基于AR技術(shù)的初中生物學教學資源開發(fā)與運用策略研究

中圖分類號：G427 文獻標識碼：A文章編號：2097-1737（2025）18-0093-03

《義務(wù)教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）要求教師以豐富的生物學知識為載體，通過多種教學活動展現(xiàn)人們認識自然現(xiàn)象、掌握自然規(guī)律的思維方法及探究過程，反映自然科學的本質(zhì)。教師應(yīng)該通過開發(fā)和運用生活教學資源、網(wǎng)絡(luò)教學資源等，結(jié)合AR技術(shù)豐富課堂導入內(nèi)容、優(yōu)化課堂教學過程、展示課堂教學成果，從而改善初中生物學教學現(xiàn)狀，提升學生的核心素養(yǎng)。

一、AR技術(shù)與生物學教學資源的內(nèi)涵

（一）AR技術(shù)的內(nèi)涵

AR（AugmentedReality）技術(shù)即增強現(xiàn)實技術(shù)，具有真實世界與虛擬世界信息集成、實時交互等突出特點?！癆R滑塊”是以AR技術(shù)為支撐的教育系統(tǒng)中的一個功能，包括傳感器、智能交互等技術(shù)，可以用于音樂、視頻、三維模型等，從而達到優(yōu)化體感和視覺場景的目的。教師可以通過滑動AR滑塊拖動視頻時間軸，使教學更加便捷?！墩n程標準》強調(diào)，要重視信息化課程資源的開發(fā)和利用，為學生提供適應(yīng)信息時代所需要的新型學習模式和學習資源。因此，教師可以嘗試應(yīng)用AR技術(shù)開發(fā)教學資源，并充分發(fā)揮各類教學資源的優(yōu)勢。

（二）生物學教學資源的內(nèi)涵

生物學教學資源指一切可以被應(yīng)用于生物學課程教學的物質(zhì)條件、自然條件、社會條件等各方面的資源總和。教師利用教學資源可以豐富教學內(nèi)容，幫助學生深入學習生物學知識。對于初中生物學課程來說，教學資源來源于生活、班級、網(wǎng)絡(luò)等多個方面，教師圍繞這些教學資源和教材內(nèi)容設(shè)計符合學生基本認知的教學活動，有利于豐富學生的學習體驗。

二、基于AR技術(shù)開發(fā)與運用初中生物學教學資源的意義

（一）借助AR技術(shù)創(chuàng)新教學方法

初中生物學教學以實驗教學為基礎(chǔ)，不僅注重培養(yǎng)學生的實踐能力，還強調(diào)培養(yǎng)學生的觀察、分析、理解等綜合能力。教師借助AR技術(shù)創(chuàng)新生物學教學方法，可以為學生提供更多學習的時間和空間，鍛煉學生的自主學習能力，更好地培養(yǎng)學生探究生物學知識的能力，提高學生的綜合素養(yǎng)。

（二）運用AR技術(shù)直觀展示內(nèi)容

初中生物學的教學內(nèi)容涉及微觀的生物學知識，AR技術(shù)可以形象直觀地展示這類知識，縮短教學時間，促進學生深入理解此類知識。另外，對于生物學實驗，教師可以用三維模型替代生物學樣本，通過AR技術(shù)演示實驗過程，以豐富學生的實驗體驗，控制實驗成本。

三、基于AR技術(shù)開發(fā)與運用初中生物學教學資源的策略

下文以“植物的葉與蒸騰”的教學為例，從生活、班級、網(wǎng)絡(luò)、實驗、自然、社會、測試等方面介紹基于AR技術(shù)的初中生物學教學資源開發(fā)與運用的策略。

