信息化赋能地理探究教学的新模式以“喀斯特地貌”一课的人机协同实践为例

信息化赋能地理探究教学的新模式——以“喀斯特地貌”一课的人机协同实践为例谭超琴摘要：本文响应教育数字化转型号召，为构建并实践利用信息技术赋能高中地理探究教学模式，实现高效课堂，记录了一项向AI发起教学设计，并由教师完善和重构的教学试验。研究以湘教版高中地理“喀斯特地貌”为内容，让AI生成以“高度融合信息化技术手段，情境创建，跨学科融合，尺度思想”为要求的教学框架。然而，AI生成的教学设计在学情适配、故事思维的本质理解等方面存在显著缺陷，后经教师对方案进行深度重构，高效课堂才得以实现，本文旨在为探索“AI+教师”双主导的教学设计新模式提供可推广的应用路径。关键词：信息技术；喀斯特地貌；教学设计；核心素养；尺度思想一、引言（一）文献综述——设计理念与依据当前，人工智能（ArtificialIntelligence，AI）技术迅速发展，在各行业中呈现出强大的渗透力，也为教育发展与变革提供了强大动力，结合AI技术的地理教学成果颇丰。但在教学设计上，已有的教学设计中多采用先欣赏图片或视频认识地貌，再探究原因和地貌的形成条件及特点，按照“概念—形成条件—类型与特征—分布”的知识逻辑展开，条理清晰。然而，此方法存在一定的局限性，即学生获取信息的方式过于便捷，设问过于传统，教学方式模式化，其实质是从知识内在逻辑关系的角度设计课程，不利于学生科学思维方式的培养，对于充分激发学生对大自然产生探索欲望的效果不佳。在信息技术应用上，当前地理信息化教学多数应用停留在“PPT演示”“视频播放”“动画制作”等单向信息传递层面，信息技术仅仅作为一种简单的操作工具而非设计高手。这导致信息技术难以与课堂呈现深度融合，使探究内容碎片化，学生认知建构浅层化，无法满足新课标对地理实践力与综合思维的要求。本文旨在突破这一局限，探索将信息技术全面应用到教学设计的生成，教学思路的构建，学生学情的分析，教学过程的优化，以及教学效果的评价等各个方面。因此，在高中地理新课标核心素养的要求下，本文借助五有四化主题式教学理论指导教学大胆创新，以徐霞客游记为情境素材，采用故事思维，融入跨学科视角，借助信息化技术，使课堂更加高效。（二）研究缘起基于上述设计理念和要求，采用信息化技术进行教学的初步设计，并向AI输入“徐霞客游记”“喀斯特地貌”“跨学科融合”“信息技术应用”“情境教学”等关键词后，迅速获得了一个以“徐霞客探秘”为主线并在各环节融入信息技术工具的HPS教学模式初稿。然而，该方案是否能够有效转化为实际教学？其内在的教学逻辑是否契合学生的认知发展水平？为解答上述疑问，我们展开了针对该教学设计的技术验证研究。本研究旨在探索人工智能在教学设计中的能力边界，并进一步验证教师在人工智能时代的不可替代性。下文将通过分析人工智能对四个核心问题的回应，展现从人工智能生成方案到优质课堂教学实践的优化与完善过程。（三）AI测试——对四个核心问题的初步回答在教学设计初期，向AI提出了四个关键问题，其回答构成了教学初始方案的理论基础，但其答案也暴露了AI设计固有的局限性。问题对AI回答的贡献与局限分析问题1:什么是科学课程设计中的故事线？为什么科学课程设计需要有故事思维？AI能清晰界定故事线是“有叙事逻辑的教学序列”，肯定故事思维能提升学生的学习兴趣、促进知识的记忆和理解。此回答理论上是正确的，但无法适配学情，比如古文阅读能力的偏差，它提供的是一个“标准答案”，而非“合适的设计”。问题2:科学教育中的故事思维本质上是否为情境探究中的“框架结构”？AI肯定了故事思维是组织情境与探究的“框架”，但此骨架是僵硬的，故事像是一系列环节（古文翻译、化学方程式、VR体验）的“串联”，不能成为驱动情境向前发展的催化剂。问题3:在以上方面，HPS（历史，哲学，社会学）模式有什么典型案例？AI能列举“日心说”等经典HPS案例，证明其数据库中有足够多的理论模型。但局限在于“套用”而非“借鉴”，将HPS模式简单地套用在徐霞客身上，不能深入洞察这一情境中独特的、可供挖掘的教学价值。问题4:如何用HPS的故事思维给高中生讲清楚“徐霞客不是岩溶科学家”？用HPS讲清“徐霞客是不是科学家”是最关键的测试点。AI能够提供区分“观察记录”与“科学解释”的知识点，但无法赋予这一区分恰当的教育意义和情感触动。其分析方式是告知性的、结论性的，而非引导性的、启发性的，而这却正是课堂教学最需要和能出彩的地方。