摘 要：人工智能大模型作為“機(jī)師”在教育中扮演著重要角色。本文以“海綿校園”作為學(xué)習(xí)支架，提出大模型驅(qū)動(dòng)的初中地理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)方案，探索“大模型+教師”的雙師課堂協(xié)作路徑。通過(guò)大模型實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)深度有序串聯(lián)、學(xué)科間互通互融，促進(jìn)學(xué)生地理實(shí)踐力、綜合思維、人地協(xié)調(diào)觀與新時(shí)代生態(tài)文明價(jià)值觀的全面培育。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)；海綿校園；大模型；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5207（2024）10-0020-04

隨著ChatGPT的問(wèn)世，國(guó)內(nèi)外迎來(lái)了人工智能（AI）大模型的熱潮。大模型在自然語(yǔ)言處理與跨模態(tài)生成等領(lǐng)域展現(xiàn)出非凡能力，呈現(xiàn)出“觸類(lèi)旁通”與“智能涌現(xiàn)”的能力特征，深刻改變著教育模式與形態(tài)［1］。大模型作為“機(jī)師”在教育中扮演著重要角色，其強(qiáng)大的跨學(xué)科融合能力，能夠整合多學(xué)科知識(shí)，創(chuàng)造出一種讓人類(lèi)與人工智能共同學(xué)習(xí)、共同成長(zhǎng)、共同進(jìn)步的新型教育范式。

與此同時(shí)，《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出地理課程跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的課時(shí)容量不少于總課時(shí)的10%，且應(yīng)立足于核心素養(yǎng)的培育，突出實(shí)踐性和可操作性，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)自然和社會(huì)大課堂［2］。黨的二十大報(bào)告也對(duì)推動(dòng)綠色發(fā)展、促進(jìn)人與自然和諧共生做出重大戰(zhàn)略部署，強(qiáng)調(diào)對(duì)新時(shí)代生態(tài)文明價(jià)值觀的培育和踐行。本文以“海綿校園”作為學(xué)習(xí)支架，提出人工智能大模型驅(qū)動(dòng)的初中地理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)方案，探索“大模型+教師”的雙師課堂協(xié)作培養(yǎng)路徑。

一、海綿校園跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的意義

海綿校園作為新一代城市雨洪管理的理念，致力于通過(guò)自然積存、自然滲透和自然凈化等方式來(lái)應(yīng)對(duì)城市雨水引發(fā)的自然災(zāi)害，并改善城市微氣候［3］。隨著我國(guó)城市化發(fā)展邁入后半程階段，該理念的實(shí)施顯得尤為重要。建設(shè)海綿校園，能夠有效降低暴雨災(zāi)害對(duì)師生安全和學(xué)校設(shè)施的影響，減少面源污染，同時(shí)，提升校園景觀環(huán)境與生態(tài)的可持續(xù)性［4］。

傳統(tǒng)的地理教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)多以單學(xué)科為主，涉及的跨學(xué)科內(nèi)容也存在“跨而不融”的問(wèn)題［5］。在此背景下，如何將實(shí)踐活動(dòng)情境與跨學(xué)科知識(shí)、技能更真實(shí)、有效地進(jìn)行融合成為關(guān)鍵。海綿校園跨學(xué)科主題實(shí)踐活動(dòng)依托人工智能大模型技術(shù)，構(gòu)筑一個(gè)多學(xué)科智融情境的教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)將地理、生物d3a3387d6e7c835955c2a5a8741b238eef77fa10fee85e08660eabd5bc56fff8、哲學(xué)、化學(xué)和信息技術(shù)等多學(xué)科有效整合，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科知識(shí)的深度有序串聯(lián)、促進(jìn)了學(xué)科間的互通互融［6］。此外，人工智能大模型的應(yīng)用為學(xué)生提供了豐富的信息來(lái)源和多元化的視角［7］，激勵(lì)他們突破常規(guī)思維的束縛，從多角度深入探究問(wèn)題，從而發(fā)展其綜合思維。通過(guò)參與海綿校園的規(guī)劃和實(shí)施，學(xué)生能夠直觀地感受到人與自然相互依存的關(guān)系；能夠增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展意識(shí)與全球公民意識(shí)；能夠樹(shù)立人地協(xié)調(diào)觀與新時(shí)代生態(tài)文明價(jià)值觀。綜上，該學(xué)習(xí)活動(dòng)不僅提升了學(xué)生在人工智能時(shí)代下的地理實(shí)踐力，更是對(duì)學(xué)生“全人教育”的有效實(shí)踐，具有深遠(yuǎn)的教育和社會(huì)意義。