（一）開發(fā)與運用生活資源，豐富課堂導入內(nèi)容

在導入環(huán)節(jié)，教師可利用AR教育系統(tǒng)呈現(xiàn)“夏天老人在樹下乘涼”“農(nóng)民伯伯在傍晚移栽植物”“森林附近地區(qū)在降雨”的情境模型圖。隨后，教師可拖動AR滑塊，顯示“老人乘涼的位置變化”“農(nóng)民伯伯移栽植物的情境”“同一時間不同位置降雨的情況”的動態(tài)模型圖。對此，學生發(fā)現(xiàn)了生活中存在的生物學現(xiàn)象：老人愿意在大樹底下乘涼，農(nóng)民伯伯選擇在陰雨天或傍晚移栽植物，森林附近地區(qū)降雨量較大。教師可趁機提出引導性問題，如“為什么‘大樹底下好乘涼'？”“為什么農(nóng)民伯伯要在傍晚或陰雨天移栽植物？”“為什么森林附近地區(qū)的降雨量大？”等。學生在問題的驅(qū)動下作出“大樹底下沒有陽光”“陰雨天移栽植物可以保證植物有充足的水分供給”“森林吸收了更多的水分”的預測。如此，教師運用AR教育系統(tǒng)開發(fā)生活教育資源，激發(fā)了學生對生物學知識的好奇和興趣，便于引出后續(xù)教學活動。

（二）開發(fā)與運用班級資源，優(yōu)化課堂教學過程

教師在觀察學生的校園與班級生活時可以發(fā)現(xiàn)，學生在為植物澆水半日后，植物的葉子更綠，澆濕的土壤漸漸變干。教師引導學生發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，并在AR教育系統(tǒng)中利用AR滑塊演示葉片水分蒸騰的動態(tài)過程：拖動AR滑塊時，裝有葉片的燒杯中的紅色液體滲入葉片，葉片逐漸變紅。學生據(jù)此猜測“給植物澆的水沿著植物向上運動”。教師可以趁機要求學生分析出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因，同時繼續(xù)緩慢滑動滑塊，呈現(xiàn)“葉片上附著一層薄薄水珠”的現(xiàn)象，由此引出“葉表皮細胞的外壁有一層不透水的角質(zhì)層，角質(zhì)層可以防止葉片內(nèi)水分散失，而水分可以從氣孔散發(fā)”的教學內(nèi)容，引導學生整理蒸騰作用的概念與過程。這樣，學生利用班級教學資源真正理解了蒸騰作用的概念和過程，鍛煉了自主學習能力，收獲了良好的生物學學習效果。

（三）開發(fā)與運用網(wǎng)絡(luò)資源，展示課堂教學內(nèi)容

網(wǎng)絡(luò)媒體資源是一種創(chuàng)新的、便捷的生物學教學資源，具有新穎性、便捷性和時效性。對于“植物的葉與蒸騰”的教學內(nèi)容，教師可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)熱詞—“建?！边M行教學設(shè)計，在AR技術(shù)的輔助下，確立“建立葉子的結(jié)構(gòu)模型”主題，設(shè)置“研究葉子的結(jié)構(gòu)特點和組成”教學目標。具體而言，教師先引導學生觀察葉子的宏觀結(jié)構(gòu)，讓學生發(fā)現(xiàn)葉子包括葉柄和葉片兩個結(jié)構(gòu)，由此建立宏觀的葉子結(jié)構(gòu)圖。這個過程十分簡單，也容易激發(fā)學生的探究熱情。接著，教師在AR教育系統(tǒng)中展示葉子的微觀結(jié)構(gòu)，讓學生據(jù)此標注出葉子的上表皮、葉肉細胞、葉脈和下表皮，并描述不同結(jié)構(gòu)的特點。至此，教師利用AR技術(shù)完成了葉子的微觀結(jié)構(gòu)模型。學生觀察模型，并利用AR滑塊任意翻轉(zhuǎn)模型，可以全面地觀察葉子的微觀結(jié)構(gòu)，形成建模意識，更好地掌握課堂教學內(nèi)容[]。

