地理教學(xué)“人機共教系統(tǒng)”的價值與實現(xiàn)路徑

摘要：在人工智能時代背景下，“人機共教”已成為教育發(fā)展趨勢，如何在教學(xué)中促進“人機”的深度融合，成為地理教學(xué)面臨的迫切問題。本文闡述了“人機共教系統(tǒng)”的內(nèi)涵及其對地理教學(xué)的價值，分析了目前地理教學(xué)中“人機共教系統(tǒng)”存在的問題，并從課前、課堂、課后三個環(huán)節(jié)提出地理課堂教學(xué)實現(xiàn)人機融合的具體實施路徑，以情境—任務(wù)—項目—提升為思路探究課堂教學(xué)中“人機共教”的實現(xiàn)。本研究為構(gòu)建人工智能與教師互融共生的地理教學(xué)系統(tǒng)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，推動地理教學(xué)改革提供了具體思路。關(guān)鍵詞：人工智能；地理教學(xué)；“人機共教系統(tǒng)”2023年5月教育部印發(fā)《基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革深化行動方案》，明確指出“深入推進教育數(shù)字化，促進信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合?！痹凇叭斯ぶ悄?地理教學(xué)”已成為主流趨勢的今天，如何促進“人工智能+地理教學(xué)”的深度融合，實現(xiàn)地理教學(xué)“人機共教系統(tǒng)”，已成為亟待解決的問題。鑒于此，本文在人工智能大背景下，對地理教學(xué)中“人機共教系統(tǒng)”的發(fā)展與存在問題進行思考，探討其實現(xiàn)路徑，以此為促進“人工智能+地理教學(xué)”的深度融合發(fā)展提供建議。一、地理教學(xué)“人機共教系統(tǒng)”的內(nèi)涵與價值1.“人機共教系統(tǒng)”的內(nèi)涵人工智能（簡稱AI）是研究人類智能活動規(guī)律，開發(fā)具有一定智能的人工系統(tǒng)，模仿、延伸和擴展人的智能的理論、方法和技術(shù)［1］。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能在教育領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大影響。在國家教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略背景下，基于人工智能的技術(shù)與教育的深度融合使教育迎來全方位重構(gòu)，而“人機共教系統(tǒng)”則是大勢所趨?；诖耍疚膶ⅰ叭藱C共教系統(tǒng)”理解為“人工智能技術(shù)+教學(xué)模式+教師”的合作式教學(xué)［2］。其中，人工智能技術(shù)重點解決學(xué)生自主學(xué)習(xí)的問題，在地理教學(xué)中還可打破時空局限性，幫助學(xué)生理解復(fù)雜知識點；教學(xué)模式重點解決學(xué)生高效學(xué)習(xí)的問題，將人工智能技術(shù)融入教學(xué)過程中，促進高效教學(xué)；教師重點解決學(xué)生向主動學(xué)習(xí)型轉(zhuǎn)化的問題，發(fā)揮“育人”作用，促進學(xué)生全面發(fā)展。“人機共教系統(tǒng)”的本質(zhì)在于“共”，即在教學(xué)中，人工智能技術(shù)與教師要達到互融共生的狀態(tài)，兩者相輔相成、互為補充，共同促進學(xué)生發(fā)展。一個完善的“人機共教系統(tǒng)”能夠在幫助學(xué)生落實核心素養(yǎng)、實現(xiàn)全面發(fā)展的同時，也幫助教師提高專業(yè)化發(fā)展，推動教育的轉(zhuǎn)型升級。2.“人機共教系統(tǒng)”對地理教學(xué)的價值對于地理學(xué)科而言，學(xué)科自身所具有的綜合性、區(qū)域性、空間性、動態(tài)性等特征，要求地理教學(xué)要擺脫傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，突破書本限制，打破時空局限，讓學(xué)生用地理視角面對真實復(fù)雜的地理世界，而地理教學(xué)中“人機共教系統(tǒng)”的實現(xiàn)恰好滿足了這一要求。（1）轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，從以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心人工智能技術(shù)與教育的融合打破了傳統(tǒng)教育中教師供給型的育人方式，教師借助人工智能技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生開展個性化、定制化、精準(zhǔn)化的地理學(xué)習(xí)活動，發(fā)揮學(xué)生在課堂中的主體地位。同時，“人機共教系統(tǒng)”的實現(xiàn)也打破了時空限制，可視化技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等的運用幫助學(xué)生更真實地感知地理概念和地理事物，使學(xué)生能夠自主探究問題、解決問題，促進學(xué)生地理核心素養(yǎng)的培育。（2）豐富教學(xué)方式，提高學(xué)生空間思維能力傳統(tǒng)的地理教學(xué)方式往往囿于教室的束縛，大部分教師僅借助PPT等傳統(tǒng)方式進行傳授式教學(xué)。