AR技術應用于中學地理教學研究

季節 周侗 李玉潔

摘? 要 2016年虛擬技術元年迄今，地理課堂和教學模式的虛擬化是地理教育改革創新和提升教學質量的有效途徑。以“AR中學地球儀”手機APP為載體，在宏觀層面基于教學維度、內容結構和演示狀態剖析AR教學的特點，并以湘教版地理教材選修一“洋流”一節為教學實例，通過構造對比評價框架，從微觀視角展示AR技術應用于真實教學情境的優勢，演繹教學設計中核心素養的具體滲透過程。

關鍵詞 增強現實技術;中學地理;“AR中學地球儀”APP;核心素養

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）18-0032-06

Research on AR Technology Applied in Middle School Geogra-phy Teaching//JI Jie， ZHOU Tong， LI Yujie

Abstract In the first year of virtual technology in 2016， the virtuali-zation of geography classrooms and teaching models is an effective way to reform and innovate geography education and improve the quality of teaching. Taking the mobile phone APP of “AR Middle School Globe” as the carrier， the characteristics of AR teaching are analyzed based on the teaching dimensions， content structure and presentation status at the macro level， and the Hunan Education Edi-tion textbook elective course “Ocean Current” is used as a teaching example. The evaluation framework demonstrates the advantages of

AR technology applied to real teaching situations from a micro per-

spective， and deduces the specific penetration process of core literacy

in instructional design.

Key words augmented reality education reform; middle school geo-graphy; “AR middle school globe” APP; core literacy

0? 引言

2017年，新版高中地理課程標準出版，其教學提示部分指出：“教師要充分利用地理視頻、虛擬技術、地理信息技術等資源支持教學”[1]。2018年，教育部等五部門相繼印發《教師教育振興行動計劃（2018—2022年）》，明確提出要充分利用云計算、大數據、虛擬現實、人工智能等新技術，推進教師教育信息化教學服務平臺建設和應用，推動以自主、合作、探究為主要特征的教學方式變革。

AR（Augmented Reality）技術即增強現實技術，是在虛擬現實基礎上發展起來的新技術，也被稱為混合現實技術[2]。區別于完全沉浸式的VR（Virtual Reality）系統[3]，

AR系統可以任由操縱者進行虛擬與現實的切換。地理是一門以空間思維為導向的學科，通過AR設備，地理教材中眾多抽象的空間概念能夠以更為真實的方式呈現。David Fonseca等人通過教學實驗發現，在涉及空間概念的領域，AR技術能夠幫助學生更形象地觀察空間結構，從而有效地提升教師教學質量[4]。聯系到中學地理教學，教師可以依據不同的學情與教學內容進行教學設計，寓虛擬于現實，實現地理教學的具體化、形象化。

從虛擬技術元年至今，我國眾多商業公司相繼開發了教育與虛擬技術相結合的科教產品，虛擬技術與地理教學的結合應用也陸續出現。關于AR技術在中學地理教學中的實際應用，目前學者的研究對象主要分為三類：第一類是以“秒懂初中地理”手機應用為例的付費式APP[5]，該類APP將較多功能進行了付費封鎖，且對教材內容的覆蓋度不高，無法滿足教師的教學需求;第二類是以“AR沙盤”為例的大型AR設備[6]，昂貴的價格導致其無法實現中學地理教學的普及;第三類是以Unity-3D為引擎的自主開發類APP[7]，教師應用此類APP進行教學的自主性與可支配性提升，然而技術要求過高，開發周期過長，嚴重影響教學進度與效率。筆者通過對不同AR應用的優劣勢進行評估后，最終選擇以“AR中學地球儀”APP為例，探尋虛擬技術與中學地理教學深度融合的可能性。

1? “AR中學地球儀”APP概述

“AR中學地球儀”APP是由王樹聲先生創辦的地理教學研究室與北斗圖書合作開發的，不可單獨使用，需要用戶購買對應的AR地球儀，通過APP掃描地球儀的二維碼激活后使用。APP完全對接中學地理課標要求，將教材內容通過移動終端屏幕立體化呈現，使原本二維且枯燥的知識變得立體而透徹，促進學生在腦海中生成形象的思維架構，將需要掌握的知識轉變為思維架構過程中的附屬品。APP依據初高中教材設置了“地球地圖”“自然地理”“世界地理”和“中國地理”四大模塊，并按照具體內容劃分了若干子模塊，如表1所示。

