“生成式人工智能+元宇宙”賦能地理學(xué)科實踐

【摘 要】隨著人工智能的發(fā)展，生成式人工智能賦能教育，成為時代發(fā)展和教育改革的必然要求。生成式人工智能等新技術(shù)賦能地理教學(xué)，可以更好地推動新課程方案和新課標(biāo)理念的實施，實現(xiàn)地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。以“太空探索”智慧學(xué)習(xí)實踐為例，探討“生成式人工智能+元宇宙”賦能中學(xué)地理學(xué)科實踐的主要策略，包括創(chuàng)設(shè)多元交互對話情境推動學(xué)生思維發(fā)展，引用專家工作模型提升學(xué)生探究技能，建構(gòu)數(shù)字化學(xué)習(xí)共同體，促進意義建構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】高中地理；學(xué)科實踐；生成式人工智能；元宇宙；教學(xué)策略

【中圖分類號】G633.55" 【文獻標(biāo)志碼】A" 【文章編號】1005-6009（2025）11-0015-04

【作者簡介】寧本冉，江蘇常州經(jīng)濟開發(fā)區(qū)教育和文體旅局（江蘇常州，213011）副局長，高級教師。

生成式人工智能、云計算、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)已成為當(dāng)前和未來引領(lǐng)教育創(chuàng)新的重要動力，推動了教育理念和教育方式的創(chuàng)新，擴大了教育、教學(xué)活動范圍，提高了效率與質(zhì)量，從而使智慧學(xué)習(xí)得以進入一線課堂。智慧學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者在智慧環(huán)境中按需獲取學(xué)習(xí)資源，靈活自如開展學(xué)習(xí)活動，快速構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)和人際網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方式。［1］

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中提到“技術(shù)”一詞49次，其中提到“地理信息技術(shù)”23次、“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”6次、“增強現(xiàn)實技術(shù)”1次。信息技術(shù)為新課程方案的實施提供了強大的動力，也將又一次引發(fā)和推動教育理念、方式、結(jié)構(gòu)等的重大變化。信息技術(shù)賦能背景下，可以利用信息技術(shù)自主獲取更多的學(xué)習(xí)資源。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)在新課標(biāo)中首次被提及。元宇宙作為數(shù)字技術(shù)的高階發(fā)展產(chǎn)物，可以為學(xué)生提供虛擬仿真的具身學(xué)習(xí)體驗，目前已經(jīng)應(yīng)用于課堂教學(xué)。然而，筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)：受到VR眼鏡等穿戴式體驗設(shè)備的文本交互功能開發(fā)水平的限制，學(xué)生在元宇宙情境之外，應(yīng)用常見學(xué)習(xí)終端廣泛收集和整合知識的渠道不通暢；學(xué)生在元宇宙情境之中，缺乏將通過具身學(xué)習(xí)獲得的生成性知識轉(zhuǎn)化為長期記憶的工具，這不利于地理知識與技能的鞏固。生成式人工智能是基于算法、模型、規(guī)則自動化生成文本、圖片、聲音、視頻、代碼等多模態(tài)內(nèi)容的技術(shù)，若將生成式人工智能與元宇宙技術(shù)整合，就能有效彌補元宇宙教學(xué)情境的不足。為此，我們將我國自主開發(fā)的“文心一言”生成式人工智能應(yīng)用軟件與元宇宙平臺整合，展開中學(xué)地理大單元教學(xué)。本文以“太空探索”智慧學(xué)習(xí)實踐為例，討論“生成式人工智能+元宇宙”賦能中學(xué)地理學(xué)科實踐的具體策略。

一、創(chuàng)設(shè)多元交互對話情境，推動學(xué)生思維發(fā)展

密切聯(lián)系學(xué)生生活經(jīng)驗成為當(dāng)前學(xué)生學(xué)習(xí)的主要方式之一。新課標(biāo)倡導(dǎo)的問題解決教學(xué)，特別注重真實情境的創(chuàng)設(shè)。然而，地理教學(xué)中某些超越時空的學(xué)習(xí)情境無法通過現(xiàn)實手段創(chuàng)設(shè)。例如，涉及巨大空間尺度或極微小尺度的學(xué)習(xí)情境：行星系尺度的太空探索、微尺度的土壤巖石的變化過程等。元宇宙突破了現(xiàn)實世界的時空尺度，將無法呈現(xiàn)的“時間”和“空間”中的真實世界再造于虛擬世界中，形成類似現(xiàn)實世界的“鏡像世界”，并通過數(shù)字端口連接真實世界，形成多場景融合的教學(xué)空間。學(xué)生可以進入“鏡像世界”，沉浸在逼真的學(xué)習(xí)情境中，通過與情境的交互引發(fā)深度思考。