人工智能技術(shù)與教育的融合使得教師可采取多樣化、創(chuàng)新性的教學(xué)方式，通過線上與線下相結(jié)合、真實與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合進行地理教學(xué)。此外，“人機共教系統(tǒng)”的實現(xiàn)還可將地理事物和現(xiàn)象化二維為多維，促進學(xué)生空間思維能力的發(fā)展，提高空間綜合分析能力。（3）改變學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)“人工智能+地理教學(xué)”通過將地理科學(xué)知識、教學(xué)知識與技術(shù)知識進行融合，為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)機會，學(xué)生可根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)特點自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。同時，教師也可利用人工智能技術(shù)分析不同學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，根據(jù)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)方式進行針對性教學(xué)，實現(xiàn)因材施教。此外，地理教學(xué)中“人機共教系統(tǒng)”的實現(xiàn)使學(xué)生通過具身認知體驗，獲得真實的互動視角，讓地理知識在技術(shù)加持下“活”起來，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。（4）完善教學(xué)評價，多角度、全過程開展評價傳統(tǒng)的地理教學(xué)評價多從測驗成績中分析取得，缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的過程性評價，也未形成對評價數(shù)據(jù)的采集與深度挖掘?！叭藱C共教系統(tǒng)”在教學(xué)評價中的應(yīng)用，不僅可實現(xiàn)在教學(xué)全過程中智能化跟蹤、采集、分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，完善教學(xué)過程、提高教學(xué)效果，還可從多角度進行評價，如教師可通過學(xué)習(xí)平臺展示學(xué)生作品，從而實現(xiàn)師生評價、生生評價與即時評價。二、地理教學(xué)“人機共教系統(tǒng)”問題思考“人機共教系統(tǒng)”的實現(xiàn)依靠機器與教師的雙向奔赴，人工智能技術(shù)與地理教學(xué)的深度融合也不斷促進教學(xué)發(fā)展。但在實際地理教學(xué)中，“人機共教系統(tǒng)”的實現(xiàn)遇到了不同的阻礙因素，人工智能技術(shù)與地理教學(xué)也沒有真正達到互融共生的境界。1.依賴技術(shù)使用，忽視教學(xué)創(chuàng)新技術(shù)的使用是為了適應(yīng)教學(xué)過程，促進教學(xué)創(chuàng)新。但技術(shù)的高速發(fā)展也對教師的教學(xué)創(chuàng)新產(chǎn)生了反作用，使教師過度依賴于技術(shù)工具，思維“墮化”，教學(xué)能動性降低。在這種情況下，教師往往將設(shè)備和工具的使用當(dāng)作教學(xué)的附加品，而不是融合物，部分教師通常先選擇技術(shù)工具，再根據(jù)知識點將教學(xué)意圖強加到技術(shù)工具的使用中，這種以技術(shù)為優(yōu)先而不是以教學(xué)目標(biāo)的達成為先的做法，本質(zhì)上割裂了“人機共教”的融合體系，阻礙了地理教育的創(chuàng)新發(fā)展?！叭藱C共教系統(tǒng)”中技術(shù)的應(yīng)用不是建立在傳統(tǒng)教育模式之上，而是在新理念的基礎(chǔ)上有選擇性地使用相關(guān)技術(shù)，從而實現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新。2.關(guān)注知識傳授，忽視“育人”價值“人機共教系統(tǒng)”的形成不僅需要“教書”，更需要“育人”。但目前的“人機共教”大都局限于技術(shù)層面的融合，只關(guān)注地理知識的傳授，忽視了學(xué)生內(nèi)在品質(zhì)的培養(yǎng)，使教學(xué)過程中忽視了“育人”價值［3］。這種忽視育人價值的情況具體體現(xiàn)在兩方面。第一，“人機共教系統(tǒng)”在地理教學(xué)中側(cè)重于“機教”，即教師利用技術(shù)工具教授地理知識，使得教師的育人功能弱化，忽視教學(xué)的人文關(guān)懷，忽略了對學(xué)生人地協(xié)調(diào)觀、家國情懷等情感價值的培養(yǎng)。第二，學(xué)生主體地位在“育人”方面的弱化。地理課標(biāo)要求突出學(xué)生的主體地位。隨著技術(shù)工具的不斷發(fā)展，教師過于注重用技術(shù)工具培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)主體性，往往忽視了學(xué)生內(nèi)在品質(zhì)形成過程中的主動性和主體性。