AI賦能地理教材數智化的邏輯框架與實踐策略

【摘" 要】地理教材數智化對于促進教育公平、支持個性化學習、推動“導-學-評”一體化、助力地理核心素養培育具有重要價值。結合AI技術，圍繞地理教材內容的選擇、組織和表征，構建AI賦能地理教材數智化建設的“三主六次”邏輯框架，并聚焦邏輯框架中指向教師的問題，基于AI的基本功能提出“創建智能體+公式化提問”“厘清多級節點+明確邏輯邊”“多平臺協作+虛擬人生成”等實踐策略，有助于加快地理教材數智化進程，發揮其應有價值。

【關鍵詞】教材數智化；地理教材；邏輯框架；實踐策略

教材數智化指教材研制者或教師按照課程標準和教學要求，借助AI、大數據等技術手段，以文字、圖像、視頻、虛擬仿真、AI助教等形式對教材內容進行重組與表征，建構具有“導-學-評”一體化功能以及一定智能的新形態教材。數智化教材在教材數字化之上疊加智能化，具備更強的個性化學習輔助功能和自動化內容更新功能。這里的教材取其廣義，涵蓋一切助力學生學習和教師教學的材料與資源。生成式AI為教材數智化建設提供了有力工具，對學生核心素養的培育具有重要價值。

一、AI賦能地理教材數智化的價值定位

當前，地理教材數智化發展與AI的融合不斷深化。我們從以下四個層面分析AI賦能地理教材數智化的價值。

在社會層面，AI賦能地理教材數智化有助于促進區域教育公平，推動城鄉地理教育高質量一體化發展。數智化地理教材通過AI技術獲取與分析海量的地理教學資源，提取與統整優質的地理教學資源，并借助大數據和5G等技術實現優質資源的動態更新和實時共享，從而打破紙質教科書等傳統地理教材的時空局限性，使優質地理教育資源覆蓋到偏遠地區和農村學校。

在學生層面，AI賦能地理教材數智化有助于學生個性化學習。傳統地理教材的靜態性使其難以滿足不同學生的學習興趣與需求，而數智化地理教材可融合VR、AR等技術創設沉浸式地理學習環境，幫助學生更好地建立空間聯系與組合思維，突破地理認知方面的困難。如，AI可在記錄和分析學生學習行為數據的基礎上，為其精準推送適合其學習進度和能力水平的學習內容，并根據其興趣點輔助制訂個性化學習方案，提供個性化學習策略，助力其課后自主學習；課堂教學中，AI可為學生答疑解惑，將個性化學習有機嵌入日常課堂學習中。

在教師層面，AI賦能地理教材數智化有助于推動“導-學-評”一體化。當前，教師在備課、授課和學習評價等環節面臨著較大壓力，AI可提供教學資源、生成教學方案、充當助教，還可精準地為學生畫像，幫助教師據此開展過程性評價，并通過比較不同時間點學生學習目標的達成度，落實增值評價。

在學科層面，AI賦能地理教材數智化有助于地理核心素養的培育。紙質教科書等傳統地理教材內容模態的豐富性、交互性有所不足。數智化地理教材可通過視頻動態呈現地理過程，也可通過知識圖譜結構化呈現地理知識，使學生的符號學習活動更加直觀和系統，助力其綜合思維、區域認知等核心素養的生成。此外，學生可借助數智化地理教材進行虛擬仿真實驗，與AI助教交流互動，獲得更加豐富的操作類與交往類活動機會，發展地理實踐力、人地協調觀等核心素養。[1]

二、AI賦能地理教材數智化的邏輯框架

AI賦能地理教材數智化的要義是，在AI等現代信息技術的輔助下完成地理課程要素的選擇、組織與表征。因此，AI賦能地理教材數智化的邏輯框架可從以下三方面建構。

1.運用檢索生成增強等技術共建高質量教材內容

如何借助AI等技術選擇地理教材內容，這個主問題派生出兩個子問題。指向教材研制者的問題是：如何借助AI前沿技術生成更加科學、準確的數智化地理教材內容？教材研制者借助檢索生成增強技術可有效解決這個問題——該技術能依托專用知識向量數據庫提高生成內容的準確性，因此教材研制者要著力探索將檢索生成增強技術有機融入數智化地理教材內容建構的有效方法。指向教師的問題是：如何使用AI工具生成更高質量的內容？為有效解決這個問題，教師有必要探究AI工具的應用范式，確保在現有工具水平下生成更高水平的地理教材內容，如教師要關注專業化智能體的訓練、向AI提問的最佳方式等。

2.運用知識追蹤等技術個性化組織教材內容

如何借助AI等技術組織地理教材內容，這個主問題也派生出兩個子問題。教材研制者要解決如何利用AI生成個性化學習路徑的問題。個性化學習是數智化地理教材的根本指向，其實現主要依托知識追蹤技術。如何利用此技術有效收集和分析課堂教學過程中的學習數據，全面描述學生學習的信息，進而發揮教材支持學生個性化學習的價值，是教材研制者亟需解決的問題。教師要解決如何借助AI構建地理知識圖譜的問題。知識圖譜能幫助學生構建知識體系，使地理課程要素的次第化順序更好地轉化為學生頭腦中的網絡化知識結構。因此，教師有必要探索借助AI生成準確的地理知識圖譜的途徑。