二、对比和优化——课堂验证与教学重构结合AI参与的教学设计亮点，教师加入对学科、对学生的深刻了解，分析，对方案作出调整和完善，最终形成高质量的教学设计，肯定了信息技术的贡献，也充分证实了教师在教学设计中的主导力量和教师的不可替代性。（一）重构故事线：从“情境串联”到“故事驱动探究”AI设计贡献创建了以“徐霞客游记”为情境的教学背景，使知识的学习更有趣味性。局限AI的故事线是“徐霞客看了A，然后看了B，我们从中学习A是什么B是什么，然后我们学C”，各环节看似有一定联系但情节是拼凑的，学生的学习没有目标感。教师重构优化将故事线重构为一个“科学悬疑剧”，引导学生用科学的思维去解答徐霞客考察过程中的未解之谜。通过情境→问题化→结构化→知识化这一脉络激活学生的思维方式，设计问题链一步步结构化问题的答案，综合构建喀斯特的知识体系。意义引导学生思考徐霞客是否为科学家，并给予学生特别的使命，即帮助“先驱”完成其未完成的研究。使情境“有魂”，探究“有用”，情境成为了促使学生深入探究，解决问题的驱动力，有利于培养学生探究科学原理的精神和能力，帮助学生构建科学思维。（二）重构学情适配：从标准任务布置到结合学情提供学法的任务驱动AI设计贡献通过翻译徐霞客游记中的古文来提取关于徐霞客对地貌考察的记录，以此作为学习喀斯特地貌的素材，渗透跨学科思维，并从古文经典中挖掘教育价值。局限未考虑翻译古文与高一学生学情的适配，难度太大或导致学生在开始就遇阻。教师重构优化教师将任务分层化，具体化：基础层：提供白话文译文，要求学生从中圈划出关键地理信息。挑战层：鼓励学有余力的学生尝试理解原文，或在语文老师的帮助下完成古文的翻译，并在美术老师的帮助下绘制示意图。意义培养学生图文的转绘能力，并使内容清晰化，景观可视化。避免了学生在开始就失去兴趣，确保了所有学生都能顺利进入探究情境，这种对学习障碍的预判，对预习难点的辅助指导，是AI无法具备的“课堂洞察力”，体现了教师的存在为学生的学习赋予了温度和可操作的具体方法。（三）重构五有四化理论的应用AI设计贡献采纳先进的“五有四化”主题式教学理念设计教学局限“五有四化”主题式教学理论，即“有趣，有用，有理，有魂，有效”“知识结构化，结构问题化，问题情景化，情境生活化”实际并非完全符合本文的逻辑设计，有生搬硬套之嫌。教师重构优化意义根据教学设计的实际需求，合理对五有四化进行创新，使此理论的应用符合教学逻辑实情。（四）重构评价体系：从“题目单向检测”到“思维全面评估”AI设计贡献充分利用信息化技术平台，生成标准化的题目，并通过数据对比，精准评估教学成果。局限只有数据的评价过于单一，缺乏过程性和全面性的评价，不符合素质教育对学生全面评价的要求。教师重构优化课堂评价始终紧扣探究过程，贯穿课堂的每一个环节。示例：通过学生绘制的示意图评估其图文的转换能力和空间想象力；通过小组讨论推理中的发言评估其逻辑与证据运用能力；通过“课堂游戏”设计评估学生对知识的理解，掌握和运用能力。意义多维的、形成性的评价，既利于促进学生的学习，又帮助老师更好地了解学生，了解课堂的进展，从而对课堂进行合理调整，机智反应，超出AI的考虑范围。（五）凸显“尺度思想”，构建专业思维。AI设计贡献提供洞穴，峰林等不同场景的地貌考察。局限仅将喀斯特地貌中的洞穴景观，峰林景观看成为不同区域的地貌类型，没有挖掘出其隐藏的专业空间尺度，不利于培养学生的空间思维能力。教师重构优化明确以“探洞（小尺度）→探山（中尺度）→寻宝（大尺度）”为教学脉络，将地理学的“尺度思想”作为显性的、核心的教学逻辑。意义直观地引导学生理解地貌从微观形态到宏观分布、从现代过程到地质历史演变的规律，有利于学生综合思维的培养，同也让区域认知核心素养真正落到实处。（六）信息技术的灵活运用和情境的深度融合AI设计贡献提供多种信息技术手段赋能课堂，如VR技术，动画游戏互动，点名，72云图动画制作，超链接，易课堂作业推送，数据评价等，为实现教学方式多样化提供了方案；有效促进学生主观能动地参与到课堂的讨论，展示，评价等各个环节，大大增加了学生的学习兴趣，提高了课堂效率。局限AI对技术使用场景是否有利于逻辑的推进，使用的方式是否灵活，各种技术使用是否能够与情境深度融合考虑欠佳。教师重构优化结合学情，学科知识特点，情境推进的阶段和逻辑，灵活选择信息技术的方式。