利用VR實現(xiàn)將田野帶入地理課堂的實踐研究

王涵初

（浙江師范大學 地理與環(huán)境科學學院, 浙江 金華 321004）

一、VR技術應用現(xiàn)狀與適切性研究

VR是Virtual Reality的縮寫，中文的意思為虛擬現(xiàn)實，早期譯為“靈境技術”。VR利用機械設備使人進入虛擬仿真的虛體環(huán)境中，對外界（真實世界）的聲音、光線進行局部屏蔽，從而為體驗者營造一種身臨其境的直觀體驗感。從國內(nèi)外學者和中小學教師的調(diào)查研究來看，VR技術在教育領域的應用愈發(fā)廣泛，[3]理論也愈漸成熟，但實際上會受到經(jīng)費、設備等諸多因素的制約而不能將其應用到實際教學中。在新冠疫情的背景下，雖然研學方案眾多而精細，但是未來疫情變化不可估計，校方和教師們是否會冒著一定風險帶高中生走進田野仍然值得商榷，結(jié)合一定技術手段將田野帶入課堂勢在必行。

1.地理課堂改革呼喚VR技術

將虛擬現(xiàn)實技術引入高中地理教學，合理運用高新技術是當前形勢下的合理考量。隨著計算機云網(wǎng)絡技術的發(fā)展，結(jié)合VR技術勢必會顛覆部分傳統(tǒng)教學觀念，給予學生全新的學習體驗。[4]在過去，教師無法通過一己之力表述清楚微觀、宏觀或遙遠的地理環(huán)境；而現(xiàn)在，教師能夠在三維式樣、高科技顯示器、VR眼鏡等的輔助下使學生在學習過程中進行沉浸式、想象式空間洞察并即時互動，學習過程更還原、更細節(jié)。古板的教學信息載體，正在隨時間的推移和時代的進步慢慢地從紙質(zhì)向更多維的顯示平穩(wěn)轉(zhuǎn)變。[5]

2.VR技術克服傳統(tǒng)地理課堂難題

目前傳統(tǒng)地理課堂教學主要存在四方面的問題。

第一，傳統(tǒng)課堂中考察地理環(huán)境難。傳統(tǒng)大班教學中，所有的同學均面向教師，教師往往很難通過一己之力準確呈現(xiàn)地理環(huán)境。而VR設備的使用可以較好地解決此問題。在自然地理環(huán)境方面，學生可佩戴相關設備觀察水循環(huán)的始末，在VR智慧系統(tǒng)中使用手柄充分與地理環(huán)境交互，作出本能反饋，主動探索，更深入地了解自然現(xiàn)象原理。在人文地理環(huán)境方面，VR能夠呈現(xiàn)虛擬異地他鄉(xiāng)的現(xiàn)實人文主義色彩的場景，如呈現(xiàn)中國傳統(tǒng)建筑四合院。學生不僅能憑借VR技術實現(xiàn)多角度全方位的觀賞與分析，還能體驗虛擬的前世今生，感觸深刻且有意義。

第二，傳統(tǒng)課堂中結(jié)合生活實際難。傳統(tǒng)教學往往是教師靠語言解說、使用圖畫或提前選取有關地理要素的視頻資料，無經(jīng)驗的學習者卻很難將文字描述或者圖片與真實環(huán)境相結(jié)合。VR技術可以從多感官角度高度重現(xiàn)自然與人文情境，靠打破時空限制達到事半功倍的呈現(xiàn)效果，切實地增強學生對地理信息的提取、處理能力。

第三，傳統(tǒng)課堂合作探究時間少。傳統(tǒng)課堂中師生、生生間互動較少。教師以教授為主，學生以聆聽和記筆記為主，互動機會少。而通過VR創(chuàng)造的教學情境，學生們能夠親身主動感受、體驗理解，在探究合作的過程中，不僅對地理相關專業(yè)理論有全新的見解，也會在小組合作中培養(yǎng)分享與合作精神。

就上述兩問題，筆者認為ESP教學、EGP教學和專業(yè)英語教學三者之間最大區(qū)別是教學內(nèi)容不同。ESP是EGP的提高階段，體現(xiàn)在ESP教學是與專業(yè)相關的語言教學性形式，是從語言教學向?qū)W科教學的語言過渡型課程。ESP教學體現(xiàn)為是一個從語言教學向?qū)W科內(nèi)容教學、是一個語言學習到專業(yè)學習的漸變。ESP教學仍是側(cè)重語言表達與使用的語言學習與應用，為進入雙語教學做語言準備的教學形式。明晰ESP課程定位對高校有效開展ESP教學有積極指導意義。

