AR技術(shù)在初中地理教學(xué)中的應(yīng)用探究

王思汗 袁玖根

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，它為人們的生活提供了極大便利。在教育教學(xué)中借助新型技術(shù)手段提升教學(xué)效果成為一種必然趨勢。在初中地理教學(xué)中存在諸多難點，如地球運動、自然氣候、等高線地形圖等。本文將增強現(xiàn)實技術(shù)的獨特優(yōu)勢與地理課堂相結(jié)合，從分析初中地理教學(xué)現(xiàn)狀入手，探究增強現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計問題情境、促進自主學(xué)習(xí)、實施合作學(xué)習(xí)、建構(gòu)交互課堂等方面的具體應(yīng)用，為地理教學(xué)開辟新路徑。

【關(guān)鍵詞】初中地理；AR技術(shù)；交互課堂；應(yīng)用探究

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）05-078-04

《義務(wù)教育地理課程標準（2022年版）》中強調(diào)，教師既要保持板書、板圖等傳統(tǒng)地理教學(xué)手段的優(yōu)點，又要融合運用現(xiàn)代教育技術(shù)手段。教師要不斷改進教學(xué)方法，突出學(xué)生的自主、合作、探究式學(xué)習(xí)，設(shè)計具有整體性的教學(xué)活動過程，努力形成教學(xué)特點，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有利于核心素養(yǎng)提升的成長環(huán)境[1]。增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于地理課堂能較好地滿足新課標的要求，其獨特的實時交互性可以將虛擬世界與真實世界完美結(jié)合。在課堂教學(xué)中運用AR技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，從而讓學(xué)生在虛實結(jié)合的情境中進行自主、合作、探究式學(xué)習(xí)，增強地理課堂的互動性。AR技術(shù)化抽象為具體，能夠降低地理學(xué)習(xí)的難度，有利于加強學(xué)生對地理知識的印象，并且?guī)椭處熗晟平虒W(xué)形式、豐富教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)效率。

AR技術(shù)與地理學(xué)科教學(xué)

1.AR技術(shù)

增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，簡稱AR）是指利用計算機提供的信息加強使用者對真實環(huán)境感知的技術(shù)，并且將實時生成的虛擬場景疊加到現(xiàn)實世界中從而達到增強現(xiàn)實的作用[2]。AR技術(shù)能夠突破時空的局限，利用立體成像原理實現(xiàn)真實場景的再現(xiàn)，把現(xiàn)實生活中無法看到的場景實時展現(xiàn)在大家面前。AR技術(shù)的主要特征包括以下幾點。

（1）虛實結(jié)合。將虛擬場景與真實世界疊加在同一時空呈現(xiàn)是AR最主要的特征，AR能夠把人們在現(xiàn)實世界中無法觀察到的場景以三維畫面的形式呈現(xiàn)。在地理教學(xué)中，AR技術(shù)可以對無法直接觀測的地理現(xiàn)象進行虛擬構(gòu)建并與真實的地理課堂相結(jié)合，增強學(xué)生對地理現(xiàn)象的感知。

（2）實時交互。AR除了將虛擬信息與現(xiàn)實世界相結(jié)合外，還能實現(xiàn)使用者與虛擬環(huán)境進行實時交互并且獲得即時反饋的功能，使用者通過觸覺在虛擬環(huán)境中進行互動交流。在地理教學(xué)中，這一特點可以增強教學(xué)的互動性，營造活躍的教學(xué)氛圍。

（3）三維注冊。開發(fā)者利用計算機開發(fā)出與真實環(huán)境相對應(yīng)的虛擬事物，再通過電子設(shè)備識別真實的物體，隨后做出增強反饋，將虛擬事物疊加到真實物體上，為使用者帶來更加直觀的視覺沖擊，從而達到增強現(xiàn)實的目的。