“人機共教系統(tǒng)”的最終理想狀態(tài)為“人機共教”，即機器主要負責(zé)“教書”，教師主要負責(zé)“育人”［4］。這也是目前存在的問題得到解決后的應(yīng)然狀態(tài)。3.追求教學(xué)速度，忽視整體性和邏輯性技術(shù)工具的使用往往能提高課堂速度，加快學(xué)生對知識的理解。但在此過程中，也存在著過于追求教學(xué)速度而導(dǎo)致教學(xué)整體性和邏輯性的缺失。教學(xué)過程本身有著自己的時間節(jié)奏［5］，而學(xué)生對知識的消化理解也有著其獨特的時間進程，教師不應(yīng)讓時間和速度把持著教學(xué)節(jié)奏，讓“人機共教”的創(chuàng)新模式退化為利用技術(shù)工具進行機械式流程、追求效率至上的模式。此外，過于追求教學(xué)速度還可能導(dǎo)致教學(xué)的片段化和碎片化。教師往往將課堂中的重難點知識、學(xué)生難理解的片段通過技術(shù)工具進行展示教學(xué)。這樣雖提高了教學(xué)效率，但也忽視了“人機共教”的整體性，使“人機共教”過程中缺乏邏輯性與連貫性。真正的“人機共教系統(tǒng)”在教學(xué)中應(yīng)將時間因素“內(nèi)化”，將教學(xué)進程與教育意義相匹配，讓“人機共教”過程充滿整體性、邏輯性與連貫性。三、地理教學(xué)“人機共教系統(tǒng)”應(yīng)用策略及實現(xiàn)路徑人工智能時代教育的發(fā)展趨勢已走向“人機共教”，而“人機共教系統(tǒng)”的實現(xiàn)，既需要技術(shù)工具提供教學(xué)支持，也需要教師把握教育的發(fā)生和發(fā)展，兩者協(xié)力產(chǎn)生充分聯(lián)結(jié)，才能助力地理教育的根本性變革。1.地理教學(xué)“人機共教系統(tǒng)”的應(yīng)用策略（1）從教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，明確教育邏輯開展“人機共教系統(tǒng)”下的地理教學(xué)，不是僅利用某個技術(shù)工具完成單個知識點的傳授，也不是依賴技術(shù)工具進行教學(xué)，而是需要教師與人工智能技術(shù)融合于教學(xué)全過程中，兩者互融共生促進教學(xué)發(fā)展?；诖?，教師首先要明確教學(xué)目標(biāo)，即在“人機共教”過程中，明確技術(shù)工具在教學(xué)中如何使用、在哪里使用、要達到什么效果，教師在教學(xué)中要發(fā)揮怎樣的作用才能與技術(shù)工具相輔相成，共同促進教學(xué)發(fā)展。此外，教師應(yīng)從地理教學(xué)的整體邏輯層面思考某種技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，而不是在某種新技術(shù)出現(xiàn)后，去思考這種新技術(shù)在地理教學(xué)中有什么作用。換言之，“人機共教系統(tǒng)”下的教育邏輯體現(xiàn)在以教學(xué)理念創(chuàng)新引領(lǐng)技術(shù)應(yīng)用，而不是以技術(shù)應(yīng)用決定教學(xué)理念創(chuàng)新。（2）關(guān)注學(xué)生全面發(fā)展，注重人文關(guān)懷“人機共教系統(tǒng)”的核心在于“共教”。這就需要發(fā)揮技術(shù)工具和教師各自的優(yōu)勢，相互配合，促進學(xué)生全面發(fā)展。而這里的“全面發(fā)展”，不單指知識素養(yǎng)的發(fā)展，更應(yīng)包括內(nèi)在品質(zhì)的發(fā)展，所以教師要發(fā)揮所長，以立德樹人為根本，與“機教”相結(jié)合，關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展，避免教育過程中只利用冰冷的機器傳授知識，忽視教育的人文關(guān)懷。此外，機器“教書”、教師“育人”的融合系統(tǒng)，也要關(guān)注學(xué)生的個體發(fā)展，在因?qū)W定教、因材施教中促進學(xué)生的全面發(fā)展。（3）明確地理課堂指向，關(guān)注整體性和邏輯性就地理學(xué)科的學(xué)科特點而言，“人機共教系統(tǒng)”無疑非常適用于地理教學(xué)。在明確課堂指向的基礎(chǔ)上，利用技術(shù)工具營造真實的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在全新擬真的學(xué)習(xí)環(huán)境中探索未知事物，接觸新知識，推動地理知識向?qū)嵺`應(yīng)用轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生的地理核心素養(yǎng)。此外，也要注意“人機共教系統(tǒng)”在地理教學(xué)中應(yīng)用的整體性和邏輯性。整體性指在教學(xué)的各個階段中，人工智能和教師相輔相成、相互配合，貫穿于教學(xué)的全過程和學(xué)生的全面發(fā)展中；邏輯性指“人機共教系統(tǒng)”在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用中要符合學(xué)生的認知體系和認知規(guī)律，符合教學(xué)規(guī)律，由淺入深、由易到難進行教學(xué)。2.“人機共教系統(tǒng)”在地理課堂中的實現(xiàn)路徑“人機共教”的思想滲透于課堂教學(xué)的方方面面。