（四）開發(fā)與運用實驗資源，完善課堂教學模式

在初中生物學的實驗教學過程中，教師可以利用AR技術(shù)模擬實驗過程，給予學生直觀的感受，促使學生理解實驗內(nèi)容，掌握實驗中的生物學知識。例如，教師圍繞“水從葉子的什么地方散發(fā)出來？”這一問題進行實驗設(shè)計，為學生演示實驗過程：第一步，在AR教育系統(tǒng)中拖動AR滑塊，選定蠶豆葉，吸干其上表皮和下表皮的水分；第二步，選擇兩張浸入氯化鈷溶液的藍色濾紙，貼在葉片的上表皮和下表皮表面，并以回形針固定位置；第三步，觀察濾紙的顏色變化，確定先變色的、顏色較深的濾紙是下表皮表面的濾紙。借助以上模擬實驗，學生得出“水是從葉的上下表皮中散發(fā)出來的，下表皮散發(fā)出來的水分多于上表皮散發(fā)出來的水分”的實驗結(jié)論，并提出問題：“葉子的上表皮和下表皮氣孔數(shù)量是否相同？”教師據(jù)此組織學生以小組形式進行AR模擬實驗，以分析、解決問題。學生在AR教育系統(tǒng)中再取一片葉子，應(yīng)用AR滑塊將其放入盛有60^°C 水的燒杯中，仔細觀察葉片兩面氣泡的數(shù)量，得到“下表皮表面氣泡數(shù)量多于上表皮表面氣泡數(shù)量”的結(jié)論[2]。由此，教師利用兩個AR模擬實驗，達到了提升實驗教學水平的目的。

（五）開發(fā)與運用自然資源，升華課堂教學價值

學生在研學過程中可以接觸到大自然，與大自然進行親密互動。教師可以充分利用自然資源引導學生發(fā)現(xiàn)大自然的奧秘，升華課堂教學價值。例如，在“奇妙的大自然”的主題下，教師根據(jù)大自然中植物生長的過程引出“水、無機鹽如何在植物體內(nèi)運輸？”的問題，并在課堂上呈現(xiàn)AR模擬動畫引導學生進行探究：植物根毛從泥土中吸收水分—水從植物根部位置運輸?shù)街参锶~片—水通過莖部木質(zhì)導管、葉脈、葉的上下表皮，從氣孔中蒸騰而出[3]。學生從動畫中可以直接看到水、無機鹽在植物體內(nèi)的運輸路徑，同時驗證了水、無機鹽在植物體內(nèi)的運輸路徑包括三個階段：第一，根毛從泥土中吸收水分；第二，水從根部運輸?shù)饺~；第三，水從氣孔中蒸騰而出。這樣的教學方式有助于學生理解生物學與大自然之間的特殊聯(lián)系。由此，學生利用AR模擬動畫學習了生物學知識，在生物學與自然的相關(guān)學習主題下發(fā)現(xiàn)了生物學知識蘊含的樂趣，同時掌握了AR模擬動畫在生物學學習中的優(yōu)勢，激發(fā)了學習生物學知識的積極性，明白了可以通過AR模擬動畫進行生物學實驗、得出生物學結(jié)論，這些都符合《課程標準》所倡導的教育理念[4]。

（六）開發(fā)與運用社會資源，延伸課堂教學范圍

社會資源是初中生物學教學的重要資源之一，開發(fā)、運用社會資源，延伸課堂教學范圍，可以優(yōu)化課堂教學效果。例如，教師可以與當?shù)刂参飯@的工作人員取得聯(lián)系，通過AR連線獲得植物園中部分植物的生長狀況：當溫度達到 37^°C 時，月季、三角梅等植物容易被曬傷，葉片上會出現(xiàn)曬傷的枯斑，這是明顯的失水現(xiàn)象。教師可以根據(jù)上述信息引導學生分析月季、三角梅等植物在高溫條件下的生長特點。在這一教學過程中，教師應(yīng)用AR滑塊調(diào)整月季、三角梅等植物在不同溫度下的變化情況。學生跟隨AR滑塊所展示的情景進行深入分析，找到溫度與植物生長之間的關(guān)系：當溫度在 35^°C 左右時，植物的葉片不容易出現(xiàn)缺水情況，當溫度持續(xù)高于 35^°C 后，植物的葉片容易出現(xiàn)缺水現(xiàn)象。根據(jù)溫度與植物生長之間的關(guān)系，學生對照教材內(nèi)容得到“植物水分散失的門戶是氣孔，通過氣孔的水分散失，植物可以降低葉片表面的溫度以抵御高溫”的結(jié)論。在AR連線即將結(jié)束時，植物園的工作人員可以給學生留下“如何利用實驗驗證‘植物體內(nèi)的水分主要由葉片散失’”的問題。教師利用AR教育系統(tǒng)展示“裝有花束的花盆整個被套在塑料袋內(nèi)、整個花束被套在塑料袋內(nèi)、半個花盆和整個花束被套在塑料袋內(nèi)、裝有樹枝的花盆被套在塑料袋內(nèi)、整個樹枝被套在塑料袋內(nèi)、半個花盆和整個樹枝被套在塑料袋內(nèi)”的不同情況，學生利用AR滑塊調(diào)整實驗裝置，選擇“整個花束被套在塑料袋內(nèi)”和“整個樹枝被套在塑料袋內(nèi)\"這兩個實驗進行對比，進而得到“植物體內(nèi)的水分主要由葉片散失”的結(jié)論。

