AR技術(shù)在地理教學中的應用初探

劉秀娟　梁立鋒　米小建

摘要：增強現(xiàn)實技術(shù)AR以其虛實疊加的情景、形象立體的演示和實時的交互式體驗等優(yōu)勢，成為一種新型的學習和傳播知識的途徑，近年來得到迅猛發(fā)展。文章以地球的運動為例，嘗試將增強現(xiàn)實技術(shù)AR引入地理教學，對比傳統(tǒng)教學方式，如板圖板畫教學、多媒體教學，探討分析各自的優(yōu)缺點，整合前人經(jīng)驗，探索新技術(shù)、新模式。

關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實技術(shù)AR;地球的運動;板圖板畫教學;多媒體教學

中圖分類號：G642.4? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）13-0250-02

增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，簡稱AR），是基于虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)的延伸，采用透視式HMD顯示設(shè)備，獲取真實環(huán)境數(shù)據(jù)，將現(xiàn)實情境與虛擬情境疊加到一起，使用者不用脫離真實世界，在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界即可實現(xiàn)互動，達到“身臨其境”的沉浸式互動體驗，是一種新型的學習和傳播知識的途徑。隨著各項支撐技術(shù)日新月異的發(fā)展，AR技術(shù)也隨之迅猛發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應用于各個領(lǐng)域，如軍事、醫(yī)學、教育、游戲娛樂、商業(yè)服務等等。

在教育領(lǐng)域，通過AR技術(shù)的應用，不僅將書本上一些原本抽象平面的文字知識形象生動地展示出來，其真實環(huán)境和虛擬物體在同一個畫面或空間的實時疊加和互動，更是極大地增加了課堂教學的互動性，可以有效激發(fā)學生的學習興趣，充分調(diào)動學生的積極主動性，進而提高課堂教學效果和效率。下面以地球的運動為例，初探AR技術(shù)在地理教學中的引入及應用，同時回顧了板圖板畫教學及傳統(tǒng)多媒體教學方法，對比效果，分析不同教學方法各自的優(yōu)缺點。

一、板圖板畫教學

地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，這兩種運動形式的學習內(nèi)容，都是從方向、周期、速度等方面來學習公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的特點，本節(jié)一些內(nèi)容比較抽象，板圖板畫教學中的板圖板畫方式旨在抓住地球運動的特征，直觀簡明地突出重點，闡述問題?？赏ㄟ^地球、陰影、箭頭等內(nèi)容的繪制來闡釋地球自西向東的自轉(zhuǎn)方向，展示地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律，結(jié)合輔助表，描述太陽輻射能在地球表面隨時間的變化產(chǎn)生四季更替、晝夜長短的現(xiàn)象。

板圖板畫教學的優(yōu)勢是簡單實用，只需簡單作圖工具、黑板、粉筆等協(xié)助即可，對教室的硬件設(shè)施要求低，經(jīng)濟實惠。但因為課堂時間有限，所以對繪制板圖板畫不僅要求精度，也要求速度，教師備課過程需要反復練習，才能達到作圖準確迅速，并和語言同步，重點突出的教學效果。不過這樣費時費力，占用課堂有效教學時間，精度還不高，在描述復雜地理內(nèi)容時存在一定的局限性。

二、傳統(tǒng)多媒體教學

多媒體教學融合了文字、圖像、音頻、視頻等各種信息，通過制作精美的課件，插入精心制作或挑選的動畫演示，將抽象復雜的內(nèi)容直觀化、形象化。同樣以地球的運動——公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)——為例，在引出地軸和地球自轉(zhuǎn)的概念后，可以在播放地球自轉(zhuǎn)視頻的同時，引導學生觀察地球自西向東的自轉(zhuǎn)方向。隨著地球自轉(zhuǎn)，朝向太陽的一面是白天，背向太陽的一面是黑夜，通過形象的動畫演示讓學生感知地球的自轉(zhuǎn)規(guī)律。同樣，通過地理公轉(zhuǎn)的演示課件，采用直觀演示的方法，來講解地球的公轉(zhuǎn)運動，分析太陽直射點在地球表面隨時間有規(guī)律移動所產(chǎn)生的地理意義，產(chǎn)生晝夜長短、四季更替等現(xiàn)象。

