ChatGPT技术辅助地理模拟课堂的设计与实施

摘 要：随着数字化转型的深化，人工智能与教育的融合创新成为必然趋势。本文依托ChatGPT技术生成地理教学设计与学生数字画像，创设两类虚拟学生参与地理模拟课堂。其中，一类虚拟学生具有现实学生的共同特征，另一类反映现实学生间的个性差异。地理模拟课堂的设计与实施旨在聚焦核心素养，培育学生区域认知；关注学生需求，实施精准教学；助力专业成长，推动教育创新。

关键词：地理教学；人工智能；ChatGPT；课堂模拟

中图分类号：G633.55       文献标识码：A       文章编号：1005-5207（2024）12-0012-05

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出“信息技术的发展与应用，是地理教学改革的助推器”。随着数字化转型的不断深化，大数据、人工智能、“互联网+”等信息技术与教育的融合创新已成为当下教育研究的热点之一。ChatGPT（Chat Generative Pre-trained Transformer）是一个基于先进自然语言处理技术的大型语言模型，它具备自然语言交互的特性，在教育领域的应用具有天然优势，能为地理教师提供有效辅助。目前，ChatGPT在地理教育中承担的角色主要表现为自主教学者或教师的智能助手，即ChatGPT可作为学生的虚拟导师，为学生提供个性化答疑，或与地理教师协同工作，共同策划课程，探讨不同的教育场景。例如，侯瑜等借助人工智能开展思维型地理课堂教学，促进学生思维进阶［1］；谢煜鹏等基于人工智能构建人机协同教学模式，通过“师—生—机”三者的有效性交互完成教学活动［2］。由于当前ChatGPT给予的回应具有随机性且不完全准确，因此，它作为虚拟导师的表现往往不甚理想，但此特性却能使其成为可信的学生。如朱莉娅·马克尔等开发了一款教师培训工具GPTeach。该工具旨在模拟各种学生角色，协助教师在一个安全的培训环境中进行教学实践［3］。ChatGPT有巨大的潜力改变教育格局，促进教育效果的提升。因此，如何发挥人工智能在地理教育中的关键能力，推进人工智能应用于实际教学已成为当前的重要任务。

本文聚焦于数字化转型、ChatGPT及其与地理教学的交汇点，探索人工智能辅助地理模拟课堂的设计与实施，其中特别关注如何使用ChatGPT创建接近现实的虚拟学生，帮助地理教师在正式上课前预测课堂实施的效果，根据学生需求，对教学环节和内容进行精确调整，进而提高教师的教学效能，为学生提供更具吸引力和针对性的教育体验。

一、ChatGPT赋能教学设计

地理是一门研究地理环境及人类活动和地理环境关系的学科，区域性和综合性是其基本属性。地理教学应将“基于区域”和“指向综合”相结合，即注重“地理格局和过程的耦合”［4］。因此，不同于数学或物理课堂，地理课堂的构建往往需要大量图文、视频等素材创设问题情境，以呈现地理空间格局与地理事象过程。

目前，虽有多种途径供教师获取丰富的地理教学资源，但网络上繁杂多样的资源常常良莠不齐，需要教育者投入较多时间甄别筛选。基于以上背景，ChatGPT的出现为教师提供了新的解决方案。教师只需要提供学科和学段等必要的前置信息（如课程标准、教材版本、课程内容等），便可快速获得与教学目的、教学内容相契合的文本资料。而且不同于常见搜索引擎上无序排列的信息，ChatGPT生成的文本结果具备一定结构性和逻辑性，有助于教师节省备课时间。结合相关插件，教师还可获得各种个性化、定制化的地图、课件和视频等多媒体教学资源，以满足更广泛的教学需求。此外，ChatGPT还能为教师在教学设计方面提供创新思路和建议。通过ChatGPT的辅助，地理教师在一定程度上能从重复低效的工作中解脱，提高教学质量与效率，聚焦地理核心素养的落实。ChatGPT参与下的备课流程如图1所示。

二、ChatGPT赋能课堂模拟

当前，众多教师尝试将ChatGPT融入地理教学过程，通过其协助获取教学资源及策划教学活动。然而，这些资源和活动是否符合实际教学中学生不同的需求，仍有待进一步评估和验证。因此，依托ChatGPT创设可信的虚拟学生，通过与虚拟学生的交互，预先检验课堂实施效果非常必要。课堂模拟的具体步骤如图1所示。

