人工智能技術在高中地理教學中的應用探索

摘 要：在高中地理教學中運用人工智能技術，有助于提高學生的學習效率和理解能力，促進學生的思維發(fā)展和個性化學習。課題組依據(jù)人工智能技術的基本概念及其在教育領域的應用現(xiàn)狀，分析人工智能在地理教學中的三種應用類型，即地理微課制作、地理課件制作和教學用圖制作，并分析運用這些技術提高教學效率和學生學習體驗的策略：通過“人口遷移”的教學案例，展示人工智能技術在教學設計、教學過程和課后作業(yè)中的應用，促進教師提高備課效率、輔助教學資源制作、促進教學智能化和自動化，以及促進學生提升學習能力和地理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關鍵詞：人工智能；高中地理；教學案例；人口遷移

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）29-0110-05

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）是一門研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的新興技術科學，擁有動態(tài)感知、智能識別及自動反應功能，能夠幫助人類感知、預測、決策和解決問題［1］。隨著信息技術的深入發(fā)展，人工智能已經(jīng)成為全世界關注的焦點，其逐漸滲透到經(jīng)濟、醫(yī)療等多個領域，與人類社會生活息息相關。近年來，隨著我國信息化教學發(fā)展需求的逐步提高，人工智能技術快速融入教育領域。在以信息獲取、檢索、處理高度便捷性為特點的信息化時代，傳統(tǒng)的教育模式已經(jīng)很難滿足學生的學習需求，教育要順應時代的發(fā)展，教育改革與創(chuàng)新勢在必行，而結合人工智能技術的教育教學實踐探索愈發(fā)受到重視。國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將發(fā)展個性化、多元化、高品質的智能教育列為重點任務；《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》明確提出要充分利用地理信息技術，營造直觀、實時、生動的地理教學環(huán)境。因此，以人工智能為代表的信息化技術融入高中地理教學過程，將有助于實現(xiàn)信息化高中地理教學目標。

一、人工智能技術在教育領域的應用現(xiàn)狀

當前，世界各國不斷加大對人工智能開發(fā)的力度，推動各個行業(yè)領域智能化，人工智能已經(jīng)進入了飛速發(fā)展的峰值階段［2］。如西方國家擁有先進的人工智能技術，并將該技術廣泛應用于生產(chǎn)辦公、社會治理、編程建模、溝通交流、論文寫作等諸多社會領域，較為常見的如ChatGPT、Canva、Quillbot等。隨著我國對人工智能技術重視程度的提高，憑借數(shù)據(jù)量、技術人才及發(fā)展平臺等優(yōu)勢，我國在人工智能領域的世界地位也得以大幅度提升［3］，近年來推出了如文心一言、迅捷AI寫作等高效便捷的人工智能工具。

在人工智能技術應用于教育方面，我國對人工智能在教學領域的應用也有了一定程度的探索。如在中國知網(wǎng)以“人工智能”結合“教育”“高中教學”“地理教學”為關鍵詞進行文獻檢索，可發(fā)現(xiàn)不少專家、學者對人工智能的應用展開了激烈討論，尤其是近5年隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的大范圍普及，有關理論研究和教學實踐的文章發(fā)表量大幅度增加。如理論方面，包括人工智能融入教學的意義、帶來的機遇和挑戰(zhàn)及其面臨的問題等。于浩［4］指出，“人工智能+教育”具有雙面性，并認為師生要適應人工智能時代下的教學環(huán)境，教師需要增強學科知識素養(yǎng)、數(shù)字素養(yǎng)、創(chuàng)新思維、情感管理能力等方面的基本素養(yǎng)和拓展素養(yǎng)。實踐方面，主要圍繞某一人工智能軟件在課堂教學的應用研究。如楊云帆［5］針對“智學網(wǎng)”在中學教學中的使用情況進行問卷調查，根據(jù)存在的問題提出對策。

