基于人工智能的個性化高中地理教案編寫探索

2024-11-28 00:00:00文奕凡夏興生陳瓊張娜娜

地理教育 2024年12期

摘要：傳統的教案編寫模式雖然有助于規范化教學，但難以滿足地理學科的多學科交叉特性和教育發展水平的區域性差異。本文探索了基于人工智能的個性化高中地理教案編寫方法，以ChatGPT為例，詳細闡述了如何利用其優化高中地理教案的流程和步驟。首先，通過優化邏輯結構，使教案條理清晰、邏輯嚴密；其次，基于新課標，優化教學目標，融入地理信息技術等現代教學資源，以實現新課標與新教材的緊密銜接；再次，根據地區差異，融入地方教學資源，豐富教學內容；最后，針對學情，提供定制化教學建議，以實現個性化教學。結果表明，ChatGPT在高中地理教案編寫中具有顯著效果，可為教師提供個性化的教案優化服務，為提高教學質量提供支撐。

關鍵詞：ChatGPT；教案優化；人工智能；地理

中圖分類號：G633.55 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5207（2024）12-0017-06

一、引言

教案在指導教師課堂教學，保證教學質量方面扮演著舉足輕重的作用。通過事先編寫和準備教案，教師可合理分配教學資源，并根據實際學情調整和改進教學計劃，從而優化課堂教學。在現代教育體系中，地理學科因其獨特的跨學科特性和地域性特點，對教案編寫提出了更高要求。通過分析近年高中地理教學的參考資料［1-3］可知，傳統地理教案多采用固定的結構模式。如“課程標準—教學目標—教學重難點—教學方法—教學過程—板書設計—教案反思”。這種模式在協助教師規范化組織課堂、完成教學評估、傳遞知識體系等方面具有獨特優勢。但地理學的知識體系具有多學科交叉、地域特色顯著的特點，長久以來的教育體系中還存在教育發展水平的區域性差異、學校差異、班級差異，千篇一律的教案編寫模式側重于單一學科知識的線性傳授，無法有效融入跨學科知識、地域特色、學情特點等形成有效的案例教學、項目式學習、實地考察等多樣化教學方案，在促進學生對自然地理和人文地理領域的深入理解，培養其批判性思維和綜合分析能力等方面存在一定局限。

此外，“新課標”“新教材”“新高考”應時代和社會發展的需求而生，三者理應緊密銜接，全方位指導教師實施學校教育教學，但事實卻并非如此。例如，在地理教學指導中，新課標對必修課程內容的每一章節均要求學生能夠了解并應用地理信息技術［4］，但在各版本的“新教材”中卻沒有提供足夠的信息和案例以支持學生對地理信息技術的學習及應用；新課標的基本理念提出：教師要充分利用地理信息技術，營造直觀、實時、生動的地理教學環境［4］，卻未見有明確的指導方案給予支持。在實施教學的過程中，三者銜接的重擔就落到了教案編寫上，但固定結構模式的教案編寫并不能有效解決這一問題。

基于上述問題，將教案編寫轉化為智能化輔助勞動，在充分銜接“新課標”“新教材”“新高考”的基礎上，又能體現地理學知識特點和教育發展水平差異的個性化教案則成為目前切實提高教育教學質量的新需求。基于此，本文擬引入人工智能技術，通過設計教案優化方案并通過具體案例分析其可行性，實現 “新課標”“新教材”“新高考”充分銜接并體現學科特點和各類差異特點的個性化教案優化，以期為輔助教師提高教學質量提供有力保障。

