人工智能时代中学地理教学的机遇、挑战与进路

摘要：探寻人工智能背景下地理教学“数智化”转型的发展趋向是有效推进“AI+地理教学”实践的重要前提。人工智能在地理教学资源共享、模式变化、个性教学、素养创新等方面实现全面赋能提质增效的同时，也将面临技术过度忽视地理教学的本质、技术依赖弱化地理思维的创新、地理教学内容智能化尺度难以把控、地理智能化教学模式走向难以预测、地理智能化教学评价解读难以周全等挑战，未来的中学地理教学应当向育人型、服务型、成长型智能化教学的方向不断创新发展。关键词：地理教学；人工智能；机遇；挑战在历史发展进程中，科技进步与教育发展始终存在相互催化、相互协调、相互成就的“双向奔赴”，技术场域的朝气和教育领域的勃发共同推动人类文明的新进程。目前，从工业文明时代向人工智能时代的科技迭代與跨越正掀起教育界的新一轮创新与变革。在互联网、物联网、大数据云计算、深度学习、类脑计算等智能技术的助推下，人工智能与基础教育正走向“数智化”深度融合的阶段［1］，技术的创新不断为教育教学增能赋强。地理教育作为基础教育的重要组成部分，地理学科研究的空间和尺度视角的特性使其成为人工智能与教育教学应用融合的前沿学科。《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出，在地理教学过程中深化信息技术应用的要求，开启了地理教育教学的智能化新征程，由传统教学进入智能教学的过程将对教师教学和学生学习带来新的机遇与挑战。一、人工智能为中学地理的“教”与“学”赋能提质1.教学资源的均衡共享优化地理知识的供需结构随着5G网络技术的突破和全媒体资源的开发应用，地理教学资源均衡化、共享化打破了传统地理教学的信息流通和传播方式，实现优质地理教学资源惠及城乡师生的目标，逐渐减小地区地理教育发展的差距，不断优化地理教育发展结构和规模。人工智能时代，地理教师能够在互联网上链接到新颖的地理教学素材，学习先进的地理教学理念、前沿的地理学科动态、创新的地理教学形式等，对地理教师个人学科素质、教学技能、专业知识、教育思想等方面的进步具有重要促进作用。学生在互联网上能够查阅、搜索不懂的地理知识，打破学校答疑教学的延时性，强化了学生接触知识的深度和广度。因此，在地理教学中，地理教师的“教”更新颖、更先进，也更有针对性了，学生“学”得更广也更深了，地理教学资源的均衡化不仅为教师自我进修、自我提升提供了机会和条件，也为学生获取知识提供了方式和平台。地理教育资源的开放使得学生对地理知识深度与广度有更高的需求，这将进一步反作用于教师的教学水平，而教师又通过地理教学能力的提升来促进学生的地理学习。由此，人工智能时代地理教学资源的均衡化将不断协调和优化地理教学活动主体间对地理知识的供需关系，形成正向良性循环。2.教学模式的丰富多元助力课堂教学提质增效地理学科基于时空和尺度的学科特性要求学生需要具备一定空间想象能力、时间推演能力和尺度缩放能力，中学地理课程就是要在地理课程的学习中培养学生的地理核心素养，让学生开始成为一个地理发现者、探索者、实践者、研究者，但传统地理教学的“教师讲、学生听”模式已然不能满足学生对地理的认识和理解。人工智能时代给予地理教学更广阔、高效的教学模式。地理教师能够基于虚拟现实技术（VR）、增强现实技术（AR）让学生身临其境地观察地理现象的形成过程，将一些空间性强、时间跨度大、尺度变化明显的抽象知识转化为沉浸式、体验式的地理知识，增强学生对地理知识的兴趣，帮助学生更好地进行地理学习。此外，人工智能加持下的地理教学还能实现“线上—线下—混合”的多模式教学，教师根据教学内容重难点进行分层，按照内容进行模式切换，实现“资源、物理、社交”三空间深度融合［2］。人机交互体验式的地理教学不但能够方便教师的“教”，还有利于学生的“学”，让教师和学生的互动更多样、联系更紧密，丰富课堂的呈现方式和提升课堂的教学效果。3.教学手段的智能化提升精准教学和个性化发展在5G数据智能化时代依托数据监测、行为分析等相关技术能实现地理教学个性化发展。