ChatGPT技術(shù)輔助地理模擬課堂的設(shè)計(jì)與實(shí)施

摘 要：隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深化，人工智能與教育的融合創(chuàng)新成為必然趨勢。本文依托ChatGPT技術(shù)生成地理教學(xué)設(shè)計(jì)與學(xué)生數(shù)字畫像，創(chuàng)設(shè)兩類虛擬學(xué)生參與地理模擬課堂。其中，一類虛擬學(xué)生具有現(xiàn)實(shí)學(xué)生的共同特征，另一類反映現(xiàn)實(shí)學(xué)生間的個(gè)性差異。地理模擬課堂的設(shè)計(jì)與實(shí)施旨在聚焦核心素養(yǎng)，培育學(xué)生區(qū)域認(rèn)知；關(guān)注學(xué)生需求，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)；助力專業(yè)成長，推動(dòng)教育創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：地理教學(xué)；人工智能；ChatGPT；課堂模擬

中圖分類號(hào)：G633.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5207（2024）12-0012-05

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確指出“信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，是地理教學(xué)改革的助推器”。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷深化，大數(shù)據(jù)、人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)與教育的融合創(chuàng)新已成為當(dāng)下教育研究的熱點(diǎn)之一。ChatGPT（Chat Generative Pre-trained Transformer）是一個(gè)基于先進(jìn)自然語言處理技術(shù)的大型語言模型，它具備自然語言交互的特性，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用具有天然優(yōu)勢，能為地理教師提供有效輔助。目前，ChatGPT在地理教育中承擔(dān)的角色主要表現(xiàn)為自主教學(xué)者或教師的智能助手，即ChatGPT可作為學(xué)生的虛擬導(dǎo)師，為學(xué)生提供個(gè)性化答疑，或與地理教師協(xié)同工作，共同策劃課程，探討不同的教育場景。例如，侯瑜等借助人工智能開展思維型地理課堂教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階［1］；謝煜鵬等基于人工智能構(gòu)建人機(jī)協(xié)同教學(xué)模式，通過“師—生—機(jī)”三者的有效性交互完成教學(xué)活動(dòng)［2］。由于當(dāng)前ChatGPT給予的回應(yīng)具有隨機(jī)性且不完全準(zhǔn)確，因此，它作為虛擬導(dǎo)師的表現(xiàn)往往不甚理想，但此特性卻能使其成為可信的學(xué)生。如朱莉婭·馬克爾等開發(fā)了一款教師培訓(xùn)工具GPTeach。該工具旨在模擬各種學(xué)生角色，協(xié)助教師在一個(gè)安全的培訓(xùn)環(huán)境中進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐［3］。ChatGPT有巨大的潛力改變教育格局，促進(jìn)教育效果的提升。因此，如何發(fā)揮人工智能在地理教育中的關(guān)鍵能力，推進(jìn)人工智能應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)已成為當(dāng)前的重要任務(wù)。

本文聚焦于數(shù)字化轉(zhuǎn)型、ChatGPT及其與地理教學(xué)的交匯點(diǎn)，探索人工智能輔助地理模擬課堂的設(shè)計(jì)與實(shí)施，其中特別關(guān)注如何使用ChatGPT創(chuàng)建接近現(xiàn)實(shí)的虛擬學(xué)生，幫助地理教師在正式上課前預(yù)測課堂實(shí)施的效果，根據(jù)學(xué)生需求，對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容進(jìn)行精確調(diào)整，進(jìn)而提高教師的教學(xué)效能，為學(xué)生提供更具吸引力和針對(duì)性的教育體驗(yàn)。

一、ChatGPT賦能教學(xué)設(shè)計(jì)

地理是一門研究地理環(huán)境及人類活動(dòng)和地理環(huán)境關(guān)系的學(xué)科，區(qū)域性和綜合性是其基本屬性。地理教學(xué)應(yīng)將“基于區(qū)域”和“指向綜合”相結(jié)合，即注重“地理格局和過程的耦合”［4］。因此，不同于數(shù)學(xué)或物理課堂，地理課堂的構(gòu)建往往需要大量圖文、視頻等素材創(chuàng)設(shè)問題情境，以呈現(xiàn)地理空間格局與地理事象過程。

