AR技術(shù)應(yīng)用于中學(xué)地理教學(xué)研究

季節(jié) 周侗 李玉潔

摘? 要 2016年虛擬技術(shù)元年迄今，地理課堂和教學(xué)模式的虛擬化是地理教育改革創(chuàng)新和提升教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。以“AR中學(xué)地球儀”手機(jī)APP為載體，在宏觀(guān)層面基于教學(xué)維度、內(nèi)容結(jié)構(gòu)和演示狀態(tài)剖析AR教學(xué)的特點(diǎn)，并以湘教版地理教材選修一“洋流”一節(jié)為教學(xué)實(shí)例，通過(guò)構(gòu)造對(duì)比評(píng)價(jià)框架，從微觀(guān)視角展示AR技術(shù)應(yīng)用于真實(shí)教學(xué)情境的優(yōu)勢(shì)，演繹教學(xué)設(shè)計(jì)中核心素養(yǎng)的具體滲透過(guò)程。

關(guān)鍵詞 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù);中學(xué)地理;“AR中學(xué)地球儀”APP;核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）18-0032-06

Research on AR Technology Applied in Middle School Geogra-phy Teaching//JI Jie， ZHOU Tong， LI Yujie

Abstract In the first year of virtual technology in 2016， the virtuali-zation of geography classrooms and teaching models is an effective way to reform and innovate geography education and improve the quality of teaching. Taking the mobile phone APP of “AR Middle School Globe” as the carrier， the characteristics of AR teaching are analyzed based on the teaching dimensions， content structure and presentation status at the macro level， and the Hunan Education Edi-tion textbook elective course “Ocean Current” is used as a teaching example. The evaluation framework demonstrates the advantages of

AR technology applied to real teaching situations from a micro per-

spective， and deduces the specific penetration process of core literacy

in instructional design.

Key words augmented reality education reform; middle school geo-graphy; “AR middle school globe” APP; core literacy

0? 引言

2017年，新版高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)出版，其教學(xué)提示部分指出：“教師要充分利用地理視頻、虛擬技術(shù)、地理信息技術(shù)等資源支持教學(xué)”[1]。2018年，教育部等五部門(mén)相繼印發(fā)《教師教育振興行動(dòng)計(jì)劃（2018—2022年）》，明確提出要充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)，推進(jìn)教師教育信息化教學(xué)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用，推動(dòng)以自主、合作、探究為主要特征的教學(xué)方式變革。

AR（Augmented Reality）技術(shù)即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，也被稱(chēng)為混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)[2]。區(qū)別于完全沉浸式的VR（Virtual Reality）系統(tǒng)[3]，

AR系統(tǒng)可以任由操縱者進(jìn)行虛擬與現(xiàn)實(shí)的切換。地理是一門(mén)以空間思維為導(dǎo)向的學(xué)科，通過(guò)AR設(shè)備，地理教材中眾多抽象的空間概念能夠以更為真實(shí)的方式呈現(xiàn)。David Fonseca等人通過(guò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在涉及空間概念的領(lǐng)域，AR技術(shù)能夠幫助學(xué)生更形象地觀(guān)察空間結(jié)構(gòu)，從而有效地提升教師教學(xué)質(zhì)量[4]。聯(lián)系到中學(xué)地理教學(xué)，教師可以依據(jù)不同的學(xué)情與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，寓虛擬于現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)地理教學(xué)的具體化、形象化。

從虛擬技術(shù)元年至今，我國(guó)眾多商業(yè)公司相繼開(kāi)發(fā)了教育與虛擬技術(shù)相結(jié)合的科教產(chǎn)品，虛擬技術(shù)與地理教學(xué)的結(jié)合應(yīng)用也陸續(xù)出現(xiàn)。關(guān)于A(yíng)R技術(shù)在中學(xué)地理教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，目前學(xué)者的研究對(duì)象主要分為三類(lèi)：第一類(lèi)是以“秒懂初中地理”手機(jī)應(yīng)用為例的付費(fèi)式APP[5]，該類(lèi)APP將較多功能進(jìn)行了付費(fèi)封鎖，且對(duì)教材內(nèi)容的覆蓋度不高，無(wú)法滿(mǎn)足教師的教學(xué)需求;第二類(lèi)是以“AR沙盤(pán)”為例的大型AR設(shè)備[6]，昂貴的價(jià)格導(dǎo)致其無(wú)法實(shí)現(xiàn)中學(xué)地理教學(xué)的普及;第三類(lèi)是以Unity-3D為引擎的自主開(kāi)發(fā)類(lèi)APP[7]，教師應(yīng)用此類(lèi)APP進(jìn)行教學(xué)的自主性與可支配性提升，然而技術(shù)要求過(guò)高，開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重影響教學(xué)進(jìn)度與效率。筆者通過(guò)對(duì)不同AR應(yīng)用的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行評(píng)估后，最終選擇以“AR中學(xué)地球儀”APP為例，探尋虛擬技術(shù)與中學(xué)地理教學(xué)深度融合的可能性。