大数据通过智能终端、应用软件和传感器等记录、追踪、收集学生地理学习行为数据（学习专注时间、互动交流频率等）和学习结果数据（考试成绩数据等）［3］。通过对海量数据信息进行采集传输和分析，在智能终端上，地理教师不仅能够了解到全班学生的基本学习情况和整体学习行为，还能够量化出每个学生的学习行为和结果，推送不同的学习方案和学习建议，以此来帮助地理教师根据学生具体情况进行教学和辅导，针对学生相对薄弱的知识点和地理素养能力进行个性化针对性培养，实现地理教育个性化教学。未来的地理课堂将更具开放化、智能化、个性化的特质［4］，人工智能+教育的教学方式能够实现差异化教学和个性化发展，让教师“教”得更有针对性，学生“学”得更具自由度。4.地理核心素养培养的新突破铸就终身发展能力人工智能应用于地理教育教学评价是大势所趋，与传统评价方式相比智能评价手段更细致，能够改变传统评价中唯分数论的弊端，实现学习过程中个人综合素质的检测与分析，更注重过程性评价，其对地理核心素养的培养与监测具有重要作用，教师能够通过智能化数据实时分析学生地理核心素养发展的效果和质量，从而对学生实现强化、巩固，提高学生地理学习的效率和质量。同时，教育“数智化”时代中，教师对学生地理核心素养的培养随着时代发展和教育方式的变革而进行创新。智能化时代的发展必然带来新的人地关系变革，因此，学生在体验智能化时代成果的同时，也将加深对人地协调的进一步思考和认识；智能信息时代，学生对网络的接触日益增多，地理信息的收集、整理、分析能力、地理图像的制作能力、地理空间处理工具的应用能力都是对学生地理实践力的新要求。智能化时代让学生学习地理不仅只能依靠教材和工具书，更有地理性与信息性深度融合的“AI+地理教学”。教师和学生在面对地理“教”与“学”的变革中将实现地理核心素养培养的新突破，习得终身发展能力。二、人工智能对中学地理“教”与“学”的挑战1.技术过度忽视地理教学的本质人工智能技术与地理教育的融合极大地改进了地理教育资源的供给方式，提升了地理教育教学的质量和效率，但技术与教育在教育教学过程中的主次关系应当有所侧重和倾斜，在教育领域始终应当按照“教育的逻辑”去考量技术［5］。地理教学活动一定要按学生需求和地理教学逻辑开展，技术是进行教育活动的辅助手段，教师在进行地理教学过程中应当避免过于追求技术而忽视学生和教学的真正需求，人工智能的介入不能够从根本上代替教育发挥其育人的价值。因此，地理教师应明确技术手段和育人目的之间的逻辑关系，从学生知识学习、技能掌握、价值观建立、核心素养培养等需求出发，科学看待、正确处理技术与教育的关系。2.技术依赖弱化地理思维的创新人工智能的优势在于其具有进行大规模大数据挖掘和处理的能力，其运算规模与速度远超人类，随着ChatGPT等新一代生成式人工智能的问世，地理教育教学也迎来了新挑战。生成式人工智能具有超强的信息检索能力和文本生成能力，能够提供语言生成和文本处理服务，学生在使用此类智能产品时如果使用不当可能会有个体智慧“退化”的风险，形成惰性学习、依赖性学习的习惯，不利于学生地理思维的形成和发展［6］。地理核心素养的培养是地理学习的生命线，地理学科思维的形成贯穿于地理学习的全过程，因此，地理学习需要学生参与全过程，智能化产品的服务不能代替学生的思考和创造力，如何规范學生对智能类产品使用的科学性与合理性将是未来地理教学的重要探讨方向。3.地理教学内容智能化尺度难以把控灵活与泛在的网络化、智慧化学习环境的生成实现了物理环境与虚拟环境的对接融合，为地理教师进行深度地理教学提供了良好的教学环境和手段，但不同的地理教学内容在呈现方式上存在差异和变化，智慧教学的普及和应用也对地理教师进行教学内容挖掘与呈现提出了新要求。什么样的地理教学内容该采取何种教学模式，如何运用现有技术手段将地理课堂内容有效呈现，在教学中如何平衡技术运用的科学性与艺术性的关系，如何把握运用的尺度等都是开展地理教学活动需要进行深度探究的重要问题。4.地理智能化教学模式走向难以预测从传统教学方式到智能化教学方式的转变是地理教学模式变革的重要体现，从师生间的“人—人”交互到智能“人—机—人”互动，从“人—师”教授模式到“机—师”的双师并存［7］，这样的教育方式变革无疑是前所未有的。