二、 海綿校園跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)

1. 活動(dòng)構(gòu)思

本次跨學(xué)科主題實(shí)踐活動(dòng)的主體為八年級(jí)學(xué)生，其認(rèn)知發(fā)展水平和學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備良好。該活動(dòng)以“未來(lái)綠色使者：與AI共建海綿校園”為主題，通過(guò)整合地理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、植物學(xué)與人工智能等多學(xué)科視角，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)創(chuàng)新性的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，活動(dòng)流程如圖1所示?；顒?dòng)采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，重點(diǎn)內(nèi)容包括海綿校園多學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)、地圖基本要素學(xué)習(xí)與繪制、人工智能大模型工具的使用和數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)等。旨在使學(xué)生理解多學(xué)科知識(shí)、提升對(duì)人工智能大模型的應(yīng)用能力，并在科學(xué)探究過(guò)程中發(fā)展發(fā)散性思維與批判性思維。海綿校園活動(dòng)內(nèi)容及核心要素如表1所示。

[表1 海綿校園活動(dòng)內(nèi)容及核心要素

[章節(jié) 內(nèi)容 跨學(xué)科融合 大模型賦能 活動(dòng)1 生態(tài)思辨：為何選擇海綿校園 蘇格拉底式思辨；信息檢索技能 海綿校園可行性分析；思辨指導(dǎo) 活動(dòng)2 生態(tài)偵察兵：海綿校園的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 地圖繪制；植物生物分析 植株圖片識(shí)別 活動(dòng)3 植被編織者：植被設(shè)計(jì)與生態(tài)平衡 環(huán)境工程 智能分析與模擬 活動(dòng)4 校園雨水使者：打造生態(tài)綠洲 滲透性實(shí)驗(yàn)；多維數(shù)據(jù)處理；控制變量法 土壤成分分析 活動(dòng)5 綠色守護(hù)者：校園雨水再生計(jì)劃 過(guò)濾器制作；pH試紙/濁度測(cè)試；雨水量回收建模 水樣圖片識(shí)別；污染物成分分析；雨水利用最優(yōu)化計(jì)算 活動(dòng)6 基于人工智能大模型的海綿校園成果展示 美學(xué)設(shè)計(jì)；信息技術(shù) 生成式AI仿真渲染 ] ]

2. 學(xué)情分析

八年級(jí)學(xué)生正處于中學(xué)教育的關(guān)鍵時(shí)期，認(rèn)知發(fā)展已逐步過(guò)渡到形式運(yùn)算階段，具備處理復(fù)雜概念和抽象思維的能力，為理解和應(yīng)用人工智能大模型提供了堅(jiān)實(shí)的心理發(fā)展基礎(chǔ)。同時(shí)，該學(xué)段學(xué)生已在地理、生物、信息等學(xué)科上積累了相應(yīng)知識(shí)，具備對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的理解能力，能夠較好地整合地理生態(tài)學(xué)、植物生物學(xué)與人工智能等領(lǐng)域知識(shí)，能夠?yàn)榻鉀Q復(fù)雜生態(tài)問(wèn)題提供多元視角。尤為關(guān)鍵的是，八年級(jí)學(xué)生正處于積極探索和形成個(gè)人興趣的階段，具有較強(qiáng)的好奇心和探究欲望，參與此類(lèi)跨學(xué)科主題實(shí)踐活動(dòng)能有效激發(fā)其科學(xué)探究精神和創(chuàng)新思維，對(duì)于培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力至關(guān)重要［8］。