2.地理學(xué)科教學(xué)背景

初中地理知識不僅具有空間性、推理性、實踐性、綜合性等屬性，還具有自然科學(xué)與社會科學(xué)的交叉性特征。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生要掌握如何探尋地理現(xiàn)象變化發(fā)展的規(guī)律，并且要學(xué)會正確闡述人與地理環(huán)境的關(guān)系。在教學(xué)中，教師實施地理教學(xué)的形式大多是借助PPT課件講授教學(xué)內(nèi)容，采取死記硬背的方式來強化學(xué)生對內(nèi)容的理解。如果教師不及時改進教學(xué)形式，仍然使用刻板的教學(xué)模式進行教學(xué)，容易導(dǎo)致學(xué)生對地理知識產(chǎn)生負面情緒從而失去興趣，極大地影響學(xué)生對于學(xué)習(xí)的自主性和能動性。因此，教師要善于運用現(xiàn)代信息技術(shù)手段改善教學(xué)形式，豐富教學(xué)內(nèi)容，增強學(xué)生的主動性，促進學(xué)生空間思維的形成。AR技術(shù)可以充當(dāng)這一教學(xué)工具，其獨特的具象表達有利于學(xué)生空間思維的形成，AR技術(shù)利用變化的技術(shù)模擬出不同情境下地理環(huán)境的狀態(tài)變化，彌補教學(xué)環(huán)境的局限性，提高學(xué)生對抽象知識的理解能力。因此，AR技術(shù)運用在初中地理課堂中能給地理教學(xué)帶來巨大改變，有利于教學(xué)效果和學(xué)生積極性的提高。

初中地理教學(xué)現(xiàn)狀

1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

初中地理知識之間都存在密切的關(guān)聯(lián)，其中部分概念沒有理解透徹對于之后的學(xué)習(xí)會產(chǎn)生較大的影響。目前，初中階段的學(xué)生多數(shù)都對地理學(xué)科有一個錯誤的認識，他們認為學(xué)習(xí)地理知識就是為了通過考試，因此他們覺得掌握一些知識點就足夠了。這就導(dǎo)致學(xué)生對地理知識的學(xué)習(xí)積極性不高，對知識整體性把握也不充分，從而失去了學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性。此外，地理學(xué)科的學(xué)習(xí)抽象程度高、邏輯推理能力強，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中如果不能掌握合適的學(xué)習(xí)方法，就容易迷失方向，難以提升學(xué)習(xí)能力，無法正確理解地理知識。因此，教師的引領(lǐng)作用就顯得十分重要，教師需要引導(dǎo)學(xué)生沉浸在地理知識的寶庫中，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生掌握適合自己的學(xué)習(xí)方法，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)更多的地理知識。

2.教師教學(xué)形式傳統(tǒng)

初中地理教師的教學(xué)形式大多采用多媒體課件加板書、板畫，較為傳統(tǒng)，課堂氛圍沉悶，無法符合學(xué)生的期待，難以吸引學(xué)生的好奇心和注意力，以致于學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不理想，無法較好地掌握地理知識，導(dǎo)致學(xué)生漸漸地失去了地理學(xué)習(xí)的激情。此外，一部分教師的教學(xué)觀念仍局限于傳統(tǒng)教學(xué)理念，并沒有將現(xiàn)代教育技術(shù)與初中地理教學(xué)結(jié)合起來。即使采用信息技術(shù)手段，也只是把它作為一種調(diào)動學(xué)生好奇心的工具，忽略了其他的價值和作用，教學(xué)效果不佳。現(xiàn)代教師需要及時轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改進教學(xué)形式，將AR技術(shù)與初中地理教學(xué)完美融合，進而營造課堂的教學(xué)氛圍和提高學(xué)生的主動性。

3.空間概念不易形成

初中地理學(xué)科具有抽象性、空間性等特點，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中最難理解的知識類型就是空間想象類知識，這一類型的內(nèi)容抽象程度高、理解難度大，對學(xué)生的空間思維能力要求較高。初中階段，學(xué)生空間思維能力還未完全形成，教師由于信息技術(shù)手段的缺乏難以將該類型的內(nèi)容形象直觀地演示，因此這一類型的教學(xué)內(nèi)容成為教師教學(xué)的最大難點，長期困擾著地理教師。針對這一問題，AR技術(shù)獨特的優(yōu)勢（虛實結(jié)合、實時交互、三維注冊）就顯得格外適用，它可以幫助教師很好地解決這類重難點教學(xué)問題[3]。

AR技術(shù)應(yīng)用于初中地理教學(xué)的優(yōu)勢

1.AR技術(shù)可以增強情境創(chuàng)設(shè)