多媒體教學方式中，制作優(yōu)秀的課件，采用對比鮮明的色彩，演示生動形象的動畫，可以有效刺激學生的感官，激發(fā)學生的學習興趣和熱情。將課本上的平面信息轉(zhuǎn)移到大屏幕上，讓抽象、平面的知識“動”起來，有利于學生對抽象地理知識的認知和理解;同時也方便教師教學，在展示中講解，可以將有限的課堂時間更充分地利用起來，突出教學的重點、難點。另外，電子課件資源可以建立學習資源庫，實現(xiàn)快速共享，為學生的課后復習，教師間的交流分享，和教師本人的教學積累改進提供良好的平臺。不過，多媒體教學對教室的設(shè)備設(shè)施有一定的要求，如計算機、投影儀、幕布、網(wǎng)絡(luò)等，費用相對較高;另外，量身制作的優(yōu)秀課件，需要地理教師掌握課件制作的各項功能，不斷學習，提高自身的計算機能力，利用好各項先進的軟硬件設(shè)施。

三、AR技術(shù)在地理教學中的引入

本著利用新技術(shù)、新手段在地理教學中應用的探索，嘗試將新華文軒和寰視乾坤科技聯(lián)合打造的一款增強現(xiàn)實教育軟件——“妙懂初中地理”——應用到地球的運動教學中，將AR技術(shù)引入地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)教學內(nèi)容的演示環(huán)節(jié)。演示的同時，引導學生從不同角度觀察，逐一講解學習的重點難點。如圖1所示，地球自轉(zhuǎn)的方向，可從南北兩極的角度直接觀察得出北逆南順的自轉(zhuǎn)方向，隨地球自轉(zhuǎn)太陽光照的變化，晝夜交替產(chǎn)生;如圖2所示，地球圍繞公轉(zhuǎn)軌道運動的同時繞地軸自轉(zhuǎn)，觀察黃赤交角的存在，以及太陽光照隨春分—夏至—秋分—冬至有規(guī)律地周期性地變化。之后嘗試鼓勵學生在AR呈現(xiàn)的地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)情境下，自主探究、觀察梳理知識點，口頭總結(jié)得出結(jié)論，不足之處，可由其他同學或教師進行補充，最后教師對本節(jié)重點進行回顧總結(jié)。

AR技術(shù)進一步讓計算機生成的虛擬畫面“躍然紙上”，構(gòu)建的虛實疊加的地理場景，能夠大大加強學生對看不見摸不著的地理事象的感知和認識，幫助學建立空間概念。其逼真的情境，實時的交互，為探究室內(nèi)地理教學提供新的呈現(xiàn)方式，凸顯學生的地位，有益于學生自主學習，邏輯推理，歸納總結(jié)，口頭表達等綜合能力的提高，激發(fā)學習興趣和熱情的同時，進一步提高學習的主動性，符合建構(gòu)主義學習理論中關(guān)于“學習是一種真實情境的體驗”的觀點。這種教學方式也可建立學習資源庫，為師生提供良好的學習改進平臺;同樣費用相對較高，在滿足傳統(tǒng)多媒體教室設(shè)備要求的同時，需根據(jù)教學內(nèi)容、經(jīng)濟條件等綜合情況增添新的AR設(shè)備。另外，新技術(shù)、新軟件的學習也需地理教師不斷投入精力、時間，積極探索，深入研究。

不同的教學方法，各有所長，既要積極嘗試新信息技術(shù)的引入，為地理教學注入新的活力，使其如虎添翼，同時，不能忽視教學內(nèi)容本身，創(chuàng)新不忘本，不斷優(yōu)化改進，根據(jù)不同地理教學內(nèi)容，采用適合的方式，從而達到更好的教學效果，提高教學質(zhì)量。

總結(jié)與不足：AR技術(shù)以其虛實疊加的情景、形象立體的演示和實時多角度的交互式體驗，為學生構(gòu)建地理場景，有利于激發(fā)培養(yǎng)學生的學習興趣，調(diào)動學生的參與主動性，有利于地理知識、技能、思維的獲取。

本文是以地球的運動的部分內(nèi)容為例，引入AR技術(shù)的教學方式嘗試，未進行考試測驗，只是從感性角度調(diào)查了學生的體會感受，未得到任何定量化的統(tǒng)計結(jié)論，今后將在定量化教學效果評價設(shè)計中做出相應的改進和努力。

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Application of AR Technology in Geography Teaching：A Case Study of Earth Movement

LIU Xiu-juan，LIANG Li-feng*，MI Xiao-jian

（Department of Geography，Lingnan Normal University，Zhanjiang，Guangdong 524048，China）

Abstract：Augmented Reality （AR） has become a new way to learn and disseminate knowledge with its advantages such as the superposition of virtual and real scenes，three-dimensional demonstration of images and real-time interactive experience.In recent years，AR has developed rapidly.In this paper，taking the earth movement as an example，attempted to introduce augmented reality AR into geography teaching.By comparing traditional teaching methods，such as board drawing teaching and multimedia teaching，and then，discussed advantages and disadvantages of different teaching methods，integrated previous experience，and explored new technique and modes.

Key words：Augmented Reality AR;earth movement;board drawing teaching;multimedia teaching