二、高中地理教學需求與人工智能

高中地理是一門研究地表自然環境、人類活動及其相互關系的學科，具有綜合性和區域性的特點。新課標要求高中地理通過地理學科核心素養的培養，從地理教育的角度落實立德樹人根本任務［4］；新教材要求高中課程要促進學生全面而有個性的發展［5］；新高考要求高中地理改變傳統教學模式、豐富教學內容，以優化教學理念、創新施教方式，促進學生全面發展，在培養學生良好地理核心素養的同時，為其備戰高考夯實基礎［6］；而現實是基礎教育水平存在區域差異、學校差異以及班級差異，既能體現學科特點，又能有效銜接“新課標”“新教材”“新高考”相關要求且融合地方、學校、班級學情實際的高質量教案就顯得尤為重要。在實際教學實施中，這一重任落在了教師個人或教研團隊身上，因此，亟需科學、便捷、有效的手段輔助教師實現契合“‘三新’+具體學情”的高質量教案優化，人工智能的深化應用為此提供了便捷有效的新契機。

人工智能是計算機系統通過模擬、復制或執行類似于人類智能行為的一種技術。目前，已在交通、醫療、教育、娛樂、就業、科技等方面產生了深遠影響［7］， 2017年7月8日，國務院頒布《新一代人工智能發展規劃的通知》，提出“智能教育”的概念，并倡導利用智能技術加快推動人才培養模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系。開發智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統［8］。在教育領域，人工智能能依據教師、學生的特征和需求，提供精細、富有實效的個性化教育服務［8］，還因其高效自主、協同適應、開放創新的特性及在記憶和思維能力等方面的優勢，無論在輔助教師“教”，還是在指導學生“學”的過程中，都可作為個性化的助手。以ChatGPT（Chat Generative Pre-trained Transformer）為典型代表的人工智能技術在實現個性化教學領域已有了應用探索，如個性化學習路徑制定、個性化問題解答和輔導等［7-15］。在輔助教師“教”的過程中，一方面，可模擬教師學習“新課標”“新教材”“新高考”的具體要求，同時，對大量教育資源進行挖掘和分析，整合教材、課件、多媒體等資料，為教師提供豐富的教學素材和案例幫助，實現“新課標”“新教材”“新高考”中相關教學要求在教學過程中的有效銜接；另一方面，可利用ChatGPT強大的分析能力，根據學科本身特征、教育水平區域差異、教師教學風格、學生學情等，為教師提供個性化教學輔助，具體包括分析學生學習進度、學習質量和興趣愛好，為教師提供針對性教育教學建議。因此，針對高中地理的教學需求，使用以ChatGPT為代表的人工智能技術優化高中地理教案具有重要的理論和現實意義。

三、基于ChatGPT的高中地理教案優化方案

基于ChatGPT對高中地理教案進行優化的前提是教師個人或教研組已獲取了一份或多份任意結構形式的參考教案，將該教案完整地發送給ChatGPT，并設定利用ChatGPT進行教案優化的具體要求，ChatGPT根據口令進行分析并優化生成一份符合教師具體教學需求的全新教案，具體流程框架如圖1所示。據圖1可知，在實際操作中有兩種實現過程：第一種是ChatGPT根據教師指令逐一輸入、輸出，將教案分內容逐步優化，最后再檢查并定稿；第二種是教師將所有要求一同輸入ChatGPT，ChatGPT分析后直接輸出完整教案，然后由教師檢查，將不滿意的部分重新輸入ChatGPT進行優化，最后定稿。

第一種過程的具體操作如下：①ChatGPT根據教師要求，對教案邏輯框架進行細致優化，確保其條理清晰、邏輯嚴密；②依據“三新”要求，由ChatGPT分析教案是否符合“三新”要求或是否存在“三新”內容銜接不暢的情況，并進行精準優化；③鑒于不同地區的教學資源存在差異，ChatGPT會巧妙地將地方教學資源融入教案中，打造出具有當地特色的個性化教案；④ChatGPT會深入分析教師提供的學情信息，并據此提供針對性教學建議，使個性化教案的內容更加突出；⑤將優化后的教案再次輸入ChatGPT，進行知識體系的全面檢查與進一步優化，待教師最終檢查無誤后，即可定稿實施。第二種過程涉及在優化工作開始前，先將教案編寫框架、“三新”內容、地方教學資源、學情等具體要求一次性預先告知ChatGPT；隨后，ChatGPT會進行深入分析，并直接輸出優化后的教案；最后，教師對輸出的教案進行檢查，以確保其質量和適用性。這一流程旨在提高教案的優化效率，同時，確保最終成果符合教學要求。

