AR技術在初中地理教學中的應用探究

王思汗 袁玖根

【摘 要】隨著科學技術的不斷發展，它為人們的生活提供了極大便利。在教育教學中借助新型技術手段提升教學效果成為一種必然趨勢。在初中地理教學中存在諸多難點，如地球運動、自然氣候、等高線地形圖等。本文將增強現實技術的獨特優勢與地理課堂相結合，從分析初中地理教學現狀入手，探究增強現實技術在設計問題情境、促進自主學習、實施合作學習、建構交互課堂等方面的具體應用，為地理教學開辟新路徑。

【關鍵詞】初中地理；AR技術；交互課堂；應用探究

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）05-078-04

《義務教育地理課程標準（2022年版）》中強調，教師既要保持板書、板圖等傳統地理教學手段的優點，又要融合運用現代教育技術手段。教師要不斷改進教學方法，突出學生的自主、合作、探究式學習，設計具有整體性的教學活動過程，努力形成教學特點，為學生創設有利于核心素養提升的成長環境[1]。增強現實技術應用于地理課堂能較好地滿足新課標的要求，其獨特的實時交互性可以將虛擬世界與真實世界完美結合。在課堂教學中運用AR技術可以創設教學情境，從而讓學生在虛實結合的情境中進行自主、合作、探究式學習，增強地理課堂的互動性。AR技術化抽象為具體，能夠降低地理學習的難度，有利于加強學生對地理知識的印象，并且幫助教師完善教學形式、豐富教學內容、提高教學效率。

AR技術與地理學科教學

1.AR技術

增強現實技術（Augmented Reality，簡稱AR）是指利用計算機提供的信息加強使用者對真實環境感知的技術，并且將實時生成的虛擬場景疊加到現實世界中從而達到增強現實的作用[2]。AR技術能夠突破時空的局限，利用立體成像原理實現真實場景的再現，把現實生活中無法看到的場景實時展現在大家面前。AR技術的主要特征包括以下幾點。

（1）虛實結合。將虛擬場景與真實世界疊加在同一時空呈現是AR最主要的特征，AR能夠把人們在現實世界中無法觀察到的場景以三維畫面的形式呈現。在地理教學中，AR技術可以對無法直接觀測的地理現象進行虛擬構建并與真實的地理課堂相結合，增強學生對地理現象的感知。

（2）實時交互。AR除了將虛擬信息與現實世界相結合外，還能實現使用者與虛擬環境進行實時交互并且獲得即時反饋的功能，使用者通過觸覺在虛擬環境中進行互動交流。在地理教學中，這一特點可以增強教學的互動性，營造活躍的教學氛圍。

（3）三維注冊。開發者利用計算機開發出與真實環境相對應的虛擬事物，再通過電子設備識別真實的物體，隨后做出增強反饋，將虛擬事物疊加到真實物體上，為使用者帶來更加直觀的視覺沖擊，從而達到增強現實的目的。

2.地理學科教學背景

初中地理知識不僅具有空間性、推理性、實踐性、綜合性等屬性，還具有自然科學與社會科學的交叉性特征。在學習中，學生要掌握如何探尋地理現象變化發展的規律，并且要學會正確闡述人與地理環境的關系。在教學中，教師實施地理教學的形式大多是借助PPT課件講授教學內容，采取死記硬背的方式來強化學生對內容的理解。如果教師不及時改進教學形式，仍然使用刻板的教學模式進行教學，容易導致學生對地理知識產生負面情緒從而失去興趣，極大地影響學生對于學習的自主性和能動性。因此，教師要善于運用現代信息技術手段改善教學形式，豐富教學內容，增強學生的主動性，促進學生空間思維的形成。AR技術可以充當這一教學工具，其獨特的具象表達有利于學生空間思維的形成，AR技術利用變化的技術模擬出不同情境下地理環境的狀態變化，彌補教學環境的局限性，提高學生對抽象知識的理解能力。因此，AR技術運用在初中地理課堂中能給地理教學帶來巨大改變，有利于教學效果和學生積極性的提高。