圖1為“人機共教系統(tǒng)”在地理教學(xué)中的具體實現(xiàn)路徑，筆者從地理課堂教學(xué)環(huán)節(jié)維度出發(fā)，分析“人機共教系統(tǒng)”在實際地理課堂中的實現(xiàn)路徑，以期重構(gòu)地理課堂教學(xué)。（1）課前預(yù)習(xí)階段教師要明確教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，思考如何利用技術(shù)工具展開教學(xué)，積極開發(fā)課程資源。首先，教師可利用互聯(lián)網(wǎng)或新媒體平臺獲取海量地理課程素材；其次，教師可利用班級網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，上傳相關(guān)預(yù)習(xí)資料、微課視頻等讓學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)；此外，教師還可借助大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)構(gòu)建學(xué)生畫像，了解學(xué)習(xí)情況，分析學(xué)習(xí)需要，為學(xué)生的自主預(yù)習(xí)提供實時性引導(dǎo)。（2）課堂教學(xué)階段①創(chuàng)設(shè)情境，感知體驗。真實情境的創(chuàng)設(shè)能夠幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的感知體驗。教師可借助技術(shù)工具，利用動畫、實時視頻等形式，創(chuàng)設(shè)真實的課堂情境。還可利用國家虛擬仿真實驗課程平臺、可視化技術(shù)等把抽象的地理知識由繁化簡。如在“流水地貌”的教學(xué)中，教師可利用國家虛擬仿真實驗課程平臺，讓學(xué)生在平板電腦上進入野外地貌虛擬仿真環(huán)境，對河谷、河床、河底等不同觀測點進行觀察描述和測量記錄，從中學(xué)習(xí)流水地貌的形態(tài)成因，提高獲取地理信息、分析地理現(xiàn)象的能力。②任務(wù)設(shè)計，課堂互動。學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主人，人工智能技術(shù)的發(fā)展使得師生交互模式越發(fā)多樣。例如，教師可通過智慧教學(xué)平臺等創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生參與課堂互動，實現(xiàn)隨機提問、分組討論等多元實時的師生互動、生生互動；此外，在課堂教學(xué)中，教師可利用課堂教學(xué)平臺發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生通過小組合作探究，自己操作智慧終端分享探究思路，促進學(xué)生思維發(fā)展，實現(xiàn)智慧交流和趣味交流。③項目開發(fā)，重點突破。在明確任務(wù)的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進行項目開發(fā)研究，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探究、解決地理問題的能力。教師可利用智慧教學(xué)平臺，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)相關(guān)情境、提供部分素材，引導(dǎo)學(xué)生開展關(guān)于地理現(xiàn)象和地理原理的研究。同時，學(xué)生利用“互聯(lián)網(wǎng)+”、智慧平臺、AI技術(shù)等，通過自主或小組探究形式完成項目探究，對相關(guān)知識實現(xiàn)重點突破，構(gòu)建知識框架。④總結(jié)反思，深化提高。人工智能技術(shù)的發(fā)展為地理教學(xué)提供了多元化的知識總結(jié)體系。教師可通過概念地圖或思維導(dǎo)圖等工具對課堂內(nèi)容進行總結(jié)，通過班級學(xué)習(xí)平臺等工具發(fā)布有一定提高性的任務(wù)，使學(xué)生對所學(xué)知識進行鞏固提高；同時可利用智慧學(xué)習(xí)平臺對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行實時，還互動了解，教師可根據(jù)學(xué)生的實時反饋情況對學(xué)生本節(jié)課的學(xué)習(xí)情況做出評價，并及時調(diào)整教學(xué)策略，改進教學(xué)方式和教學(xué)側(cè)重點。（3）課后鞏固評價階段人工智能技術(shù)的發(fā)展使得教師在教學(xué)中可采用信息化的鞏固和評價體系。例如，在課后布置作業(yè)環(huán)節(jié)，教師可利用教學(xué)平臺和智能分析工具發(fā)布在線作業(yè)，在較短時間內(nèi)得到學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋，對教學(xué)過程進行再改進；此外，人工智能技術(shù)的應(yīng)用不僅擴寬了教學(xué)評價的方式，還擴寬了教學(xué)評價的主體。學(xué)生可以借助技術(shù)工具，通過構(gòu)建概念地圖、制作地理模型、繪制相關(guān)地圖等方式進行知識的鞏固提高，教師可以借助信息平臺展示學(xué)生作品，實現(xiàn)教師評價、生生互評。教師可以制作電子自我評價表讓學(xué)生進行自我評價，還可以通過家校合作