在信息化時代，人工智能技術的引入以促進教育教學發(fā)展的研究掀起了一股熱潮。但是，針對實踐教學的人工智能產(chǎn)品種類還不夠豐富，在教育水平相對落后的地區(qū)人工智能技術的應用十分有限，特別是人工智能應用于高中地理教學中可供使用和借鑒的理論研究和教學實踐案例十分匱乏，且存在內(nèi)容淺顯空泛、應用案例實用性和可操作性差等問題。因此，開展人工智能技術在地理教學中的應用研究成為地理教育信息化發(fā)展的重要任務。針對上述問題，課題組成員分析了人工智能軟件的功能，探討將不同類型的軟件應用于高中地理教學中，試圖為將人工智能運用于地理教學提供參考。

二、人工智能技術在地理教學中的應用類型

（一）地理微課制作

微課是當下網(wǎng)絡教育的常見教學形式之一，并成為了主要在線學習資源。微課一般時長為10分鐘，針對某個知識點進行講解，以便學生在課前或課后對知識點進行學習。人工智能所具有的智能識別功能能夠應用于微課制作，如語音、文字識別功能可將音頻、文字相互轉換，提高配音、配字幕的效率以及語言表達的準確性和連貫性；人像識別功能可將教師塑造成不同的形象，增加畫面的趣味性，以吸引學生的注意力。目前，國內(nèi)常見的視頻類人工智能工具有剪映、騰訊智影、一幀秒創(chuàng)等。

（二）地理課件制作

多媒體課件能夠提高課堂教學的生動性和形象性，尤其是地理學科涉及自然和人文景觀，通過課件演示能夠打破教材局限，拓展學生視野。一個課時的教學一般展示幻燈片20張左右，其中包含圖片、文字、動畫等素材，保證課件制作的適配性、豐富性、創(chuàng)新性和時效性。PPT類型的人工智能工具為教師提供豐富多樣的選擇，有助于教師制作課件節(jié)省時間與精力，梳理教學思路，把握教學重點，提高備課效率。國內(nèi)PPT類型的人工智能工具有ChatPPT、iSlide、秒出辦公等，能夠根據(jù)PPT類型、主題、內(nèi)容等輸入指令，自動生成符合需求的課件，包括封面、目錄、文字等，還可以自動調整圖文大小、位置和動畫等。

（三）教學用圖制作

地圖是地理學科的第二語言，地理現(xiàn)象、地理事物等都可以通過地圖來表達，將地理教學與地圖有機結合，有利于提升學生的綜合思維、區(qū)域認知和地理實踐力。專題地圖是突出表達某一地理要素的地圖，適用于教師實施具有針對性的地理教學，但對于大多數(shù)中學地理教師來說，專題地圖的制作具有一定難度。對話式人工智能工具能夠在不同的提問方式中準確識別問題并回答解決問題的辦法，幫助教師解決制圖操作難題，從而豐富地理教學資源，滿足地理教學信息化發(fā)展需要。當前，較熱門的對話式人工智能產(chǎn)品有ChatGPT、Character.AI、文心一言等。知識結構圖、思維導圖也是常見的地理教學用圖，起到梳理課堂內(nèi)容、總結知識點的作用。思維導圖類人工智能工具有TreeMind樹圖、ChatMind、AmyMind等，能為教師提供便捷的總結方式和清晰的教學思路。

三、人工智能技術在高中地理教學中的應用案例

為探討人工智能技術在微課、課件和教學用圖制作中的應用，筆者以人教版高中地理必修二第一章第二節(jié)“人口遷移”為例設計教學。

（一）確定教學思路

“人口遷移”這節(jié)課對應的課程標準要求是運用資料，描述人口遷移的特點及其影響因素。本節(jié)教材內(nèi)容包括人口遷移的概念、影響因素、時空特點三個部分，運用了愛爾蘭移民潮、敘利亞人口遷出等案例材料。基于課標要求和教材內(nèi)容，從地理學科核心素養(yǎng)出發(fā)確定本節(jié)課的教學目標：通過案例了解人與自然的相互作用，正確認識人地關系（人地協(xié)調觀）；結合案例材料，了解案例所在地人口遷移的歷史和特點，綜合自然因素和人文因素分析地區(qū)人口遷移的影響因素（綜合思維、區(qū)域認知）；掌握人工智能技術下的地理學習方法，提高信息化學習能力（地理實踐力）。