初中地理教學現狀

1.學生學習興趣不高

初中地理知識之間都存在密切的關聯，其中部分概念沒有理解透徹對于之后的學習會產生較大的影響。目前，初中階段的學生多數都對地理學科有一個錯誤的認識，他們認為學習地理知識就是為了通過考試，因此他們覺得掌握一些知識點就足夠了。這就導致學生對地理知識的學習積極性不高，對知識整體性把握也不充分，從而失去了學習的系統性。此外，地理學科的學習抽象程度高、邏輯推理能力強，學生在學習過程中如果不能掌握合適的學習方法，就容易迷失方向，難以提升學習能力，無法正確理解地理知識。因此，教師的引領作用就顯得十分重要，教師需要引導學生沉浸在地理知識的寶庫中，調動學生的學習興趣，幫助學生掌握適合自己的學習方法，有利于學生學習更多的地理知識。

2.教師教學形式傳統

初中地理教師的教學形式大多采用多媒體課件加板書、板畫，較為傳統，課堂氛圍沉悶，無法符合學生的期待，難以吸引學生的好奇心和注意力，以致于學生的學習效果不理想，無法較好地掌握地理知識，導致學生漸漸地失去了地理學習的激情。此外，一部分教師的教學觀念仍局限于傳統教學理念，并沒有將現代教育技術與初中地理教學結合起來。即使采用信息技術手段，也只是把它作為一種調動學生好奇心的工具，忽略了其他的價值和作用，教學效果不佳。現代教師需要及時轉變教學觀念，改進教學形式，將AR技術與初中地理教學完美融合，進而營造課堂的教學氛圍和提高學生的主動性。

3.空間概念不易形成

初中地理學科具有抽象性、空間性等特點，學生在學習過程中最難理解的知識類型就是空間想象類知識，這一類型的內容抽象程度高、理解難度大，對學生的空間思維能力要求較高。初中階段，學生空間思維能力還未完全形成，教師由于信息技術手段的缺乏難以將該類型的內容形象直觀地演示，因此這一類型的教學內容成為教師教學的最大難點，長期困擾著地理教師。針對這一問題，AR技術獨特的優勢（虛實結合、實時交互、三維注冊）就顯得格外適用，它可以幫助教師很好地解決這類重難點教學問題[3]。

AR技術應用于初中地理教學的優勢

1.AR技術可以增強情境創設

在初中地理教學中，由于受到場地和技術等因素的限制，導致地理課堂無法創設出學生的學習情境[4]。AR技術借助自身特點可以經濟有效地改善該問題。我們只需要在教室里就能體驗各種虛擬的地理現象，同學們借助AR設備與傳感器就可以實現與場景互動的效果，以達到情境教學的目的。

具體來說，在地震教學中如果僅僅借助圖像、視頻來演示地震時的真實感受，這些表達形式都是較為乏力的，沒有真實經歷過的學生根本無法切身體會，這種方式無法給學生帶來深刻的感受，反之借助增強現實技術構建發生地震時的情境，讓學生利用設備身處其中獲得更加強烈的體驗。如在震動中的陸地、在搖擺中的建筑等，這些都是傳統教學無法達到的效果。

2.AR技術可以增強直觀教學

初中地理教材以豐富的圖像資料為主，是學生獲取形象感性知識的重要途徑，是初中生形成空間思維的紐帶。但是地理知識包括許多復雜抽象的概念和原理，僅僅使用平面、靜態的表現方式，對于學生完全理解該類知識是非常困難的。如果借助AR技術的空間可視化、平面立體化進行地理教學，將其立體化、動態化，更能直觀地展示地理知識，有利于學生理解，這與“教師講、學生聽”的傳統地理課堂相比更加具有趣味性和直觀性[5]。