第四，傳統(tǒng)地理課堂相對封閉。目前全國的師資力量分布不均勻，城鄉(xiāng)基礎師資分配失衡，在數(shù)量和質(zhì)量上都表現(xiàn)出不小差距。而虛擬現(xiàn)實技術的支持可以彌補優(yōu)質(zhì)師資的稀缺和隱性資源的不足，有效促進地區(qū)教育資源均衡與共享。在VR輔助教學時，教師相對靈活，可以做到一對多式的互動式教學管理。教師作為學生學習的“支架”可做到實時監(jiān)控，了解學生的反饋信息以及時予以指導。

3.適用VR技術的高中地理教學內(nèi)容

地理教學廣泛應用科技。3S作為地理科學技術卻因為其復雜的操作流程、高標準的制作水平、較為繁瑣的樣本提取分析過程等難以進入地理課堂為學生教師所熟用。作為新型學習工具的VR技術勢必會有其相適應的教學范圍。根據(jù)高中地理教材內(nèi)容、教學目標、VR所具備的經(jīng)濟特性，研究發(fā)現(xiàn)并不是所有地理教學內(nèi)容都需要VR。人本主義理論、建構(gòu)主義理論以及多種案例分析明確了該技術在地理課程教學方面的關鍵優(yōu)勢。文章對適宜利用VR實現(xiàn)將田野帶入課堂的教學內(nèi)容進行分類，主要分為四類：超時空跨度動態(tài)類；地理事物成因原理類；遙遠地物和模型結(jié)構(gòu)考察類；災害教育及生活熱點類。

二、基于VR技術的高中地理教學設計

根據(jù)以上分類，結(jié)合已知學情，以強調(diào)創(chuàng)設情境、滿足師生需求、提高學習自主性、創(chuàng)設信息技術沉浸性為教學理念，充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實科學技術手段優(yōu)勢，為高中地理教學增添新技術，創(chuàng)建新模式。現(xiàn)以高中地理必修二“農(nóng)業(yè)區(qū)位因素及其變化”為例進行利用VR技術實現(xiàn)將田野帶入課堂實踐的教學設計。具體教學環(huán)節(jié)及實施過程如表1所示。

表1 教學設計表

（續(xù)上表）

三、基于VR技術的實驗研究及應用

1.實驗研究

VR技術通過提供直觀可操控的現(xiàn)實場景讓學習者實現(xiàn)沉浸式體驗，以學習者為中心，通過觀察、分析，解答地理問題，鍛煉學習能力，并以此促進地理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。它不僅在知識技能水平方面讓學生學有所得，更在操作掌握科技產(chǎn)品、培養(yǎng)小組合作精神等方面起到積極作用。[6]根據(jù)具體課程標準以及上述教學目標，本研究進行實驗以驗證結(jié)合VR技術將田野帶入地理課堂的有效性和適切性。本次實驗選取寧夏回族自治區(qū)銀川一中高一年級的兩個班級學生為研究對象，選取認知水平相當、由同一位地理老師所帶的兩個平行班Q、S展開實驗，為降低誤差，盡可能排除學生個體水平的不同對實驗結(jié)果造成的干擾。Q班51人，在VR實訓室實施傳統(tǒng)講授法為主的地理教學活動，為控制組；S班49人，使用zSpace 寰宇地理VR技術輔助地理教學，選擇虛擬現(xiàn)實實訓室為上課地點，為實驗組。

為檢驗教學前后兩個班級學生對農(nóng)業(yè)區(qū)位因素有關知識的認知及掌握程度，分別進行兩次測驗，即前測及后測。后測是為了獲取在前測基礎上，不同教學方式的兩個班級的學習成果差異。記S班前測為V2，后測為V3；Q班前測為V4，后測為V5。

(1)實驗過程

第一，課程設計。基于對學生的了解、對教材內(nèi)容的把握，選取適合結(jié)合VR技術的課程內(nèi)容，制定適宜的教案，如表1所示。經(jīng)過軟件內(nèi)容比對，確定本節(jié)課需展示的相關地圖、全景視頻、農(nóng)業(yè)區(qū)位因素事例等，選用 UtoVR應用程序中的視頻以及zSpace寰宇地理（電腦端應用程序）中關于農(nóng)業(yè)區(qū)位因素的相關設計進行輔助教學。在正式上課之前向?qū)W生介紹VR實驗室的使用要求和VR實驗室的注意事項，以免教學無法順利進行。

第二，教學實施。實驗班以利用VR技術進行探究教學為主，主要流程為：首先通過佩戴VR眼鏡進入虛擬三維立體的學習情境中，根據(jù)軟件導航、教師的引導進行交互操作，選擇正確的選項；其次身臨其境思考探究問題，再以小組為單位交流討論，小組合作時，交互也是可以合作的；最后由小組成員進行發(fā)言，教師進行總結(jié)和補充，以便加深學生們對所學知識的理解。對照班以傳統(tǒng)的講授為主。研究盡可能地對剩余的非相關變量進行控制，以確保試驗的科學性，如表2所示。