3. 學(xué)習(xí)目標(biāo)

①通過(guò)實(shí)地考察，深入了解校園及周邊的地理環(huán)境和生態(tài)特征，學(xué)會(huì)收集和分析地理數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)使用大模型AI工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與可視化呈現(xiàn)。②通過(guò)AI大模型提供的豐富信息和多元視角，突破常規(guī)思維束縛，從多樣化的角度深入審視問(wèn)題，勇于提出具有創(chuàng)新性的解決方案；學(xué)會(huì)批判性地分析和解讀數(shù)據(jù)，評(píng)估AI大模型的局限性，反思整個(gè)決策過(guò)程。③學(xué)會(huì)將地理、生物、化學(xué)和信息技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)方法有效融合運(yùn)用，掌握空間分析、植被辨識(shí)、土壤分析和水質(zhì)測(cè)試等技能，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)深度有序串聯(lián)，達(dá)到科目間互通互融、相互促進(jìn)的目的，提升跨學(xué)科綜合能力素質(zhì)。④通過(guò)海綿校園實(shí)踐活動(dòng)，認(rèn)識(shí)到人與自然和諧共生的重要意義，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展意識(shí)與全球公民意識(shí)，樹(shù)立人地協(xié)調(diào)觀與新時(shí)代生態(tài)文明價(jià)值觀。

4. 活動(dòng)設(shè)計(jì)

（1） 思維火花：自主學(xué)習(xí)的大模型驅(qū)動(dòng)課程

在基于大模型的實(shí)踐力培養(yǎng)理念中，引導(dǎo)學(xué)生利用大模型進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。通過(guò)設(shè)計(jì)集成AI大模型的實(shí)踐性學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生利用“文心一言”等大模型工具，創(chuàng)建一個(gè)“蘇格拉底式”問(wèn)答環(huán)境（圖2），圍繞“海綿校園”等議題進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生運(yùn)用哲學(xué)思維進(jìn)行價(jià)值判斷和價(jià)值選擇，從而樹(shù)立人地協(xié)調(diào)觀。通過(guò)AI大模型提出開(kāi)放性問(wèn)題，激勵(lì)學(xué)生深入思考。同時(shí)，教師監(jiān)督交互過(guò)程，提供必要指導(dǎo)和個(gè)性化反饋，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)與探究目標(biāo)。在技能習(xí)得階段，學(xué)生在大模型指導(dǎo)下掌握地圖軟件的操作技能，并運(yùn)用人工智能輔助識(shí)別關(guān)鍵地點(diǎn)、植被或建筑特征。

【設(shè)計(jì)意圖】大模型的互動(dòng)性和實(shí)時(shí)反饋機(jī)制不僅增強(qiáng)了學(xué)生的參與感和探索欲，也幫助他們理性認(rèn)識(shí)技術(shù)工具的價(jià)值，進(jìn)而提升其自主學(xué)習(xí)意識(shí)與能力。教師通過(guò)挖掘和轉(zhuǎn)化人機(jī)對(duì)話的育人價(jià)值，促使學(xué)生在“深度思考—辨析—反思”的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)思維深化。

（2） 智能提效：大模型激發(fā)科研探究新活力

在地理實(shí)踐探究中，教師著重引導(dǎo)學(xué)生有效運(yùn)用人工智能大模型以提升科學(xué)探究的效率和深度。在活動(dòng)中融入生物學(xué)科，開(kāi)展校園生物種類(lèi)科學(xué)調(diào)查，在學(xué)生直接參與觀察、實(shí)地操作和采樣后，進(jìn)一步利用大模型技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理與定向分析。通過(guò)與人工智能的交互式反饋，學(xué)生的理解能力得以發(fā)展，使他們能洞察校園生物與環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中更為復(fù)雜的科學(xué)現(xiàn)象，從而培養(yǎng)其綜合思維能力，并正確地解讀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