1.通過“沉浸元宇宙”的參與式對話，豐富具身體驗

在過往的教學(xué)中，學(xué)生只能通過圖片、影視資料等間接了解太空知識，相關(guān)知識因太過抽象而成為教學(xué)難點。為破解難點，我們對照新課標(biāo)，基于學(xué)情制作了三個元宇宙教學(xué)場景：指向天體系統(tǒng)的“宇宙會客室”，指向探月工程的“月面繞、落、回”實驗，指向空間站建設(shè)的“中國天宮空間站”。學(xué)生以航天員身份進入上述空間，進行觀察和實驗。當(dāng)他們進入行星際空間，能通過飛近太陽、靠近月球背面等內(nèi)容體驗太空探索活動。這些人與太空的實時互動，從界面得到的關(guān)于行星知識的智能反饋，給學(xué)生帶來豐富的具身體驗，提高了學(xué)生對“描述探月工程、火星探測以及空間站建設(shè)等人類太空探索的進展與意義”的興趣。

據(jù)課堂觀察，在元宇宙的教學(xué)情境中，師生間、生生間憑借語音輸入裝置進行言語交互，學(xué)生可不斷與同學(xué)、老師探討：“為什么在太空中看不到亮光？”“為什么陀螺在太空艙中的飛行路線有一定弧度？”這樣的參與式對話，是學(xué)生由具身體驗上升到深度思考的具體表征。

2.通過“人工智能+”的多元互動，推進深度學(xué)習(xí)

“生成式人工智能+元宇宙”進一步擴展了學(xué)科實踐的深度，支持學(xué)生帶著任務(wù)，運用信息技術(shù)搜索資料、創(chuàng)生內(nèi)容、分享經(jīng)驗，通過與虛擬世界、網(wǎng)絡(luò)世界、學(xué)習(xí)伙伴的多元交互實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

新課標(biāo)要求學(xué)生建立科學(xué)的宇宙觀，提高對天文學(xué)的興趣，激發(fā)探索宇宙的愿望。［2］17基于上述要求，教師應(yīng)把教學(xué)的關(guān)注點聚焦于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。同時，在教學(xué)方式上重視真實情境的創(chuàng)設(shè)。

通過收集資料，我們認識到中國航天及太空觀測發(fā)展史是一批批科學(xué)家和航天事業(yè)建設(shè)者的奮斗史。了解這一段奮斗史，有利于激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣與情懷。為此，教師以兩個選擇性任務(wù)為引導(dǎo)，與學(xué)生共同創(chuàng)造貫穿學(xué)習(xí)全過程的問題解決情境。這兩個選擇性任務(wù)為“寫一篇短文介紹中國航天及太空觀測發(fā)展史、航天事業(yè)發(fā)展中的先進人物；寫一篇小論文介紹中國太空探索的成就”。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣任選其一，運用“文心一言”等AI軟件撰寫小論文，并進行修改完善，在完成后將小論文發(fā)送到班級群。這使學(xué)生在多次AI伴學(xué)的自主學(xué)習(xí)中增進了對相關(guān)知識的理解。在此基礎(chǔ)上，教師在課堂上提出導(dǎo)入問題：“如果有一項任務(wù)，不知道最終成功與否，卻要艱苦奮斗，你會參與這項任務(wù)嗎？如果參與這項任務(wù)不得不隱姓埋名，還要無私奉獻、矢志不渝，你會參與嗎？雖然我們?nèi)〉眠@項任務(wù)的成功，但你的付出要等到幾十年后才為人所知，你還會積極參與嗎？如果這是為了祖國和民族的發(fā)展，你愿意參與嗎？”引導(dǎo)學(xué)生從愛國的角度去思考問題，更深刻地認識人類太空探索的進展與意義。課上，教師利用師生共創(chuàng)資源推進學(xué)習(xí)過程，播放《中國男兒》歌曲視頻，視頻展示了中國航天事業(yè)的重要事件和“兩彈一星”元勛人物。教師讓學(xué)生閱讀“兩彈一星”元勛的簡介，討論他們令人欽佩的精神品質(zhì)。教師與學(xué)生共同總結(jié)學(xué)生作品中的關(guān)鍵詞，闡釋探月精神、“兩彈一星”精神、載人航天精神的內(nèi)涵。

在學(xué)生的選擇性任務(wù)的基礎(chǔ)上展開教學(xué)，學(xué)生所能達到的思維深度優(yōu)于以講授為主的教學(xué)。教師可以通過人機對話，激發(fā)學(xué)生的高階思維；通過生生對話，讓學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)；通過師生對話，將學(xué)生的自我認知引導(dǎo)到艱苦奮斗、服務(wù)國家未來發(fā)展的層面。

綜上所述，“生成式人工智能+元宇宙”賦能的地理交互式情境，使原有課堂升級為三維時空中師生、生生、人機的交互式多元對話，擴展了信息交流的范圍，提高了信息交流的速度，豐富了信息交流的內(nèi)容。學(xué)生帶著任務(wù)通過人機對話、師生對話，思考、發(fā)現(xiàn)、理解有關(guān)太空探索的知識，提升地理綜合思維素養(yǎng)。

