ChatGPT 协同地理教学设计的模型建构及实践审思*——以“全球气候变化与国家安全”为例

付天祎 朱雪梅 邢祺云

（南京师范大学 教师教育学院, 江苏 南京 210023）

新一代生成式人工智能技术的问世和持续迭代升级，激发了人们对于自身学习能力和学习方式的质疑与反思。2022年11月底，OpenAI推出了自然语言处理技术支持的人工智能聊天机器人——ChatGPT。它在文本类内容生成、上下文情境理解等方面所表现出的卓越性能，对教育领域产生了巨大影响和深刻的启示意义，并可能促进和催化从教育理念到教育实践的深层次变革。[1]深入研究“ChatGPT+地理教学设计”应用模式，探讨生成式人工智能有效赋能地理教学的实践方式，思考这一变革所带来的机遇与挑战，是当前地理教育研究的重要课题。

一、模型建构：ChatGPT协同地理教学设计的实践逻辑

智能时代的教学对话主体包含传统课堂中的自然人主体（学生、教师）以及人工智能赋能的技术主体（机器人教师，如智能机器人、智能对话模型），教学活动实现从双主体向三主体的革命性转变。[2]剖析ChatGPT在地理教学设计中的应用功能，可以为其参与地理教学设计提供模式参考，助力三主体和谐共生。

1.准备阶段：确立目标，预设任务

ChatGPT通过对大数据背后的规律进行编码学习训练，依据人类指令自主地生成复杂语言对象，可以算作一种新型的创造与思考形式，[3]能够为教师的课前准备工作提供支持。

其一，教师可以向ChatGPT提供包含课程标准、教材范围、学情等内容的模块化指令，使其生成引领后续教学、学习与评价活动开展的教学目标。

其二，ChatGPT可以辅助教师进行教学任务预设。教师可以通过与ChatGPT对话，生成与教学主题相关的大量文本数据，从中提取地理概念、事件和关系，获得丰富的知识背景。同时，ChatGPT还可以在此基础上生成自然语言文本，创建有趣、引人入胜的学习材料，设计多样化的教学任务。

2.互动阶段：引导探究，辅助答疑

ChatGPT可以使用大型语言模型为学习者创建个性化、深度式体验，促进学生主体地位与技术主体功能之间的协调。

其一，巩固学生的主体地位。教师指导学生利用费曼学习法与ChatGPT互动对话，在对话过程中不断发现新的地理问题。例如，学生可以围绕城市规划、环境保护等主题中存在的已知问题提出自己的观点，引导ChatGPT逐步加以解释，不断获取新的认知，从而提高解决问题的能力。同时，教师也可以让学生在ChatGPT的支持下生成地理故事或情境，获得问题创造者与解决者的双重角色体验，通过深度参与成为真正的课堂主体。

其二，发挥技术主体的独特功能性。由于生活经验、知识储备、思维能力的差异，学生在学习同一课题内容时会产生不同的地理问题。而受到课堂时间、课程人数等限制，教师无法逐一解答所有学生的疑惑。教师指导学生利用ChatGPT，则可在同一时间内解答不同问题，并根据需求实现个性化问答，进行实时反馈，从而降低作答成本，提升学生的思维活跃度。

3.测评阶段：检测效果，评估反馈

课程成为专业的最重要的标志在于评价，即何以知道预设的目标已经达成、何以清晰地知道“学生学会了什么”。[4]运用ChatGPT的语言学习与文本生成能力，可以对学习者的核心素养、学习过程、展示成果等进行多角度评价。

其一，设计表现性评价任务。学生是发展中的人，表现性评价应有助于提高学生的认知发展与实践能力。由于ChatGPT具有即时生成能力，它可以实时或近实时地提供评价任务，反馈学生地理学习进程，并针对学生情况调整与改进任务。

其二，设计差异性评价标准。每个学生都是独一无二的，具有不同的背景、兴趣和能力。ChatGPT可以根据指令生成定制化的表现性评价量表，并依据用户的对话历史和偏好生成个性化的回复，为每位学生提供独特的评价和指导。

