AR技術(shù)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用

李四寶

AR是一種新興技術(shù)，在當(dāng)前的教育背景下AR技術(shù)已成為教育研究的熱點(diǎn)話題。將AR技術(shù)應(yīng)用于初中生物課堂教學(xué)，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，形成學(xué)習(xí)生物的濃厚興趣，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，達(dá)到全面育人的目的。

一、AR技術(shù)簡(jiǎn)介

AR技術(shù)可以將虛擬世界的信息與真實(shí)世界的信息相融合，使學(xué)習(xí)者在視覺、聽覺、觸覺等方面得到虛擬疊加現(xiàn)實(shí)的全方位體驗(yàn)，以增強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解與認(rèn)識(shí)。在當(dāng)前信息技術(shù)不斷變革的新時(shí)期，應(yīng)大力推進(jìn)AR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域和物理、生物等演示性、實(shí)驗(yàn)性課程中的應(yīng)用，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬創(chuàng)客教室等教育教學(xué)環(huán)境，發(fā)展虛擬備課、虛擬授課等教育教學(xué)新方式，促進(jìn)以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)的新模式，推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)向現(xiàn)代教學(xué)的轉(zhuǎn)變。

二、AR技術(shù)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用

1.AR在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。初中生物主要講解植物、動(dòng)物以及人體等方面的一些初級(jí)知識(shí)，植物部分主要講解植物的各個(gè)結(jié)構(gòu)，植物的光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用；動(dòng)物部分主要講解動(dòng)物的生殖以及各種行為；人體部分主要講解人體八大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及簡(jiǎn)單的作用。由于初中生物具有實(shí)驗(yàn)性、探究性的特點(diǎn)，因此課程中安排了很多實(shí)驗(yàn)，有些實(shí)驗(yàn)我們?cè)谡n堂中可以開展，如顯微鏡的使用，洋蔥表皮細(xì)胞的失水、吸水等，但有些實(shí)驗(yàn)由于安全性以及實(shí)驗(yàn)材料、用具的限制，在課堂中無(wú)法開展，如模擬膈肌的運(yùn)動(dòng)等。

經(jīng)過(guò)積極探索和不斷總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)用揚(yáng)州智慧學(xué)堂在線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)教學(xué)生物實(shí)驗(yàn)效果較好。例如教學(xué)蘇科版第4章第1節(jié)“植物的光合作用”一課，教材安排了“綠葉在光下制造淀粉”的實(shí)驗(yàn)。光合作用在整個(gè)初中生物學(xué)知識(shí)系統(tǒng)中占據(jù)了重要作用，屬于初中生物教學(xué)的重難點(diǎn)，通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以進(jìn)一步理解在第4章中為什么把葉綠體比作“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉(zhuǎn)換站”。由于本實(shí)驗(yàn)要將綠色植物進(jìn)行12小時(shí)的黑暗處理，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要進(jìn)行一定時(shí)間的照光處理，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，上課期間無(wú)法完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，所以本節(jié)課可利用AR教學(xué)資源模擬教材中的探究實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)，厘清實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)思路。

學(xué)生只需點(diǎn)擊揚(yáng)州智慧學(xué)堂在線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的“開始實(shí)驗(yàn)”，界面左上方就會(huì)懸掛出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟等提示，同時(shí)可以看到虛擬實(shí)驗(yàn)桌上的各種器材以及下方的實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生通過(guò)平板客戶端進(jìn)行操作，依次完成實(shí)驗(yàn)的每個(gè)步驟，不僅可以看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還能加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與過(guò)程的理解。

2.AR在生物學(xué)模型中的應(yīng)用

關(guān)于人體八大系統(tǒng)的介紹，初中生物教材中有許多模型，比如循環(huán)系統(tǒng)中的心臟、呼吸系統(tǒng)中的各種器官等。學(xué)生通過(guò)觀察課本中的示意圖，可以對(duì)模型的外部形態(tài)有所了解，但是印象不深刻。同時(shí)由于示意圖是平面的，學(xué)生只能想象各器官的形態(tài)，器官的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)際是立體的，但初中生缺乏三維空間的想象力，故無(wú)法真正理解這些器官的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

通過(guò)AR技術(shù)的3D影像功能，學(xué)生就能身臨其境地觀察器官的三維結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生沉浸式的體驗(yàn)感，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣有很大幫助。