1? “AR中學(xué)地球儀”APP概述

“AR中學(xué)地球儀”APP是由王樹(shù)聲先生創(chuàng)辦的地理教學(xué)研究室與北斗圖書(shū)合作開(kāi)發(fā)的，不可單獨(dú)使用，需要用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)對(duì)應(yīng)的AR地球儀，通過(guò)APP掃描地球儀的二維碼激活后使用。APP完全對(duì)接中學(xué)地理課標(biāo)要求，將教材內(nèi)容通過(guò)移動(dòng)終端屏幕立體化呈現(xiàn)，使原本二維且枯燥的知識(shí)變得立體而透徹，促進(jìn)學(xué)生在腦海中生成形象的思維架構(gòu)，將需要掌握的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樗季S架構(gòu)過(guò)程中的附屬品。APP依據(jù)初高中教材設(shè)置了“地球地圖”“自然地理”“世界地理”和“中國(guó)地理”四大模塊，并按照具體內(nèi)容劃分了若干子模塊，如表1所示。

2? “AR中學(xué)地球儀”APP應(yīng)用于中學(xué)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

2.1? 教學(xué)三維化，促進(jìn)核心素養(yǎng)的滲透

傳統(tǒng)地理課堂往往遵循三板模式，教學(xué)活動(dòng)全程二維。而地理是一門(mén)以空間概念為導(dǎo)向的學(xué)科，二維界面的視覺(jué)局限性使得學(xué)生在知識(shí)獲取過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)空間思維的構(gòu)建，從而無(wú)法全面地掌握知識(shí)?！癆R中學(xué)地球儀”APP通過(guò)虛擬與現(xiàn)實(shí)的交叉，提供立體的教學(xué)資源以助力教師將教學(xué)內(nèi)容升維。三維化的教學(xué)內(nèi)容使得學(xué)生與教師課堂交互的落腳點(diǎn)不再處于平面，而是轉(zhuǎn)移到實(shí)體地球儀，從而實(shí)現(xiàn)課堂模式的升維。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容與課堂模式的三維化，可以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力以及全面獲取知識(shí)的能力，也更利于教師在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的滲透。

以“自然地理”模塊“江淮準(zhǔn)靜止鋒”和“昆明準(zhǔn)靜止鋒”的對(duì)比為例，APP將準(zhǔn)靜止鋒的形成過(guò)程可視化，便于學(xué)生通過(guò)三維視角觀(guān)察準(zhǔn)靜止鋒平面圖及剖面圖（圖1）。教師即可引導(dǎo)學(xué)生按照區(qū)域差異進(jìn)行同類(lèi)異構(gòu)，并結(jié)合地形與氣候因素進(jìn)行分析，促進(jìn)學(xué)生綜合思維的形成。

以“自然地理”所有子模塊為研究對(duì)象，以教學(xué)內(nèi)容與課堂模式的三維化為依據(jù)，總結(jié)歸納不同子模塊對(duì)應(yīng)的教學(xué)過(guò)程可涵蓋的不同核心素養(yǎng)，結(jié)果如表2所示。

2.2? 模塊主題化，構(gòu)建整體性教學(xué)

知識(shí)點(diǎn)零散化抑制了學(xué)習(xí)過(guò)程的相互關(guān)聯(lián)，阻礙了知識(shí)的遷移?？紤]到知識(shí)結(jié)構(gòu)主題化的優(yōu)勢(shì)，APP依據(jù)教材內(nèi)容將相關(guān)子模塊以主題形式重組后進(jìn)行分類(lèi)編排。教師在使用APP進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)時(shí)，可依據(jù)APP的邏輯思路指導(dǎo)，有意識(shí)地按照知識(shí)的整體性框架進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與授課，從而提升課前備課效率與課堂節(jié)奏掌控能力。學(xué)生上課時(shí)通過(guò)觀(guān)察APP展示的子模塊內(nèi)容，能夠提前形成思維架構(gòu)，從而有效地創(chuàng)建完整的知識(shí)體系;課后復(fù)習(xí)時(shí)同樣能依照APP設(shè)定進(jìn)行主題式復(fù)習(xí)，有助于對(duì)知識(shí)框架的整體掌握。

以圖2所示APP目錄頁(yè)為例，直接登錄APP時(shí)，首頁(yè)目錄欄顯示的所有知識(shí)點(diǎn)子模塊并列排布。但用戶(hù)點(diǎn)擊進(jìn)入“大氣環(huán)流”主題的任意子模塊可發(fā)現(xiàn)，APP將“熱力環(huán)流”“三圈環(huán)流”和“氣壓帶風(fēng)帶的形成及季節(jié)性移動(dòng)”這三個(gè)子模塊設(shè)置為一個(gè)主題。

