利用VR實現(xiàn)將田野帶入地理課堂的實踐研究

王涵初

（浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 浙江 金華 321004）

一、VR技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與適切性研究

VR是Virtual Reality的縮寫，中文的意思為虛擬現(xiàn)實，早期譯為“靈境技術(shù)”。VR利用機(jī)械設(shè)備使人進(jìn)入虛擬仿真的虛體環(huán)境中，對外界（真實世界）的聲音、光線進(jìn)行局部屏蔽，從而為體驗者營造一種身臨其境的直觀體驗感。從國內(nèi)外學(xué)者和中小學(xué)教師的調(diào)查研究來看，VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，[3]理論也愈漸成熟，但實際上會受到經(jīng)費(fèi)、設(shè)備等諸多因素的制約而不能將其應(yīng)用到實際教學(xué)中。在新冠疫情的背景下，雖然研學(xué)方案眾多而精細(xì)，但是未來疫情變化不可估計，校方和教師們是否會冒著一定風(fēng)險帶高中生走進(jìn)田野仍然值得商榷，結(jié)合一定技術(shù)手段將田野帶入課堂勢在必行。

1.地理課堂改革呼喚VR技術(shù)

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入高中地理教學(xué)，合理運(yùn)用高新技術(shù)是當(dāng)前形勢下的合理考量。隨著計算機(jī)云網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合VR技術(shù)勢必會顛覆部分傳統(tǒng)教學(xué)觀念，給予學(xué)生全新的學(xué)習(xí)體驗。[4]在過去，教師無法通過一己之力表述清楚微觀、宏觀或遙遠(yuǎn)的地理環(huán)境；而現(xiàn)在，教師能夠在三維式樣、高科技顯示器、VR眼鏡等的輔助下使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行沉浸式、想象式空間洞察并即時互動，學(xué)習(xí)過程更還原、更細(xì)節(jié)。古板的教學(xué)信息載體，正在隨時間的推移和時代的進(jìn)步慢慢地從紙質(zhì)向更多維的顯示平穩(wěn)轉(zhuǎn)變。[5]

2.VR技術(shù)克服傳統(tǒng)地理課堂難題

目前傳統(tǒng)地理課堂教學(xué)主要存在四方面的問題。

第一，傳統(tǒng)課堂中考察地理環(huán)境難。傳統(tǒng)大班教學(xué)中，所有的同學(xué)均面向教師，教師往往很難通過一己之力準(zhǔn)確呈現(xiàn)地理環(huán)境。而VR設(shè)備的使用可以較好地解決此問題。在自然地理環(huán)境方面，學(xué)生可佩戴相關(guān)設(shè)備觀察水循環(huán)的始末，在VR智慧系統(tǒng)中使用手柄充分與地理環(huán)境交互，作出本能反饋，主動探索，更深入地了解自然現(xiàn)象原理。在人文地理環(huán)境方面，VR能夠呈現(xiàn)虛擬異地他鄉(xiāng)的現(xiàn)實人文主義色彩的場景，如呈現(xiàn)中國傳統(tǒng)建筑四合院。學(xué)生不僅能憑借VR技術(shù)實現(xiàn)多角度全方位的觀賞與分析，還能體驗虛擬的前世今生，感觸深刻且有意義。

第二，傳統(tǒng)課堂中結(jié)合生活實際難。傳統(tǒng)教學(xué)往往是教師靠語言解說、使用圖畫或提前選取有關(guān)地理要素的視頻資料，無經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者卻很難將文字描述或者圖片與真實環(huán)境相結(jié)合。VR技術(shù)可以從多感官角度高度重現(xiàn)自然與人文情境，靠打破時空限制達(dá)到事半功倍的呈現(xiàn)效果，切實地增強(qiáng)學(xué)生對地理信息的提取、處理能力。

第三，傳統(tǒng)課堂合作探究時間少。傳統(tǒng)課堂中師生、生生間互動較少。教師以教授為主，學(xué)生以聆聽和記筆記為主，互動機(jī)會少。而通過VR創(chuàng)造的教學(xué)情境，學(xué)生們能夠親身主動感受、體驗理解，在探究合作的過程中，不僅對地理相關(guān)專業(yè)理論有全新的見解，也會在小組合作中培養(yǎng)分享與合作精神。

