基于“人机辩论法”的中学地理教学路径构建与实践探索:以“海-气相互作用”为例

摘 要：人工智能技术与中学地理教学的深度融合是现代教育发展的必然趋势，但当下生成式人工智能仅浅显应用于基础问答式教学。基于此背景，为了设计出更能促进中学地理智能化教学的实践方案，本文以“人机辩论法”(学生与AI工具对某一特定辩题进行交互式辩论的方法）结合人教版高中地理选择性必修一“海-气相互作用”内容，通过构建知识图谱、甄选多层情境素材、设计进阶式“人机辩论”主题和核心素养验证评价等环节，形成一条适合当前人工智能时代的个性化教学路径。该教学路径能拓展人工智能技术在教育领域的深度应用场景，更科学高效地服务中学地理教学创新，为未来智能体教学的发展提供实践案例与支持。

关键词：人机辩论法；人工智能技术；知识图谱；教学路径；智能化教学

    以算法为核心的人工智能技术、大数据云计算、深度学习和类脑计算等的出现，预示着现代教育迈入数字化的趋势，人工智能与基础教育正走向“数智化”深度融合的阶段^［1］。《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》教学与评价建议中指明高中地理教学须深化信息技术应用，借助大数据、人工智能、“互联网+”等信息技术，促进地理学习的拓展和深入^［2］。教育界日益聚焦“数字赋能”等议题^［3］，表明采用高阶、深层、多维的人工智能技术融入中学地理教学已是当今中学教学必不可少的环节。传统形式的地理教学在“空间认知转化”“人地关系动态分析”等高阶思维培养上有局限性，而近年来蓬勃发展的人工智能为破解复杂的地理现象和过程提供了新的路径与支持手段^［4］。

ChatGPT、DeepSeek和Sora等生成式人工智能的问世对现代教育优化和改进指明了方向。2018年IBM的Project Debater机器人首次与人开展辩论赛，表现出强大的数据处理能力与逻辑推理能力。基于此，李海峰和王炜^［5］提出“人机争论法”，这是一种利用争论式智能会话机器人来支持学生高阶思维能力培养的教学模式，通过嵌入“争论噪音”等解决高阶思维培养难题。石嘉宁和徐志梅^［6］探讨了人机共教系统及其具体实施路径，旨在完成个性化学习与完善教学评价。余胜泉和汪凡淙^［7］指出人工智能的使用对于人的赋能本质的机制是一种认知外包过程，各种智能技术的涌现带来的变革也面临着人类认知主体性丧失等问题，这些问题给人类的认知发展带来了新的陷阱和风险。屈炎奎^［8］认为人工智能技术在教育应用中会出现“错误纠正循环”“深层能力不足”“思考方式差异”“价值观念审核”等问题。邓伯军^［9］从意识形态等角度分析说明了人工智能时代会从“人机交互”升级到“人机共生”。

虽然目前关于人工智能技术与地理学科教学相结合的研究日益丰富，但研究方向上主要侧重于课程案例设计以及人工智能工具分析，如以生成式人工智能“Kimi”“讯飞星火”“豆包”为例的应用探究^［10］以及高中地理个性化教学模式构建的讨论^［11］，在“学生+人工智能”的互动式和共创式等方面的研究和设计较少。结合李海峰和王炜^［5］提出的“人机争论法”，本文将“人机辩论法”（学生与AI工具对某一特定辩题进行交互式辩论）作为现代教育技术和高中地理知识耦合的关联点进行设计与研究，尝试创设有利于中学地理教学智能化、创新性发展的教学新路径。

1.1 激活课堂，构建生成式学习共同体

    传统课堂往往因单向灌输导致学生参与度不足，而AI通过跨学科任务生成、个性化资源设计与教学目标调整，提升了教学的整体效能^［12］。基于AI技术的人机辩论法可以通过游戏化设计，如积分制辩论赛、虚拟勋章奖励等显著提升课堂吸引力。AI工具还可根据学生认知水平动态调整辩题难度，对基础薄弱者提供“阶梯式问题链”，对能力较强者则引入开放性议题。此外，辩论数据，如发言频次、论证深度、语言表达等可实时生成教学诊断报告，助力推动课堂向“师生-人机”多维互动模式演进，呼应现代数字教育中“人机协同-智能体协作”的框架设计要求。