表2 控制無關變量表

第三，數(shù)據(jù)收集與分析。為了確保評估的公平性，在沒有事先通知學生的情況下進行考試，避免由于學生的預習、復習而造成的成績差異對結(jié)果的影響。測試題由4位高二地理教師共同命制，包含50道題，其中15道選擇題（每題兩分）和20個填空（每空一分），滿分50分，知識分布均勻，可真實反應學生水平。通過測評成績對VR應用于地理課堂的效果進行定量分析，同時使用相關專業(yè)教師填寫的課堂觀察量表以及對聽課教師的訪談對實驗定性分析。

(2)實驗結(jié)果

研究主要對比利用VR技術進行地理教學和使用傳統(tǒng)媒介進行地理教學對學生地理知識掌握的不同影響，分析利用VR教學是否在教學效果上有優(yōu)勢。以后測成績?yōu)橐蜃兞?；以前測分數(shù)為共變量，以獨立樣本的單一因素共變量對Q、S兩個班級的地理學習效果進行分析。數(shù)據(jù)表明，Q班與S班前后測成績均符合正態(tài)分布。前測成績與后測成績的平均值以及標準差如表3所示。經(jīng)同質(zhì)性測驗，以α=0.05為顯著水準進行單因子共變量分析，結(jié)果如表4所示。

表3 不同教學方法前后測成績統(tǒng)計表

表4 后測共變量分析統(tǒng)計表

排除共變量（前測成績）對因變量（后測成績）的影響后，教學方式作為自變量對因變量的實驗處理效果顯著，在p＜0.05的前提下，F(xiàn)值為3.696，表示不同教學方式存在較顯著的差異。由事后比較及組合調(diào)整后的平均成績?nèi)绫?所示，由此可知實驗班S班的學習成效（平均值43.67）明顯優(yōu)于對照組Q班（平均值40.608）。

表5 成績調(diào)整后平均數(shù)

考慮到兩個實驗班級的樣本不夠充足，評價結(jié)果若僅考慮測試成績，則太過單一。為避免偶然性因素對學生后測成績的影響，在測試后對實驗班49名學生進行問卷調(diào)查。在實驗班49名學生的反饋中，71.43%的同學表示VR技術使自己對地理產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，51.02%的學生認為VR呈現(xiàn)地理環(huán)境更生動，如圖1所示。然而，一些學生在回答VR技術在課堂中的應用有何弊端時提到：點觸筆接觸反應不夠精準導致操作斷續(xù)；屏幕刷新率不夠?qū)е露嗳瞬僮骺D；多臺設備背景音樂一起播放，有點嘈雜等問題。在專業(yè)教師評價與反思方面，發(fā)現(xiàn)一小部分學生在VR課堂中會無視教師指導，自行操作VR設備，使教學進程在學生之間產(chǎn)生差異，教師會短暫失去課堂的整體把控。

圖1 VR課堂效果問卷統(tǒng)計圖

(3)結(jié)果分析

根據(jù)上述實驗的測試結(jié)果可知，不同教學方式對學生地理學習成效的影響差異顯著。從測驗的成績水平看，利用VR技術的學生的學習效果相較于在傳統(tǒng)教學方式下的學生的學習效果，展現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢。此次實驗在一定程度上表明通過VR地理課堂的，學生對知識的掌握程度更高，課堂質(zhì)量提升，在成績方面有一定程度的進步。

過半數(shù)學生認為VR激發(fā)了自己的學習興趣，也說明學生作為學習的主體，在學習過程中感受真實情境的同時獲得知識。VR教學改變了知識的呈現(xiàn)模式，讓課程變得更加輕松愉快，同時也有效激發(fā)大部分學生的學習興趣。

然而在課堂觀察中，也發(fā)現(xiàn)有學生忽視教師引導的現(xiàn)象。可見利用VR技術，雖然在一定程度上解放了教師的嘴，同時也對教師提出了更高要求，即在保證充分尊重學生個性化學習的前提下提升把控整個課堂的能力，對學生上課紀律進行有效規(guī)范以保證課堂秩序的正常穩(wěn)定。[7]在VR的技術層面，可以看到在利用VR實現(xiàn)將田野帶入課堂的過程中，VR還存在一定的技術問題，如定位更新慢、點觸筆手柄接觸不良、聲音不同步等，若不加以改進就會影響教育效率，甚至對課堂教學成效和教育質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。