2? “AR中學地球儀”APP應用于中學教學的優勢

2.1? 教學三維化，促進核心素養的滲透

傳統地理課堂往往遵循三板模式，教學活動全程二維。而地理是一門以空間概念為導向的學科，二維界面的視覺局限性使得學生在知識獲取過程中難以實現空間思維的構建，從而無法全面地掌握知識。“AR中學地球儀”APP通過虛擬與現實的交叉，提供立體的教學資源以助力教師將教學內容升維。三維化的教學內容使得學生與教師課堂交互的落腳點不再處于平面，而是轉移到實體地球儀，從而實現課堂模式的升維。通過教學內容與課堂模式的三維化，可以培養學生的空間思維能力以及全面獲取知識的能力，也更利于教師在教學中實現核心素養的滲透。

以“自然地理”模塊“江淮準靜止鋒”和“昆明準靜止鋒”的對比為例，APP將準靜止鋒的形成過程可視化，便于學生通過三維視角觀察準靜止鋒平面圖及剖面圖（圖1）。教師即可引導學生按照區域差異進行同類異構，并結合地形與氣候因素進行分析，促進學生綜合思維的形成。

以“自然地理”所有子模塊為研究對象，以教學內容與課堂模式的三維化為依據，總結歸納不同子模塊對應的教學過程可涵蓋的不同核心素養，結果如表2所示。

2.2? 模塊主題化，構建整體性教學

知識點零散化抑制了學習過程的相互關聯，阻礙了知識的遷移。考慮到知識結構主題化的優勢，APP依據教材內容將相關子模塊以主題形式重組后進行分類編排。教師在使用APP進行教學活動時，可依據APP的邏輯思路指導，有意識地按照知識的整體性框架進行教學設計與授課，從而提升課前備課效率與課堂節奏掌控能力。學生上課時通過觀察APP展示的子模塊內容，能夠提前形成思維架構，從而有效地創建完整的知識體系;課后復習時同樣能依照APP設定進行主題式復習，有助于對知識框架的整體掌握。

以圖2所示APP目錄頁為例，直接登錄APP時，首頁目錄欄顯示的所有知識點子模塊并列排布。但用戶點擊進入“大氣環流”主題的任意子模塊可發現，APP將“熱力環流”“三圈環流”和“氣壓帶風帶的形成及季節性移動”這三個子模塊設置為一個主題。

圖3所示左側為知識主題導航欄，右側為該選中知識點的延伸與拓展。在教學過程中，教師能夠有意識地將“熱力環流”“三圈環流”和“氣壓帶風帶”進行關聯，加強“大氣環流”知識的相互遷移，提升教學整體性;學生能夠有效地厘清知識的前后關系并形成邏輯，并且結合右側子模塊拓展內容構建一個完整的“大氣環流”知識框架，從而獲得更深層次的理解。

筆者通過對APP內容的深度細化，總結歸納出不同子模塊的關聯主題。圖4所示為所有子模塊的主題分類。

2.3? 資源動態化，優化教學質量

中學地理教師在進行授課時通常使用PPT作為教學輔助工具，多數教師會從網絡搜取現成的PPT和教學視頻等，有限的來源渠道導致教學資源的可靠性與科學性降低，課堂授課效果也因此受到影響。“AR中學地球儀”APP內置的教學資源有效地解決了這一問題，筆者通過對該APP的深入體驗后發現，雖然各模塊內AR子模塊數量占比較低，但APP所有子模塊內容都支持動態演示功能。動態資源可自動循環播放并配有文字與音頻講解，同時支持3D視角變換，相比教師日常收集的傳統輔助資源優勢明顯。

以“自然地理”模塊中的“流水作用”子模塊為例，APP設置了沖積扇的形成演示，如圖5所示。教師在進行授課時可通過展示APP資源，依照動態演示進行動態講解，基于動態演示加深學生對沖積扇形成過程的感性認識，培養學生對流水地貌的總體理性認識，提升教學效率，優化教學質量。