具體來說，七年級上冊第一單元的地球運動，同學們對于地理自轉與公轉的理解比較困難，特別是晝夜時間變化情況不易掌握。在教學中，如果教師僅使用平面圖是難以表達地球具體形狀的，更無法有效表達地球運動的過程，容易出現教師教得費力、學生學得吃力等情況。這時將AR技術運用于地理課堂，可以將地球模型立體化，學生只需用手撥動、放大或縮小三維地球模型讓其旋轉就能觀察地球自轉與晝夜長短變化的規律，起到降低學習難度、增強學習興趣的作用。

3.AR技術可以豐富教學資源

我國各地區的經濟水平存在一定的差距，從而導致各個地區和學校之間出現教育資源分配不均的問題，特別在經濟落后地區，教育資源非常貧乏。AR技術可以將圖片、視頻等信息投射到真實世界中疊加在一起顯示，可以展現多種虛擬信息，基本覆蓋地理教學中所有資源的類型。

最關鍵的是AR技術的實現成本較低，應用設備操作簡單，教育產品豐富。如AR眼鏡、AR頭盔、AR投影儀等專業設備，也可以借助手機、平板攝像頭實現增強現實功能；在地理教學方面，比較成熟的教育產品有“妙懂初中地理”和“AR中學地球儀”等。AR技術在地理課堂中的使用不僅起到了傳達教學內容的目的，還為學生自主探究學習提供了更加豐富的學習資源，從而豐富各地區的教育資源。

AR技術在初中地理教學中的應用策略

1.結合AR技術創建情境教學

在傳統教學中，教師通常用講授法傳授理論知識，采用強行記憶的方式來加強學生對知識點的印象。如果一味地使用這種教學方式會讓學生逐漸產生厭學心理，并喪失好學情緒。我們應該極力防止此類情況的出現，教師可以借助AR技術創設出真實的學習情境，讓學生體驗沉浸式學習并準備相應的隨堂提問，起到強化學生記憶知識點的作用。

以“等高線地形圖”為例，教師引導學生在“妙懂初中地理”App上觀察三維模型，地形圖的直觀形象立體地出現在學生的眼前（圖1）。學生在增強現實技術的軟件中可以全方位地對山體進行觀察，從而根據等高線地形圖尋找對應的山脈，還可以在任務欄中啟動或關閉等高面和等高線，學生可以較好地發現山體和等高線兩者的聯系。教師引導學生理解等高線的含義以及山體五個部位的判讀，以達到情境教學的目的，調動學生的好奇心和自主性[6]。

教師在學生探索環節結束后，可以根據教學內容隨堂提問，引發學生深度思考。如怎樣區分等高線地形圖，如何識別山谷、山脊、鞍部、陡崖，分層設色地形圖的由來以及如何判讀，等高線地形圖的彎曲方向和疏密程度有何地理意義等。學生們剛剛觀察完三維地形圖，頭腦中已經形成了立體的模型，對等高線地形圖的關系有了深刻的了解，所以對于這些問題都能輕松應對。

2.結合AR技術實現自主探究

AR技術自身獨特的空間可視化、平面立體化，能夠構建現實世界中不存在的虛擬環境[7]。如果將該技術在“影響氣候的主要因素”的課堂上運用，不僅可以使學生在虛構的環境中快速地區分和確定影響氣候的要素，還能調動學生在地理學習方面進行自主探究。

以“地球運動對氣候的影響”為例，在教學中教師借助AR眼鏡讓學生獲得地球自轉與公轉的立體模型認知。“早晨到中午，中午到傍晚，傍晚到子夜，子夜到清晨”的連續變化是由地球自轉所產生的。AR技術所展現的虛擬場景可以給學生帶來溫度變化的感受，如在早晨時溫度比較低，在中午溫度比較高，到子夜溫度降為一天的最低值。該模式“24小時”反復循環時，學生能夠在溫度低時產生要添衣服的感受；在溫度高時產生減衣服的感受。

