“生成式人工智能+元宇宙”赋能地理学科实践

【摘 要】随着人工智能的发展，生成式人工智能赋能教育，成为时代发展和教育改革的必然要求。生成式人工智能等新技术赋能地理教学，可以更好地推动新课程方案和新课标理念的实施，实现地理核心素养的培养。以“太空探索”智慧学习实践为例，探讨“生成式人工智能+元宇宙”赋能中学地理学科实践的主要策略，包括创设多元交互对话情境推动学生思维发展，引用专家工作模型提升学生探究技能，建构数字化学习共同体，促进意义建构。

【关键词】高中地理；学科实践；生成式人工智能；元宇宙；教学策略

【中图分类号】G633.55  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2025）11-0015-04

【作者简介】宁本冉，江苏常州经济开发区教育和文体旅局（江苏常州，213011）副局长，高级教师。

生成式人工智能、云计算、区块链等新兴技术已成为当前和未来引领教育创新的重要动力，推动了教育理念和教育方式的创新，扩大了教育、教学活动范围，提高了效率与质量，从而使智慧学习得以进入一线课堂。智慧学习是学习者在智慧环境中按需获取学习资源，灵活自如开展学习活动，快速构建知识网络和人际网络的学习方式。［1］

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）中提到“技术”一词49次，其中提到“地理信息技术”23次、“虚拟现实技术”6次、“增强现实技术”1次。信息技术为新课程方案的实施提供了强大的动力，也将又一次引发和推动教育理念、方式、结构等的重大变化。信息技术赋能背景下，可以利用信息技术自主获取更多的学习资源。

虚拟现实技术和增强现实技术在新课标中首次被提及。元宇宙作为数字技术的高阶发展产物，可以为学生提供虚拟仿真的具身学习体验，目前已经应用于课堂教学。然而，笔者在教学实践中发现：受到VR眼镜等穿戴式体验设备的文本交互功能开发水平的限制，学生在元宇宙情境之外，应用常见学习终端广泛收集和整合知识的渠道不通畅；学生在元宇宙情境之中，缺乏将通过具身学习获得的生成性知识转化为长期记忆的工具，这不利于地理知识与技能的巩固。生成式人工智能是基于算法、模型、规则自动化生成文本、图片、声音、视频、代码等多模态内容的技术，若将生成式人工智能与元宇宙技术整合，就能有效弥补元宇宙教学情境的不足。为此，我们将我国自主开发的“文心一言”生成式人工智能应用软件与元宇宙平台整合，展开中学地理大单元教学。本文以“太空探索”智慧学习实践为例，讨论“生成式人工智能+元宇宙”赋能中学地理学科实践的具体策略。

一、创设多元交互对话情境，推动学生思维发展

密切联系学生生活经验成为当前学生学习的主要方式之一。新课标倡导的问题解决教学，特别注重真实情境的创设。然而，地理教学中某些超越时空的学习情境无法通过现实手段创设。例如，涉及巨大空间尺度或极微小尺度的学习情境：行星系尺度的太空探索、微尺度的土壤岩石的变化过程等。元宇宙突破了现实世界的时空尺度，将无法呈现的“时间”和“空间”中的真实世界再造于虚拟世界中，形成类似现实世界的“镜像世界”，并通过数字端口连接真实世界，形成多场景融合的教学空间。学生可以进入“镜像世界”，沉浸在逼真的学习情境中，通过与情境的交互引发深度思考。

1.通过“沉浸元宇宙”的参与式对话，丰富具身体验

在过往的教学中，学生只能通过图片、影视资料等间接了解太空知识，相关知识因太过抽象而成为教学难点。为破解难点，我们对照新课标，基于学情制作了三个元宇宙教学场景：指向天体系统的“宇宙会客室”，指向探月工程的“月面绕、落、回”实验，指向空间站建设的“中国天宫空间站”。学生以航天员身份进入上述空间，进行观察和实验。当他们进入行星际空间，能通过飞近太阳、靠近月球背面等内容体验太空探索活动。这些人与太空的实时互动，从界面得到的关于行星知识的智能反馈，给学生带来丰富的具身体验，提高了学生对“描述探月工程、火星探测以及空间站建设等人类太空探索的进展与意义”的兴趣。

据课堂观察，在元宇宙的教学情境中，师生间、生生间凭借语音输入装置进行言语交互，学生可不断与同学、老师探讨：“为什么在太空中看不到亮光？”“为什么陀螺在太空舱中的飞行路线有一定弧度？”这样的参与式对话，是学生由具身体验上升到深度思考的具体表征。

2.通过“人工智能+”的多元互动，推进深度学习

“生成式人工智能+元宇宙”进一步扩展了学科实践的深度，支持学生带着任务，运用信息技术搜索资料、创生内容、分享经验，通过与虚拟世界、网络世界、学习伙伴的多元交互实现深度学习。

新课标要求学生建立科学的宇宙观，提高对天文学的兴趣，激发探索宇宙的愿望。［2］17基于上述要求，教师应把教学的关注点聚焦于学生学科核心素养的发展。同时，在教学方式上重视真实情境的创设。

