生成式人工智能在高中地理思维型课堂教学中的应用初探及反思

侯 瑜 户清丽

（1. 陕西师范大学 教师发展学院, 陕西 西安 710062; 2. 长安大学 基础教育办公室/附属学校, 陕西 西安 710061）

教育的重要目标是培养学生的思维能力。[1][2]思维型课堂强调教师有目的地创设情境，激发学生积极思维。在渐进追问中，教师引导学生进行立体式、发散式思考，促进学生循序渐进地发展思维，建构知识体系，从知识的应用迁移中，训练学生思维品质。此外，思维型课堂还强调学生学习后的反思，总结经验和教训，自我监控思维过程，以提高思维效能。

以ChatGPT、文心一言、讯飞星火等为代表的生成式人工智能拥有丰富的学习资源、出色的语言理解和生成能力，能够感知上下文复杂情况和处理多轮对话，并以一种几乎自然的方式理解和回应复杂的请求。多数学者选择ChatGPT为研究对象，探讨以其为代表的生成式人工智能在教育领域中的应用。[3][4]本文选择国内的人工智能讯飞星火和文心一言，探讨其在高中地理思维型课堂教学中的应用。人工智能可以辅助教师不断生成地理问题情境，引发学生认知冲突，激励学生深入思考。学生通过挖掘情境关键词可向人工智能获取地理思维学习材料，并通过与人工智能的持续对话验证思考结果。学生在思考和反馈中完成知识建构，实现地理思维进阶。此外，人工智能可以实时记录学生问题思考角度与答疑结果，形成学生地理思维认知数据库，有助于记录学生地理思维过程。本文结合人工智能的特点，提出了基于人工智能开展高中地理思维型课堂的教学要求、基本环节及其相关注意事项。

一、基于人工智能的高中地理思维型课堂的教学要求

1.以人工智能为教学支撑

人工智能的优势在于其能够广泛搜索地球上真实且与生活相关的地理情境，包括城市规划、气候变化、自然灾害、生态问题、人口分布与迁移、文化差异以及地理探险等，且一定程度上支持对话内容的存储，能够不断了解教师的教学目标，并适时提供指导和相关教学素材。教师可以有针对性地选择一系列层层递进的素材，以贯穿教学主题，并基于情境，设计问题链。生成式人工智能拥有更多的学习参数、更强的语言理解和逻辑推理能力，可为学生提供丰富的学习材料，还可不断回应学生的质疑与追问。因此，人工智能可以被视为高中地理思维型课堂“教”和“学”的强大工具。

2.以渐进追问和思维互动为教学过程

动态性是思维结构的核心，发展和完善学生的思维结构是思维型课堂教学的重要目标。[5]基于人工智能的地理思维型课堂强调教师利用人工智能创设情境问题链，引导学生进行层层递进的探究。人工智能向学生推送丰富的背景材料，并以第三方的身份共同参与问题讨论。从思维互动主体的角度来看，包括师生思维互动、生生思维互动和生机思维互动，体现了维果斯基的社会建构主义理论。这意味着个体的思维能力可以得到更好的发展。

3.以学生地理思维进阶为教学评价重点

高中地理思维型课堂关注学生地理思维进阶，从浅层次的地理信息获取到系统的、相互联系的、基于地理概念特征的拓展、抽象、概括与应用。依据SOLO分类理论，明确学生地理思维进阶进程，即无结构水平、单点结构水平、多点结构水平、关联结构水平、拓展抽象结构水平。[6]在学生探究问题的过程中，教师关注学生思维结构水平，及时引导学生建立与问题相关的知识结构、掌握问题解决的思路与方法、形成综合辩证的地理思维结构、实现地理思维由低阶向高阶的发展。

二、基于人工智能的高中地理思维型课堂教学环节

高中地理思维型课堂是学生在掌握地理知识和技能的过程中不断发展地理思维结构的课堂。这个过程包括以下四个关键步骤，如图1所示。首先，教师利用人工智能创设问题情境，以激发学生积极思维。其次，学生与人工智能合作分析与解决问题，促进学生的地理思维进阶。接着，学生通过应用和迁移知识，训练自身的地理思维品质，人工智能可作为学生的“虚拟导师”为学生提供个性化辅导与答疑。最后，借助人工智能思维认知数据库，教师引导学生梳理自己的思维过程，提高思维效能。