基于上述思考，建立“ChatGPT协同地理教学设计应用模型”，如图1所示。该模型在地理教学准备、生机互动与测评阶段，充分发挥ChatGPT的大数据运算、语言学习、文本生成等特性，为技术主体与自然人主体的有机协同提供实践路径。

图1 ChatGPT协同地理教学设计应用模型

二、实践检验：ChatGPT生成地理教学设计的案例评析

本文根据ChatGPT教学设计应用模式，以人教版高中地理教材选择性必修三《资源、环境与国家安全》“全球气候变化与国家安全”一课为例，与ChatGPT对话，评述生成式人工智能在地理教学设计中的应用效果。

1.课前教学准备设计

(1)学习目标设计

笔者与ChatGPT开展关于“全球气候变化与国家安全”教学目标设计的对话，提示词力图引导ChatGPT生成地理核心素养导向的目标。提示词如下所示。

人教版高中地理教材选择性必修三《资源、环境与国家安全》“全球气候变化与国家安全”一课的内容标准为“运用碳循环和温室效应原理，分析碳排放对环境的影响，说明碳减排国际合作的重要性。”该课学习对象为高二年级的学生，其基础知识掌握扎实，理解能力较强。教材内容包括全球变化与人为碳排放、全球气候变化对国家安全的影响、应对全球气候变化三个部分。请依据以上信息，从地理学科核心素养（综合思维、区域认知、地理实践力、人地协调观）角度出发，撰写本课教学目标。

ChatGPT生成的本课的教学目标如下。

综合思维：学生能够通过分析碳循环和温室效应原理，深入理解碳排放对环境的影响，形成对全球气候变化与国家安全关系的综合思考能力。

区域认知：学生能够认识全球变化与人为碳排放的地域分布特征，理解不同地区面临的气候变化挑战及其对国家安全的影响，从而提升对地理区域差异的认知能力。

地理实践力：学生能够运用所学知识，分析全球气候变化对国家安全的具体影响，探讨碳减排国际合作的必要性与可行性，并能就相关问题提出解决方案。

人地协调观：学生能够意识到人类活动对地球环境的影响，并通过学习碳减排国际合作的重要性，培养积极参与环保行动、促进人地协调发展的意识和能力。

基于标准的教学设计是当前世界各国课程改革的共识。提示词明确了目标设计的标准依据与地理学科核心素养导向，也明确了学习对象与内容要点，指令较为精准。ChatGPT在5秒内生成了以上教学目标。该目标设计按四大地理学科核心素养展开，每一点均包含行为主体、行为动词、行为内容与行为结果，在形式上比较规范，但也存在对地理实践力概念理解错误及大而空等问题，主要表现有以下三点。

第一，行为条件不够明确。ChatGPT并未明确给出具体的学习资料与方法，难以为后续的教学实施提供明确的学习指导。

第二，可测评性较差。“理解”“探讨”等行为动词对思维认知的要求比较模糊，不具备可测评性，在评价环节无法精准判断该教学目标是否实现。

第三，对地理实践力含义的认知存在偏差。《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出，地理实践力指人们在考察、实验和调查等地理实践活动中所具备的意志品质和行动能力。[5]而ChatGPT生成的地理实践力目标以“分析”“提出解决方案”为指向，实际上是综合思维能力的要求，与地理实践力的概念不符。

(2)学习任务设计

笔者利用ChatGPT可以基于前期对话内容进行上下文情境学习以及连续性对话的特性，针对教学目标的要求，提出课堂教学活动的需求，让ChatGPT进行学习任务设计。提示词如下所示。