1.学生画像制作

为使模拟结果与真实地理课堂相接近，教师应在课堂模拟前依托学校移动终端设备、AI智能影像设备等向ChatGPT输入学生的真实数据。数据内容主要包含学生的基本信息（年龄、学段等）、学业水平（课堂表现、测验成绩等）以及性格特征（学生自我评价等）［5］。而后要求ChatGPT对数据进行清洗、处理与分析，生成学生数字画像，在此基础上设计学生角色，模拟地理课堂。

2.模拟课堂生成

首先，本文基于张学新教授提出的对分课堂（PAD）教学模式，将地理课堂划分为学生课堂和教师课堂2个部分［6-7］。在学生课堂中，学生扮演了更为积极的角色，即学生课堂主要侧重于学生的主动参与，包括小组讨论、成果展示等学习活动；教师课堂则涵盖了知识传授、实验演示等以教师为主导的教学活动。

（1）教师课堂模拟

教师课堂以教师讲授为主，较少涉及学生的个性化表现。因此，教师可要求ChatGPT根据学生数字画像分析现实学生的共同特征，在此基础上，创建一个具有典型性的学生角色参与课堂模拟。此外，ChatGPT还自动生成了虚拟学生的学习需求和学习偏好，据此，为教师提供具体的教学建议，以助力实际教学过程的优化。

以下内容为ChatGPT的具体回答。

ChatGPT：明白，现在我将以班级的总体情况为基础，设计一个角色来协助您模拟地理课堂。这是学生角色。

学生姓名：张小明；年龄：15岁；学段：高中一年级

学业水平：①学习成绩中等，对地理基础知识的掌握仍不够牢固；②获取与解读地理信息的能力、描述和阐释地理事物的能力以及论证和探讨地理问题的能力较为薄弱；③课堂表现活跃，愿意提问和参与讨论。

在模拟地理课堂中，张小明可能会特别关注教材的清晰度，并且需要更多的指导和支持，特别是在理解地理概念、分析地理数据和进行地理推理方面。您可以通过具体案例和互动式教学方法来帮助他提高对地理信息的理解和解释能力。同时，鼓励他积极参与课堂讨论并提出问题，以促进他的思维和表达能力的发展。

本文以人教版必修一“海水的运动”的新知讲授环节为例，演示ChatGPT辅助下的地理课堂模拟过程。目前，ChatGPT的交互界面暂不支持语音文件，教师可将语音讲授内容转换为文本内容发送给虚拟学生。以下教师活动以简要描述为主（表1、图2）。

为测试使用ChatGPT进行课堂模拟的可靠性，检验ChatGPT是否只为教师的授课给予正面评价，笔者向其输入了表述混乱的讲稿。ChatGPT即时回应“教师的概念讲解可能会对学生的理解产生一些困扰，因为清晰和流畅的讲解是有效教学的重要组成部分”。并建议教师提升教材准备、语言精练、课前练习等方面以提供更有效的教学。因此，ChatGPT所扮演的学生具备一定辨别能力，提供的评价相对客观、准确。

（2）学生课堂模拟

与教师课堂不同，学生课堂的构建以生生互动、师生互动为主，强调发挥学生的主体性、创新性与探索性，主张学生在与同伴的协作讨论中自主建构知识，发现、分析并解决问题。因此，教师可要求ChatGPT从班级中随机抽取4位真实学生的资料，据此生成4位虚拟学生组成小组，以便教师更好地了解学生的思维方式，适应不同学生的学习风格和需求。学生课堂的模拟以人教版必修二“服务业的区位因素及其变化”为例。通过ChatGPT的辅助，选取广东省梅州市凌风路街区的服务业发展作为案例，根据“兴起”“没落”“复兴”3个关键词设计进阶问题链，引导学生围绕“区位因素及其变化”开展讨论。第一个问题“旧时凌风路街区商业发达的原因”的模拟过程如表2所示。

三、设计与实施地理模拟课堂的价值透视

1.聚焦核心素养，培育区域认知

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》将区域认知阐述为“通过空间—区域视角来认识地理环境的思维模式和能力”。《地理教育国际宪章》清晰地表达了地理学独特的专注于空间分析的观点，地理学是“从空间看待一切”的学科［8］，培养区域认知自然是地理教育工作者的重要职责。借助ChatGPT创建的虚拟学生，地理教师有机会在实际教学前检验教学情境、教学问题以及采用的教学方法是否符合区域认知培育的目标追求，即检验学生能否在教师的引导下从空间视角认识和解决问题。例如，在教师点拨下，虚拟学生“小明”能够迅速发现凌风路位于2条河流交汇处，并进一步挖掘该地理位置与旧时商业繁荣之间的联系，这在一定程度上验证了教师提供的教学材料与指导能够培养学生描述地理位置并据此进行分析和推理的能力。

