AI 技术助力高中地理原理可视化教学的策略探析

一．引言

地理学科具有综合性、时空性和抽象性等特点，地理原理作为地理学科的核心内容，具有抽象性和复杂性的特点，传统教学手段难以直观呈现复杂的地理原理，往往难以让学生深入理解和掌握。AI 技术融入教学降低地理原理的理解难度、激发学生探究兴趣，助力学生从“课堂被动接受”向“主动认知本质”的跃升。本文结合教学实践，以“大气的运动”为例，探讨 AI 技术助力高中地理原理可视化教学的有效策略。

二．AI 技术在地理原理可视化教学中的优势

（一）突破时空限制

地理原理涉及的范围广泛，时间和空间跨度大。例如，“大气的运动”涉及到全球范围内的气流运动，传统的课堂教学难以让学生直观地感受到这种大规模的运动。在教育领域，AR 技术可提供虚拟的学习环境，其某些特征符合建构主义学习理论中关于“学习是一种真实情境的体验”观点 [1]。而 AI 技术可以通过虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等技术，为学生创造一个逼真的地理环境，让学生身临其境地感受大气的运动过程，突破了时间和空间的限制。学生可以在虚拟环境中观察到不同纬度、不同季节下大气的运动特征，仿佛置身于实际的地理场景中，极大地增强了学习的真实感和体验感。

（二）增强教学的直观性和趣味性

发展学生的主体性是教育教学改革的起点和依据 [2]。抽象的地理原理往往让学生感到枯燥乏味，难以理解和记忆。传统的地理教学多以教师讲解和板书为主，学生被动接受知识。AI 技术可以将地理原理以动画、视频、三维模型等形式呈现出来，使抽象的知识变得直观形象、生动。例如，在讲解“大气的水平运动—风”时，通过动画展示不同气压梯度力、地转偏向力和摩擦力作用下风的形成过程，使原本复杂的知识变得一目了然，能够让学生更加清晰地理解风的形成原理。同时，这种生动有趣的表现形式能够吸引学生的注意力，增强教学的趣味性，提高学生的学习积极性。

（三）提供个性化学习支持

每个学生都有不同的学习风格和学习需求。AI 技术可以根据学生的学习情况和反馈，为学生提供个性化的学习支持。例如，通过智能学习系统，分析学生在学习“大气的运动”过程中存在的问题和困难，为学生推荐适合的学习资源和学习方法，提高学生的学习效率。

三．AI 技术助力高中地理原理可视化教学的策略教学实例分析—以“大气的水平运动——风”的教学为例

（一）内容筛选策略

结合学生认知水平，紧扣课程标准和教学目标。在选择用于可视化教学的AI 内容时，要紧密围绕课程标准和教学目标。并且要结合学生认知水平，考虑学生的认知水平和接受能力，选择难度适中的AI 可视化内容。对于高中生来说，不同年级、不同学习基础的学生对知识的理解和接受能力存在差异。例如，在教学中，选择能够清晰展示风的形成过程的 AI 动画和模型。动画展示了不同气压梯度力、地转偏向力和摩擦力作用下风的方向和速度变化，模型则以三维形式呈现了风的受力情况和运动轨迹。通过实际气象案例的展示，紧扣教学目标，学生可以了解风在实际生活中的重要作用，以及如何运用所学的知识解释实际现象。

（二）技术融合策略

教学中，地理信息系统（GIS）与 AI 可进行有效的融合。GIS 技术具有强大的空间分析和数据处理能力，与 AI 技术融合可以为地理原理教学提供更加精准和深入的可视化支持。GIS 可以对地理数据进行采集、存储、管理和分析，而 AI 则可以对这些数据进行智能处理和挖掘。例如，在分析“大气的运动”与地形的关系时，可以利用GIS 技术获取地形数据，如海拔高度、坡度、坡向等。然后通过 AI 算法分析地形对大气运动的影响，如地形对气流的阻挡、抬升作用等。并将结果以可视化的方式呈现出来，让学生直观地看到地形与大气运动之间的相互作用。

（三）互动设计策略

智能技术正重塑教育领域中的师生关系、教学理念和教学方法等 [3]。传统的师生互动主要局限于课堂上的提问和回答，互动方式较为单一。AI 设计师生互动和生生互动环节，学生之间的交流和合作可以激发学生的思维，拓宽学生的视野。例如，组织学生进行小组讨论，利用 AI 技术提供的可视化资料，共同探讨“大气的运动”相关问题。学生可以通过分享自己的观点和想法，相互学习和启发，提高团队协作能力和解决问题的能力。

（四）实践拓展策略

1. 开展地理实验模拟

利用AI 技术模拟地理实验，让学生在虚拟环境中进行实验操作。例如，“大气的水平运动——风”的教学中，组织学生进行气象观测实践活动。学生利用气象仪器测量当地的风向和风速，并将数据输入到 AI 分析软件中，与理论值进行对比分析。通过实践活动，学生不仅加深了对风的形成原理的理解，还提高了实践能力和数据分析能力。

2. 拓展地理学习资源

利用 AI 技术拓展地理学习资源，为学生提供更加丰富的学习素材。教学中利用AI 推荐系统，可以为学生推荐与“大气的运动”相关的科普文章、视频、学术研究等资料，满足学生不同的学习需求。AI 推荐系统可以根据学生的学习历史、兴趣爱好、学习水平等因素，为学生精准推荐适合的学习资源。例如，对于对气象学感兴趣的学生，系统可以推荐一些气象科普网站、气象专家讲座视频等；对于想要深入研究“大气的运动”原理的学生，系统可以推荐一些相关的学术论文和研究报告。

四．结论

AI 技术为高中地理原理可视化教学提供了强大的支持，通过内容筛选、技术融合、互动设计、实践拓展等策略，能够将抽象的地理原理具象化，提高教学效果，培养学生的地理核心素养。在教学实践中，教师根据教学内容和学生的实际情况，合理运用AI 技术，不断探索和创新教学方法，为学生提供更加优质、高效的地理教学服务。同时，随着 AI 技术的不断发展和完善，其在地理教学中的应用前景将更加广阔。

参考文献：

[1] 蔡苏 ， 王沛文 ， 杨阳 ， 等 . 增强现实 （AR） 技术的教育应用综述 [J]. 远程教育杂志 ，2016，34（05）：27-40.

[2] 裴娣娜 . 论我国教学论学科建设与发展 [J]. 中国教育学刊， 1998（06） ：36-39.

[3] 刘丽娟 ， 潘婕 ， 人工智能赋能高校思政课程教学改革研究 [J]. 成都师范学院学报 ，2023，39（05）：100-107.