圖3所示左側(cè)為知識(shí)主題導(dǎo)航欄，右側(cè)為該選中知識(shí)點(diǎn)的延伸與拓展。在教學(xué)過(guò)程中，教師能夠有意識(shí)地將“熱力環(huán)流”“三圈環(huán)流”和“氣壓帶風(fēng)帶”進(jìn)行關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)“大氣環(huán)流”知識(shí)的相互遷移，提升教學(xué)整體性;學(xué)生能夠有效地厘清知識(shí)的前后關(guān)系并形成邏輯，并且結(jié)合右側(cè)子模塊拓展內(nèi)容構(gòu)建一個(gè)完整的“大氣環(huán)流”知識(shí)框架，從而獲得更深層次的理解。

筆者通過(guò)對(duì)APP內(nèi)容的深度細(xì)化，總結(jié)歸納出不同子模塊的關(guān)聯(lián)主題。圖4所示為所有子模塊的主題分類(lèi)。

2.3? 資源動(dòng)態(tài)化，優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量

中學(xué)地理教師在進(jìn)行授課時(shí)通常使用PPT作為教學(xué)輔助工具，多數(shù)教師會(huì)從網(wǎng)絡(luò)搜取現(xiàn)成的PPT和教學(xué)視頻等，有限的來(lái)源渠道導(dǎo)致教學(xué)資源的可靠性與科學(xué)性降低，課堂授課效果也因此受到影響?！癆R中學(xué)地球儀”APP內(nèi)置的教學(xué)資源有效地解決了這一問(wèn)題，筆者通過(guò)對(duì)該APP的深入體驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，雖然各模塊內(nèi)AR子模塊數(shù)量占比較低，但APP所有子模塊內(nèi)容都支持動(dòng)態(tài)演示功能。動(dòng)態(tài)資源可自動(dòng)循環(huán)播放并配有文字與音頻講解，同時(shí)支持3D視角變換，相比教師日常收集的傳統(tǒng)輔助資源優(yōu)勢(shì)明顯。

以“自然地理”模塊中的“流水作用”子模塊為例，APP設(shè)置了沖積扇的形成演示，如圖5所示。教師在進(jìn)行授課時(shí)可通過(guò)展示APP資源，依照動(dòng)態(tài)演示進(jìn)行動(dòng)態(tài)講解，基于動(dòng)態(tài)演示加深學(xué)生對(duì)沖積扇形成過(guò)程的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)流水地貌的總體理性認(rèn)識(shí)，提升教學(xué)效率，優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量。

3? “AR中學(xué)地球儀”APP在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

由表2可知，“洋流的三種影響”子模塊對(duì)應(yīng)的AR三維化教學(xué)覆蓋了區(qū)域認(rèn)知、綜合思維、人地協(xié)調(diào)觀(guān)和地理實(shí)踐力，可見(jiàn)該教學(xué)內(nèi)容的核心素養(yǎng)滲透度較高，對(duì)比價(jià)值較大。在新教材必修環(huán)節(jié)難度下調(diào)的背景下，為了更直觀(guān)地體現(xiàn)AR教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，筆者以高中地理湘教版（2019）選擇性必修1第四章第二節(jié)“洋流”的教學(xué)為例，將傳統(tǒng)模式與AR模式進(jìn)行對(duì)比，具體教學(xué)模式對(duì)比如表3所示。通過(guò)對(duì)表3“‘洋流教學(xué)實(shí)例”的解讀，依據(jù)AR模式較傳統(tǒng)模式的優(yōu)勢(shì)及地理核心素養(yǎng)的課堂體現(xiàn)，筆者將兩者的差異化對(duì)比歸納為圖6所示對(duì)比評(píng)價(jià)框架。

3.1? AR教學(xué)優(yōu)勢(shì)的具體體現(xiàn)

將表3與圖6進(jìn)行結(jié)合分析，可發(fā)現(xiàn)APP通過(guò)AR技術(shù)加工，將原本二維的平面圖轉(zhuǎn)為三維立體圖，如教學(xué)環(huán)節(jié)1的立體風(fēng)帶圖，教學(xué)環(huán)節(jié)2、3的立體洋流圖，教學(xué)環(huán)節(jié)4的西歐局部立體環(huán)流圖等，從而實(shí)現(xiàn)三維視角的課堂融入，促進(jìn)核心素養(yǎng)的體現(xiàn)與教學(xué)。