就上述兩問題，筆者認(rèn)為ESP教學(xué)、EGP教學(xué)和專業(yè)英語教學(xué)三者之間最大區(qū)別是教學(xué)內(nèi)容不同。ESP是EGP的提高階段，體現(xiàn)在ESP教學(xué)是與專業(yè)相關(guān)的語言教學(xué)性形式，是從語言教學(xué)向?qū)W科教學(xué)的語言過渡型課程。ESP教學(xué)體現(xiàn)為是一個從語言教學(xué)向?qū)W科內(nèi)容教學(xué)、是一個語言學(xué)習(xí)到專業(yè)學(xué)習(xí)的漸變。ESP教學(xué)仍是側(cè)重語言表達(dá)與使用的語言學(xué)習(xí)與應(yīng)用，為進(jìn)入雙語教學(xué)做語言準(zhǔn)備的教學(xué)形式。明晰ESP課程定位對高校有效開展ESP教學(xué)有積極指導(dǎo)意義。

第四，傳統(tǒng)地理課堂相對封閉。目前全國的師資力量分布不均勻，城鄉(xiāng)基礎(chǔ)師資分配失衡，在數(shù)量和質(zhì)量上都表現(xiàn)出不小差距。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持可以彌補(bǔ)優(yōu)質(zhì)師資的稀缺和隱性資源的不足，有效促進(jìn)地區(qū)教育資源均衡與共享。在VR輔助教學(xué)時，教師相對靈活，可以做到一對多式的互動式教學(xué)管理。教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的“支架”可做到實時監(jiān)控，了解學(xué)生的反饋信息以及時予以指導(dǎo)。

3.適用VR技術(shù)的高中地理教學(xué)內(nèi)容

地理教學(xué)廣泛應(yīng)用科技。3S作為地理科學(xué)技術(shù)卻因為其復(fù)雜的操作流程、高標(biāo)準(zhǔn)的制作水平、較為繁瑣的樣本提取分析過程等難以進(jìn)入地理課堂為學(xué)生教師所熟用。作為新型學(xué)習(xí)工具的VR技術(shù)勢必會有其相適應(yīng)的教學(xué)范圍。根據(jù)高中地理教材內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、VR所具備的經(jīng)濟(jì)特性，研究發(fā)現(xiàn)并不是所有地理教學(xué)內(nèi)容都需要VR。人本主義理論、建構(gòu)主義理論以及多種案例分析明確了該技術(shù)在地理課程教學(xué)方面的關(guān)鍵優(yōu)勢。文章對適宜利用VR實現(xiàn)將田野帶入課堂的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，主要分為四類：超時空跨度動態(tài)類；地理事物成因原理類；遙遠(yuǎn)地物和模型結(jié)構(gòu)考察類；災(zāi)害教育及生活熱點類。

二、基于VR技術(shù)的高中地理教學(xué)設(shè)計

根據(jù)以上分類，結(jié)合已知學(xué)情，以強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)情境、滿足師生需求、提高學(xué)習(xí)自主性、創(chuàng)設(shè)信息技術(shù)沉浸性為教學(xué)理念，充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實科學(xué)技術(shù)手段優(yōu)勢，為高中地理教學(xué)增添新技術(shù)，創(chuàng)建新模式?，F(xiàn)以高中地理必修二“農(nóng)業(yè)區(qū)位因素及其變化”為例進(jìn)行利用VR技術(shù)實現(xiàn)將田野帶入課堂實踐的教學(xué)設(shè)計。具體教學(xué)環(huán)節(jié)及實施過程如表1所示。

表1 教學(xué)設(shè)計表

（續(xù)上表）

三、基于VR技術(shù)的實驗研究及應(yīng)用

1.實驗研究

VR技術(shù)通過提供直觀可操控的現(xiàn)實場景讓學(xué)習(xí)者實現(xiàn)沉浸式體驗，以學(xué)習(xí)者為中心，通過觀察、分析，解答地理問題，鍛煉學(xué)習(xí)能力，并以此促進(jìn)地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。它不僅在知識技能水平方面讓學(xué)生學(xué)有所得，更在操作掌握科技產(chǎn)品、培養(yǎng)小組合作精神等方面起到積極作用。[6]根據(jù)具體課程標(biāo)準(zhǔn)以及上述教學(xué)目標(biāo)，本研究進(jìn)行實驗以驗證結(jié)合VR技術(shù)將田野帶入地理課堂的有效性和適切性。本次實驗選取寧夏回族自治區(qū)銀川一中高一年級的兩個班級學(xué)生為研究對象，選取認(rèn)知水平相當(dāng)、由同一位地理老師所帶的兩個平行班Q、S展開實驗，為降低誤差，盡可能排除學(xué)生個體水平的不同對實驗結(jié)果造成的干擾。Q班51人，在VR實訓(xùn)室實施傳統(tǒng)講授法為主的地理教學(xué)活動，為控制組；S班49人，使用zSpace 寰宇地理VR技術(shù)輔助地理教學(xué)，選擇虛擬現(xiàn)實實訓(xùn)室為上課地點，為實驗組。