在初中地理教學(xué)中，由于受到場地和技術(shù)等因素的限制，導(dǎo)致地理課堂無法創(chuàng)設(shè)出學(xué)生的學(xué)習(xí)情境[4]。AR技術(shù)借助自身特點可以經(jīng)濟有效地改善該問題。我們只需要在教室里就能體驗各種虛擬的地理現(xiàn)象，同學(xué)們借助AR設(shè)備與傳感器就可以實現(xiàn)與場景互動的效果，以達到情境教學(xué)的目的。

具體來說，在地震教學(xué)中如果僅僅借助圖像、視頻來演示地震時的真實感受，這些表達形式都是較為乏力的，沒有真實經(jīng)歷過的學(xué)生根本無法切身體會，這種方式無法給學(xué)生帶來深刻的感受，反之借助增強現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建發(fā)生地震時的情境，讓學(xué)生利用設(shè)備身處其中獲得更加強烈的體驗。如在震動中的陸地、在搖擺中的建筑等，這些都是傳統(tǒng)教學(xué)無法達到的效果。

2.AR技術(shù)可以增強直觀教學(xué)

初中地理教材以豐富的圖像資料為主，是學(xué)生獲取形象感性知識的重要途徑，是初中生形成空間思維的紐帶。但是地理知識包括許多復(fù)雜抽象的概念和原理，僅僅使用平面、靜態(tài)的表現(xiàn)方式，對于學(xué)生完全理解該類知識是非常困難的。如果借助AR技術(shù)的空間可視化、平面立體化進行地理教學(xué)，將其立體化、動態(tài)化，更能直觀地展示地理知識，有利于學(xué)生理解，這與“教師講、學(xué)生聽”的傳統(tǒng)地理課堂相比更加具有趣味性和直觀性[5]。

具體來說，七年級上冊第一單元的地球運動，同學(xué)們對于地理自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的理解比較困難，特別是晝夜時間變化情況不易掌握。在教學(xué)中，如果教師僅使用平面圖是難以表達地球具體形狀的，更無法有效表達地球運動的過程，容易出現(xiàn)教師教得費力、學(xué)生學(xué)得吃力等情況。這時將AR技術(shù)運用于地理課堂，可以將地球模型立體化，學(xué)生只需用手撥動、放大或縮小三維地球模型讓其旋轉(zhuǎn)就能觀察地球自轉(zhuǎn)與晝夜長短變化的規(guī)律，起到降低學(xué)習(xí)難度、增強學(xué)習(xí)興趣的作用。

3.AR技術(shù)可以豐富教學(xué)資源

我國各地區(qū)的經(jīng)濟水平存在一定的差距，從而導(dǎo)致各個地區(qū)和學(xué)校之間出現(xiàn)教育資源分配不均的問題，特別在經(jīng)濟落后地區(qū)，教育資源非常貧乏。AR技術(shù)可以將圖片、視頻等信息投射到真實世界中疊加在一起顯示，可以展現(xiàn)多種虛擬信息，基本覆蓋地理教學(xué)中所有資源的類型。

最關(guān)鍵的是AR技術(shù)的實現(xiàn)成本較低，應(yīng)用設(shè)備操作簡單，教育產(chǎn)品豐富。如AR眼鏡、AR頭盔、AR投影儀等專業(yè)設(shè)備，也可以借助手機、平板攝像頭實現(xiàn)增強現(xiàn)實功能；在地理教學(xué)方面，比較成熟的教育產(chǎn)品有“妙懂初中地理”和“AR中學(xué)地球儀”等。AR技術(shù)在地理課堂中的使用不僅起到了傳達教學(xué)內(nèi)容的目的，還為學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)提供了更加豐富的學(xué)習(xí)資源，從而豐富各地區(qū)的教育資源。

AR技術(shù)在初中地理教學(xué)中的應(yīng)用策略

1.結(jié)合AR技術(shù)創(chuàng)建情境教學(xué)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師通常用講授法傳授理論知識，采用強行記憶的方式來加強學(xué)生對知識點的印象。如果一味地使用這種教學(xué)方式會讓學(xué)生逐漸產(chǎn)生厭學(xué)心理，并喪失好學(xué)情緒。我們應(yīng)該極力防止此類情況的出現(xiàn)，教師可以借助AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)出真實的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生體驗沉浸式學(xué)習(xí)并準備相應(yīng)的隨堂提問，起到強化學(xué)生記憶知識點的作用。