通过收集资料，我们认识到中国航天及太空观测发展史是一批批科学家和航天事业建设者的奋斗史。了解这一段奋斗史，有利于激发学生科学探究的兴趣与情怀。为此，教师以两个选择性任务为引导，与学生共同创造贯穿学习全过程的问题解决情境。这两个选择性任务为“写一篇短文介绍中国航天及太空观测发展史、航天事业发展中的先进人物；写一篇小论文介绍中国太空探索的成就”。学生可以根据自己的兴趣任选其一，运用“文心一言”等AI软件撰写小论文，并进行修改完善，在完成后将小论文发送到班级群。这使学生在多次AI伴学的自主学习中增进了对相关知识的理解。在此基础上，教师在课堂上提出导入问题：“如果有一项任务，不知道最终成功与否，却要艰苦奋斗，你会参与这项任务吗？如果参与这项任务不得不隐姓埋名，还要无私奉献、矢志不渝，你会参与吗？虽然我们取得这项任务的成功，但你的付出要等到几十年后才为人所知，你还会积极参与吗？如果这是为了祖国和民族的发展，你愿意参与吗？”引导学生从爱国的角度去思考问题，更深刻地认识人类太空探索的进展与意义。课上，教师利用师生共创资源推进学习过程，播放《中国男儿》歌曲视频，视频展示了中国航天事业的重要事件和“两弹一星”元勋人物。教师让学生阅读“两弹一星”元勋的简介，讨论他们令人钦佩的精神品质。教师与学生共同总结学生作品中的关键词，阐释探月精神、“两弹一星”精神、载人航天精神的内涵。

在学生的选择性任务的基础上展开教学，学生所能达到的思维深度优于以讲授为主的教学。教师可以通过人机对话，激发学生的高阶思维；通过生生对话，让学生开展深度学习；通过师生对话，将学生的自我认知引导到艰苦奋斗、服务国家未来发展的层面。

综上所述，“生成式人工智能+元宇宙”赋能的地理交互式情境，使原有课堂升级为三维时空中师生、生生、人机的交互式多元对话，扩展了信息交流的范围，提高了信息交流的速度，丰富了信息交流的内容。学生带着任务通过人机对话、师生对话，思考、发现、理解有关太空探索的知识，提升地理综合思维素养。

二、引用专家工作模型，提升学生探究能力

元宇宙所具备的“情景交互”特性，能够有效促进个体在复杂环境下对综合技能的习得。由此，我们设计了航天体验活动，激发学生“探索宇宙奥秘的兴趣”［2］16。在上述教学活动中，隐含了发展学生的探究技能目标。为了达成这些目标，教师应提供航天员工作的专家模型、地理专家模型，学生通过“我是航天员”的角色扮演活动，获得地理科学探究技能。

在课前，每个学生会得到一张导学案（见表1）。其中，包含了航天员飞向天宫空间站的主要环节（航天员的专家模型框架）以及探究学习建议。该导学案聚焦“中国天宫空间站”，设计了六个循序渐进的阶段：第一阶段模拟发射前的场景，建立学生对航天工程的基础认知；第二阶段通过动态过程理解航天器发射的原理；第三阶段学习空间站核心舱的功能与结构；第四阶段结合天宫课堂案例，探讨太空实验的独特性；第五阶段关联航天员出舱任务，分析舱外活动的技术挑战；第六阶段延伸至宇宙探索，激发对天体运行规律的兴趣。该导学案通过情境化、阶梯式的教学设计，不仅帮助学生掌握空间站相关的地理与科技知识，更促使学生在科学思维、实践能力、团队协作等方面实现综合素养的提升，同时呼应新课标“知行合一”的理念，为培养未来科技创新人才奠定基础。

通过分析学案，发现学生的地理观察技能、动手操作技能都有不小的进步。在1[∶]1模拟的天和核心舱内，学生开展了航天员的水球变懒实验、太空陀螺实验等。当学生能够近乎真实地体验到在太空看星星的壮观时，对太空探索便充满敬畏。学生提出以下问题：“为什么从太空看火星和地球的距离那么遥远？”通过引入专家工作模型带动学生探究，是情境教学的一个既有策略。在“生成式人工智能+元宇宙”营造的学习环境中，信息技术使学生获得体验专家工作、太空探索的机会。

三、创建数字化学习共同体，促进深层次意义建构

新课标强调：“通过地理学科核心素养的培养，从地理教育的角度落实立德树人根本任务。”［2］4“生成式人工智能+元宇宙”的技术赋能，为培育地理学科核心素养的教学提供了更多可能性。教师得以在信息技术支持下，让地理学科教学活动融入更多的思想和方法，让提升素养的深层次意义建构自然发生。

为了让学生在“生成式人工智能+元宇宙”赋能的课堂中获得充分发展，我们通过相关活动，建构由学生、教师、AI共同组成的数字化学习共同体。第一个活动是开展由师生共同担任评委的AI小论文竞赛。聚焦“描述探月工程、火星探测以及空间站建设等人类太空探索的进展与意义”目标，让学生运用“文心一言”等生成式人工智能软件生成小论文。师生共同浏览这些小论文，选出优秀作品后共同讨论、修改。在活动过程中达成教学目标的同时，提升了学生的批判性思维能力。第二个活动是写一篇小论文介绍中国太空探索的成就，要求学生在完成之后进一步获取知识，提取其中的重要信息，画出思维导图。

综上所述，在“生成式人工智能+元宇宙”赋能的地理学科实践中，创设多元交互对话情境可以推动学生思维发展，引入专家工作模型可以提升学生探究技能，创建数字化学习共同体可以促进意义建构，进而提高了学生的学习能力，培养了学生的地理学科核心素养。

【参考文献】

［1］李爱萍.新技术时代移动智慧学习：资源建设与环境营造［J］.教育学术月刊，2020（2）：106-111.

［2］中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

责任编辑：靖裕思

*本文系教育部课程教材研究所初中学业水平考试评估研究项目专项课题“虚拟现实技术支持下的学习方式变革研究”阶段性研究成果。