“春、夏、秋、冬”四季更替是由地球公轉所產生的。AR技術所呈現的情境可以達到四季分明的效果，如在春天，學生們能夠感覺到萬物蘇醒的氣息；在夏天，能夠感覺到烈日炎炎的氣溫；在秋天，感受瓜果飄香的喜悅；在冬天，銀裝素裹瞬間映入眼簾。學生們借助AR技術對地球公轉、自轉產生的情境進行了學習和感受，因此可以非常清晰敏銳地獲得本節的知識點。地理課堂結合AR技術，不僅可以突破傳統的教學方式，讓學生在虛擬的真實情境中探究教學內容，學生自身的潛質還可以獲得一定程度的發展。

3.結合AR技術實施合作學習

教師在地理教學中，可以把增強現實技術與小組討論相結合，讓學生在感受AR技術構建的地理環境時迸發出更多的新想法，能在合作學習中不斷產生新觀點。教師應該為學生構建一個良好的合作氛圍，分組時要注意“能力均衡”規律，要確保調動全體成員參與獲得的積極性。

以“海陸分布對氣候產生的影響”為例，教師借助AR技術展示海陸情境，學生通過觀看畫面進程可以發現，海水溫度升高和下降的速度都是比較慢的，而陸地溫度則是比較快地上升和下降[8]。隨之轉換情境，給學生呈現南北半球的效果圖，再組織活動“借助AR情境，探索海陸分布對氣候的影響規律是什么。”隨后進入小組討論環節，各個小組進行激烈討論后得出結論，教師請各個小組派出一位代表匯報，最后由教師給出最終答案、糾正認知問題。這樣不僅調動了課堂氛圍和學生興趣，還能夠給學生帶來更加直觀的體驗，使其留下深刻印象。

4.結合AR技術建構交互課堂

在初中地理教學中，教師要把學生放在主要位置，不能把學生當作被動接收知識的載體，學生是積極主動的學習個體。AR技術在教學中的應用已經基本穩定，如AR卡片、AR軟件等操作簡單、成本較低的AR教學工具已經得到了廣泛應用[9]。教師在教學過程中，可以根據所授知識的重難點結合AR技術，從而可以讓學生與AR技術創造的虛擬環境進行實時的交互，增強地理課堂的互動性和靈活性。

以“地形地勢對氣候產生的影響”為例，教師將地形與地勢影響自然氣候變化的諸多因素講授給學生。在理論知識傳授完畢時，教師借助AR卡片和手機、平板等傳感設備為學生提供真實情境的展現，學生還能夠和情境中的虛擬人進行互動交流，擴充更多教師課堂上沒有涉及的地理知識。課堂互動對提升教學效率和學習效率都起著巨大作用，而且課堂互動在大班授課制的形式下很難進行，因此在地理教學中需要重視教學互動的必要性。

增強現實技術在初中地理教學中的應用越來越廣泛，AR技術能夠將虛擬環境與真實世界疊加在一起并進行實時交互，無論是教學者還是學習者都能夠受益匪淺，給地理教學和學習帶來全新的體驗[10]。AR技術應用于地理教學，有助于調動學生學習興趣、豐富教師教學形式、突破教學重難點。教師需要合理地將AR技術與地理課堂融合起來，通過創設問題情境、引導學生獨立探究、進行合作學習、構建交互課堂等方式，幫助學生更有效地理解和掌握地理知識，從而完成《義務教育地理課程標準（2022年版）》中提出的各項要求，為學生構建有利于核心素養提升的成長環境。

注：本文為2022年江西省高等學校教學改革研究省級課題“科技競賽視閾下大學生創新能力培養策略研究”（課題編號：JXJG22104）的研究成果

參考文獻

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作者單位：江西科技師范大學

編? ?輯：徐靖程