2.关注学生需求，实施精准教学

学生是教育的主体，学生学习需求的满足是地理教学的出发点和归宿。通过具体的教学交互和实践，模拟课堂能够直观地展现学生的学习状况，协助教师精准评估学生的课堂表现与学情基础。一方面，教师可更深入地理解学生在学习过程中可能遇到的挑战和障碍，预先识别和分析潜在的教学难点，进而在实际课堂中有针对性地强化必备知识与关键能力的教授［9-10］，为学生提供更多指导和支持，如模拟学生在分析世界大洋8月水温分布图时出现错误，这提示地理教师应多留意学生读图能力的培养；另一方面，依据模拟学生的不同反应，教师能够进一步关注学生的不同特点和个性差异，注重因材施教，发展每一位学生的地理优势潜能，激发自主学习意愿。

3.助力专业成长，推动教育创新

模拟课堂为地理教师提供了一个培养自身教育机智，锻炼提问、引导等教学技能的实践场所，使他们在实际教学中更为自如。模拟讨论促进了多元地理视角的交流与融合，为教师提供了更广泛的知识视野。模拟学生的反馈有助于教师发现和纠正教学设计中的缺陷，如虚拟学生在讨论过程中均未提及集聚效应这一因素，这说明课堂呈现的地理情境有所欠缺，教师应补充案例区域的商业网点分布图。

知识之本，育人之道，皆归于方法。教育之根本在于方法的创新与完善，核心素养的实际落地也取决于高效的教学方法。在此背景下，ChatGPT开辟了一种全新的在线互动教学空间，使教师得以在不依赖实际学生的教学场景中探索多种教学方法，进一步丰富和拓展了教学模式。

四、反思与展望

技术与教育的交融是教育创新的重要驱动力。以ChatGPT为代表的前沿人工智能技术的加入，不仅为地理教师创造了一个广阔的探究场景，更为地理教学提供了无限的发展潜力。虽然人工智能技术带来了创新的教学辅助工具，但在地理教学的应用过程中，数据的隐私保护、实际运用成本以及虚拟与现实的接轨仍是不可忽略的问题。此外，在技术浪潮的冲击下，如何保持教育的人文关怀与价值导向、避免对技术产生过度依赖以及地理教师的角色和职责是否面临被重新定位等问题，亦需深入探讨。未来，地理教学应在拥抱智能化趋势的同时，精准把握技术与教育的平衡，推动人机优势互补，落实地理学科的育人价值。

参考文献：

［1］ 侯瑜，户清丽.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［J］.地理教学，2024（5）：24-28.

［2］ 谢煜鹏，崔艾霞，朱雪梅.基于生成式人工智能的人机协同教学设计探索——以高中地理《产业转移及其影响》为例［J］.教学月刊·中学版（教学管理），2024（Z1）：21-28.

［3］ Markel J M， Opferman S G， Landay J A， et al. GPTeach： Interactive TA Training with GPT Based Students［EB/OL］.（2023-02-18）［2024-01-22］.https：//htc.weshareresearch.com/2023/02/18/gpteach-interactire-ta-trainirg-with-gpt-based-students/.

［4］ 柳冬青.基于格局与过程耦合思想的高中地理教学初探——以“风成地貌”为例［J］.地理教育，2024（5）：  54-58.

［5］ 赵婷婷，郭玉婷.超越传统成绩单：数字技术重塑大学生学习“画像”［J］.中国高教研究，2022（5）：20-26.

［6］ 张学新.对分课堂成就新型高效课堂［J］.云南教育（视界时政版），2019（5）：41-42.

［7］ 张学新.对分课堂：大学课堂教学改革的新探索［J］.复旦教育论坛，2014，12（5）：5-10.

［8］ 袁孝亭，蒋连飞.地理学思想之于地理学科核心素养培育的教学价值［J］.课程·教材·教法，2023，43（8）：123-129.

［9］ 李念.现代信息技术在高中地理教学中的应用实践——以“地表形态与人类活动”为例［J］.地理教育，2024（S1）：82-83.

［10］ 陈畇舟.数字技术助力初中地理教学评一体化的实施路径［J］.地理教育，2024（S2）：163-164，167.

通信作者：蒋连飞