1.2 逻辑严密，培养深度学习思维

    AI工具通过生成高质量文本、图像、视频等方式，帮助学生理解难点，再通过反馈输出进行往来式“辩论对话”，整个过程能增强学生信息处理、理解复杂问题的能力，培养批判性思维，助力严密的推理逻辑优化。在辩论过程中学生更需不断推理深度挖掘并拓展所学知识的应用范围，在辩论结束时对AI输出的观点“取其精华，去其糟粕”，从而实现知识的深度学习，完善知识结构和提升综合思维能力。

1.3 互动灵活，提供个性化学习体验

    “人机辩论法”对于传统地理教学模式转型、学生高阶思维培育等有重要作用。AI智能体等工具可以通过大数据分析、智能算法等手段，识别每个学生的学习特点、目标和需求，并根据这些信息量身定制个性化的学习方案，没有时空限制，能迅速反馈信息进行互动交流，还可以实时调整辩论策略，提供个性化的学习支持。让学生在课堂上更充分地发挥个人潜力，获得积极学习体验。

1.4 视野广阔，增强终身学习能力

从互动式的人机对话到交互式的人机辩论，学生从提出问题、分析结果转变为分析辩题、评估论据并提出有力的论点辩驳，该过程提高了对复杂议题的理解和应对能力^［13］。同时，人机辩论还可以增强学生在辩论、演讲等场合的自信、论证能力和批判性思维，避免出现常见的逻辑错误^［14］。另外，辩论课程还可以培养学生的国际视野和人文素养，通过接触AI客观表述不同的观点和文化背景，学生能够开阔眼界，理解多元文化的共性和差异性，这种跨文化的交流和理解对于未来社会中的终身学习至关重要。

地理学科知识体系复杂，学科知识思维可视化能提高信息加工及信息传递的效能^［15］。基于此，本教学路径以提升学生思维为最终目的，以学生认知水平为基准，以地理学科逻辑为内核，以课标要求为框架，审慎设计“人机辩论”路径。

2.1 构建知识图谱库，甄选多情境素材

知识图谱是显示知识发展进程与结构关系的一系列各种不同的图形，作为动态可视的关系网可破解“碎片化认知”困境。结合大数据与知识体系构建、多维知识图谱建模、智能教学等模块的前沿研究^［16］，教师从课程标准要求出发，结合学生学情特点、已有知识背景等提取章节关键词，通过智能体（如智谱清言、ChatGPT和扣子等）构建知识图谱关系，如构建世界气候类型及成因、产业区位因素知识图谱库等可以促进知识可视化。

教师应以课程标准为导向精心甄选与地理学科相关的多样化素材^［17］。素材的选择对于强化知识图谱学习至关重要，包括但不限于地理图像、统计数据、案例研究、历史文献以及多媒体资源等，选取具备科学性、真实性、教育性和趣味性的素材，以确保能够有效强化知识图谱学习。同时，融合多类情境并组合运用还能实现三层“浸润价值”：知识层，通过生活化案例和科技资料产品等理解基础地理现象；思维层，在议题探究类情境中训练综合思维和区域关联分析能力；价值层，依托文化素材培育人地协调观。

2.2 利用“AI科学育人”，推进进阶式“人机辩论”教学

“人机辩论法”强调人机协同的交互性，AI工具可以作为共教者、共学者或伴学者，参与师生、生生自我交互学习。结合辩论式教学的前期讲解、辩论准备、课堂辩论和点评总结等环节^［18］，本文通过设计辩题、组织学生与AI工具辩论、学习效果评价等环节完成“人机辩论”活动，具体辩论流程见图1。

人工智能教育面临技术应用伦理风险、主体角色转型压力等现实挑战^［19］。教师需明确AI工具的局限性，在教学层面，可借鉴多模态大数据模型的应对措施等^［20］，实时监控和干预AI输出，引导学生质疑AI论据的局限性，并建立离线应急方案等，最终形成风险可控、论据可溯、论点可修正的AI教育应用闭环，确保人工智能技术始终服务于学生批判性思维培养而非结论灌输。

2.3 引入智能体，实现“教-学-评”一体化

随着生成式人工智能的快速发展,基于大模型的智能体已经逐步具备了多模态感知、检索增强生成、推理与规划、交互与进化等能力^［21］。参考现有的智能体教学案例发现AI智能体可实现教师情境化决策、决策评价标准构建、分级评价以及个性化反馈等功能^［22］。生成式人工智能在模拟人类认知过程与处理大规模数据方面具有独特优势^［23］。将教学智能体引入“人机辩论”后发现，智能体不仅支持纵向追踪，通过对比学生多次辩论的表现数据可视化学生认知发展轨迹，还能实时评估逻辑严谨性、分析论点科学性和设计某专题个性化评价量表等。中学地理核心素养验证本质是建立“教-学-评”一体化模式，推动“以评促学、以评促教”，利用智能体技术创设个性化评价量表为地理学科核心素养的培养提供了智能化支持范式。