（七）開發(fā)與運用測試資源，鞏固課堂教學結(jié)果

教師可以結(jié)合課程知識、教學內(nèi)容和AR技術(shù)建設(shè)生物學題庫系統(tǒng)，開發(fā)測試資源，檢驗學生的學習效果[5]。例如，教師在AR教育系統(tǒng)中建立了一個題庫系統(tǒng)，其中包括100道對應(yīng)的練習題目，涉及簡單、中等、復雜三種難度類型。教師可以在題庫中隨機選擇10道題組成測試卷，每個學生的試卷內(nèi)容各不相同。該系統(tǒng)可以匯總、反饋學生回答問題的情況，答對的習題顯示綠色，答錯的習題顯示紅色。例如，教師給對應(yīng)的學生設(shè)計以下問題：“不同環(huán)境條件下，影響植物蒸騰作用快慢速度的原因是什么？”學生則可以直接在系統(tǒng)中應(yīng)用AR技術(shù)完成測試：假設(shè)植物蒸騰作用的快慢速度與光照、溫度、濕度、空氣流動速度等有關(guān)。在應(yīng)用AR技術(shù)分別進行對照實驗后，學生得到了“濕度小、氣溫高、空氣流速快，蒸騰作用更強”的結(jié)論[]。

四、結(jié)束語

綜上所述，利用AR技術(shù)開發(fā)與運用不同的教學資源有利于培養(yǎng)學生的思維能力，對提升生物學整體教學水平、促進學生學業(yè)進步有重要的意義。因此，教師應(yīng)利用AR技術(shù)及以AR技術(shù)為支撐的教育系統(tǒng)開發(fā)與運用多種生物學教學資源，動態(tài)展示生物學現(xiàn)象、分析生物學問題、優(yōu)化生物學教學模式，促進學生對生物學知識的理解，響應(yīng)《課程標準》所倡導的教學理念。

參考文獻

[1]白碧媛.區(qū)域數(shù)字教育資源建設(shè)及規(guī)模化應(yīng)用推廣的實踐探索：以梧州市初中生物學科為例[J].廣西教育，2024（1）：75-78.

[2]況揚，曾嬪.基于AR技術(shù)的初中生物教學應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代計算機，2023，29（9）：80-85.

[3]郭浩.初中生物課程教學資源的開發(fā)與整合[J].數(shù)理化解題研究，2023（2）：139-141.

[4]何進.農(nóng)村初中生物教學資源的開發(fā)與利用[J].貴州教育，2022（8）：32-33.

[5]孫瑜.淺談初中生物實驗室的建設(shè)與教學資源的有效利用[J].新課程，2022（9）：66-67.

[6]牛娟.基于信息化教學資源的初中生物教學實踐探究[J].中小學電教，2021（12）：47-48.

作者簡介：陳鵬（1993.10-），男，貴州赫章人，任教于貴州省畢節(jié)市赫章縣古達苗族彝族鄉(xiāng)初級中學，安全主任，一級教師，本科學歷。