图1 基于人工智能的高中地理思维型课堂教学环节

1.创设问题情境，激发学生积极思维

教师在制定教学目标的基础上，依托人工智能系统创设地理情境，并以思维链视角设计问题链，具体流程如下。首先，根据课程标准制订教学目标，教师要时刻关注核心素养的要求，并将教学目标拆解为难度不断进阶的子目标。其次，教师利用人工智能解读这些子目标，并通过人工智能的情境对话功能，不断深入挖掘教学情境素材，确定贯穿其中的情境主题。最后，教师根据思维递进的原则，设计问题链，激发学生积极探究的意愿。由于人工智能提供的素材很多，且内容杂乱，教师需要以问题链为导向，对素材进行筛选和整理，以便学生在探究问题链时能够完成各个子目标。

2.分析与解决问题，促进学生思维进阶

在课堂教学中，学生思维进阶具象表现为任务进阶。[7]教师设计地理问题链如图2所示（其中无结构思维水平无意义，故不在图中呈现）。这些问题包括事实型、理解型、综合分析型和应用型问题，具有递进性和生成性特点。教师通过人工智能模拟教学对象回答问题链，以与人工智能对话的流畅程度作为标准，检验问题链是否符合学生的认知和思维水平，不断润色修改问题，以提高问题的科学性和连贯性。在学生分析与解决问题的过程中，人工智能可作为“智能学伴”向学生推送丰富的背景资料，丰富学生的思考视角。思维活动是智力和非智力的统一，只有两者有机结合，才能发挥思维活动的效能。[8]故教师在实际教学中还需要注意创造良好的课堂氛围，关注学生的情感、性格、意志、动机、兴趣等非智力因素，鼓励学生主动思考，积极提出问题。学生在师生思维互动、生生思维互动、生机思维互动中分析与解决问题，实现思维进阶。

图2 基于思维“五阶”进程的地理问题链设计

3.应用和迁移知识，训练学生思维品质

应用迁移反映了智力和能力的“迁移”，体现地理思维品质的深刻性、灵活性、批判性、敏捷性和创造性，是培养学生地理思维能力的突破口。教师需要巧妙地运用“拓展延伸情境”问题，促进知识和方法之间的交叉渗透与迁移。人工智能可作为学生的“虚拟导师”为学生提供个性化答疑，还可通过其强大的交互性，帮助学生印证结构良好问题，启发结构不良问题。学生通过与人工智能持续性的对话验证思维方向，将地理概念、地理规律和地理理论迁移到不同的应用场景，实现高阶思维的发展。

4.监控思维过程，提高学生思维效能

思维的自我监控，即学生自主梳理思维过程、有意识地掌控思维环节的能力，是自我意识在思维中的表现，是思维结构的顶点或最高形式。[9]学生与人工智能的对话数据实时记录了学生问题思考角度及反馈结果，构建了学生思维认知过程数据库。在课堂结束时，教师引导学生对学习对象、学习过程、思维方式、所学知识和方法等进行总结和反思，总结学习中的经验和教训，发展认知结构，形成思维认知策略。学生可将此过程通过可视化图表，如思维导图、概念图、模型图等，表达出来。

三、基于人工智能的高中地理思维型课堂教学实践——以“拓展蓝色经济空间，维护海洋权益”为例

本文选取人教版高中必修《地理2》第五章第三节“中国国家发展战略举例”中“拓展蓝色经济空间，维护海洋权益”内容，以人工智能辅助教学，旨在为地理教师利用生成式人工智能开展思维型课堂教学提供有益参考。

1.根据课程标准，制订教学目标

课标要求为“结合实例，说明国家海洋权益、海洋发展战略及其重要意义。运用资料，说明南海诸岛是中国领土的组成部分，钓鱼岛及其附属岛屿是中国固有领土，中国对其拥有无可争辩的主权。”制订如下教学目标。