示例1：本课设计中对于VR技术的使用，AI给出的方案是使用VR呈现溶洞景观，让学生欣赏溶洞的美，跟图片展示区别不大，基于这一状况教师机智地对技术的使用进行重构，将VR体验设置为“探秘成功”后的实证奖励环节，使情境得到强化，实现体验式教学，并通过具体任务布置引导学生自主选择观察点，找到疑问点，进一步对推理进行验证；在这个开放的探寻时间，学生或许能找到和发现更多的喀斯特地貌景观，这样更有利于学生思维的拓展，课堂上容易生出思维碰撞的火花。示例2：将平板互动这一技术用于思维可视化与实时评价，通过绘图提交、观点投票等功能，追踪学生思维轨迹，实现“教学评”一体化，让技术融入“探秘”情境中。意义使技术的使用成为真正支持整个探秘过程的工具，并真正为学生的认知过程赋能，而不仅是为了使用工具而存在。三、课堂实证——教学实践过程（一）整体设计思路本研究以“解徐霞客之谜”为统领性情境，遵循“现象观察→成因探究→尺度推演→科学实证”的认知逻辑，构建了“三篇章”教学流程，形成信息技术支撑下的层层探究，将知识学习嵌入到科学史的探索叙事中，实现知识、能力与素养的协同发展。（二）教学流程图1教学流程示意图信息技术在“喀斯特地貌”教学中的具体实施梳理如下：课前准备核心任务通过班级学习平台接收任务：①翻译《徐霞客游记》关键段落；②根据古文描述转绘溶喀斯特地貌景观图。信息化应用学生提交的绘图电子稿与翻译文本成为宝贵贵的预习数据。教师通过平台提前分析，了解学生对古文素材的理解水平与空间想象能力差异，为课堂分组与问题链设计提供依据，该此环节体现了“数据驱动”的起点点。课堂探究篇章一：探洞（小尺度）核心任务探究钟乳石成因信息化应用平板展示学生前置绘图的数据差异，方便师生互动，生生互动。VR技术虚拟游览织金洞，自主选择观察角度，对比验证自己的推理，信息技术成为“科学验证工具”此环节合理引导学生进行科学思维，培养了学生科学解决问题的方法以及敢于质疑的科学精神。让课堂真正成为培育人才的孵化器，是本课的亮点和出彩之笔。利用三维动画，动态演示“落水洞→天坑”的演化过程，将静态知识动态化，进一步加强了学生的逻辑推理能力。篇章二：探山（中尺度）核心任务探究峰丛峰林演化过程信息化应用利用希沃游戏活动当堂检测学生对“峰丛”、“峰林”概念与演化关系的理解。系统自动生成全班的正确率、用时时长等数据，教师即时获取反馈，针对错误率高的环节进行精讲，针对性突破重难点，实现“教学评一体化”。篇章三：寻宝（大尺度）核心任务论证西南喀斯特分布的成因信息化应用使用GIS软件的简单图层叠加功能（如叠加降水量、岩层分布）引导学生阅读中国喀斯特分布电子地图，自主归纳分布规律。超链接引入“贵州龙”化石的新闻素材，引导学生进行网络信息检索，整合证据，完成科学论证（CER模型），让严谨的科学精神渗透到教学环节，完成从理性探究到精神熏陶的升华。课堂检测与课后延伸基于数据的个性化反馈课堂检测通过平板推送两道高考真题，借助易课堂信息技术平台当堂统计数据，了解学生对知识的掌握程度，反馈教学效果，并针对问题及时讲评，解决疑惑点，高效实现了教学评一体化。课后延伸根据学情进行分层设计，指导学生充分利用互联网资源，信息化技术工具，调查喀斯特地区石漠化现状和治理方案，提出优势资源开发案例，形成数字化报告，培养学生人地协调观。（三）应用效果经过课堂论证，由AI与教师双驱动设计的课堂教学，灵活运用信息技术赋能课堂教学，显著提高了课堂效率，其特色主要体现在以下三方面：第一，明显提升了学生的学习动机和参与度。通过VR虚拟场景体验和游戏活动等设计极大激发了学生学习兴趣，提高了师生互动率，数据显示学生参与率超过95%。第二，深化了学生的空间认知与思维能力。通过虚拟仿真和数据驱动的问题链探究，学生实现了从微观到宏观，从现象到本质的思维攀登，课堂检测结果表明，学生对本堂课知识的掌握程度明显高于传统教学模式。第三，高效实现了课堂精准教学和个性化指导。基于数据支撑，教师得到更加及时、有效的反馈，使评价更有针对性，有利于教师调整教学内容和策略，提高课堂效率。四、反思与优化本课例仍存在诸多不足之处，在未来研究中需进一步改进和完善。在信息技术方面，可尝试引导学生使用在线GIS工具或数据分析工具，处理真实的地理数据，从“技术使用者”向“技术实践者”转变。在利用信息化工具的使用过程中，需要关注VR设备使用时长、网络安全等问题，在教育资源不均衡情况下，探索相关替代方法。在科学教育情境深化方面，可在情境探究过程中增加“徐霞客的困惑”环节，以凸显科学探究的曲折性，完善猜想、试错与修正的过程，丰富学生在科学探索中的体验感。此外，结尾可对情境进行延伸，向学生提问：现在地理学技术如何解答徐