目前，雖有多種途徑供教師獲取豐富的地理教學(xué)資源，但網(wǎng)絡(luò)上繁雜多樣的資源常常良莠不齊，需要教育者投入較多時(shí)間甄別篩選。基于以上背景，ChatGPT的出現(xiàn)為教師提供了新的解決方案。教師只需要提供學(xué)科和學(xué)段等必要的前置信息（如課程標(biāo)準(zhǔn)、教材版本、課程內(nèi)容等），便可快速獲得與教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容相契合的文本資料。而且不同于常見搜索引擎上無序排列的信息，ChatGPT生成的文本結(jié)果具備一定結(jié)構(gòu)性和邏輯性，有助于教師節(jié)省備課時(shí)間。結(jié)合相關(guān)插件，教師還可獲得各種個(gè)性化、定制化的地圖、課件和視頻等多媒體教學(xué)資源，以滿足更廣泛的教學(xué)需求。此外，ChatGPT還能為教師在教學(xué)設(shè)計(jì)方面提供創(chuàng)新思路和建議。通過ChatGPT的輔助，地理教師在一定程度上能從重復(fù)低效的工作中解脫，提高教學(xué)質(zhì)量與效率，聚焦地理核心素養(yǎng)的落實(shí)。ChatGPT參與下的備課流程如圖1所示。

二、ChatGPT賦能課堂模擬

當(dāng)前，眾多教師嘗試將ChatGPT融入地理教學(xué)過程，通過其協(xié)助獲取教學(xué)資源及策劃教學(xué)活動(dòng)。然而，這些資源和活動(dòng)是否符合實(shí)際教學(xué)中學(xué)生不同的需求，仍有待進(jìn)一步評(píng)估和驗(yàn)證。因此，依托ChatGPT創(chuàng)設(shè)可信的虛擬學(xué)生，通過與虛擬學(xué)生的交互，預(yù)先檢驗(yàn)課堂實(shí)施效果非常必要。課堂模擬的具體步驟如圖1所示。

1.學(xué)生畫像制作

為使模擬結(jié)果與真實(shí)地理課堂相接近，教師應(yīng)在課堂模擬前依托學(xué)校移動(dòng)終端設(shè)備、AI智能影像設(shè)備等向ChatGPT輸入學(xué)生的真實(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包含學(xué)生的基本信息（年齡、學(xué)段等）、學(xué)業(yè)水平（課堂表現(xiàn)、測驗(yàn)成績等）以及性格特征（學(xué)生自我評(píng)價(jià)等）［5］。而后要求ChatGPT對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、處理與分析，生成學(xué)生數(shù)字畫像，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)學(xué)生角色，模擬地理課堂。

2.模擬課堂生成

首先，本文基于張學(xué)新教授提出的對(duì)分課堂（PAD）教學(xué)模式，將地理課堂劃分為學(xué)生課堂和教師課堂2個(gè)部分［6-7］。在學(xué)生課堂中，學(xué)生扮演了更為積極的角色，即學(xué)生課堂主要側(cè)重于學(xué)生的主動(dòng)參與，包括小組討論、成果展示等學(xué)習(xí)活動(dòng)；教師課堂則涵蓋了知識(shí)傳授、實(shí)驗(yàn)演示等以教師為主導(dǎo)的教學(xué)活動(dòng)。

（1）教師課堂模擬

教師課堂以教師講授為主，較少涉及學(xué)生的個(gè)性化表現(xiàn)。因此，教師可要求ChatGPT根據(jù)學(xué)生數(shù)字畫像分析現(xiàn)實(shí)學(xué)生的共同特征，在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)建一個(gè)具有典型性的學(xué)生角色參與課堂模擬。此外，ChatGPT還自動(dòng)生成了虛擬學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)偏好，據(jù)此，為教師提供具體的教學(xué)建議，以助力實(shí)際教學(xué)過程的優(yōu)化。

以下內(nèi)容為ChatGPT的具體回答。

ChatGPT：明白，現(xiàn)在我將以班級(jí)的總體情況為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)角色來協(xié)助您模擬地理課堂。這是學(xué)生角色。

學(xué)生姓名：張小明；年齡：15歲；學(xué)段：高中一年級(jí)