二、引用專家工作模型，提升學(xué)生探究能力

元宇宙所具備的“情景交互”特性，能夠有效促進個體在復(fù)雜環(huán)境下對綜合技能的習(xí)得。由此，我們設(shè)計了航天體驗活動，激發(fā)學(xué)生“探索宇宙奧秘的興趣”［2］16。在上述教學(xué)活動中，隱含了發(fā)展學(xué)生的探究技能目標(biāo)。為了達成這些目標(biāo)，教師應(yīng)提供航天員工作的專家模型、地理專家模型，學(xué)生通過“我是航天員”的角色扮演活動，獲得地理科學(xué)探究技能。

在課前，每個學(xué)生會得到一張導(dǎo)學(xué)案（見表1）。其中，包含了航天員飛向天宮空間站的主要環(huán)節(jié)（航天員的專家模型框架）以及探究學(xué)習(xí)建議。該導(dǎo)學(xué)案聚焦“中國天宮空間站”，設(shè)計了六個循序漸進的階段：第一階段模擬發(fā)射前的場景，建立學(xué)生對航天工程的基礎(chǔ)認知；第二階段通過動態(tài)過程理解航天器發(fā)射的原理；第三階段學(xué)習(xí)空間站核心艙的功能與結(jié)構(gòu)；第四階段結(jié)合天宮課堂案例，探討太空實驗的獨特性；第五階段關(guān)聯(lián)航天員出艙任務(wù)，分析艙外活動的技術(shù)挑戰(zhàn)；第六階段延伸至宇宙探索，激發(fā)對天體運行規(guī)律的興趣。該導(dǎo)學(xué)案通過情境化、階梯式的教學(xué)設(shè)計，不僅幫助學(xué)生掌握空間站相關(guān)的地理與科技知識，更促使學(xué)生在科學(xué)思維、實踐能力、團隊協(xié)作等方面實現(xiàn)綜合素養(yǎng)的提升，同時呼應(yīng)新課標(biāo)“知行合一”的理念，為培養(yǎng)未來科技創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。

通過分析學(xué)案，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的地理觀察技能、動手操作技能都有不小的進步。在1[∶]1模擬的天和核心艙內(nèi)，學(xué)生開展了航天員的水球變懶實驗、太空陀螺實驗等。當(dāng)學(xué)生能夠近乎真實地體驗到在太空看星星的壯觀時，對太空探索便充滿敬畏。學(xué)生提出以下問題：“為什么從太空看火星和地球的距離那么遙遠？”通過引入專家工作模型帶動學(xué)生探究，是情境教學(xué)的一個既有策略。在“生成式人工智能+元宇宙”營造的學(xué)習(xí)環(huán)境中，信息技術(shù)使學(xué)生獲得體驗專家工作、太空探索的機會。

三、創(chuàng)建數(shù)字化學(xué)習(xí)共同體，促進深層次意義建構(gòu)

新課標(biāo)強調(diào)：“通過地理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，從地理教育的角度落實立德樹人根本任務(wù)。”［2］4“生成式人工智能+元宇宙”的技術(shù)賦能，為培育地理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)提供了更多可能性。教師得以在信息技術(shù)支持下，讓地理學(xué)科教學(xué)活動融入更多的思想和方法，讓提升素養(yǎng)的深層次意義建構(gòu)自然發(fā)生。

為了讓學(xué)生在“生成式人工智能+元宇宙”賦能的課堂中獲得充分發(fā)展，我們通過相關(guān)活動，建構(gòu)由學(xué)生、教師、AI共同組成的數(shù)字化學(xué)習(xí)共同體。第一個活動是開展由師生共同擔(dān)任評委的AI小論文競賽。聚焦“描述探月工程、火星探測以及空間站建設(shè)等人類太空探索的進展與意義”目標(biāo)，讓學(xué)生運用“文心一言”等生成式人工智能軟件生成小論文。師生共同瀏覽這些小論文，選出優(yōu)秀作品后共同討論、修改。在活動過程中達成教學(xué)目標(biāo)的同時，提升了學(xué)生的批判性思維能力。第二個活動是寫一篇小論文介紹中國太空探索的成就，要求學(xué)生在完成之后進一步獲取知識，提取其中的重要信息，畫出思維導(dǎo)圖。

綜上所述，在“生成式人工智能+元宇宙”賦能的地理學(xué)科實踐中，創(chuàng)設(shè)多元交互對話情境可以推動學(xué)生思維發(fā)展，引入專家工作模型可以提升學(xué)生探究技能，創(chuàng)建數(shù)字化學(xué)習(xí)共同體可以促進意義建構(gòu)，進而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了學(xué)生的地理學(xué)科核心素養(yǎng)。

【參考文獻】

［1］李愛萍.新技術(shù)時代移動智慧學(xué)習(xí)：資源建設(shè)與環(huán)境營造［J］.教育學(xué)術(shù)月刊，2020（2）：106-111.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

責(zé)任編輯：靖裕思

*本文系教育部課程教材研究所初中學(xué)業(yè)水平考試評估研究項目專項課題“虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的學(xué)習(xí)方式變革研究”階段性研究成果。