请依据上述教学目标，撰写可以实现该目标的教学设计，要求包含2～3个活动，课程时长45分钟，课堂容量为45个学生。

ChatGPT生成的内容如下。

课程时长：45分钟。

课堂容量：45个学生。

【活动一：情境分析与讨论（15分钟）】

教师介绍全球气候变化与人为碳排放的关系，引导学生通过情境材料和统计资料，了解碳排放与气候变化的关联。

学生小组讨论分析碳排放对环境的影响，每个小组总结出关键点。

小组间交流讨论，学生分享他们的观点和分析结果。

【活动二：图文资料分析与展示（20分钟）】

教师展示图文资料，分析碳排放对环境和国家安全的影响，包括气候变化对冰川融化、海平面上升、自然灾害频发等方面的影响以及对国家安全的威胁。

学生分组阅读资料，提出问题和解答，例如，碳排放导致的海平面上升对哪些国家的国家安全构成威胁？如何应对？

每个小组派代表进行汇报和展示，展示他们的分析和解决方案。

【活动三：主要措施讨论与实践（10分钟）】

教师介绍人类应对全球气候变化的主要措施，包括减排政策、可再生能源利用、生态保护等。

学生讨论在日常生活中如何参与应对气候变化，提出个人或小组的实践计划，例如，减少碳排放、节约能源、支持环保活动等。

学生展示他们的实践计划，并相互交流分享。

通过以上活动，学生将在综合思维、区域认知、地理实践力和人地协调观方面得到培养和提升，达到本课教学目标。

ChatGPT设计了一份可行性较高的教学方案，不仅包含教师活动与学生活动，还涉及各教学环节所需的时间和教学材料等细节，能够帮助教师拓展教学思路、提高备课效率。但与此同时，ChatGPT设计的教学活动存在明显的形式同质化现象，且存在评价形式单一的问题，具体表现如下。

第一，活动设计缺乏整体性。三个活动按教材内容编排顺序展开设计，但活动之间缺少关联性，可能阻碍学生知识体系的完整构建。

第二，未能充分发挥学生主体性。各项活动中，教师展示与介绍环节占比较多，留给学生的探究空间较少。

第三，活动形式与评价方式单一。三项活动均按“教师讲解—学生讨论—汇报展示”路径设计，且停留在“交流分享”“展示”等环节，缺少对于师生互评与生生互评环节的设计。

2.课中探究问题答疑设计

(1)辅助探究学习

以任务预设中“图文资料分析与展示”部分为例，运用ChatGPT细化活动中的探究学习的主题建议，并对生成的主题内涵加以解释。提示词如下所示。

以中国为例探讨碳排放对国家安全的影响，请提供两个符合教学目标要求的探究主题。

ChatGPT生成的内容如下。

碳排放与中国能源安全：分析中国能源结构中碳排放的主要来源，探讨碳排放对中国能源安全的影响，如碳能源过度依赖导致的能源供应风险、国际能源市场不稳定性等问题，并提出发展清洁能源、提高能源利用效率的政策建议，以保障中国能源安全。

碳排放与中国生态安全：研究中国碳排放对生态系统的影响，如气候变化加剧导致的生态系统退化、生物多样性丧失等问题，分析这些问题对中国生态安全的影响，提出生态保护和恢复措施，以维护中国的生态安全。

提示词在呼应教学目标的同时明确了区域。探究活动依托于真实情境展开，围绕中国能源与生态安全进行纵向延伸，可供学生依据自身兴趣爱好进行选择。但所给选题缺乏研究区域特色及区域间的关联比较，可能不利于探究活动的深入进行。

(2)及时答疑解惑

学生在学习过程中使用ChatGPT解答个性化问题。此处针对学习本课过程中部分学生可能产生的疑问，向ChatGPT咨询。提示词如下所示。

全球气候变暖是否一定是人类活动所引起的？

ChatGPT生成的内容如下。

全球气候变暖并不一定完全是由人类所引起的。自然因素也可以对全球气候变化产生影响，如太阳活动、火山喷发、地球自转轨道变化等。

然而，科学研究表明，近几个世纪以来，人类活动尤其是工业化以来大规模的温室气体排放，如二氧化碳、甲烷等，加剧了气候变化的速度和程度。因此，尽管自然因素也对全球气候变化有影响，但当前的气候变化主要是由人类活动引起的，特别是温室气体排放的增加所导致的全球变暖现象。

ChatGPT提供及时解答，让学生在良性循环中敢于发问、善于发问。但生成内容直接给出结论与部分描述性事实，既缺少图文材料或数据支撑，又缺乏思维逻辑指导，忽视了学生的知识构建过程。