基于以上教材分析，筆者在教學過程中融入視頻類、對話類等人工智能技術，設計了以“廣西的人口遷移”為例的教學思路（如圖1所示）。

（二）設計教學過程

1.課前導入

教師播放微課，講解廣西歷史上大規(guī)模的人口遷移，并提問：廣西歷史上人口大規(guī)模變化可以分為哪些階段？這種現(xiàn)象在地理學稱為什么？

學生觀看微課，了解廣西先秦至秦漢、西漢至元朝、明清、近現(xiàn)代的大規(guī)模人口遷移史，初步認識“人口遷移”這一現(xiàn)象。

設計意圖：教學以微課導入，讓學生了解廣西的人口遷移歷史，加強學生的學習興趣和鄉(xiāng)土地理認知；以問題導入，引導學生通過問題提取關鍵信息，由此引入“人口遷移”的學習內(nèi)容。

2.新課講授

（1）人口遷移的概念和影響

教師展示2024年廣西春運期間人員流動的數(shù)據(jù)和相關圖片，引導學生判斷：春運期間，人口大規(guī)模流動的現(xiàn)象是否屬于人口遷移，并在教材中找出判斷依據(jù)。

學生在教材中找出人口遷移的概念，得出結論：春運不屬于人口遷移。

教師展示以下案例材料，組織學生以小組合作的形式開展探究活動：結合材料，討論人口遷移對廣西造成了哪些有利影響和不利影響。

材料1：廣西第七次全國人口普查數(shù)據(jù)顯示，截至2020年，我區(qū)常住人口為5 012.680 4萬人，相比2010年增長8.91%，16—59歲的勞動年齡人口占比較大。全區(qū)城鎮(zhèn)常住人口為2 717.10萬人，鄉(xiāng)村常住人口為2 295.58萬人，城鎮(zhèn)人口占比為54.20%，與2010年相比，城鎮(zhèn)人口占比增加14.18%。

材料2：第七次全國人口普查數(shù)據(jù)顯示，截至2020年，廣西少數(shù)民族人口占比為37.52%。廣西是壯、漢、瑤、苗等多個民族聚居的地區(qū)，具有豐富多元的民族特色文化。

材料3：廣西人口遷移的方向主要向廣東、福建等經(jīng)濟更為發(fā)達的東部沿海地區(qū)流動。高知人才去經(jīng)濟、科技發(fā)達地區(qū)謀求更大的發(fā)展平臺，農(nóng)村居民外出務工爭取更多的就業(yè)機會和經(jīng)濟收入。

學生分成兩個小組分別討論得出有利影響和不利影響，其中，有利影響為增加城鎮(zhèn)年輕勞動力，推進城市化進程；促進地區(qū)間文化交流，弘揚民族文化；不利影響為加重城市交通、住房壓力和環(huán)境問題，可能出現(xiàn)人才流失。

設計意圖：結合廣西春運的例子引導學生自主閱讀教材，明確人口遷移的判斷條件，進一步理解人口遷移的概念；利用人口數(shù)據(jù)等材料，引導學生分組討論問題，鍛煉學生信息獲取和分析能力，促進課堂交流互動。

（2）影響人口遷移的因素

師：人口遷移是多種因素綜合作用的結果，影響人口遷移的因素可分為自然因素和人文因素。

教師組織小組活動，利用文心一言收集信息，讓學生分別找出可能影響廣西人口遷移的自然因素和人文因素，并進行小組匯報。

學生小組探究、得出結論：自然因素方面，一是地勢，廣西地勢西北高、東南低，桂東南地勢平坦，更適合人類居住；二是氣候，廣西氣候溫暖濕潤，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但極端氣候事件的增加可能迫使居民遷移；三是自然資源，廣西豐富自然資源的開發(fā)利用有利于吸引人口遷入。人文因素方面，一是經(jīng)濟，經(jīng)濟發(fā)展差異導致廣西人口從農(nóng)村遷移到城市，或從廣西遷移到經(jīng)濟發(fā)達省份；二是教育，為接受優(yōu)質教育，人們遷移到教育水平更高的地區(qū)；三是政策，為解決貧困地區(qū)群眾的生計問題，廣西實施易地扶貧搬遷政策。

