增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）在地理教學(xué)中的應(yīng)用探究
——以中圖版“多民族的國家”為例

·全希/中國地圖出版社（100054）

增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）在地理教學(xué)中的應(yīng)用探究
——以中圖版“多民族的國家”為例

·全希/中國地圖出版社（100054）

本文在分析增強現(xiàn)實技術(shù)概念、特征基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)地理教學(xué)與數(shù)字時代環(huán)境下的新技術(shù)——增強現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，指出增強現(xiàn)實技術(shù)可以為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)一種體驗和沉浸的學(xué)習(xí)環(huán)境，達到知識建構(gòu)的目的，提升地理課堂教學(xué)效果。

增強現(xiàn)實技術(shù)；地理教學(xué)；應(yīng)用

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，也被稱為混合現(xiàn)實。它通過光電顯示技術(shù)、交互技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)將計算機生成的虛擬信息疊加至用戶周圍的真實場景中，使用戶感覺虛擬信息是其周圍真實環(huán)境的組成部分。增強現(xiàn)實技術(shù)具有虛實結(jié)合、實時交互、三維注冊等特點。使用增強現(xiàn)實技術(shù)可以增強用戶的視覺感受，延伸用戶視覺系統(tǒng)的功能，并通過多種方式與真實和虛擬相融合的環(huán)境進行交互。與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相比，增強現(xiàn)實技術(shù)對硬件要求更低，卻有著更高的注冊精度和更具視覺沖擊力的真實感，因而被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，如軍事訓(xùn)練、醫(yī)療解剖、儀器維修、游戲娛樂、古跡復(fù)原、展覽演示、兒童出版物等。相較于西方發(fā)達國家，中國在此技術(shù)研究方面較落后，增強現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用還處在一個萌芽階段，但其在教學(xué)上的應(yīng)用研究對推進我國教育信息化、促進基礎(chǔ)教育課程改革有著積極意義。

一、拓展紙質(zhì)教材，豐富媒體形式

由于傳統(tǒng)紙質(zhì)教材版面限制，針對一個內(nèi)容點有時只能用一幅圖片呈現(xiàn)。通過增強現(xiàn)實這一技術(shù)手段，可以實現(xiàn)在同一版面位置提供系列圖片、視頻等，從不同角度、不同層次闡述同一內(nèi)容點，使知識更加立體化。

中國地圖出版社出版的初中地理教材基于AR技術(shù)、3D技術(shù)開發(fā)了師生用的安卓平板電腦、手機APP，主要包含與課文同步的3D模型、動畫、音視頻、圖文資料、地理作業(yè)、地理游戲等教學(xué)資源。以“多民族的國家”為例，手機App為這節(jié)課設(shè)計了15個拓展知識點，師生通過App的“知識點”瀏覽或“AR掃描”即可獲取資源（如圖1）。通過三維模型、視頻影像、高清圖片、電子交互地圖等，較為客觀地構(gòu)建一個接近真實的知識體系，模擬出可視化的知識脈絡(luò)，加強學(xué)生對復(fù)雜空間事物、抽象概念的理解，大大提升了閱讀體驗和課堂學(xué)習(xí)效果。

圖1 “多民族的國家”拓展知識點

二、直觀展現(xiàn)內(nèi)容，促進知識構(gòu)建

地理課程中有很多比較抽象的概念或原理，采用靜態(tài)、平面的呈現(xiàn)方式學(xué)生理解起來會比較吃力。如果采用增強現(xiàn)實技術(shù)，使其立體化、動態(tài)化，可以提高學(xué)生興趣，有助于學(xué)生知識的建構(gòu)。如掃描紙質(zhì)教材中地球儀圖片，會呈現(xiàn)出立體的地球儀，學(xué)生可用手撥動地球儀讓其旋轉(zhuǎn)演示地球自轉(zhuǎn)（如圖2a）；掃描教材中我國主要地形區(qū)的地圖，會呈現(xiàn)出立體起伏的中國地形，二者結(jié)合，一方面可以讓學(xué)生直觀感受我國的地形地勢特征，另一方面可以幫助學(xué)生掌握分層設(shè)色地形圖的閱讀（如圖2b）；掃描教材中民居圖片，會呈現(xiàn)出立體的民居，有利于學(xué)生理解民居的結(jié)構(gòu)與特色（如圖2c）。

增強現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)的信息可以是立體、多維、動態(tài)、交互的，帶給學(xué)生視覺、聽覺、觸覺上的多重感官刺激，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。利用增強現(xiàn)實技術(shù)，可以更生動地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，更直觀地描述和呈現(xiàn)學(xué)科知識，幫助學(xué)生更好地掌握教材中的知識點，突破教學(xué)重、難點。

三、營造交互氛圍，創(chuàng)設(shè)問題情境

情境學(xué)習(xí)和認(rèn)知理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者參與基于社會情境的一般文化實踐是個人知識結(jié)構(gòu)形成的源泉，在特定情境中獲得的知識比所謂的一般知識更有力和更有用，因此要將學(xué)習(xí)置于知識產(chǎn)生的特定的物理或社會情境中［1］。

增強現(xiàn)實技術(shù)與情境學(xué)習(xí)有著天然的匹配性，利用增強現(xiàn)實技術(shù)可以方便地創(chuàng)設(shè)逼真的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)習(xí)者沉浸在學(xué)習(xí)活動當(dāng)中［2］。例如，掃描“多民族的國家”正文第二自然段，學(xué)生可以觀賞到虛擬現(xiàn)實地球，手動移動方向和角度進行縮放、旋轉(zhuǎn)，最終落腳點為我國五個少數(shù)民族自治區(qū)，通過這種對虛擬物體的操縱，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和自主探究能力。這種交互式的學(xué)習(xí)方式，通過引導(dǎo)學(xué)生與虛擬對象進行互動，甚至交流，使學(xué)習(xí)變成知識信息輸入和輸出的體驗過程，增強學(xué)習(xí)過程中的真實感和沉浸感。

四、模擬地理實驗，革新教學(xué)模式

地理學(xué)科注重實踐性與探究性，為培養(yǎng)學(xué)生的動手能力與野外考察能力，可梳理教材中所有重要的地理實驗，所有與教具、學(xué)具相關(guān)的內(nèi)容，所有適合進行野外考察的內(nèi)容點，建立地理虛擬實驗室，引導(dǎo)學(xué)生進行技能訓(xùn)練。創(chuàng)建虛擬演示環(huán)境的教學(xué)效果接近實驗儀器實驗所能達到的教學(xué)效果，可減少真實實驗室所需要的實驗開銷。如果使用同一增強現(xiàn)實顯示器，學(xué)生們可以彼此看到同一時間的虛擬模型，沉浸在同一虛擬場景中，隨時進行交流和探討。

在增強現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)環(huán)境中，傳統(tǒng)教學(xué)模式也在發(fā)生改變。學(xué)生除了被動接受教師傳授的知識，還可以與學(xué)習(xí)信息隨時進行互動，實現(xiàn)以知識建構(gòu)為目的的“做中學(xué)”。通過學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計、學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計、交互操作、合作交流、反饋評價等環(huán)節(jié)，使得課堂教學(xué)互動更高效地進行。▲

［1］高文.情境學(xué)習(xí)與情境認(rèn)知［J］.教育發(fā)展研究，2001（8）：30-35.

［2］胡智標(biāo).增強教學(xué)效果拓展學(xué)習(xí)空間——增強現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用研究［J］.遠程教育雜志，2012（2）：106-112.

圖2 “多民族的國家”增強現(xiàn)實應(yīng)用