3? “AR中學地球儀”APP在中學教學中的應用實例

由表2可知，“洋流的三種影響”子模塊對應的AR三維化教學覆蓋了區域認知、綜合思維、人地協調觀和地理實踐力，可見該教學內容的核心素養滲透度較高，對比價值較大。在新教材必修環節難度下調的背景下，為了更直觀地體現AR教學的優勢，筆者以高中地理湘教版（2019）選擇性必修1第四章第二節“洋流”的教學為例，將傳統模式與AR模式進行對比，具體教學模式對比如表3所示。通過對表3“‘洋流教學實例”的解讀，依據AR模式較傳統模式的優勢及地理核心素養的課堂體現，筆者將兩者的差異化對比歸納為圖6所示對比評價框架。

3.1? AR教學優勢的具體體現

將表3與圖6進行結合分析，可發現APP通過AR技術加工，將原本二維的平面圖轉為三維立體圖，如教學環節1的立體風帶圖，教學環節2、3的立體洋流圖，教學環節4的西歐局部立體環流圖等，從而實現三維視角的課堂融入，促進核心素養的體現與教學。

通過對“氣壓帶風帶模式”“全球洋流分布”“洋流影響漁場分布”“洋流影響沿岸氣候”和“污染物質擴散”五個子模塊組合，實現“洋流”主題化，促進學生整體思維架構的建構，利于教師的整體性教學。

APP對靜態資源進行動態化，如教學環節1的動態風帶圖，教學環節2、3動態洋流圖，教學環節4的動態環流圖和教學環節5的污染物擴散圖等，豐富了課堂教學內容，優化了教學質量。

3.2? 核心素養滲透的具體體現

表3所示教學環節3、4中傳統模式下教師通過列舉圖片案例，進行描述法講解與格式化授課，教學方式與知識結構單一，難以形成知識的區域組合與差異化對比。AR模式下，教師可自行展示不同海域洋流，指導學生對不同區域進行對比分析，自主探究可能形成漁場的海域。由于秘魯漁場形成的特殊性，教師將秘魯漁場與三大漁場進行對比，要求學生思考上述分析方法的局限，加深對四大漁場的差異化認知。基于異域異構的漁場形成過程以及不同區域相同分析法的局限性，培養學生多角度思考問題的能力和對研究方法的批判性認識，以小見大，從而促進學生綜合思維的提升。此外，教師在引導學生自主發掘澳大利亞氣候分布差異的基礎上，提出洋流對氣候的影響，同時結合西歐氣候與洋流動畫加深學生理解，并以此動畫案例進行人文地理拓展，提高學生的知識遷移能力和不同區域的綜合分析能力。

教學環節5中傳統模式下教師展示圖片或視頻案例，在內容講解的基礎上初步實現對情感態度與價值觀的淺層次提煉。AR模式下，教師引導學生通過觀察福島核泄漏3、6、30天的污染范圍動畫，使他們首先產生對知識的感性認識;在此基礎上，教師將案例與彼時國內“食用鹽瘋搶事件”進行結合探究，培養學生的科學價值觀與環保意識，促進人地協調觀的形成。

如圖6所示，上述五個環節的傳統模式導致教師處于高度主導地位，學生被動學習，課堂參與度與體驗感較差，從而影響課堂氛圍，阻礙師生間的良性互動。教育教學中的任何技術作用究其根本都只有一個目的，即促進學生全面發展[8]，使學生主體地位得到延伸與拓展。通過APP引導，教師可將實體地球儀與AR內容結合，進行現實與虛擬的互動教學，深化學生主體地位，活躍課堂氣氛，提升學生興趣，并通過模擬實驗與自主探究的教學方法，強化學生的地理實踐力。

4? 結語

“AR中學地球儀”APP具有直觀、立體和動態的優勢，可以應用于不同主題的中學地理教學實踐。本文分析了“AR中學地球儀”APP在中學地理教學中的應用模式，并以具體的教學案例探討了核心素養滲透方面的應用前景。以“AR中學地球儀”APP教學為典例的創新模式，不僅能夠滿足課程內容要求，且實現了核心素養的全課堂覆蓋，同時能夠幫助教師在緊跟科技的腳步中抓住課程發展的重要根基，激發學生的地理學習興趣，增強學生課堂學習和課外自主學習的效果。■

參考文獻

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