以“等高線地形圖”為例，教師引導(dǎo)學(xué)生在“妙懂初中地理”App上觀察三維模型，地形圖的直觀形象立體地出現(xiàn)在學(xué)生的眼前（圖1）。學(xué)生在增強現(xiàn)實技術(shù)的軟件中可以全方位地對山體進行觀察，從而根據(jù)等高線地形圖尋找對應(yīng)的山脈，還可以在任務(wù)欄中啟動或關(guān)閉等高面和等高線，學(xué)生可以較好地發(fā)現(xiàn)山體和等高線兩者的聯(lián)系。教師引導(dǎo)學(xué)生理解等高線的含義以及山體五個部位的判讀，以達到情境教學(xué)的目的，調(diào)動學(xué)生的好奇心和自主性[6]。

教師在學(xué)生探索環(huán)節(jié)結(jié)束后，可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容隨堂提問，引發(fā)學(xué)生深度思考。如怎樣區(qū)分等高線地形圖，如何識別山谷、山脊、鞍部、陡崖，分層設(shè)色地形圖的由來以及如何判讀，等高線地形圖的彎曲方向和疏密程度有何地理意義等。學(xué)生們剛剛觀察完三維地形圖，頭腦中已經(jīng)形成了立體的模型，對等高線地形圖的關(guān)系有了深刻的了解，所以對于這些問題都能輕松應(yīng)對。

2.結(jié)合AR技術(shù)實現(xiàn)自主探究

AR技術(shù)自身獨特的空間可視化、平面立體化，能夠構(gòu)建現(xiàn)實世界中不存在的虛擬環(huán)境[7]。如果將該技術(shù)在“影響氣候的主要因素”的課堂上運用，不僅可以使學(xué)生在虛構(gòu)的環(huán)境中快速地區(qū)分和確定影響氣候的要素，還能調(diào)動學(xué)生在地理學(xué)習(xí)方面進行自主探究。

以“地球運動對氣候的影響”為例，在教學(xué)中教師借助AR眼鏡讓學(xué)生獲得地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的立體模型認知。“早晨到中午，中午到傍晚，傍晚到子夜，子夜到清晨”的連續(xù)變化是由地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的。AR技術(shù)所展現(xiàn)的虛擬場景可以給學(xué)生帶來溫度變化的感受，如在早晨時溫度比較低，在中午溫度比較高，到子夜溫度降為一天的最低值。該模式“24小時”反復(fù)循環(huán)時，學(xué)生能夠在溫度低時產(chǎn)生要添衣服的感受；在溫度高時產(chǎn)生減衣服的感受。

“春、夏、秋、冬”四季更替是由地球公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的。AR技術(shù)所呈現(xiàn)的情境可以達到四季分明的效果，如在春天，學(xué)生們能夠感覺到萬物蘇醒的氣息；在夏天，能夠感覺到烈日炎炎的氣溫；在秋天，感受瓜果飄香的喜悅；在冬天，銀裝素裹瞬間映入眼簾。學(xué)生們借助AR技術(shù)對地球公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的情境進行了學(xué)習(xí)和感受，因此可以非常清晰敏銳地獲得本節(jié)的知識點。地理課堂結(jié)合AR技術(shù)，不僅可以突破傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生在虛擬的真實情境中探究教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生自身的潛質(zhì)還可以獲得一定程度的發(fā)展。

3.結(jié)合AR技術(shù)實施合作學(xué)習(xí)

教師在地理教學(xué)中，可以把增強現(xiàn)實技術(shù)與小組討論相結(jié)合，讓學(xué)生在感受AR技術(shù)構(gòu)建的地理環(huán)境時迸發(fā)出更多的新想法，能在合作學(xué)習(xí)中不斷產(chǎn)生新觀點。教師應(yīng)該為學(xué)生構(gòu)建一個良好的合作氛圍，分組時要注意“能力均衡”規(guī)律，要確保調(diào)動全體成員參與獲得的積極性。

以“海陸分布對氣候產(chǎn)生的影響”為例，教師借助AR技術(shù)展示海陸情境，學(xué)生通過觀看畫面進程可以發(fā)現(xiàn)，海水溫度升高和下降的速度都是比較慢的，而陸地溫度則是比較快地上升和下降[8]。隨之轉(zhuǎn)換情境，給學(xué)生呈現(xiàn)南北半球的效果圖，再組織活動“借助AR情境，探索海陸分布對氣候的影響規(guī)律是什么?！彪S后進入小組討論環(huán)節(jié)，各個小組進行激烈討論后得出結(jié)論，教師請各個小組派出一位代表匯報，最后由教師給出最終答案、糾正認知問題。這樣不僅調(diào)動了課堂氛圍和學(xué)生興趣，還能夠給學(xué)生帶來更加直觀的體驗，使其留下深刻印象。