上述第一種過程的優勢在于ChatGPT優化當前內容后，教師可及時對不滿意的地方進行反饋并修改，直至達到教師需求，最后輸出的教案的每一部分都是教師滿意并通過的，因此，該方案輸出的教案更能滿足教師的需求；但由于該方案每一步都要重新輸入，可能會導致ChatGPT混淆上下內容，此外，還會因多次輸入消耗大量時間，導致工作效率較低。第二種過程的優勢在于舍去每一步輸入，節省了大量時間，在檢查修改時也只需將ChatGPT最終輸出的教案中不滿意的地方重新輸入并輸出；但該方案可能出現ChatGPT輸出的大多內容都不符合教師期望的問題，進而重返第一種過程進行分內容修改。實際操作中，教案中的所有內容都必須在滿足教師需求的同時保證質量，而第一種過程逐一輸入、輸出的方式雖消耗了一定時間，但能保障教學需求和質量，因此，建議在優化教案工作時采用第一種過程。

四、案例應用及結果對比——以“地球的圈層結構”為例

為進一步說明人工智能技術在優化高中地理教案中的應用效果，下文將利用ChatGPT對人教版必修一“地球的圈層結構”教案進行優化。筆者選擇的參考教案來源于線上教學資源，采用了課程題目、學情分析、教學目標、教學重難點、教學方法、教學過程的傳統教案框架，是一個普適性教案，在實際應用過程中可能存在框架結構單薄、內容設計過于傳統、與“新課標”脫節、不能體現地方教學資源、未能考慮教學班級學情等問題，因此，按照前文的方案設計，下面將采用第一種過程進行優化。

1.邏輯結構優化

首先，提交完整教案給ChatGPT進行全面審查。ChatGPT將細致分析教案的每個部分，確保目標明確、步驟具體。通過表1的對比分析可知，ChatGPT指出了缺失內容并提出改進建議。針對教案的結構缺陷，ChatGPT推薦增加“教材分析”和“教學反思”等部分，以提升教案的深度和實用性。此外，ChatGPT會逐句審查教案，確保語言表達清晰準確，同時，修正語法、拼寫錯誤和模糊表述，以提升教案的專業性和易讀性。

2.“三新”教學內容整合優化

為符合新課標要求，利用ChatGPT優化教學目標時先輸入新課標要求，然后指示ChatGPT基于此指令設計出融入地理信息技術的地球圈層結構教學目標。如表2所示，ChatGPT細致審視并重構了原有目標，確保教學目標與地理核心素養及新課標要求一致，并巧妙融入地理信息技術，增強了實用性和互動性，為學生提供了豐富的動態學習體驗，同時，在教學創新和技術應用上取得新進展。

教學過程需緊扣教學目標，確保每個環節有效助力學生達成學習目標。基于先前對教學目標的優化，ChatGPT已將其作為后續工作的基礎。據表3可知，ChatGPT為教案提出了3項關鍵建議，并設計了2個教育活動：①利用GIS技術直觀展示地球圈層結構，通過互動操作促進學生理解，使學生更加直觀地識別地球圈層結構以培養其區域認知能力；②通過GIS軟件分析地球數據，讓學生實踐操作，不僅可深化他們對地球科學的理解，培養實踐與數據處理技能，還可將新課標中所要求的培養學生地理實踐力巧妙地融于教學之中。

經過ChatGPT的優化，教學活動與新課標更為契合，通過實驗等互動性學習活動，加深學生對地球圈層結構的理解。這種方法不僅提升了學生對地球科學的興趣，還培養了他們的空間思維和科學探究能力。針對新高考“能夠說明地球的圈層結構及各圈層的主要特點”的要求，學生可通過練習基于地理信息技術的地球圈層結構題型更加清晰地認識并掌握該考點，但現有題型較為單一，因此，ChatGPT同步增設了相關的練習題。將這些習題巧妙地融入教學過程中，既能鞏固學生對基礎知識的理解，又能滿足新高考所提出的考點要求。