設計意圖：利用人工智能輔助知識探索，學生可以通過信息化學習方式發(fā)展開放性思維，提高自主地理學習知識的靈活性。

（3）人口遷移的時空特點

教師展示改革開放前后國內(nèi)人口遷移流向圖、改革開放后廣西人口遷移流向圖（圖略），并提問：觀察專題圖，國內(nèi)、廣西的人口遷移呈現(xiàn)什么流向，兩者有什么聯(lián)系？結合教材歸納國內(nèi)人口遷移的特點。

學生探究得出：20世紀50—80年代，國內(nèi)人口遷移的流向是從東部到邊疆、城市到農(nóng)村，特點是有組織、有計劃；改革開放后，國內(nèi)人口遷移的流向是從內(nèi)陸到沿海、農(nóng)村到城市，特點是自發(fā)性、流動大。改革開放后，廣西人口遷移的流向與國內(nèi)一致，另外，珠三角等地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展、國家鼓勵勞動力轉移，也推動了廣西人口遷移。

設計意圖：教學使用直觀的專題地圖，使學生能夠加深對知識點的記憶和理解，并培養(yǎng)學生的地圖閱讀、分析能力。

3.課堂總結

教師引導學生根據(jù)“廣西的人口遷移”思維導圖（如圖2所示），回顧本節(jié)課所學內(nèi)容。

設計意圖：思維導圖條理清晰，便于學生厘清所學內(nèi)容，加深對知識點的掌握，構建完整的知識框架。

4.課后作業(yè)

教師出示作業(yè)要求：調查家里長輩的遷移經(jīng)歷，包括遷出地和遷入地、遷移原因等，并嘗試利用多種對話式AI工具，收集這些遷出地和遷入地近年來的人口遷移特點。

設計意圖：作業(yè)內(nèi)容要求結合鄉(xiāng)土地理特點，將理論聯(lián)系實際，促進學生對知識進行遷移應用；嘗試多樣化的AI工具，豐富學生的信息化學習手段，促進學生提升自主學習能力。

四、人工智能技術對高中地理教學的作用

從教師的教學方面看，人工智能技術應用于高中地理教學的作用主要體現(xiàn)在以下三個方面。

第一，提高備課效率。教師在備課過程中，可以利用AI工具提煉有效信息，拓寬課程資料獲取渠道。如大多數(shù)教師目前使用PPT課件進行教學，而地理課件包含圖片、視頻、數(shù)據(jù)等多種素材，制成優(yōu)質課件需要占用大量時間，利用PPT類AI工具可以為課件制作提供完整的思路和豐富的素材，教師在此基礎上對課件進行修改和完善，極大地節(jié)省了備課時間。

第二，輔助地理教學資源制作。大部分信息技術操作能力較弱的教師只會使用簡單的地理信息軟件，在利用、制作地理教學資源時缺乏創(chuàng)新性、多樣性。如在課堂中使用頻率較高的地圖和數(shù)據(jù)圖表，教師往往通過互聯(lián)網(wǎng)獲取圖片素材或直接使用教材中的圖片。而人工智能技術可以為教師提供便捷的教學圖片和數(shù)據(jù)圖表獲取途徑，也可輔助指導教師利用難度較高的信息技術，創(chuàng)設針對性較強的教學情境，如真實的地理問題分析場景和制作專題地圖等，從而為課堂教學創(chuàng)新性改革提供實踐條件，進而提高學生的課堂關注度和學習效果。