例如，“心臟”是蘇科版八年級(jí)上冊(cè)第15章第1節(jié)“人體內(nèi)物質(zhì)的輸出”中的一節(jié)，本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)是掌握心臟的結(jié)構(gòu)和功能，課本用豬或羊的心臟作為模型，但是數(shù)量上受到限制，不能做到人手一個(gè)心臟，極大地限制了學(xué)生探索知識(shí)的積極性。如果利用仿真生物模型，就可以達(dá)到傳統(tǒng)課堂中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的效果。

教師親自指導(dǎo)，展示并操作相關(guān)設(shè)備，告訴學(xué)生基本操作步驟和注意事項(xiàng)，小組內(nèi)發(fā)放設(shè)備，將課本文字轉(zhuǎn)換成畫面。學(xué)生操作設(shè)備，進(jìn)入軟件的虛擬心臟世界，通過(guò)使用遙控筆將心臟模型放在眼前，能夠看到心臟在人體中的位置，還可以與模型進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，達(dá)到人機(jī)合一的效果。通過(guò)旋轉(zhuǎn)操作，學(xué)生可從任意角度觀察心臟的立體結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)入心臟的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，像遨游太空一樣觀察左心房、右心房、左心室、右心室等4個(gè)腔，了解靜脈血管和動(dòng)脈血管的薄厚差異，甚至可以聽到心臟怦怦跳動(dòng)的聲音。學(xué)生可開展小組探究，通過(guò)觀察房室瓣和動(dòng)脈瓣，深入剖析瓣膜結(jié)構(gòu)及其開口方向，觀察動(dòng)態(tài)的血液在心臟內(nèi)的流動(dòng)。

通過(guò)新奇生動(dòng)的虛擬情境體驗(yàn)，學(xué)生提升了生物學(xué)核心素養(yǎng)，提高了邏輯思維能力、科學(xué)探究意識(shí)及小組合作意識(shí)，課堂教學(xué)收到事半功倍的效果。

三、AR技術(shù)應(yīng)用于生物教學(xué)的意義

1.節(jié)約教學(xué)成本

初中生抽象邏輯思維能力不足，空間想象能力尚處于初期，而實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)生物的過(guò)程中重要的知識(shí)載體，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)又涉及許多器材和設(shè)備，且有的器材和設(shè)備是不可重復(fù)使用的，極易造成資源的浪費(fèi)。利用AR技術(shù)就可以通過(guò)虛擬的形式來(lái)完成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，大大降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材的損耗，極大節(jié)約了教學(xué)成本，實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)。

2.實(shí)現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實(shí)的有效融合

AR技術(shù)最大的特點(diǎn)就是能夠利用虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)設(shè)備呈現(xiàn)肉眼無(wú)法看到的物體和現(xiàn)象。隨著生物學(xué)核心素養(yǎng)的提出，初中生物課程也根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，AR技術(shù)中的虛擬教學(xué)環(huán)境和知識(shí)也隨之發(fā)生改變，從而做到與課本同步。AR技術(shù)將生物課堂教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為可視化的視頻、3D圖像等，與真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行疊加融合，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

利用AR技術(shù)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，由于每個(gè)學(xué)生都能獨(dú)立操作模型，大家的想法又不一樣，課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)性化教學(xué)模式，達(dá)到了因材施教的目的。傳統(tǒng)教學(xué)中，教師很少留出時(shí)間帶領(lǐng)學(xué)生去操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生接觸實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)很少，大多數(shù)情況下都是由教師一人向?qū)W生演示實(shí)驗(yàn)原理和步驟，還有一些教師甚至直接向?qū)W生口述實(shí)驗(yàn)過(guò)程而不進(jìn)行具體操作，這就直接導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)原理理解不到位，進(jìn)而降低了學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣。

AR技術(shù)作為教育工具應(yīng)用在生物課堂上，為學(xué)生呈現(xiàn)出全新的交流互動(dòng)視角，滿足了學(xué)生對(duì)新知的好奇心和探究欲望，同時(shí)創(chuàng)新了知識(shí)傳授的方式，大大提升了教師的教學(xué)效能感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而讓學(xué)習(xí)由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，提高學(xué)習(xí)效率。