學(xué)業(yè)水平：①學(xué)習(xí)成績中等，對(duì)地理基礎(chǔ)知識(shí)的掌握仍不夠牢固；②獲取與解讀地理信息的能力、描述和闡釋地理事物的能力以及論證和探討地理問題的能力較為薄弱；③課堂表現(xiàn)活躍，愿意提問和參與討論。

在模擬地理課堂中，張小明可能會(huì)特別關(guān)注教材的清晰度，并且需要更多的指導(dǎo)和支持，特別是在理解地理概念、分析地理數(shù)據(jù)和進(jìn)行地理推理方面。您可以通過具體案例和互動(dòng)式教學(xué)方法來幫助他提高對(duì)地理信息的理解和解釋能力。同時(shí)，鼓勵(lì)他積極參與課堂討論并提出問題，以促進(jìn)他的思維和表達(dá)能力的發(fā)展。

本文以人教版必修一“海水的運(yùn)動(dòng)”的新知講授環(huán)節(jié)為例，演示ChatGPT輔助下的地理課堂模擬過程。目前，ChatGPT的交互界面暫不支持語音文件，教師可將語音講授內(nèi)容轉(zhuǎn)換為文本內(nèi)容發(fā)送給虛擬學(xué)生。以下教師活動(dòng)以簡要描述為主（表1、圖2）。

為測試使用ChatGPT進(jìn)行課堂模擬的可靠性，檢驗(yàn)ChatGPT是否只為教師的授課給予正面評(píng)價(jià)，筆者向其輸入了表述混亂的講稿。ChatGPT即時(shí)回應(yīng)“教師的概念講解可能會(huì)對(duì)學(xué)生的理解產(chǎn)生一些困擾，因?yàn)榍逦土鲿车闹v解是有效教學(xué)的重要組成部分”。并建議教師提升教材準(zhǔn)備、語言精練、課前練習(xí)等方面以提供更有效的教學(xué)。因此，ChatGPT所扮演的學(xué)生具備一定辨別能力，提供的評(píng)價(jià)相對(duì)客觀、準(zhǔn)確。

（2）學(xué)生課堂模擬

與教師課堂不同，學(xué)生課堂的構(gòu)建以生生互動(dòng)、師生互動(dòng)為主，強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主體性、創(chuàng)新性與探索性，主張學(xué)生在與同伴的協(xié)作討論中自主建構(gòu)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題。因此，教師可要求ChatGPT從班級(jí)中隨機(jī)抽取4位真實(shí)學(xué)生的資料，據(jù)此生成4位虛擬學(xué)生組成小組，以便教師更好地了解學(xué)生的思維方式，適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和需求。學(xué)生課堂的模擬以人教版必修二“服務(wù)業(yè)的區(qū)位因素及其變化”為例。通過ChatGPT的輔助，選取廣東省梅州市凌風(fēng)路街區(qū)的服務(wù)業(yè)發(fā)展作為案例，根據(jù)“興起”“沒落”“復(fù)興”3個(gè)關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)進(jìn)階問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“區(qū)位因素及其變化”開展討論。第一個(gè)問題“舊時(shí)凌風(fēng)路街區(qū)商業(yè)發(fā)達(dá)的原因”的模擬過程如表2所示。

三、設(shè)計(jì)與實(shí)施地理模擬課堂的價(jià)值透視

1.聚焦核心素養(yǎng)，培育區(qū)域認(rèn)知

《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》將區(qū)域認(rèn)知闡述為“通過空間—區(qū)域視角來認(rèn)識(shí)地理環(huán)境的思維模式和能力”?！兜乩斫逃龂H憲章》清晰地表達(dá)了地理學(xué)獨(dú)特的專注于空間分析的觀點(diǎn)，地理學(xué)是“從空間看待一切”的學(xué)科［8］，培養(yǎng)區(qū)域認(rèn)知自然是地理教育工作者的重要職責(zé)。借助ChatGPT創(chuàng)建的虛擬學(xué)生，地理教師有機(jī)會(huì)在實(shí)際教學(xué)前檢驗(yàn)教學(xué)情境、教學(xué)問題以及采用的教學(xué)方法是否符合區(qū)域認(rèn)知培育的目標(biāo)追求，即檢驗(yàn)學(xué)生能否在教師的引導(dǎo)下從空間視角認(rèn)識(shí)和解決問題。例如，在教師點(diǎn)撥下，虛擬學(xué)生“小明”能夠迅速發(fā)現(xiàn)凌風(fēng)路位于2條河流交匯處，并進(jìn)一步挖掘該地理位置與舊時(shí)商業(yè)繁榮之間的聯(lián)系，這在一定程度上驗(yàn)證了教師提供的教學(xué)材料與指導(dǎo)能夠培養(yǎng)學(xué)生描述地理位置并據(jù)此進(jìn)行分析和推理的能力。