第三，促進教學智能化和自動化水平提升。針對不同班級的不同學生進行過程性評價和終結性評價是一項繁瑣的工作，但智能互動教育平臺的出現(xiàn)將這項工作簡單化。如，教師可以在當前普及范圍較廣的智學網(wǎng)平臺上設置題庫、排版試卷及查看學習任務完成情況，并通過自動化數(shù)據(jù)分析完成考情分析和學情分析。智能教學平臺的使用實現(xiàn)了良好的師生互動，不僅降低了教師工作壓力，而且為教師開展科學合理的、符合學生需求的教學活動指明了方向。

從學生學習方面看，人工智能技術應用于高中地理教學的作用主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

第一，增強學習能力，促進個性化學習。人工智能技術的應用能夠豐富視覺體驗，拓展地理思維，幫助學生對知識進行深入理解和掌握，如運用北斗地圖冊的AR技術，可以使學生直接觀察到水循環(huán)、三圈環(huán)流等地理現(xiàn)象的動態(tài)變化過程，三維立體的動畫演示能夠培養(yǎng)學生地理空間思維能力。同時，人工智能技術還能引導學生自主學習，提供多樣化的知識信息，方便學生精準查找。如人文地理知識存在大量的拓展內(nèi)容，學生可以通過人工智能對話工具搜索與知識點相關的信息，并獲得全面、多角度的回答，以完成預習、復習以及對知識進行補充和延伸，有利于實現(xiàn)知識遷移。

第二，加強地理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。人工智能有利于促進學生地理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，體現(xiàn)在學生通過智能化學習方式增強信息獲取能力、知識遷移能力、讀圖析圖能力、地理問題解決能力等地理實踐能力，從而深刻認識地理單元間的區(qū)別，理解地理事物和地理現(xiàn)象的聯(lián)系，構建地理知識框架，拓寬地理思維及樹立人地協(xié)調觀念等。

綜上所述，人工智能技術的應用能夠為地理教學提供高效、便捷的支撐和輔助，廣大教師應進一步探索人工智能技術的優(yōu)勢，將其與相關學科教學深度融合，促進信息化時代教育教學的智能化發(fā)展，提高人才培養(yǎng)質量。值得一提的是，人工智能是現(xiàn)代信息社會的產(chǎn)物，對高中地理教學的發(fā)展來說是機遇，也是挑戰(zhàn)。人工智能技術的運用給高中地理教學帶來了多樣化的課堂體驗，營造了高效智能的教學環(huán)境。但是，人工智能技術存在的不足，使知識搜索不夠精準、專門化教學軟件缺乏等問題凸顯。而隨著人工智能技術在教學領域的應用不斷深入，其輔助教學過程的不足之處逐漸暴露，如教師過于依賴人工智能工具，削弱獨立思考能力和自我創(chuàng)造能力等。因此，教師在借助人工智能工具提升教學效度的同時，更應當正確把握人工智能技術的利用尺度，合理利用人工智能提升學生的知識獲取能力、創(chuàng)新意識和專業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻

［1］姚佳運.新一代AI在高中物理教學中的應用［D］.哈爾濱：哈爾濱師范大學，2023.

［2］林曉峰，謝康.人工智能現(xiàn)狀及其教育應用的理性思考［J］.現(xiàn)代教育技術，2019，29（08）：12-17.

［3］張玉鵬.中國人工智能發(fā)展趨勢現(xiàn)狀及其促進策略［J］.科技與創(chuàng)新，2022（15）：67-69+72.

［4］于浩，劉照陽，楊靈婷.人工智能對教育的影響及未來教師的素養(yǎng)［J］.繼續(xù)教育研究，2023（10）：49-55.

［5］楊云帆.數(shù)據(jù)分析平臺“智學網(wǎng)”教學應用現(xiàn)狀與問題分析［J］.計算機時代，2022（08）：122-125.

注：本文系國家自然科學基金項目（42061045）、2024年度廣西高等教育本科教學改革工程項目（2024JGB134）及廣西師范大學2023年度新工科、新文科研究與實踐立項項目（2023JGXG03）的研究成果。

（責編 楊 春）