3.课后学习质量测评设计

(1)表现性评价任务设计

笔者与ChatGPT展开关于“全球气候变化与国家安全”的表现性评价任务设计对话，提示词具备教学目标导向。提示词如下所示。

依据上述教学目标，针对“全球气候变化与国家安全”一课，提供教师可以使用的表现性评价任务。

ChatGPT生成的内容如下。

①综合思维评价。

提供情境材料和统计资料，要求学生分析全球气候变化与人为碳排放的关系，并撰写分析报告。

设计情境性问题，要求学生结合图文资料，进行综合思考和推理，以解决问题。

②区域认知评价。

提供地图资料，要求学生标注全球不同地区的气候变化情况，并分析不同地区应对气候变化的差异。

组织学生进行小组讨论，讨论不同地区的气候变化对国家安全的影响，并汇总各组的讨论结果。

③地理实践力评价。

要求学生设计应对气候变化的实践计划，包括减少碳排放、支持环保活动等，并实施。

观察学生在实践计划中的表现，包括参与程度、创新性、实施效果等，进行评价。

④人地协调观评价。

提供案例或情境，要求学生分析人类活动对气候变化的影响，并提出保护环境、维护国家安全的建议。

组织学生进行角色扮演或模拟情境，让他们在模拟环境中展现人地协调的观念和能力。

ChatGPT所提供的评价任务包括研究报告、角色扮演、撰写实践计划等形式，为评价实施提供充分选择空间，任务成果则可以作为生生互评依据，具有较强的灵活性。但部分任务缺乏对于成果形式的明确指导与可操作性，如“分析不同地区应对气候变化的差异”“汇总各组的讨论结果”等，仅凭学生个人力量实施，难度较大。

(2)差异性评价标准设计

差异性评价是以促进每个学生的发展为目标，注重对学生的全面考查，了解个体的不同学习需要，提供更多教育信息。[6]为实施差异性评价，地理教学设计可遵循“教—学—评”一致性理念，制定IEA表现性评价工具作为评估教与学质量的依据。IEA（Instructionally-Embedded Assessment）是指嵌入教学的评价，它致力于通过高质量的表现性评价，支持学生达成学习目标。[7]据此，笔者与ChatGPT进行对话，提示词如下所示。

IEA评分规则基于表现期望确定四级表现水平，依次为高水平、中高水平、中低水平和低水平。请根据IEA评分规则，设计“应对气候变化的实践计划”项目式学习的表现性评价表。

ChatGPT生成的内容如下。

根据IEA设计学生“应对气候变化实践计划”的评分标准，可以生成以下四个表现水平，如表1所示。

表1 “应对气候变化的实践计划”IEA表现性评价工具

根据上述评分准则，教师可以针对学生的实践计划进行综合评价，从而确定学生所处的表现水平。

ChatGPT对IEA评分规则及表现性评价的预训练比较准确，从计划目标、解决方案、措施执行、实施过程四个维度生成的IEA评价工具，不仅准确凝练了“应对气候变化的实践计划”这一项目探究的基本环节，而且设计的四级评价标准体现了差异性，评价工具可运用于教与学的全过程中，体现了“教—学—评”一致性，总体上能够成为探究学习的指南与测评学习质量的依据。但是，四级评价标准中相近水平之间的界限较为模糊，差异性评价标准的主观性仍然较强，难以满足定量评价的实际应用需求。

三、审辩思考：ChatGPT赋能地理教学变革的机遇与挑战

生成式人工智能给我们带来了一个扑朔迷离的世界，预训练大语言模型似乎洞悉了人类历史的所有知识，俨然像是一个无所不知的“百科全书式”教师。那么数智时代的地理教学将何去何从？

众所周知，教师、学生和学科知识三者之间密切相关，它们相互依存、相互作用，共同构成教育教学的基本要素。[8]在此，以上述教学设计案例为例，从教师、学生与知识三个维度理性分析生成式人工智能在未来地理教学体系中的价值，向更深处思考三者可能的机遇与挑战，为创新人机协同的地理育人方式提供参照。