3.運用思維鏈提示等技術動態化呈現教材內容

如何借助AI等技術表征地理教材內容，這個主問題同樣派生出兩個子問題。指向教材研制者的問題是：如何構建一個能夠反向提問的AI工具？常規的AI工具往往只能回答學生的問題，難以主動提出引導學生思考的問題，這導致AI時常扮演代替學生思維參與的“寫手”，而思維鏈提示等技術可分解學生的問題，并將之轉化為若干子問題反饋給學生，促使他們在逐步深化的思考過程中得到答案。因此，教材研制者應深入探索思維鏈提示技術融入數智化地理教材的機制。指向教師的問題是：如何合理運用AI生成高質量的地理微課？微課可使地理教材內容表征由靜態進階為動態，輔助學生更好地進行課前預習、課中探究、課后復習和課外拓展。總之，AI工具的有效利用可使微課開發工作變得十分便捷。

教材數智化建設的主體既包括數智化教材研制者，又包括一線師生。上述主次問題共同構成AI賦能地理教材數智化建設的“三主六次”邏輯框架。

三、AI賦能地理教材數智化的實踐策略

在“三主六次”邏輯框架指導下，我們以AI的基本功能為抓手，面向一線教師提出AI賦能地理教材數智化的實踐策略，助力地理教材內容質量和個性化水平的提升。

1.創建智能體+公式化提問：生成優質地理內容

AI可生成文本、圖片、音頻、視頻等不同模態的內容，創建智能體和公式化提問可提高AI生成地理內容的質量。一方面，教師可借助AI平臺創建專業化智能體，并通過“明確身份”和“投喂資料”不斷調試和優化智能體。例如，教師可創建一個“地理學家”智能體，并上傳地理課程標準、電子版地理教科書、地理學專著、地理教研論文等作為訓練材料，提升智能體的專業性。另一方面，提問語言公式化是提高內容生成質量的有力手段，教師通常可用“設定任務背景+布置任務內容+給出詳細指示+詢問是否理解”的公式提問。例如，教師在上傳訓練材料后給出如下指令：您是一名初中地理教師，正在教學科普版初中地理七年級上冊“海陸變遷”的內容，請檢索兩個關于海陸變遷證據的案例，要求不能與教科書中的案例重復，您明白嗎？基于這個指令，AI給出湖北省十堰市發現泥盆紀珊瑚化石和重慶市發現菊石化石兩個案例，案例內容科學、準確。

2.厘清多級節點+明確邏輯邊：構建地理知識圖譜

知識圖譜的基本單位是節點和邊，節點用于表示具體概念或對象，邊用于描述節點間的關系。構建邏輯清晰且科學準確的地理知識圖譜有賴于多級節點的正確選擇和節點關系的精準描繪。AI具備強大的語言理解和邏輯推理功能，是地理知識圖譜構建的有力工具。首先，教師可將電子版地理教科書上傳至AI平臺，要求AI梳理出構成知識圖譜的各級節點。AI可基于語言理解功能比較準確地遴選節點。以人教版初中地理《天氣與氣候》一章為例，AI可生成以天氣與氣候為一級節點，以多變的天氣、氣溫的變化與分布、降水的變化與分布、世界的氣候為二級節點，另有11個三級節點的知識圖譜節點體系。其次，教師可要求AI指出不同節點間的邏輯關系。AI可基于邏輯推理能力給出比較規范的節點關系，如將氣溫的變化與分布、降水的變化與分布兩個二級節點與氣候的地區差異這個三級節點關聯起來，以體現氣溫和降水在不同地區的組合差異導致氣候的地區差異這一因果關系。此外，教師可參考AI生成的內容繪制知識圖譜或要求AI獨立生成知識圖譜。例如，教師可下達如下指令：請生成一張高中地理“水循環”知識圖譜，要求以mermaid的mindmap格式生成。AI生成的內容如圖1所示。該圖譜從類型、過程、人類活動對其影響、意義四個方面比較全面且準確地呈現了“水循環”的知識體系，有助于學生形成整體認知。

3.多平臺協作+虛擬人生成：制作數字地理微課

AI具有內容創作功能，教師可利用該功能和多模態生成功能制作數字地理微課。數字地理微課由講稿、課件、視頻等要素構成。教師可根據微課的實際用途要求AI創作微課講稿，也可要求其對自己創作的微課講稿潤色，潤色后的講稿在互動性、語言表達、教學總結與拓展等方面會得到優化。例如，教師需要一節輔助學生預習的微課時，可向AI提出如下要求：您是一名微課制作師，請生成一篇以“陸地與海洋”為主題的3分鐘微課講稿，該微課的用途是輔助學生預習，講稿內容要包括海陸分布、七大洲、四大洋的基本知識，您理解嗎？生成的講稿在教師所要求的內容基礎上補充了開場語、互動測驗和總結語，各部分內容均由畫面、旁白及對應時間構成。關于課件，教師可借助AI生成，也可要求AI指出自己制作的課件存在的問題。此外，教師可借助微課制作平臺將講稿與課件內容結合起來，并選擇虛擬人作為數字教師，形成微課視頻；也可運用AI的多模態生成功能直接生成虛擬人微課視頻，如要求AI“生成一段以‘走進地理學’為主題的3分鐘微課視頻，視頻內容為地理學的研究對象和學科特點，要有導入、新課講授和總結等環節”。從生成的資源看，數字教師能較好地把握各環節的教學內容，如在新課講授環節重點講解地理學的概念、研究對象、特點等。

參考文獻

[1]陳實，程健.原則·結構·設計：地理教科書的建設思想與實踐——以科普版義務教育地理教科書為例[J].地理教學，2024，（17）：4-10.

（作者單位：華中師范大學城市與環境科學學院）

文字編輯" 劉佳