為檢驗教學(xué)前后兩個班級學(xué)生對農(nóng)業(yè)區(qū)位因素有關(guān)知識的認(rèn)知及掌握程度，分別進(jìn)行兩次測驗，即前測及后測。后測是為了獲取在前測基礎(chǔ)上，不同教學(xué)方式的兩個班級的學(xué)習(xí)成果差異。記S班前測為V2，后測為V3；Q班前測為V4，后測為V5。

(1)實驗過程

第一，課程設(shè)計。基于對學(xué)生的了解、對教材內(nèi)容的把握，選取適合結(jié)合VR技術(shù)的課程內(nèi)容，制定適宜的教案，如表1所示。經(jīng)過軟件內(nèi)容比對，確定本節(jié)課需展示的相關(guān)地圖、全景視頻、農(nóng)業(yè)區(qū)位因素事例等，選用 UtoVR應(yīng)用程序中的視頻以及zSpace寰宇地理（電腦端應(yīng)用程序）中關(guān)于農(nóng)業(yè)區(qū)位因素的相關(guān)設(shè)計進(jìn)行輔助教學(xué)。在正式上課之前向?qū)W生介紹VR實驗室的使用要求和VR實驗室的注意事項，以免教學(xué)無法順利進(jìn)行。

第二，教學(xué)實施。實驗班以利用VR技術(shù)進(jìn)行探究教學(xué)為主，主要流程為：首先通過佩戴VR眼鏡進(jìn)入虛擬三維立體的學(xué)習(xí)情境中，根據(jù)軟件導(dǎo)航、教師的引導(dǎo)進(jìn)行交互操作，選擇正確的選項；其次身臨其境思考探究問題，再以小組為單位交流討論，小組合作時，交互也是可以合作的；最后由小組成員進(jìn)行發(fā)言，教師進(jìn)行總結(jié)和補(bǔ)充，以便加深學(xué)生們對所學(xué)知識的理解。對照班以傳統(tǒng)的講授為主。研究盡可能地對剩余的非相關(guān)變量進(jìn)行控制，以確保試驗的科學(xué)性，如表2所示。

表2 控制無關(guān)變量表

第三，數(shù)據(jù)收集與分析。為了確保評估的公平性，在沒有事先通知學(xué)生的情況下進(jìn)行考試，避免由于學(xué)生的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)而造成的成績差異對結(jié)果的影響。測試題由4位高二地理教師共同命制，包含50道題，其中15道選擇題（每題兩分）和20個填空（每空一分），滿分50分，知識分布均勻，可真實反應(yīng)學(xué)生水平。通過測評成績對VR應(yīng)用于地理課堂的效果進(jìn)行定量分析，同時使用相關(guān)專業(yè)教師填寫的課堂觀察量表以及對聽課教師的訪談對實驗定性分析。

(2)實驗結(jié)果

研究主要對比利用VR技術(shù)進(jìn)行地理教學(xué)和使用傳統(tǒng)媒介進(jìn)行地理教學(xué)對學(xué)生地理知識掌握的不同影響，分析利用VR教學(xué)是否在教學(xué)效果上有優(yōu)勢。以后測成績?yōu)橐蜃兞?；以前測分?jǐn)?shù)為共變量，以獨(dú)立樣本的單一因素共變量對Q、S兩個班級的地理學(xué)習(xí)效果進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)表明，Q班與S班前后測成績均符合正態(tài)分布。前測成績與后測成績的平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差如表3所示。經(jīng)同質(zhì)性測驗，以α=0.05為顯著水準(zhǔn)進(jìn)行單因子共變量分析，結(jié)果如表4所示。

表3 不同教學(xué)方法前后測成績統(tǒng)計表

表4 后測共變量分析統(tǒng)計表

排除共變量（前測成績）對因變量（后測成績）的影響后，教學(xué)方式作為自變量對因變量的實驗處理效果顯著，在p＜0.05的前提下，F(xiàn)值為3.696，表示不同教學(xué)方式存在較顯著的差異。由事后比較及組合調(diào)整后的平均成績?nèi)绫?所示，由此可知實驗班S班的學(xué)習(xí)成效（平均值43.67）明顯優(yōu)于對照組Q班（平均值40.608）。