如表4所示，ChatGPT根據具體指令設計題目，與教學內容緊密結合，并明確指出每個題目對應的高考知識點。這種設計能夠提高教學的針對性和效率，為學生高考取得好成績打下基礎。

3.地方教學資源的融入優化

在地方教學資源的開發與整合方面，不同地區擁有各自獨特的教育資源。以青海省西寧市為例，利用ChatGPT設計和融入具有地方特色的教學資源。如表5所示，ChatGPT提出了青海省獨特的地質背景，還巧妙地將青海湖這一自然奇觀作為一項寶貴的教學資源。這些資源被精心融入教學過程的多個關鍵環節中，例如，在“導入新課”的階段，通過介紹學生腳下最熟悉的土地吸引注意力，在講解時將保護自然環境內容融入其中，以增強學生人地協調的核心素養；在“講解地震波的傳播”這一環節，利用青海湖的地理特性直觀展示地震波在不同介質中的傳播差異。這樣的教學設計不僅能夠實現地方教學資源與教學過程的有機結合，豐富課程內容，培養學生的核心素養，也能夠提高學生的學習興趣和參與度。

4.基于學情的優化

鑒于學生群體的多樣性及教學過程中的不確定性，教學實踐中難免會遇到一系列學情問題。教師可主動與ChatGPT溝通學生的學習狀況，從而獲得針對性反饋和建議。如在表6中，作者向ChatGPT反映了學生在理解某一概念上的困難，ChatGPT對此進行了深入分析，并識別出3個潛在原因：知識的抽象性、缺少直觀體驗以及學生認知水平的影響。基于此，ChatGPT對“新課講授”和“讀圖練習”2個教學環節進行了有效調整和優化，以更好地適應學生的學習需求。

5.知識體系的整體檢查優化

為確保教案質量，需對優化后的教案進行整體檢查并改進。首先，將經過優化后的教案提交給ChatGPT進行最終分析，在ChatGPT對教案進行全面分析后，它提出了2項進一步的改進建議：①對教學中的重難點進行更細致的處理；②增強教學反思的持續性。針對這些反饋，ChatGPT進行了討論和調整，最終實現了教案質量的顯著提升，具體優化措施如表7所示。通過這一系列的精細化改進，該教案KJw0Fxnbh8D9s5290KE4Zw==在內容和結構上均得到了顯著增強，更加符合教學的實際需求。

五、結語

本文探討了基于人工智能技術的個性化高中地理教案編寫方案，并以ChatGPT為例，展示了其在優化教案方面的潛力和實際應用。在邏輯結構優化方面，ChatGPT對教案框架進行了細致的審查和改進，確保教案的條理清晰和邏輯嚴密；在“三新”教學內容整合方面，ChatGPT依據最新的課程標準，對教學目標和教學活動進行了重新評估和設計，確保教學內容與“新課標”“新教材”“新高考”緊密銜接。同時，ChatGPT還根據教師需求增加了一系列與新課標緊密聯系的高考知識點與練習題，以增強教學的針對性和效率；在地方教學資源融入方面，ChatGPT展示了如何將具有地方特色的教學資源巧妙地整合到教學過程中，不僅能夠豐富課程內容，還有助于激發學生的學習興趣和參與度；針對學生的學情，ChatGPT進行了細致分析，并提出了定制化的教學建議，以促進個性化教學的實現。

教師可根據個人需求或課堂實際情況，選擇并調整出最合適的教學方案。若在教學實施過程中遇到難題，ChatGPT隨時可提供進一步的教學優化建議。教師可根據自身和課堂的實際情況，對教案進行最后的審查，并在教學中付諸實踐。若在教學過程中遇到任何挑戰或發現教案內容未達預期，教師依然可向ChatGPT尋求專業的優化建議。

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