基于zSpace的VR/AR技術(shù)在初中地理教學(xué)中的應(yīng)用

李沛嶼 朱征

【摘 要】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)正逐漸成為信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的熱點(diǎn)。以初中地理《地球圈層結(jié)構(gòu)》一課的課堂教學(xué)為例，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在初中地理課堂教學(xué)中的應(yīng)用模式。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù);地理;課堂教學(xué)

【中圖分類號】G633.5? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2021）11-0053-03

【作者簡介】1.李沛嶼，南京外國語學(xué)?；窗卜中＃ńK淮安，223001）教師，二級教師;2.朱征，南京外國語學(xué)校（南京，210008）副校長，正高級教師。

一、VR/AR 技術(shù)的釋義

《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出的“深化信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合發(fā)展……著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣”已逐漸成為廣大教師的共識(shí)。教育部更是明確要求推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用。

VR（Virtual Reality，譯作“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它綜合利用多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、仿真技術(shù)、并行處理技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)手段，通過逼真的聽覺、視覺、觸覺等虛擬環(huán)境，使人們獲得身臨其境的感受，并借助一系列虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備，讓使用者可以把現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，給予視覺沖擊力。[1]而AR（Augmented Reality，譯作“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)”）是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上的延伸，它是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，可以通過實(shí)景和虛景的結(jié)合把需求呈現(xiàn)在用戶面前，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)查詢搜索信息、位置等多種功能，它將現(xiàn)實(shí)中不存在的事物構(gòu)建成一個(gè)三維場景予以展現(xiàn)，與現(xiàn)實(shí)生活相互銜接，呈現(xiàn)出更好的體驗(yàn)。

zSpace虛擬現(xiàn)實(shí)教育一體機(jī)是應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)最具代表性的教育裝備產(chǎn)品。它通過 zView 投影到高清顯示器的屏幕上，達(dá)到裸眼 3D 的效果，還可以讓學(xué)生自己操作，隔空抓取演示模型和小實(shí)驗(yàn)，使抽象事物具體化，增強(qiáng)了可操作性，讓學(xué)生沉浸其中。桌面式VR/AR教育一體機(jī)引入課堂教學(xué)，能跨越時(shí)空界限、動(dòng)感交互穿越和跨界知識(shí)融合，為信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合提供了良好載體。[2]實(shí)踐證明，在課堂教學(xué)中，運(yùn)用zSpace能讓學(xué)生有置身于真實(shí)場景的感覺，隨手可觸及的“知識(shí)”，能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

二、VR/AR 技術(shù)在初中地理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

地理是研究地理環(huán)境以及人類活動(dòng)與地理環(huán)境關(guān)系的綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。地理研究的對象是真實(shí)世界，當(dāng)我們不能真實(shí)可見一些地理事物或地理現(xiàn)象時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為之呈現(xiàn)近似真實(shí)的地理環(huán)境，營造真實(shí)的地理學(xué)習(xí)情境。下面筆者以《地球圈層結(jié)構(gòu)》一課教學(xué)為例，談?wù)刅R/AR 技術(shù)在初中地理課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

1.基于學(xué)情設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)。

《地球圈層結(jié)構(gòu)》是自然地理的內(nèi)容。在這一部分內(nèi)容中，對地球表層的巖石、土壤、水、生物、大氣等知識(shí)，學(xué)生早已知曉并有所體驗(yàn)，但學(xué)生腦海里的這些地理知識(shí)都是零散的，對它們的認(rèn)知也是碎片化的?！兜厍蛉咏Y(jié)構(gòu)》旨在從人類生存的地理環(huán)境的角度，引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知從身邊的地理現(xiàn)象上升到地球的圈層結(jié)構(gòu)，并了解各圈層的特征，進(jìn)而探究它們與人類活動(dòng)的關(guān)系。但學(xué)生對地球的外部圈層（包括大氣圈、水圈、生物圈）和內(nèi)部圈層（包括地殼、地幔、地核）缺乏清晰的空間概念，學(xué)習(xí)時(shí)理解難度較大。將zSpace虛擬現(xiàn)實(shí)教育一體機(jī)運(yùn)用在本節(jié)課的教學(xué)中，通過人機(jī)互動(dòng)、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，將抽象的內(nèi)容可視化，有助于學(xué)生對這部分知識(shí)的理解和掌握。

基于此，筆者設(shè)計(jì)了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)：

（1）知識(shí)與技能：了解地球結(jié)構(gòu)分為哪幾層;掌握每一層的作用;比較地球和月球結(jié)構(gòu)的不同，發(fā)展學(xué)生的綜合性思維。

（2）過程與方法：學(xué)會(huì)利用 zSpace設(shè)備認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及作用，在師生互動(dòng)、人機(jī)互動(dòng)中開展自主探究和小組交流討論，發(fā)展學(xué)生的地理實(shí)踐力。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過使用 zSpace 設(shè)備激發(fā)學(xué)生的好奇心，增強(qiáng)地理學(xué)習(xí)興趣及對地理學(xué)科的熱愛，發(fā)展學(xué)生的人地協(xié)調(diào)觀。

2.設(shè)計(jì)活動(dòng)展開教學(xué)。

（1）觀察活動(dòng)。教師使用 zSpace 設(shè)備中的zSpace Studio 軟件，通過課件里的3D動(dòng)圖“太陽系中的八大行星”來引導(dǎo)學(xué)生觀察，引起學(xué)生關(guān)注。學(xué)生觀看太陽系中八大行星的3D動(dòng)圖，積極討論、聯(lián)系已有知識(shí)并回答教師的提問。