表5 成績調(diào)整后平均數(shù)

考慮到兩個實驗班級的樣本不夠充足，評價結(jié)果若僅考慮測試成績，則太過單一。為避免偶然性因素對學(xué)生后測成績的影響，在測試后對實驗班49名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查。在實驗班49名學(xué)生的反饋中，71.43%的同學(xué)表示VR技術(shù)使自己對地理產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，51.02%的學(xué)生認(rèn)為VR呈現(xiàn)地理環(huán)境更生動，如圖1所示。然而，一些學(xué)生在回答VR技術(shù)在課堂中的應(yīng)用有何弊端時提到：點觸筆接觸反應(yīng)不夠精準(zhǔn)導(dǎo)致操作斷續(xù)；屏幕刷新率不夠?qū)е露嗳瞬僮骺D；多臺設(shè)備背景音樂一起播放，有點嘈雜等問題。在專業(yè)教師評價與反思方面，發(fā)現(xiàn)一小部分學(xué)生在VR課堂中會無視教師指導(dǎo)，自行操作VR設(shè)備，使教學(xué)進(jìn)程在學(xué)生之間產(chǎn)生差異，教師會短暫失去課堂的整體把控。

圖1 VR課堂效果問卷統(tǒng)計圖

(3)結(jié)果分析

根據(jù)上述實驗的測試結(jié)果可知，不同教學(xué)方式對學(xué)生地理學(xué)習(xí)成效的影響差異顯著。從測驗的成績水平看，利用VR技術(shù)的學(xué)生的學(xué)習(xí)效果相較于在傳統(tǒng)教學(xué)方式下的學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，展現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢。此次實驗在一定程度上表明通過VR地理課堂的，學(xué)生對知識的掌握程度更高，課堂質(zhì)量提升，在成績方面有一定程度的進(jìn)步。

過半數(shù)學(xué)生認(rèn)為VR激發(fā)了自己的學(xué)習(xí)興趣，也說明學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，在學(xué)習(xí)過程中感受真實情境的同時獲得知識。VR教學(xué)改變了知識的呈現(xiàn)模式，讓課程變得更加輕松愉快，同時也有效激發(fā)大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

然而在課堂觀察中，也發(fā)現(xiàn)有學(xué)生忽視教師引導(dǎo)的現(xiàn)象?？梢娎肰R技術(shù)，雖然在一定程度上解放了教師的嘴，同時也對教師提出了更高要求，即在保證充分尊重學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的前提下提升把控整個課堂的能力，對學(xué)生上課紀(jì)律進(jìn)行有效規(guī)范以保證課堂秩序的正常穩(wěn)定。[7]在VR的技術(shù)層面，可以看到在利用VR實現(xiàn)將田野帶入課堂的過程中，VR還存在一定的技術(shù)問題，如定位更新慢、點觸筆手柄接觸不良、聲音不同步等，若不加以改進(jìn)就會影響教育效率，甚至對課堂教學(xué)成效和教育質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.應(yīng)用建議

(1)構(gòu)建VR課程體系

在高中利用VR技術(shù)進(jìn)行地理教學(xué)，首先應(yīng)對地理教材內(nèi)容進(jìn)行分類、整合，選擇適宜結(jié)合高科技手段進(jìn)行教學(xué)的內(nèi)容，完善VR技術(shù)和地理教學(xué)內(nèi)容的匹配，這樣才能確保VR豐富的資源可以有針對性地大展身手。其次建立一個可共享的VR地理課程資源庫，在資源庫中對地理課程資源進(jìn)行分類，這樣不僅有利于教師翻閱查找，及時有效地準(zhǔn)備教學(xué)設(shè)計以及制作VR多媒體，同時可以做到更有效地關(guān)聯(lián)相關(guān)學(xué)科。建議VR開發(fā)商與高校聯(lián)合創(chuàng)新，有效地將資源與技術(shù)整合，在VR資源庫中建構(gòu)適宜的、專業(yè)的VR課程體系。

(2)提升教師專業(yè)素質(zhì)