地理教师和学生对这种新型教学方式和新型师生关系转变的适应与态度影响着未来地理教育教学的走向与发展。因此，在中学阶段的地理教学中，教师对人工智能应用地理教学的认可、学习、探索、应用趋向能够决定学生在地理学习中的“智能”模式，教师是否认同、采纳、适应人工智能教学的方式，最终影响学生地理学习的途径和方法。而学生在面对教学模式转变的前提下，能否接受并合理规避相应的负面影响，“教”与“学”能否顺利接洽这种新型的对话关系常态化是未来地理教学的重要挑战之一。5.地理智能化教学评价解读难以周全《深化新时代教育评价改革总体方案》指出“创新评价工具，利用人工智能、大数据等现代信息技术，探索开展学生各年级学习情况全过程纵向评价、德智体美劳要素横向评价”。评价的多元意味着评价的深度和广度都具有一定程度的延伸，在实现全过程、全要素的测评目标的同时，也为地理教师和学生应对地理教学形成一定挑战和压力。预测分析与评价都是基于当前教学情境中的行为进行模拟分析的结果，不能够完全预判未来实际的行为，对结果的解读很可能会造成对学生的刻板印象，为学生贴上标签甚至产生偏见和歧视等［8］，因此，地理教师在运用人工智能进行测评时要注意智能测评可解释性，要用动态和发展的眼光去看待学生的地理学习成长。三、“人工智能+地理教学”的逻辑进路1.逻辑起点：以人的发展为根本的育人型智能教学教育关乎人的成长和发展，智能技术在教育场域的实践与应用必须以人的全面发展为根本目的。人的成长发展不单单是指个体在生物属性上的生命现象，更是社会属性中心灵、精神和人性的完美体验与获得。因此，人的发展教育逻辑也应当是技术实践发展的逻辑，一切要以保护人、解放人、发展人为目的。在进行“人工智能+地理教学”的模式中，要利用技术与教学融合的优势全面推进学生人地协调观、区域认知、综合思维、地理实践力四大地理核心素养的发展，保护学生地理学习的健康性、乐趣性，解放学生地理学习的效率和质量，发展学生地理学习的个性化［2］。因此，无论是技术和学习产品的研发还是智能教学的应用都应始终遵循“树人、育人”的基本原则，以人的发展性为逻辑起点，以学生地理学习的诉求为导向，始终以人的需求和健康成长为准则，创建育人型智能教学。2.逻辑中介：以要素系统为保障的服务型智能教学在“人工智能+地理教学”教学模式中涉及技术要素、人的要素、教育要素、社会要素等分支要素［2］，技术要素包括地理教学设备、工具、地理智能教具、地理资源平台、地理教学环境等；人的要素包括地理学习者、教学者、管理者、智能技术服务者等；教育要素包括地理教学目标、地理教学内容、地理教学方法、地理教学策略、地理教学评价等；社会要素包括经济、政治、文化、法律等要素，各要素的有机融合与协作是智能地理教学顺利开展的有力保障。因此，在未来地理教学中应当打通主体、环境、资源、信息、策略等教学场景中的要素隔阂，实现各要素间的深度融合与协作，强化“AI教学”的要素结构和要素体系的重塑，建立完善、稳定的全要素智能化教学生态，不断推进智能教学指导和服务体系建设，实现以要素系统为保障的服务型智能教学。3.逻辑旨归：以技术辩证为动力的成长型智能教学技术作为一种生产要素，不断驱动着教育的数字化建设和高质量发展，但也应意识到技术在带来先进创新方式的同时，其自身的复杂性和局限性也在潜移默化中影响着教育教学。在地理教学场景中，技术场域与地理教学思想的碰撞无疑会不断激发知识的再生产和再创造，但同时也催生出教育公平、学习依赖、情感缺失、技术安全等方面的风险，因此，在“人工智能+地理教学”的模式中应当辩证看待智能技术的教育功能，扬长避短合理科学地运用技术创造的新生产力，让教育需求与技术发展产生双向反哺，在人工智能领域和教育领域中实现交互循环的叠加发展局面，加强风险防范，在不断修正、更迭升级中优化性能、操作与服务，实现“技术+教育”的双向成长目标。四、结语人工智能应用于地理教学为学生地理学习和教师地理教学提供了强有力的支撑，在地理教学资源均衡化、地理教学模式丰富化、地理教学个性化、地理