【設(shè)計(jì)意圖】該過(guò)程不僅大幅度提高了學(xué)生的實(shí)踐力和科學(xué)研究的效率，更是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式，提升了學(xué)生的綜合分析能力和批判性思維。在此過(guò)程中，教師發(fā)揮關(guān)鍵作用，引導(dǎo)學(xué)生高效利用人工智能工具，在實(shí)踐力的培養(yǎng)上實(shí)現(xiàn)認(rèn)知和技能的雙重飛躍。

學(xué)生首先對(duì)校園的植被進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，識(shí)別出需要改進(jìn)的區(qū)域，然后通過(guò)兩項(xiàng)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)，探索雨水的最佳管理方法。引導(dǎo)學(xué)生在更寬廣的學(xué)科背景下認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其化學(xué)變化規(guī)律，構(gòu)建模型認(rèn)知，發(fā)展邏輯推理能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)探究精神。

【活動(dòng)1】校園雨水使者——打造生態(tài)綠洲

學(xué)習(xí)不同類(lèi)型土壤（如壤土、粘土、沙土）的基本特性（如粒徑、有機(jī)質(zhì)含量和pH值，這些因素直接影響土壤的滲透性和蓄水能力）。

土壤滲透性和蓄水能力測(cè)試：測(cè)試不同類(lèi)型土壤的滲透性和蓄水能力，使用AI大模型技術(shù)分析土壤樣本（圖3），獲取土壤組成和質(zhì)地的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并模擬不同條件下的水流動(dòng)態(tài)。

不同材料滲水速率比較：通過(guò)物理學(xué)中的控制變量法，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，比較校園中不同材料的滲水速率，然后結(jié)合AI技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，分析不同材料的化學(xué)組成與物理結(jié)構(gòu)對(duì)水流影響的機(jī)理。

樓頂花園方案論證：討論樓頂花園如何提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，基于生物學(xué)知識(shí)選擇適合樓頂生長(zhǎng)的植物，考慮植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性（如耐旱、根系深度）和對(duì)本地生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。

樓頂花園方案制定：基于收集的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，制定一個(gè)打造樓頂花園的方案，綜合考慮材料選擇和層次結(jié)構(gòu)，旨在最大化地收集和利用雨水。

【活動(dòng)2】綠色守護(hù)者——校園雨水再生計(jì)劃

該活動(dòng)著重引導(dǎo)學(xué)生深入理解并參與雨水收集與凈化的全過(guò)程，雨水收集與凈化共分為以下5個(gè)階段。

階段1：構(gòu)建簡(jiǎn)易雨水收集裝置。負(fù)責(zé)構(gòu)建簡(jiǎn)易雨水收集裝置，并學(xué)習(xí)通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（使用pH試紙和濁度儀）對(duì)收集的雨水樣本進(jìn)行初步污染分析，了解酸堿度、硬度和有機(jī)物含量如何影響水的使用安全性。

階段2：利用大模型識(shí)別污染物。借助大模型AI工具，深入識(shí)別水樣中的污染物圖像，了解污染物來(lái)源及影響。

階段3：自制簡(jiǎn)易過(guò)濾器。自行組裝由沙、石和活性炭組成的過(guò)濾系統(tǒng)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)以分析不同材料對(duì)凈化效果的具體影響。

階段4：評(píng)估過(guò)濾前后的水對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。通過(guò)設(shè)置控制實(shí)驗(yàn)，比較不同處理方式的水灌溉的植物的生長(zhǎng)情況，觀察水質(zhì)變化如何影響植物的生長(zhǎng)與健康狀態(tài)。

階段5：大模型輔助數(shù)據(jù)分析。利用大模型AI技術(shù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果，理解不同過(guò)濾組合的效果，確定最佳方案。

【方案設(shè)計(jì)】設(shè)計(jì)綜合性雨水回收再利用方案，探討如何將凈化后的雨水有效用于校園綠化或清潔，并結(jié)合大模型開(kāi)展重用策略的可行性評(píng)估。

（3） 視覺(jué)敘事：大模型推動(dòng)數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)

