AR技術(shù)在初中地理教學(xué)中的應(yīng)用探究

【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(diǎn)，如地球運(yùn)動(dòng)、自然氣候、等高線地形圖等。本文將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的獨(dú)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)問題情境、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)、實(shí)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《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中強(qiáng)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(diǎn)，又要融合運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)手段。教師要不斷改進(jìn)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(jì)具有整體性的教學(xué)活動(dòng)過程，努力形成教學(xué)特點(diǎn)，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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于地理課堂能較好地滿足新課標(biāo)的要求，其獨(dú)特的實(shí)時(shí)交互性可以將虛擬世界與真實(shí)世界完美結(jié)合。在課堂教學(xué)中運(yùn)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(shí)結(jié)合的情境中進(jìn)行自主、合作、探究式學(xué)習(xí)，增強(qiáng)地理課堂的互動(dòng)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(qiáng)學(xué)生對地理知識(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AugmentedReality，簡稱AR）是指利用計(jì)算機(jī)提供的信息加強(qiáng)使用者對真實(shí)環(huán)境感知的技術(shù)，并且將實(shí)時(shí)生成的虛擬場景疊加到現(xiàn)實(shí)世界中從而達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的作用[2]。AR技術(shù)能夠突破時(shí)空的局限，利用立體成像原理實(shí)現(xiàn)真實(shí)場景的再現(xiàn)，把現(xiàn)實(shí)生活中無法看到的場景實(shí)時(shí)展現(xiàn)在大家面前。AR技術(shù)的主要特征包括以下幾點(diǎn)。（1）虛實(shí)結(jié)合。將虛擬場景與真實(shí)世界疊加在同一時(shí)空呈現(xiàn)是AR最主要的特征，AR能夠把人們在現(xiàn)實(shí)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(jìn)行虛擬構(gòu)建并與真實(shí)的地理課堂相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生對地理現(xiàn)象的感知。（2）實(shí)時(shí)交互。AR除了將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合外，還能實(shí)現(xiàn)使用者與虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互并且獲得即時(shí)反饋的功能，使用者通過觸覺在虛擬環(huán)境中進(jìn)行互動(dòng)交流。在地理教學(xué)中，這一特點(diǎn)可以增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)性，營造活躍的教學(xué)氛圍。（3）三維注冊。開發(fā)者利用計(jì)算機(jī)開發(fā)出與真實(shí)環(huán)境相對應(yīng)的虛擬事物，再通過電子設(shè)備識(shí)別真實(shí)的物體，隨后做出增強(qiáng)反饋，將虛擬事物疊加到真實(shí)物體上，為使用者帶來更加直觀的視覺沖擊，從而達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的。2.地理學(xué)科教學(xué)背景初中地理知識(shí)不僅具有空間性、推理性、實(shí)踐性、綜合性等屬性，還具有自然科學(xué)與社會(huì)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(huì)正確闡述人與地理環(huán)境的關(guān)系。在教學(xué)中，教師實(shí)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(qiáng)化學(xué)生對內(nèi)容的理解。如果教師不及時(shí)改進(jìn)教學(xué)形式，仍然使用刻板的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，容易導(dǎo)致學(xué)生對地理知識(shí)產(chǎn)生負(fù)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(dòng)性。因此，教師要善于運(yùn)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(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)性，促進(jìn)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(dú)特的具象表達(dá)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(bǔ)教學(xué)環(huán)境的局限性，提高學(xué)生對抽象知識(shí)的理解能力。因此，AR技術(shù)運(yùn)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(shí)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(huì)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(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，他們認(rèn)為學(xué)習(xí)地理知識(shí)就是為了通過考試，因此他們覺得掌握一些知識(shí)點(diǎn)就足夠了。這就導(dǎo)致學(xué)生對地理知識(shí)的學(xué)習(xí)積極性不高，對知識(shí)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(qiáng)，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(shí)。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(shí)的寶庫中，調(diào)動(dòng)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(shí)。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(shí)，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(dòng)學(xué)生好奇心的工具，忽略了其他的價(jià)值和作用，教學(xué)效果不佳?，F(xiàn)代教師需要及時(shí)轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)形式，將AR技術(shù)與初中地理教學(xué)完美融合，進(jìn)而營造課堂的教學(xué)氛圍和提高學(xué)生的主動(dòng)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(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中最難理解的知識(shí)類型就是空間想象類知識(shí)，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(diǎn)，長期困擾著地理教師。針對這一問題，AR技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢（虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)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(diǎn)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(qiáng)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(diǎn)可以經(jīng)濟(jì)有效地改善該問題。