本文以人教版高中地理选择性必修一第四章第三节“海-气相互作用”为例，具体实施路径为知识图谱构建—情境浸润—案例分析—核心素养验证，通过4层设计构建人机互促的学习环境，为学生搭建了“知识可视、思维可行、价值可育”的学习框架，详见图2。

3.1 研读课程标准，结合教材构建知识图谱

课程标准中“海-气相互作用”的教学要求为“运用图表，分析海-气相互作用对全球水热平衡的影响，解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响”^［2］。借鉴《融入HPS教育理念的高中地理教学设计—以“海-气相互作用”为例》^［24］、《理解为先模式下的高中地理逆向教学设计—以“海-气相互作用”为例》^［25］等教学设计研究，根据学生学情和课程标准要求确立教学重点、教学难点，并结合教材逻辑关系将关键词设计为“水热交换”、“水热平衡”、“厄尔尼诺”、“拉尼娜”和“大气环流”，再通过关联关键词设计出知识图谱，详 见图3。

3.2 结合素材，推动多层情境与知识浸润

对于情境，已有学者将情境分为生活化情境、生产类情境和体验式情境三类，还可以进一步划分为科技应用类、议题探究类、生活实践类和文化故事类等，可以融合多类情境并组合运用实现三层“浸润价值”：首先是基础知识层，通过生活化案例和科技资料产品等理解基础地理现象；其次是思维层，在议题探究类情境中训练综合思维和区域关联分析能力；最后是价值层，依托文化素材培育人地协调观，详见表1。

3.3 融合AI工具，实现进阶式“人机辩论”

基于教材基本原理引入加拉帕戈斯企鹅这一特殊的赤道“哨兵物种”，设计基础和高阶两种层次的辩论题目，能在辩论过程中呈现“知识层—思维层—价值层”的逐级提升，详见表2。

3.4 辩证吸收，完成核心素养验证

在学生与AI互动辩论中，要教会学生从多角度思考问题和吸收精华，去除糟粕。AI可以帮助学生从物理学动力机制、实际地理分布等多个维度分析问题，学生也可以与AI工具（智能体）或同学、老师深入探讨感兴趣的案例，完善知识图谱，促进知识的吸收。综合思维作为地理学科核心素养最基本的思想和方法,在分析地理问题上发挥重要作用^［26］。结合仲小敏等^［27］利用生成式人工智能赋能高中地理“教-学-评”一体化的研究，利用智谱清言的智能体——“教学评价量表设计助手”设计关于“综合思维”部分的核心素养评价量表，详见表3。

基于学生评分确定等级，等级为“优秀”说明学生能深入理解海-气相互作用机制，能综合分析气候异常成因及多维度影响，提出科学可行的应对策略，逻辑严谨且实例充分；“良好”说明学生能掌握核心概念与基本过程，能分析气候异常的主要原因和部分影响，提出合理策略但深度或可行性分析不足；“待提高”说明学生对基础概念理解模糊，无法准确描述物理机制或成因，难以结合实例分析影响，策略缺乏科学性或未形成有效方案。

本文在探讨耦合人工智能技术的中学地理教学路径时，虽然提出了“人机辩论法”这一新方法，但仍存在一些不足。首先，研究主要集中在理论探讨和教学设计层面，缺乏对实际教学效果的长期跟踪和系统性评估。例如，对于“人机辩论法”在地理学科不同学段、不同主题中的应用效果，缺乏连贯性和整体性的实证研究。其次，研究对人工智能技术在中学地理教学中的应用范围和深度挖掘不足，未能充分探索多种新兴技术，如AI与GIS结合制图、数字地理、VR实景等技术的深度融合。此外，研究在样本选择上较为单一，主要基于特定教材和教学案例，缺乏对不同层次学校和学生的广泛适用性验证。

针对上述研究不足，未来的研究应加强实证探究，通过更科学的系统性评价，检验“人机辩论法”在不同教学场景中的应用效果，以充实其理论内涵并拓展其外延。还可以拓展研究视野，深入挖掘人工智能技术与地理教学内容的深度融合点，探索多种新兴技术的综合应用模式，注重教学理论的顶层设计，深入研究信息技术应用于地理教学的必要性和实施路径， 为教学实践提供更有力的理论支持。通过这些改进措施，可以进一步推动人工智能技术在中学地理教学中的应用，为地理教育的智能化、创新性发展提供更坚实的实践基础。