現(xiàn)代化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展，科技進(jìn)入教育領(lǐng)域已是常態(tài)，教師在進(jìn)行地理教學(xué)時，也不能停留在書本及簡單圖片的展示。利用互聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)技術(shù)，結(jié)合VR等高科技，下載所需教學(xué)資源，科學(xué)利用現(xiàn)代技術(shù)手段向?qū)W生傳遞與時俱進(jìn)的信息已成為教師新要求。例如，教師在使用VR技術(shù)時可以努力提升自己專業(yè)能力，熟悉虛擬現(xiàn)實教學(xué)的相關(guān)操作及流程，對各種信息以及科學(xué)技術(shù)有效整合利用，實現(xiàn)教師地理信息技術(shù)素養(yǎng)的有效提升。如此，不僅能夠促進(jìn)教師對科學(xué)發(fā)展動態(tài)的把握，也有利于學(xué)生開拓視野，掌握地理科學(xué)技術(shù)手段。除專業(yè)素養(yǎng)的提升之外，教師應(yīng)注重道德素養(yǎng)的提升，在日常教學(xué)中支持正版軟件、尊重知識產(chǎn)權(quán)、全面了解相關(guān)信息法規(guī)等。校方也應(yīng)積極組織教學(xué)研討會與專業(yè)培訓(xùn)課程，實現(xiàn)教師專業(yè)素質(zhì)與道德水平的提高，進(jìn)一步滿足信息時代要求。

(3)由點到面逐步推廣

任何一種新技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用都會受到質(zhì)疑，而評價任何一種新技術(shù)的成敗，需要完善的理論體系和大量實踐案例來驗證，這需要花費(fèi)很長時間。[8]基于VR技術(shù)在地理教學(xué)的適切性，可以通過局部學(xué)校試點，逐步擴(kuò)大宣傳范圍，最后以重點推廣的方式實現(xiàn)VR技術(shù)的實施普及。中學(xué)可以進(jìn)行小范圍VR課程設(shè)計試點，聯(lián)合社會各方對VR技術(shù)進(jìn)行課堂實施測評，經(jīng)過不斷改進(jìn)、實驗、完善、總結(jié)，直至VR技術(shù)符合要求后考慮普及推廣，如此可以有效降低教學(xué)方式改進(jìn)帶來的失敗風(fēng)險。

四、結(jié)論與展望

綜上所述，結(jié)合VR特征、教材分析等內(nèi)容研究VR技術(shù)應(yīng)用于高中地理課堂可解決的適切性問題：第一，VR技術(shù)可解決傳統(tǒng)課堂營造真實環(huán)境困難的問題；第二，VR技術(shù)有效促進(jìn)學(xué)生將書本知識與生活實際結(jié)合，有效培養(yǎng)地理核心素養(yǎng)；第三，虛擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境改善了傳統(tǒng)課堂師生交互少、生生合作少的狀況；第四，VR技術(shù)可以做到資源共享、資料開放，使學(xué)生從單一接受走向多元主動獲取知識。結(jié)合VR應(yīng)用特點以及應(yīng)用效果的影響因素對高中地理課程進(jìn)行分類，將適宜利用VR實現(xiàn)將田野帶入課堂的高中地理教學(xué)內(nèi)容分為四類。

研究通過教學(xué)設(shè)計和實驗，對寧夏回族自治區(qū)銀川一中高一兩個平行班級做對比分析，利用SPSS軟件對后測成績進(jìn)行單因素共變量分析，結(jié)合專業(yè)教師評價和學(xué)生問卷調(diào)查后論證利用VR技術(shù)將田野帶入課堂的有效性。研究認(rèn)為，VR技術(shù)的應(yīng)用對學(xué)生學(xué)習(xí)成就產(chǎn)生較為顯著的正向影響，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提升，同時發(fā)現(xiàn)實踐中存在的問題。最后給出應(yīng)用建議：第一，構(gòu)建VR課程體系；第二，提升教師專業(yè)素質(zhì)；第三，由點到面逐步推廣。

未來研究仍需在其它地方開展虛擬現(xiàn)實教育的實踐探索。本研究了解到地理課程普遍缺乏VR教學(xué)資源，期望未來教育開發(fā)部門可以與一線教師保持密切聯(lián)系，研發(fā)出適合使用VR技術(shù)授課的、與教材內(nèi)容適配的 VR資源，使教學(xué)內(nèi)容更有針對性。利用VR技術(shù)實現(xiàn)將田野帶入課堂，是機(jī)遇也是一種趨勢，道阻且長，行則將至，相信隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，VR技術(shù)必將在地理教育中發(fā)揮它更大的價值。