在該環(huán)節(jié)中，教師將指導(dǎo)初中生借助人工智能大模型，將抽象的概念和數(shù)據(jù)以直觀的可視化效果進(jìn)行呈現(xiàn)。借助其強(qiáng)大的深度學(xué)習(xí)與多模態(tài)生成能力，大模型能夠?qū)⑾鄳?yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果形成圖表、地圖與其他可視化元素，從而揭示背后的模式、趨勢(shì)和關(guān)系。學(xué)生在該過(guò)程中可結(jié)合大模型的實(shí)時(shí)交互反饋能力，創(chuàng)建出富有視覺(jué)沖擊力的圖形或模型（圖4）。該環(huán)節(jié)提升了學(xué)生在美學(xué)設(shè)計(jì)和技術(shù)運(yùn)用方面的綜合素養(yǎng)，教授其如何有效地將數(shù)據(jù)故事化，并使用設(shè)計(jì)思維和人工智能技術(shù)以增強(qiáng)觀點(diǎn)的表達(dá)。

三、 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞“海綿校園”主題，深入探索人工智能大模型驅(qū)動(dòng)的初中地理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)實(shí)踐，初步構(gòu)建了“雙師協(xié)同，交互育人”的地理實(shí)踐力培養(yǎng)范式。通過(guò)“機(jī)師”的大模型協(xié)同育人，引導(dǎo)學(xué)生高效利用人工智能工具，從而實(shí)現(xiàn)認(rèn)知和技能的雙重飛躍。通過(guò)挖掘和轉(zhuǎn)化人機(jī)對(duì)話的育人價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生在人機(jī)對(duì)話中特有的思維能力、情感能力與審美能力的發(fā)展。

該范式通過(guò)大模型實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)深度有序串聯(lián)、學(xué)科間互通互融，利用人機(jī)互動(dòng)性與實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，為學(xué)生提供動(dòng)態(tài)、豐富的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使其理性認(rèn)識(shí)技術(shù)工具的價(jià)值，提升自主學(xué)習(xí)意識(shí)與能力。該實(shí)踐活動(dòng)有助于促進(jìn)對(duì)學(xué)生地理實(shí)踐力、綜合思維、人地協(xié)調(diào)觀與新時(shí)代生態(tài)文明價(jià)值觀的全面培育，也是對(duì)“全人教育”的有效實(shí)踐，為人工智能賦能中小學(xué)教育的形態(tài)變革做出探索。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 孫旭，趙越.機(jī)遇與挑戰(zhàn)：ChatGPT在高中地理教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用［J］.地理教學(xué)，2023（14）：50-53，64.

［2］ 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社， 2022.

［3］ 宋雪.基于地理實(shí)踐力培養(yǎng)的高中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課例設(shè)計(jì)——以“從水循環(huán)看城市內(nèi)澇”為例［J］.中學(xué)地理教學(xué)參考，2020（18）：34-37.

［4］ 雷澤鑫，羅俊杰，許濤，等.基于徑流路徑優(yōu)化的校園景觀海綿化改造研究——以天津大學(xué)青年湖片區(qū)為例［J］.中國(guó)園林，2022，38（7）：103-108.

［5］ 劉杰，馮麗霞，萬(wàn)杰，等.依托鄉(xiāng)土情境的高中地理跨學(xué)科研學(xué)課程設(shè)計(jì)——以興文石海世界地質(zhì)公園為例［J］.地理教育，2024（S1）：198-201.

［6］ 高慶雪，劉璇，胡蓉.“探秘冬至”地理跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.地理教育，2023（S1）：80-84.

［7］ 周翔，朱麗東.ChatGPT應(yīng)用背景下中學(xué)地理教師的機(jī)遇、挑戰(zhàn)與新發(fā)展［J］.地理教育，2024（1）：61-65.

［8］ 盧從生，周青，史兵.初中地理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)探索——以“定向越野”為例［J］.中學(xué)地理教學(xué)參考，2022（21）：10-15.