2.應用建議

(1)構(gòu)建VR課程體系

在高中利用VR技術進行地理教學，首先應對地理教材內(nèi)容進行分類、整合，選擇適宜結(jié)合高科技手段進行教學的內(nèi)容，完善VR技術和地理教學內(nèi)容的匹配，這樣才能確保VR豐富的資源可以有針對性地大展身手。其次建立一個可共享的VR地理課程資源庫，在資源庫中對地理課程資源進行分類，這樣不僅有利于教師翻閱查找，及時有效地準備教學設計以及制作VR多媒體，同時可以做到更有效地關聯(lián)相關學科。建議VR開發(fā)商與高校聯(lián)合創(chuàng)新，有效地將資源與技術整合，在VR資源庫中建構(gòu)適宜的、專業(yè)的VR課程體系。

(2)提升教師專業(yè)素質(zhì)

現(xiàn)代化建設高質(zhì)量發(fā)展，科技進入教育領域已是常態(tài)，教師在進行地理教學時，也不能停留在書本及簡單圖片的展示。利用互聯(lián)網(wǎng)計算機技術，結(jié)合VR等高科技，下載所需教學資源，科學利用現(xiàn)代技術手段向?qū)W生傳遞與時俱進的信息已成為教師新要求。例如，教師在使用VR技術時可以努力提升自己專業(yè)能力，熟悉虛擬現(xiàn)實教學的相關操作及流程，對各種信息以及科學技術有效整合利用，實現(xiàn)教師地理信息技術素養(yǎng)的有效提升。如此，不僅能夠促進教師對科學發(fā)展動態(tài)的把握，也有利于學生開拓視野，掌握地理科學技術手段。除專業(yè)素養(yǎng)的提升之外，教師應注重道德素養(yǎng)的提升，在日常教學中支持正版軟件、尊重知識產(chǎn)權(quán)、全面了解相關信息法規(guī)等。校方也應積極組織教學研討會與專業(yè)培訓課程，實現(xiàn)教師專業(yè)素質(zhì)與道德水平的提高，進一步滿足信息時代要求。

(3)由點到面逐步推廣

任何一種新技術的產(chǎn)生、發(fā)展、應用都會受到質(zhì)疑，而評價任何一種新技術的成敗，需要完善的理論體系和大量實踐案例來驗證，這需要花費很長時間。[8]基于VR技術在地理教學的適切性，可以通過局部學校試點，逐步擴大宣傳范圍，最后以重點推廣的方式實現(xiàn)VR技術的實施普及。中學可以進行小范圍VR課程設計試點，聯(lián)合社會各方對VR技術進行課堂實施測評，經(jīng)過不斷改進、實驗、完善、總結(jié)，直至VR技術符合要求后考慮普及推廣，如此可以有效降低教學方式改進帶來的失敗風險。

四、結(jié)論與展望

綜上所述，結(jié)合VR特征、教材分析等內(nèi)容研究VR技術應用于高中地理課堂可解決的適切性問題：第一，VR技術可解決傳統(tǒng)課堂營造真實環(huán)境困難的問題；第二，VR技術有效促進學生將書本知識與生活實際結(jié)合，有效培養(yǎng)地理核心素養(yǎng)；第三，虛擬現(xiàn)實教學環(huán)境改善了傳統(tǒng)課堂師生交互少、生生合作少的狀況；第四，VR技術可以做到資源共享、資料開放，使學生從單一接受走向多元主動獲取知識。結(jié)合VR應用特點以及應用效果的影響因素對高中地理課程進行分類，將適宜利用VR實現(xiàn)將田野帶入課堂的高中地理教學內(nèi)容分為四類。

研究通過教學設計和實驗，對寧夏回族自治區(qū)銀川一中高一兩個平行班級做對比分析，利用SPSS軟件對后測成績進行單因素共變量分析，結(jié)合專業(yè)教師評價和學生問卷調(diào)查后論證利用VR技術將田野帶入課堂的有效性。研究認為，VR技術的應用對學生學習成就產(chǎn)生較為顯著的正向影響，促進了學生學習效果的提升，同時發(fā)現(xiàn)實踐中存在的問題。最后給出應用建議：第一，構(gòu)建VR課程體系；第二，提升教師專業(yè)素質(zhì)；第三，由點到面逐步推廣。

未來研究仍需在其它地方開展虛擬現(xiàn)實教育的實踐探索。本研究了解到地理課程普遍缺乏VR教學資源，期望未來教育開發(fā)部門可以與一線教師保持密切聯(lián)系，研發(fā)出適合使用VR技術授課的、與教材內(nèi)容適配的 VR資源，使教學內(nèi)容更有針對性。利用VR技術實現(xiàn)將田野帶入課堂，是機遇也是一種趨勢，道阻且長，行則將至，相信隨著科技的不斷發(fā)展與進步，VR技術必將在地理教育中發(fā)揮它更大的價值。