我們只需要在教室里就能體驗(yàn)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(shí)現(xiàn)與場景互動(dòng)的效果，以達(dá)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(shí)的真實(shí)感受，這些表達(dá)形式都是較為乏力的，沒有真實(shí)經(jīng)歷過的學(xué)生根本無法切身體會(huì)，這種方式無法給學(xué)生帶來深刻的感受，反之借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建發(fā)生地震時(shí)的情境，讓學(xué)生利用設(shè)備身處其中獲得更加強(qiáng)烈的體驗(yàn)。如在震動(dòng)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(dá)到的效果。2.AR技術(shù)可以增強(qiáng)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(shí)的重要途徑，是初中生形成空間思維的紐帶。但是地理知識(shí)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(shí)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(jìn)行地理教學(xué)，將其立體化、動(dòng)態(tài)化，更能直觀地展示地理知識(shí)，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(jí)上冊第一單元的地球運(yùn)動(dòng)，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(shí)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(dá)地球具體形狀的，更無法有效表達(dá)地球運(yùn)動(dòng)的過程，容易出現(xiàn)教師教得費(fèi)力、學(xué)生學(xué)得吃力等情況。這時(shí)將AR技術(shù)運(yùn)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(dòng)、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(qiáng)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(jì)水平存在一定的差距，從而導(dǎo)致各個(gè)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(jì)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(shí)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(shí)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(jī)、平板攝像頭實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(dá)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(shí)，采用強(qiáng)行記憶的方式來加強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的印象。如果一味地使用這種教學(xué)方式會(huì)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(shí)的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生體驗(yàn)沉浸式學(xué)習(xí)并準(zhǔn)備相應(yīng)的隨堂提問，起到強(qiáng)化學(xué)生記憶知識(shí)點(diǎn)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟件中可以全方位地對山體進(jìn)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(dòng)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(gè)部位的判讀，以達(dá)到情境教學(xué)的目的，調(diào)動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)自主探究AR技術(shù)自身獨(dú)特的空間可視化、平面立體化，能夠構(gòu)建現(xiàn)實(shí)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(yùn)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(dòng)學(xué)生在地理學(xué)習(xí)方面進(jìn)行自主探究。以“地球運(yùn)動(dòng)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(rèn)知?！霸绯康街形?，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(shí)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(shí)”反復(fù)循環(huán)時(shí)，學(xué)生能夠在溫度低時(shí)產(chǎn)生要添衣服的感受；在溫度高時(shí)產(chǎn)生減衣服的感受?！按?、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(dá)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(jìn)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(shí)點(diǎn)。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(shí)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(shí)施合作學(xué)習(xí)教師在地理教學(xué)中，可以把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(shí)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(diǎn)。教師應(yīng)該為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)良好的合作氛圍，分組時(shí)要注意“能力均衡”規(guī)律，要確保調(diào)動(dòng)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(jìn)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(dòng)“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(jìn)入小組討論環(huán)節(jié)，各個(gè)小組進(jìn)行激烈討論后得出結(jié)論，教師請各個(gè)小組派出一位代表匯報(bào)，最后由教師給出最終答案、糾正認(rèn)知問題。這樣不僅調(diào)動(dòng)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(yàn)，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(dòng)接收知識(shí)的載體，學(xué)生是積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)個(gè)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(shí)的重難點(diǎn)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(jìn)行實(shí)時(shí)的交互，增強(qiáng)地理課堂的互動(dòng)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(shí)傳授完畢時(shí)，教師借助AR卡片和手機(jī)、平板等傳感設(shè)備為學(xué)生提供真實(shí)情境的展現(xiàn)，學(xué)生還能夠和情境中的虛擬人進(jìn)行互動(dòng)交流，擴(kuò)充更多教師課堂上沒有涉及的地理知識(shí)。課堂互動(dòng)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(dòng)在大班授課制的形式下很難進(jìn)行，因此在地理教學(xué)