（1）结合具体图文资料，归纳我国海洋国情特点，认识我国主要海域和岛屿战略地位、海洋权益。（区域认知）

（2）结合南海诸岛和钓鱼岛及其附属岛屿海洋国土资料，说明中国对其拥有无可争辩的主权以及维护我国海洋权益的重要意义。（综合思维）

（3）合理利用海洋资源、保护海洋环境、提出海洋经济发展举措。（人地协调观）

（4）绘制“我国海洋经济发展现状，维护海洋权益”思维导图。（地理实践力）

2.选取情境素材，串联教学环节

围绕以上教学目标，梳理教材内容，教师基于思维层次挖掘出教学主线“开发海洋—保护海洋—维护海洋权益”。教师利用讯飞星火的智能对话功能，获得情境素材。

【讯飞星火】（节选）

（1）纪录片推荐：《蓝色星球》系列展示了海洋生物的多样性以及海洋环境的脆弱性；《海洋奇缘》介绍了海洋中的奇异生态与生物，激发学生对海洋探索的兴趣。

（2）海洋资源开发与利用案例：挪威的深海石油开采技术，中国的海水淡化技术，沙特阿拉伯的海水淡化项目，中国的海洋渔业发展，马尔代夫的海洋旅游经济。

（3）海洋保护案例：塑料垃圾回收项目，如太平洋垃圾带的清理行动；海洋保护区的设立实例，如加拉帕戈斯群岛的保护措施；国际组织如联合国环境规划署的相关倡议和行动。

（4）海洋权益争端案例：中国南海争端的背景及现状，北极圈内各国对于北极资源的争夺，智利与秘鲁关于太平洋海域的争端。

（5）国际海洋法框架资料：《联合国海洋法公约》的主要内容摘录，国际海事组织的相关法规和协议。

（6）辩论赛备选辩题：“海洋生态系统保护应优先于海洋资源的开发利用”“海洋污染问题主要应由国际社会共同解决，而非单个国家独立承担”“海洋经济发展是国家利益的核心，应超越海洋生态保护的重要性”。

（7）实地考察建议：海滩清洁活动的组织与记录，近海水域的生态环境观测，海洋博物馆或水族馆的参观学习。

（8）教育游戏：模拟海洋生态系统的电脑游戏。

教师选取部分情境素材，串联教学环节，逐步落实地理知识学习与地理学科核心素养培养要求。首先，“开发海洋”教学环节。以《蓝色星球》纪录片导入，使学生感性认识海洋。学生在归纳我国海洋国情特点的基础上，以“中国海水淡化与中国渔业发展”为例分析我国海洋资源类型及其对沿海地区产业发展的经济价值。其次，“保护海洋”教学环节。学生认识到海洋经济发展过程中出现海洋环境污染、生态破坏问题，以“海洋开发优先还是海洋保护优先”为题展开辩论，进一步认识到海洋经济可持续发展战略的重要性。再次，“维护海洋”教学环节。学生在辨识海洋权益相关概念的基础上，以“中国南海争端的背景及现状”为例分析争端原因，认识到我国南海诸岛的战略地位，说明中国对其拥有无可争辩的主权，并理解维护南海诸岛和钓鱼岛及其附属岛屿等海洋国土权益的意义。然后，“应用迁移”教学环节。选取具体海域，在保护海洋的基础上，为该海域经济发展、海洋权益维护出谋划策。最后，“梳理思维”教学环节。将本节课的情境和知识总结成思维导图，明确建设海洋强国的责任使命。

3.丰富情境素材，设置问题链条

教师利用人工智能，丰富教学情境素材。本文选取“维护海洋”教学环节，展示主题为“中国南海争端的背景及现状”的情境素材。

教师：从海洋资源和战略位置介绍南海，并简单介绍南海争端。

文心一言：南海位于中国南部，东北部经台湾海峡与太平洋相通，南部经马六甲海峡与印度洋相通，地理战略位置极其重要，中国进口原油的80%是通过马六甲海峡运输的，是中国海上石油和贸易的生命线。

南海石油天然气储藏量超过200亿吨，有“第二个波斯湾”之称；矿物资源丰富，含有锰、铁、铜、钴等35种金属和稀有的锰结核；岛上生长的植物耐盐、耐旱，生长茂密；鱼类资源丰富，有1500多种，马鲛鱼、石斑鱼、金枪鱼等产量高，经济价值极大，是中国渔民远海捕鱼的主要品种；海鸟种类多样，栖息繁衍在各个岛屿上。南海丰富的自然资源是南海争端产生的直接原因。南海地缘政治重要性吸引着域外大国持续关注并介入南海问题。

中国对南海诸岛的主权是历史上确立的。中国最早发现、命名和开发利用南海诸岛及相关海域，最早并持续、和平、有效地对南海诸岛及相关海域行使主权和管辖，确立了对南海诸岛的主权和在南海的相关权益。中国愿继续与直接有关当事国在尊重历史事实的基础上，根据国际法，通过谈判协商和平解决南海有关争议。中国愿同有关直接当事国尽一切努力作出实际性的临时安排，包括在相关海域进行共同开发，实现互利共赢，共同维护南海和平稳定。

教师围绕以上情境素材，在“五阶”地理思维进程的基础上设置问题链，如图3所示。

图3 “维护海洋”问题链设计及其思维进阶

4.完成学习任务，实现思维进阶

学生在完成问题任务的过程中，充分挖掘生成式人工智能的应用价值，辅助学习，各教学环节具体应用过程如图4所示。例如，在“保护海洋”教学环节，以话题“海洋开发优先还是海洋保护优先”展开辩论时，甲乙双方学生分别用不同的人工智能检索，整合学习资料展开辩论。同时，人工智能回应学生的追问，帮助学生发现自己的思维漏洞。例如，学习本节地理核心概念“海洋发展战略”时，教师虽给出解释“海洋发展战略是由中共中央和国务院确定的国家重大发展战略”，但学生不能完全理解此概念，学生利用文心一言解决疑惑，深入理解海洋发展战略。

