基于擴展現實技術的地形學教學設計研究

李曉鈺

摘要：本研究立足于分析傳統教學現行主要問題的基礎之上，為實現抽象地形的具體化、直觀化，單一教學方式的靈活化、有效化，枯燥教學內容的趣味化、豐富化，“紙上談兵”教學演練的可實踐化、常態化，提供了一套相對有效的解決方案：融入擴展現實技術這一新技術手段，構建、配設貼合個性化教學場景的教學設計，確立“雙場景單模式”的教學設計研究。

關鍵詞：擴展現實技術;教學設計

本文圍繞探索新技術體系下的地形學教學設計，著力解決傳統教學內容不直觀、教學形式不豐富、教學效果不理想等問題，充分利用擴展現實技術的特點和優勢，對地形學教學設計進行深入研究，探索其創新發展和有效應用模式，從而加強教學針對性、提高教學有效性、豐富教學互動性。

一、研究背景

近幾年，以虛擬現實技術、增強現實技術為主的擴展現實技術飛速發展，虛擬現實體驗和增強現實交互功能日益成熟，為地形學教學設計開拓新思路，融入新手段，提供新方法。

擴展現實技術用英文表述是“Extended Reality”，簡稱“XR”。從英文角度分析，將“X”理解為代數中的未知數，包含虛擬、增強、混合等含義，寓意無限可能;“R”則直譯為現實。由此，“XR”就是基于“虛擬現實連續集”上的某一點，包含虛擬現實、增強現實、混合現實等多種技術。

中山大學哲學系教授翟振明，用物聯網、互聯網以及混合現實技術相結合的形式，將擴展現實技術做出定義：擴展現實是一個“虛實融合”的全新模式，并以人機交互體驗為核心。基于擴展現實技術的地形學教學設計，就是將擴展現實技術融入地形學這一學科的教學工作。

二、研究范圍

本文主要圍繞擴展現實技術在地形學教學中的應用展開，從課堂教學側重教員“教”和線上教學側重學員“學”兩個方面進行教學設計研究。其中，課堂教學設計主要研究基于擴展現實技術構設地形學課堂教學平臺，基于此平臺開展課堂教學設計;線上教學設計主要研究充分利用擴展現實技術構建職業教育平臺在線課程，針對線上教學的特點，提出地形學線上教學應用策略。

擴展現實技術在教育領域能夠允許學習者開展自主探索，實現以動態交互式的方式來探索學習活動;同時教師、家長等群體做好配合與支持，以及教、學的同步升級，可發揮擴展現實技術在教育領域的最大潛力，達到激發學習興趣、提高動手能力等效果1。

三、地形學教學設計現狀及存在問題

目前各院校地形學課程還沒有關于擴展現實技術在地形學教學設計上的其他任何研究或應用。在目前的地形學教學中，研究地形的方法和手段是利用地形圖、利用沙盤、利用空中像片、利用電視顯示系統、利用數字地圖、利用地理信息系統進行研究。無論地形學的課堂教學抑或線上教學，目前大部分都是通過上述傳統方法開展教學。相關教學設計也是根據傳統教學方法和傳統教學工具等開展，幫助學員獲取理論知識、完成理論實操等。在此背景下，構設基于擴展現實技術的地形學課堂教學平臺、線上教學課程等，不僅為地形學的教學設計創新提供切實可行的教學指導意義，更有刻不容緩的學科教學創新意義。地形學的教學設計分為課堂和線上。以教為主的課堂教學存在著 “地形圖不能完全顯示實地地形的全部內容要素”、“沙盤顯示的地幅有限且移動不便”等問題。以學為主的線上教學存在著“授課視頻中教學方法方式單一乏味”等問題。而擴展現實技術可以在現實或虛擬中全方位展示某一場景，不受場地或時間限制;可以融合真實世界和虛擬世界，實現實時交互，讓人沉浸其中;可以形象展現實戰案例，為理論聯系實踐提供幫助。由此，將擴展現實技術融入地形學的教學設計，是切實可行的有效解決方法。

四、基于擴展現實技術地形學課堂教學設計

擴展現實技術的引入，構造了基于擴展現實技術的地形學課堂教學平臺設計，推動了地形學課堂教學的改革和發展。

地形學課堂教學中構設地形學課堂教學平臺，目的是構建一個增強現實的教育環境，將平面的地形以立體的客觀現實呈現給學員，同時在地形圖上插入識圖作業工具，以此完成交互，激發學員興趣、加深學員理解，提升教學效果。

1.平臺構設介紹：

地形學課堂教學平臺的構設是可以承載實景三維數據的多人互動沙盤。教員或學員通過對沙盤上的模型進行編輯設計、改變顏色、移動縮放等操作。

2.虛擬現實地形環境庫構建：

虛擬現實地形環境是通過虛擬現實技術，將傳統的二維地形制作為三維地形。虛擬現實地形環境庫，要能夠顯示不同地形特點的地貌、地物分布情況;能夠模擬不同季節設置現場溫度、天氣環境，完成在不同天候環境下的現地模擬教學。

3.增強現實電子沙盤構設：

增強現實電子沙盤是通過增強現實技術，將傳統的平面地形或實體沙盤，通過技術手段制作為裸眼可視的三維地形。要通過已有素材庫實現創建模擬現地地形，通過使用真實現地圖片作為基礎環境，拍攝真實地形和結合三維建模方法達到模擬現地地形，以建立更具有真實感的虛擬環境，同時實現在課堂教學平臺360°展示。

4.圖上作業常用工具箱設計：

地形學教學過程中，對地形圖需要進行較多標注，目的是在圖上能夠量取點位的精確直角坐標和地理坐標、判讀高程、判定起伏、量算水平距離和實地距離、量算方位、面積、坡度等信息。因此，需要構設圖上作業常用工具箱。將地形學圖上作業常用工具制作為交互標簽，達到在教學過程中進行三維地形的圖上作業，以控制和操作虛擬場景，實現交互。由此，為教學過程提供了生動、逼真的教學環境，使教員、學員處在一個可有自己控制的虛擬環境中，這對調動學員的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學員的技能都有積極作用。

擴展現實技術具有的智慧性、感知性、自然交互性，完美的展示了“身心一體、知行合一”的教育理念。將擴展現實技術融入地形學的教學設計研究，能夠更好地服務和支撐地形學的未來教育，更科學、高效地培養創新型、創造型人才，是新時代環境下運用新技術手段至教育教學行業的應用典范。

參考文獻

[1]杜穎.VR+教育 可視化學習的未來[M].北京：清華大學出版社，2017.

[2]褚樂陽，陳衛東，譚悅，鄭思思. 重塑體驗：擴展現實（XR）技術及其教育應用展望[J]. 《遠程教育雜志》，2019，01：17-31.

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