибриссы помогают адаптирова к полярной ночи».

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Измените один параметр среды (например, температура поднялась на 30°C или исчезли хищники). Напишите новый промпт для нейросети, чтобы отразить эти изменения:

Сравнение с Землей:
На какое земное животное похож ваш вид? В чем главное отличие вашего существа от земного аналога?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зыков Игорь Евгеньевич ВОЗМОЖНОСТИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ИЗУЧЕНИИ ШКОЛЬНОГО КУРСА БИОЛОГИИ // Проблемы современного педагогического образования. 2025. №88-1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnosti-iskusstvennogo-intellekta-v-izuchenii-shkolnogo-kursa-biologii
2. Надежденский, А. А. Искусственный интеллект в образовательном процессе: этико-социальные аспекты / А. А. Надежденский // Логистика как фактор созидания. Глобальный мир: угрозы и возможности. Память поколений : Материалы VII Международного круглого стола (конференции), в рамках мероприятий, посвященных празднованию 80-летия Великой Победы, Астрахань, 21 апреля 2025 года. – Астрахань: Индивидуальный предприниматель Сорокин Роман Васильевич (Издатель: Сорокин Роман Васильевич), 2025. – С. 217-220. – EDN QTZYLD.
3. Шилов И. А. Экология: учеб. для студентов высших биологических и медицинских специальностей вузов / И. А. Шилов. - 7-е изд. - Москва : Юрайт, 2011. - 511, [1] с.
4. Биология. 11 класс : учеб. для общеобразоват. организаций :базовый уровень / [В. В. Пасечник и др.] ; под ред. В. В. Пасечника. — М. : Просвещение, 2019. — 272 с. : ил. — (Линия жизни). — ISBN 978-5-09-071891-2.
5. https://chat.deepseek.com
6. https://shedevrum.ai/
7. https://giga.chat/