通過(guò)對(duì)“氣壓帶風(fēng)帶模式”“全球洋流分布”“洋流影響漁場(chǎng)分布”“洋流影響沿岸氣候”和“污染物質(zhì)擴(kuò)散”五個(gè)子模塊組合，實(shí)現(xiàn)“洋流”主題化，促進(jìn)學(xué)生整體思維架構(gòu)的建構(gòu)，利于教師的整體性教學(xué)。

APP對(duì)靜態(tài)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)化，如教學(xué)環(huán)節(jié)1的動(dòng)態(tài)風(fēng)帶圖，教學(xué)環(huán)節(jié)2、3動(dòng)態(tài)洋流圖，教學(xué)環(huán)節(jié)4的動(dòng)態(tài)環(huán)流圖和教學(xué)環(huán)節(jié)5的污染物擴(kuò)散圖等，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了教學(xué)質(zhì)量。

3.2? 核心素養(yǎng)滲透的具體體現(xiàn)

表3所示教學(xué)環(huán)節(jié)3、4中傳統(tǒng)模式下教師通過(guò)列舉圖片案例，進(jìn)行描述法講解與格式化授課，教學(xué)方式與知識(shí)結(jié)構(gòu)單一，難以形成知識(shí)的區(qū)域組合與差異化對(duì)比。AR模式下，教師可自行展示不同海域洋流，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行對(duì)比分析，自主探究可能形成漁場(chǎng)的海域。由于秘魯漁場(chǎng)形成的特殊性，教師將秘魯漁場(chǎng)與三大漁場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，要求學(xué)生思考上述分析方法的局限，加深對(duì)四大漁場(chǎng)的差異化認(rèn)知?；诋愑虍悩?gòu)的漁場(chǎng)形成過(guò)程以及不同區(qū)域相同分析法的局限性，培養(yǎng)學(xué)生多角度思考問(wèn)題的能力和對(duì)研究方法的批判性認(rèn)識(shí)，以小見(jiàn)大，從而促進(jìn)學(xué)生綜合思維的提升。此外，教師在引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)掘澳大利亞氣候分布差異的基礎(chǔ)上，提出洋流對(duì)氣候的影響，同時(shí)結(jié)合西歐氣候與洋流動(dòng)畫(huà)加深學(xué)生理解，并以此動(dòng)畫(huà)案例進(jìn)行人文地理拓展，提高學(xué)生的知識(shí)遷移能力和不同區(qū)域的綜合分析能力。

教學(xué)環(huán)節(jié)5中傳統(tǒng)模式下教師展示圖片或視頻案例，在內(nèi)容講解的基礎(chǔ)上初步實(shí)現(xiàn)對(duì)情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)的淺層次提煉。AR模式下，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀(guān)察福島核泄漏3、6、30天的污染范圍動(dòng)畫(huà)，使他們首先產(chǎn)生對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí);在此基礎(chǔ)上，教師將案例與彼時(shí)國(guó)內(nèi)“食用鹽瘋搶事件”進(jìn)行結(jié)合探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)價(jià)值觀(guān)與環(huán)保意識(shí)，促進(jìn)人地協(xié)調(diào)觀(guān)的形成。

如圖6所示，上述五個(gè)環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)模式導(dǎo)致教師處于高度主導(dǎo)地位，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，課堂參與度與體驗(yàn)感較差，從而影響課堂氛圍，阻礙師生間的良性互動(dòng)。教育教學(xué)中的任何技術(shù)作用究其根本都只有一個(gè)目的，即促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展[8]，使學(xué)生主體地位得到延伸與拓展。通過(guò)APP引導(dǎo)，教師可將實(shí)體地球儀與AR內(nèi)容結(jié)合，進(jìn)行現(xiàn)實(shí)與虛擬的互動(dòng)教學(xué)，深化學(xué)生主體地位，活躍課堂氣氛，提升學(xué)生興趣，并通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)與自主探究的教學(xué)方法，強(qiáng)化學(xué)生的地理實(shí)踐力。

4? 結(jié)語(yǔ)

“AR中學(xué)地球儀”APP具有直觀(guān)、立體和動(dòng)態(tài)的優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用于不同主題的中學(xué)地理教學(xué)實(shí)踐。本文分析了“AR中學(xué)地球儀”APP在中學(xué)地理教學(xué)中的應(yīng)用模式，并以具體的教學(xué)案例探討了核心素養(yǎng)滲透方面的應(yīng)用前景。以“AR中學(xué)地球儀”APP教學(xué)為典例的創(chuàng)新模式，不僅能夠滿(mǎn)足課程內(nèi)容要求，且實(shí)現(xiàn)了核心素養(yǎng)的全課堂覆蓋，同時(shí)能夠幫助教師在緊跟科技的腳步中抓住課程發(fā)展的重要根基，激發(fā)學(xué)生的地理學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)和課外自主學(xué)習(xí)的效果?！?/p>

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