2.關(guān)注學(xué)生需求，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)

學(xué)生是教育的主體，學(xué)生學(xué)習(xí)需求的滿足是地理教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。通過具體的教學(xué)交互和實(shí)踐，模擬課堂能夠直觀地展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，協(xié)助教師精準(zhǔn)評(píng)估學(xué)生的課堂表現(xiàn)與學(xué)情基礎(chǔ)。一方面，教師可更深入地理解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可能遇到的挑戰(zhàn)和障礙，預(yù)先識(shí)別和分析潛在的教學(xué)難點(diǎn)，進(jìn)而在實(shí)際課堂中有針對(duì)性地強(qiáng)化必備知識(shí)與關(guān)鍵能力的教授［9-10］，為學(xué)生提供更多指導(dǎo)和支持，如模擬學(xué)生在分析世界大洋8月水溫分布圖時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這提示地理教師應(yīng)多留意學(xué)生讀圖能力的培養(yǎng)；另一方面，依據(jù)模擬學(xué)生的不同反應(yīng)，教師能夠進(jìn)一步關(guān)注學(xué)生的不同特點(diǎn)和個(gè)性差異，注重因材施教，發(fā)展每一位學(xué)生的地理優(yōu)勢潛能，激發(fā)自主學(xué)習(xí)意愿。

3.助力專業(yè)成長，推動(dòng)教育創(chuàng)新

模擬課堂為地理教師提供了一個(gè)培養(yǎng)自身教育機(jī)智，鍛煉提問、引導(dǎo)等教學(xué)技能的實(shí)踐場所，使他們在實(shí)際教學(xué)中更為自如。模擬討論促進(jìn)了多元地理視角的交流與融合，為教師提供了更廣泛的知識(shí)視野。模擬學(xué)生的反饋有助于教師發(fā)現(xiàn)和糾正教學(xué)設(shè)計(jì)中的缺陷，如虛擬學(xué)生在討論過程中均未提及集聚效應(yīng)這一因素，這說明課堂呈現(xiàn)的地理情境有所欠缺，教師應(yīng)補(bǔ)充案例區(qū)域的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)分布圖。

知識(shí)之本，育人之道，皆歸于方法。教育之根本在于方法的創(chuàng)新與完善，核心素養(yǎng)的實(shí)際落地也取決于高效的教學(xué)方法。在此背景下，ChatGPT開辟了一種全新的在線互動(dòng)教學(xué)空間，使教師得以在不依賴實(shí)際學(xué)生的教學(xué)場景中探索多種教學(xué)方法，進(jìn)一步豐富和拓展了教學(xué)模式。

四、反思與展望

技術(shù)與教育的交融是教育創(chuàng)新的重要驅(qū)動(dòng)力。以ChatGPT為代表的前沿人工智能技術(shù)的加入，不僅為地理教師創(chuàng)造了一個(gè)廣闊的探究場景，更為地理教學(xué)提供了無限的發(fā)展?jié)摿Αｋm然人工智能技術(shù)帶來了創(chuàng)新的教學(xué)輔助工具，但在地理教學(xué)的應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)、實(shí)際運(yùn)用成本以及虛擬與現(xiàn)實(shí)的接軌仍是不可忽略的問題。此外，在技術(shù)浪潮的沖擊下，如何保持教育的人文關(guān)懷與價(jià)值導(dǎo)向、避免對(duì)技術(shù)產(chǎn)生過度依賴以及地理教師的角色和職責(zé)是否面臨被重新定位等問題，亦需深入探討。未來，地理教學(xué)應(yīng)在擁抱智能化趨勢的同時(shí)，精準(zhǔn)把握技術(shù)與教育的平衡，推動(dòng)人機(jī)優(yōu)勢互補(bǔ)，落實(shí)地理學(xué)科的育人價(jià)值。

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通信作者：蔣連飛