4.結(jié)合AR技術(shù)建構(gòu)交互課堂

在初中地理教學(xué)中，教師要把學(xué)生放在主要位置，不能把學(xué)生當(dāng)作被動接收知識的載體，學(xué)生是積極主動的學(xué)習(xí)個體。AR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)基本穩(wěn)定，如AR卡片、AR軟件等操作簡單、成本較低的AR教學(xué)工具已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[9]。教師在教學(xué)過程中，可以根據(jù)所授知識的重難點結(jié)合AR技術(shù)，從而可以讓學(xué)生與AR技術(shù)創(chuàng)造的虛擬環(huán)境進行實時的交互，增強地理課堂的互動性和靈活性。

以“地形地勢對氣候產(chǎn)生的影響”為例，教師將地形與地勢影響自然氣候變化的諸多因素講授給學(xué)生。在理論知識傳授完畢時，教師借助AR卡片和手機、平板等傳感設(shè)備為學(xué)生提供真實情境的展現(xiàn)，學(xué)生還能夠和情境中的虛擬人進行互動交流，擴充更多教師課堂上沒有涉及的地理知識。課堂互動對提升教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效率都起著巨大作用，而且課堂互動在大班授課制的形式下很難進行，因此在地理教學(xué)中需要重視教學(xué)互動的必要性。

增強現(xiàn)實技術(shù)在初中地理教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛，AR技術(shù)能夠?qū)⑻摂M環(huán)境與真實世界疊加在一起并進行實時交互，無論是教學(xué)者還是學(xué)習(xí)者都能夠受益匪淺，給地理教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來全新的體驗[10]。AR技術(shù)應(yīng)用于地理教學(xué)，有助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、豐富教師教學(xué)形式、突破教學(xué)重難點。教師需要合理地將AR技術(shù)與地理課堂融合起來，通過創(chuàng)設(shè)問題情境、引導(dǎo)學(xué)生獨立探究、進行合作學(xué)習(xí)、構(gòu)建交互課堂等方式，幫助學(xué)生更有效地理解和掌握地理知識，從而完成《義務(wù)教育地理課程標準（2022年版）》中提出的各項要求，為學(xué)生構(gòu)建有利于核心素養(yǎng)提升的成長環(huán)境。

注：本文為2022年江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級課題“科技競賽視閾下大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)策略研究”（課題編號：JXJG22104）的研究成果

參考文獻

中華人民共和國教育部. 義務(wù)教育地理課程標準（2022年版）[S]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

季節(jié)，周侗，李玉潔. AR技術(shù)應(yīng)用于中學(xué)地理教學(xué)研究——以AR中學(xué)地球儀手機APP為例[J]. 中國教育技術(shù)裝備，2021（18）： 32-37.

季靜宇. AR技術(shù)在初中地理教學(xué)中的應(yīng)用——以“等高線地形圖”為例[J]. 地理教育，2018（4）： 51-52.

周琴. 增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）在初中地理教學(xué)的應(yīng)用研究[D]. 南充：西華師范大學(xué)，2019.

楊清會. AR技術(shù)在初中地理難點教學(xué)中的運用分析[C]. 華南教育信息化研究經(jīng)驗交流會2021論文匯編（十），2021.

孫旭，趙越. 增強現(xiàn)實技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用——以增強現(xiàn)實沙盤的制作為例[J]. 中學(xué)地理教學(xué)參考，2017（1）： 33-34.

林佩園. AR技術(shù)應(yīng)用于高中地理學(xué)科教學(xué)策略研究[D]. 無錫：江南大學(xué)，2021.

楊洋. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用淺析[J]. 地理教育，2022（S1）： 109-110.

李婷婷. 增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用研究[D]. 南充：西南大學(xué)，2020.

林漢文. 信息技術(shù)與地理教育深度融合策略探析[J].? 考試周刊，2016（A5）： 137.

作者單位：江西科技師范大學(xué)

編? ?輯：徐靖程