1.教师角色转变与地位弱化并存

在过去的教育中，教师的精力主要集中在教书，聚焦学生记忆、理解和应用层面的认知水平。ChatGPT通过参与目标撰写、活动设计等环节，使教师能够将精力更多地转移到育人、培养高阶思维的任务当中，提升学生在分析、评价和创造层面的认知水平。然而，人工智能出色的个性化服务和拟人化的交互模式会对教师主导地位产生巨大冲击，部分教师可能会担心自身被取代，也有部分教师可能会过度依赖人工智能，在长期使用中导致自身创造力衰退，逐渐丧失自身在课堂中的主导地位。学生在使用ChatGPT时，容易减少或忽视与教师的交流，不自主地将教师排除在学习环节之外，长此以往，甚至会影响师生关系，降低师生互信度，造成教师行业角色定位的偏差。

在教学设计实践过程中可以发现，ChatGPT并不能完全取代教师。教学目标撰写方面，ChatGPT高度依赖于教师所给定的课程标准要求、学生学情与框架结构，且受固定语言模型和运算数据的限制，容易产生设计偏差，如案例中教学目标使用“理解”“探讨”等测评性较差的词语撰写。课堂交互方面，ChatGPT虽然能够辅助探究学习，生成“研究中国碳排放对生态系统的影响”等探究主题，但往往过于宏大，脱离了学生实际，实施的可行性不强。因此，生成式人工智能并不是教师的替代品，而是教师的智慧助手，利用得当，教师能够更快整合已有的知识和经验，并在此基础上进行创新，实现自身角色转变。

2.学生自主学习与主体异化并存

智能工具激发学生主体的动机和潜能，形成人机协作的学习共同体，构建开放、自由、连接、共享的智能学习系统，实现更高水平的自主学习。[9]ChatGPT接入数字化学习系统，通过探究活动、辅助答疑等环节，从内容生成、学习互动、能力升级等方面为学生自主、合作、探究学习提供重要支撑。

但人工智能技术的进一步发展会对教育带来许多不可预测的综合性影响，特别是工具理性膨胀对教育中“人的发展”将带来破坏性影响。例如，在实践检验中，针对“全球变暖是否由人类活动导致”这一问题，ChatGPT直接给出结论，存在对学生知识构建过程的忽视。而部分学生，尤其是义务教育阶段的学生，由于缺乏自律意识，频繁使用ChatGPT完成课程作业，或未经思考直接向ChatGPT咨询探究性问题，可能因过度依赖技术导致探究惰性与思维深度降低，反而不利于学生全面发展。此外，ChatGPT给出的“在一定程度上能够实施”“实施过程存在一定困难”等评价标准较为模糊，主观性过强，难以界定。

3.知识高效获取与谬误风险并存

ChatGPT能够理解书面提示信息并自动生成连贯、自然的文本。不可否认，教师可以利用ChatGPT的交互能力和庞大知识库，设计多样的课堂参与活动，创新教案编写思路，生成更多的教学资源，让学习者以探索、体验和实践的方式去理解和应用知识，鼓励学生参与不同层次的知识讲授和能力展示，培养他们解决问题的能力和批判性思维。

但生成式人工智能是建立在大量数据训练基础上的，由于模型的局限性和数据的复杂性，生成的内容可能存在不严谨之处，如上述案例中出现“学生能够运用所学知识，分析全球气候变化对国家安全的具体影响”被错误划定为地理实践力的问题。因此，教师在使用ChatGPT生成内容时，需要认真核对并审慎评估其科学性，以避免可能的误导或错误传播。

综上，ChatGPT协同地理教学设计主要是通过预设目标任务、探究问题答疑、生成表现评价的提示词实现的。提示词的针对性与专业性决定了ChatGPT生成文本的有效性。上述教学设计案例中存在的一些不足，也与提示词指向不具体有关。在实际教学过程中，师生可以通过进一步的追问获得更优解。实践说明，ChatGPT的应用有助于提高地理教学设计的效率和质量，推动地理教育数字化转型。面对生成式人工智能应用中的风险与漏洞，如何在地理教学设计中实现“师—机—生”的有效协同，使其更好地服务于地理育人方式的变革，仍有待未来的实践与探索。