图4 人工智能辅助学习应用图

学生：国家为什么提出海洋发展战略？

文心一言：坚持陆海统筹，发展海洋经济，建设海洋强国，是顺应历史潮流和全球发展趋势的必然选择。海洋是人类生存和发展的重要战略空间，是战略资源的重要基地。21世纪，人类进入开发海洋资源和利用海洋战略空间的新阶段，海洋在保障国家总体安全、促进经济社会发展等方面的战略地位更加突出，以海洋为载体和纽带的市场、文化等合作日益紧密，世界各海洋大国和周边邻国纷纷制定新形势下的海洋战略和规划，加速向海洋布局。海洋已经成为国际和周边地区战略竞争与合作的重要领域。

学生：发展海洋经济对我国有哪些重要意义？

文心一言：发展海洋经济对我国的重要性主要体现在以下几个方面。

拓展发展空间。我国是陆地大国，但海洋资源丰富，发展海洋经济可以进一步拓展我国的经济发展空间。海洋蕴藏着巨大的经济价值，包括渔业、航运、石油和天然气等资源。这些资源的开发利用能够为我国提供更多的发展机会和资源保障。

促进经济转型。发展海洋经济可以推动我国经济结构的转型升级。海洋经济的快速发展需要先进的科学技术和创新作为支撑。这可以推动我国的科技进步和产业升级。同时，海洋经济的发展也可以带动相关产业的发展，如船舶制造、海洋工程、海洋服务等。这些产业的发展能够为我国的经济增长注入新的活力。

保障资源安全。随着陆地资源的逐渐枯竭，海洋资源的开发利用变得越来越重要。发展海洋经济可以保障我国在资源上的需求，特别是对于一些战略性资源的获取。通过合理开发利用海洋资源，可以保障我国的能源安全和粮食安全。这对于国家的长远发展具有重要意义。

增强国际竞争力。海洋是国际贸易的主要通道，控制海上交通线对于提升国际地位具有重要意义。发展海洋经济可以增强我国的国际竞争力，提高我国的国际地位和话语权。同时，发展海洋经济也可以推动我国与其他国家的交流合作，促进互利共赢的局面。

四、基于人工智能的高中地理思维型课堂教学实践反思

第一，有利于培养学生地理思维，但对学生读图能力培养有限。利用人工智能多轮对话机制，以思维链形式将大问题拆解为多个小问题。这样的语言模型有利于学生逻辑思维的养成。同时，教师利用思维型课堂，创设结构化情境、拓展迁移情境，设置问题链和引导学生梳理思维过程，进一步促进学生思维培养。但人工智能生成图片资料有限，对学生的读图能力培养有限。

第二，辅助教师设计教学，但对教师提出更高要求。人工智能可为教师解答专业问题，提供教学情境，生成地理作业，辅助教师设计教学，但教师需要完成内容设计类创造性任务。笔者实践表明，文心一言和讯飞星火辅助教学效果比ChatGPT更好。人工智能生成结果需要教师提问才能引发，否则生成结果聚焦性和指向性不足，故对教师提问能力提出更高要求。教师还需全面评估生成结果，保持批判性，并二次加工生成结果。教学是一种具身性和生成性的活动。教师实时与学生情感、行为、思维互动是教学的魅力所在，这是人工智能无法替代的。但人工智能是大势所趋，作为地理教师，需日后积极探索人工智能在地理教学中的应用路径。

第三，促进学生个性化学习，但学生需保持主体性地位不动摇。学生与人工智能进行的“对话式”互动有助于及时提升学习反馈和评价的生成性和个性化。[10]而且人工智能储存的思维认知数据可帮助学生精准分析知识遗漏和认知偏差，进而推送针对性的学习资源。但学生可能会产生思维惰性，故必须保持学生人机协作的主体性。同时，教师需要始终保持对学生的关注，监督和管理学生与人工智能的互动过程，以便及时引导和激励学生。

第四，引发对教育本质的思考，教育需更关注学生“软实力”培养。基础教育是在为年轻一代终生学习与发展奠基，其中不仅包括知识、技能，还包括品格、兴趣，价值观等。[11]人类的低层次技术工作可能被人工智能替代，但人工智能在与学生情感互动、对学生地理价值观塑造等方面乏力。故人工智能引发对教育本质的思考，教育更需要关注培养具有“软实力”素养的人。