（設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生很少接觸虛擬現(xiàn)實(shí)的課堂，在虛擬情境中觀察太陽系環(huán)境，容易激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。）

（2）觀看活動(dòng)。教師根據(jù)視頻，提出幾個(gè)問題：太陽系中有哪八大行星？太陽系的行星中哪些行星是有生命存在的？學(xué)生觀看視頻并總結(jié)回答問題。學(xué)生看完視頻后，將屏幕上圍繞太陽轉(zhuǎn)的八大行星用觸筆拿起來觀察其名稱及其外觀。小組間互相交流，討論問題。

（設(shè)計(jì)意圖：新的教學(xué)工具使學(xué)生能以好奇的心態(tài)去探索新知。教學(xué)中要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生通過自己的實(shí)踐來學(xué)習(xí)這部分知識(shí)，突破重點(diǎn)難點(diǎn)。）

（3）操作活動(dòng)。學(xué)生通過使用zSpace觸筆對地球進(jìn)行解剖，去尋找答案，并在腦海中形成三維動(dòng)畫，來鞏固知識(shí)。學(xué)生分小組解剖地球，觀察不同層的顏色及大小，總結(jié)出地球的結(jié)構(gòu)可以分成哪幾層，之后再將解剖好的結(jié)構(gòu)按照順序排好，在連接好的高清顯示屏上進(jìn)行展示，便于觀察。

（設(shè)計(jì)意圖：利用信息技術(shù)和設(shè)備強(qiáng)化教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間的互動(dòng)，使教師盡可能充分地獲取學(xué)生學(xué)習(xí)的信息，使自己的教學(xué)更能指向?qū)W生，幫助學(xué)生解決在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題和困惑，以此深化教學(xué)。）

（4）思考活動(dòng)。教師在講解并總結(jié)地球的結(jié)構(gòu)以后，提出“月球?yàn)槭裁礇]有生命體存在”的問題，小組分析解決問題。學(xué)生將所學(xué)的對地球的解剖用于比較兩種天體結(jié)構(gòu)不同上，得出“結(jié)構(gòu)的不同造成天體本質(zhì)的不同”的結(jié)論。具體過程為：學(xué)生分小組對月球進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)月球的結(jié)構(gòu)比地球少了大氣層，從而總結(jié)出大氣層是地球有生命體存在的條件之一。

（設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生能夠運(yùn)用新型教學(xué)設(shè)備，結(jié)合所教的方法，舉一反三分析問題及成因。）

課堂最后，學(xué)生在組內(nèi)交流本節(jié)課的感想與收獲，教師聽取學(xué)生的意見與建議。教師運(yùn)用zSpace 進(jìn)行授課，讓學(xué)生帶著好奇走進(jìn)課堂，激發(fā)了學(xué)生探索自然奧秘的興趣和熱情，課堂活躍而高效，較好地完成了既定的教學(xué)目標(biāo)。

三、VR/AR 技術(shù)在地理教學(xué)中應(yīng)用的反思

zSpace 虛擬現(xiàn)實(shí)教育一體機(jī)提供給教師和學(xué)生一個(gè)非常特別的學(xué)習(xí)平臺(tái)， VR/AR 技術(shù)在教學(xué)中將地理課中地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、宇宙天體運(yùn)動(dòng)等教師用語言難以表達(dá)清楚、學(xué)生難以理解透徹的抽象知識(shí)，形象化地呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生理解記憶，激發(fā)學(xué)生想象空間;zSpace 虛擬現(xiàn)實(shí)教育一體機(jī)和其中的課程資源，為學(xué)生隨時(shí)隨地自主學(xué)習(xí)提供了有利條件，它打破了課堂的邊界、知識(shí)章節(jié)的邊界、時(shí)空的邊界甚至學(xué)科的邊界，有助于教學(xué)方式的改革，從而滿足學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展;zSpace的部分VR/AR 技術(shù)是讓學(xué)生自己操作、感受及分享，激活了學(xué)生的感官體驗(yàn)，大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生的認(rèn)知加工和知識(shí)建構(gòu)，有利于深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。

在初中地理教學(xué)中，經(jīng)常提到“走出教材，走進(jìn)生活”，這就需要教師根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來創(chuàng)設(shè)新情境，在活動(dòng)中激發(fā)學(xué)生的參與欲望。例如“自然地理”中的海陸變遷、板塊運(yùn)動(dòng)等，“人文地理”中的“美國、歐洲西部的工農(nóng)業(yè)、乳畜業(yè)”等，“區(qū)域地理”中的“日本、東南亞、巴西、撒哈拉以南的非洲”等。在這些內(nèi)容的教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過zSpace觀察身邊不易觀察到的事物，從而不再受限于課本的敘述，將原本的理論具體化，讓學(xué)習(xí)內(nèi)容變得更加有趣。

但是，我們在教學(xué)中使用VR/AR 技術(shù)時(shí)，也要考慮運(yùn)用時(shí)機(jī)的選擇，要結(jié)合恰當(dāng)?shù)闹黧w合理使用，避免重形式而輕內(nèi)容的教學(xué)實(shí)踐。同時(shí)，也要考慮學(xué)生在VR/AR 技術(shù)及設(shè)備使用過程中可能出現(xiàn)的眩暈現(xiàn)象以及因?yàn)楫嬅婀饩€及明暗太強(qiáng)或太弱而造成的眼睛的不適或疲勞等問題，避免出現(xiàn)因?yàn)殚L時(shí)間使用或頻繁使用而影響學(xué)生視力的情況發(fā)生。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]王同聚.虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與前景展望[J].數(shù)字教育，2017（1）：1-10.