創設AR教學環境優化高中生物課堂教學

自教育信息化2.0行動以來，教學領域新理念、新技術不斷涌現，令教學效率和質量有了明顯改善。AR（增強現實）技術通過延伸用戶視覺功能的方式，將虛擬信息與現實世界交互相融，從而帶給學生真實的感官體驗和沉浸感。本文立足高中生物課堂教學實際，分別從教學情景、教學模式、教學效果和學習空間四個方面，闡述了AR技術在生物教學中的應用。

一、設計教學情景

情境學習理論指出，知識的意義和學生的主體意識都是在與情境的互動中逐漸產生的，這與構建主義的觀點不謀而合。即生物知識宜在具體的情景中教授獲取，才能令學生在充分理解的基礎上內化遷移為技能。以往的課堂教學不乏情境的設計運用，但二維的圖片、視頻對學生理解參與的幫助十分有限，未能真正激發他們的自主能力。尤其高中生物廣泛涉及宏觀、微觀知識點，依賴傳統教學手段恐難達到預期的效果。借助于AR技術，教師可根據當堂教學內容模擬數字信息，并將其與真實空間疊加。如此一來，就將抽象的生物知識轉化為可視的生活案例，引導學生在其中開展實驗和探究活動。如在《細胞的物質輸入與輸出》一章教學中，利用提前制作好的視+AR課件導入課堂新知，幫助學生對物質跨膜運輸有一個初步的了解。學生佩戴HMD眼鏡后，即可在現實世界內觀察到立體的細胞模型，并結合教材內容正確認識生物膜及其生理機能。此時再引出主動運輸、被動運輸的區別，以任務的形式來驅動學生對重難點知識的探究，從而在教學上取得立竿見影的效果。除此之外，人體器官、DNA結構及光合作用等肉眼不可見的生物現象，均可依托于AR技術來靈活應對，讓學生較快的理解和應用生物知識。

二、革新教學模式

學生作為教學過程中主體化的客體，應逐漸由被動接受轉變為主動探索，最終實現“教是為了不教”的目的。傳統課堂更多圍繞教師開展，忽略了高中生的學習習慣認知規律，不免對他們的積極性造成打擊。因此，在AR教學環境下還需革新教學模式，促進學生與情景、老師、同學的交互，并在合作交流中提升教學效率。在新的教學模式下，教師宜扮演組織者、指導者的角色，靈活地運用教學手段來激發學生的學習興趣。教師在AR課件制作中，可設計交互操作的環節，由學生的實際參與來推動課程的進行。將原本枯燥乏味的機械記憶，還原成生物知識發現、總結的過程，讓學生體驗到學習成功的快樂。不僅如此，在AR技術的幫助下，學生亦能獲得更加豐富的媒體信息刺激，從而激發學生的學習動機。如在“質壁分離”知識講解過程中，鼓勵學生自主開展實驗，并制作AR教學視頻。教師首先通過簡單的實驗演示，幫助學生厘清“質壁分離”的原理和操作要領。學生則分成若干小組進行實驗嘗試，并利用AURASMA在線AR軟件將結果及時記錄。同時掃描教材相應章節，使兩者在軟件內形成“鏈接”，學生只需打開教材即可回顧實驗內容。如此一來，就能夠將以往教師制作課件照本宣科的情況轉變為學生自主參與、獨立思考的互動模式，教學效果自然立竿見影。

三、開展協作學習

所謂協作學習，即以小組為單位，通過共同承擔學習任務的方式來探尋知識，并最終共同收獲成功的喜悅。傳統小組協作大多停留在討論、會話的淺層次合作，仍然會受到時間、地點的限制，這給學習者的交流造成了較大的阻礙。而借助AR技術創造的虛擬學習環境，則給學生提供了一個更加自由地平臺，學習方式也呈現出多元化的趨勢。小組協作更加強調“實時性”，聽講、提問以及討論同時發生，真正讓學生在面對面的環境下理解知識。尤其隨著5G時代的到來，虛擬數據的計算、傳輸和儲存能力都將得到顯著提升，這也給AR協作學習提供了便利的條件。不同年齡、語言和時空的學生足不出戶，均能夠參與到虛擬學習環境中，實現“面對面”的協作。如在學習“基因分離定律”時，組織學生討論孟德爾實驗成功的原因。首先利用AR模擬出豌豆雜交的虛擬影像，同時讓學生在觀察中思考影響實驗結果的主客觀因素。部分學生提出“豌豆”自花傳粉閉花授粉，在雜交實驗中能夠避免出現誤差，使結果更加準確。也有學生指出，孟德爾在實驗中采用了更加科學的統計方法，這也令數據有更強的說服力。甚至還有學生提出，“假說演繹法”是確保雜交實驗能夠順利開展的關鍵。通過討論和總結，學生對生物實驗的基本原則和實施方法有了深刻的認識，有助于提升他們的學科素養。

四、拓展課外活動

得法于課內，得益于課外。在課堂內，限于教學資源和課時的不足，學生對知識的理解和應用能力普遍薄弱。而當前作業設計更傾向于紙質化，學生缺乏動手、動腦的機會，這完全不符合本學科教學的目標。因此，在高中生物教學中仍需要積極開展課外活動，以此來拓寬課堂的外延。通過課外游戲、活動的設計，不僅能夠減輕題海戰術造成的壓力，而且還能夠豐富學生的課余生活。在活動中學生的思維能力、反應能力和創造能力都將得到一定的提升，以更愉快的方式來夯實基礎。如在學習“減數分裂”后，要求學生在課后利用AR眼鏡觀察染色體分裂過程，同時將兩次減數分裂前期、中期、后期、末期分別對應的染色體變化情況進行圖文對應。在這種直觀有趣的觀察活動中，學生可通過形象記憶的方式迅速掌握這部分知識。同理還可對卵細胞產生的兩次分裂進行觀察，比較精子、卵子產生存在的異同，從而徹底解決學習過程中出現的混淆問題。以活動作為生物課后鞏固、查漏補缺的方式，不僅不會令學生產生厭學情緒，而且還大幅提升了學習效率，應作為作業設計的一種重要形式。

結語：隨著信息技術的發展，教學領域也必須與時俱進更新教學理念、方法，才能不斷提升教學質量。AR技術作為21世紀重要的信息技術成果，以其直觀、生動的方式在課堂教學中發揮著不俗的作用。教師應借助AR技術創設情境，以鮮活有趣的教學過程培養學生的興趣;以AR技術革新教學模式，發揮學生主體作用，提升他們的核心素養;同時還可依托AR開展課堂協作、課外活動，將虛擬的數字信號與現實世界融合給學生提供更自由的學習環境，從而激發他們的能動性與創造力。

備注：泉州市第二批教育“領航團隊”專項課題《基于AR技術的中學生物學課堂教學模式研究》立項編號：QLHKT2-054

作者簡介：洪佳賓（1982.9-）男，福建南安人，本科，一級教師，從來高中生物教學研究