借助AR技術(shù)輔助高中地理教學(xué)的探究

費(fèi)海鵬

［摘 要］文章在概述AR技術(shù)在輔助高中地理教學(xué)具有的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出在高中地理教學(xué)中應(yīng)用AR技術(shù)的實(shí)踐策略：借助AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境、突破重難點(diǎn)知識(shí)、開(kāi)展自主探究活動(dòng)、實(shí)施合作學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方式不僅豐富了教學(xué)手段，提高了教學(xué)效率，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

［關(guān)鍵詞］AR技術(shù)；高中地理；輔助教學(xué)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.55? ? ? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2024）04-0080-03

隨著科技的不斷發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Aug mented Reality，AR）逐漸滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，為我們的生活、學(xué)習(xí)和工作帶來(lái)了巨大的變化。高中地理教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的地理學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義。傳統(tǒng)的地理教學(xué)方式存在一些不足，無(wú)法生動(dòng)形象地展示地理現(xiàn)象和地理過(guò)程。本文結(jié)合地理教學(xué)實(shí)踐，旨在探討如何借助AR技術(shù)輔助高中地理教學(xué)，以期提高地理教學(xué)的質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

一、AR技術(shù)概述

AR技術(shù)是一種將虛擬內(nèi)容和真實(shí)存在的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)融合，形成虛擬、現(xiàn)實(shí)之間互動(dòng)的技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，AR技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。利用攝像頭、傳感器、實(shí)時(shí)計(jì)算和匹配技術(shù)，AR技術(shù)可以將真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)疊加到同一個(gè)畫(huà)面或空間。用戶通過(guò)AR技術(shù)不僅可以感受到客觀物理世界的逼真性，還能突破空間、時(shí)間的限制，感受到在真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。AR技術(shù)的主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。

（一）實(shí)時(shí)交互性

AR技術(shù)具有實(shí)時(shí)交互性，它能夠通過(guò)傳感器獲取真實(shí)世界的信息，并利用計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息進(jìn)行補(bǔ)充和疊加，使用者可以通過(guò)手勢(shì)、聲音等方式與AR系統(tǒng)進(jìn)行交互，實(shí)時(shí)操控虛擬物體、改變場(chǎng)景等。這種實(shí)時(shí)交互性大大增強(qiáng)了用戶與虛擬世界的參與度和沉浸感，使得使用者能夠更加直觀地感知和直接操作虛擬信息，提升用戶體驗(yàn)。

（二）虛實(shí)融合

AR技術(shù)能夠?qū)⒄鎸?shí)世界與虛擬世界進(jìn)行無(wú)縫融合。它可以將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景等信息實(shí)時(shí)疊加到真實(shí)世界中，使用者能同時(shí)感知到真實(shí)世界和虛擬世界的信息。這種虛、實(shí)融合的特點(diǎn)使得AR技術(shù)在很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在教育領(lǐng)域，AR技術(shù)可以發(fā)揮強(qiáng)大的作用。它可以將教育元素融入現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，讓學(xué)生在真實(shí)世界中與虛擬知識(shí)互動(dòng)，從而提升學(xué)習(xí)的趣味性和教學(xué)的創(chuàng)新性。

（三）沉浸式體驗(yàn)

AR技術(shù)能夠?yàn)橛脩籼峁┏两降捏w驗(yàn)。用戶通過(guò)AR技術(shù)可以身臨其境地參與到虛擬世界中，感受虛擬信息的存在。比如，在地理學(xué)科教學(xué)中，學(xué)生可以通過(guò)AR技術(shù)觀察到立體的地形地貌、氣象變化等，這種沉浸式的體驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生更加深入地理解地理知識(shí)，提升學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，AR技術(shù)的沉浸式體驗(yàn)還能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)地理知識(shí)的動(dòng)力，讓他們更積極主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)中。

二、AR技術(shù)輔助高中地理教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

（一）提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性

傳統(tǒng)的高中地理教學(xué)缺乏直觀性和立體感，教學(xué)內(nèi)容容易使學(xué)生感到枯燥和難以理解。AR技術(shù)的引入徹底改變了這一現(xiàn)狀，它能夠?qū)⒌乩碇R(shí)以更生動(dòng)、立體的方式呈現(xiàn)給學(xué)生。比如，在教授“大氣的組成和垂直分層”這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師可以應(yīng)用AR技術(shù)實(shí)時(shí)展示大氣的三維模型，使學(xué)生深入觀察大氣的組成及各組成部分的比例，直觀了解各種氣體的作用。同時(shí)，AR技術(shù)還能清晰地呈現(xiàn)大氣的垂直分層，學(xué)生可逐層探索對(duì)流層、平流層、中間層等各個(gè)層次的特點(diǎn)和溫度變化，從而真正理解、掌握大氣的結(jié)構(gòu)和功能。這種教學(xué)方式將抽象知識(shí)具象化，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，使學(xué)習(xí)變得更加高效、有趣。

（二）增強(qiáng)直觀性與理解力

地理知識(shí)中有很多抽象的概念和原理，比如氣流的變化、地殼的運(yùn)動(dòng)等，這些內(nèi)容在傳統(tǒng)的教學(xué)方式下往往只能通過(guò)文字或圖像來(lái)描述，學(xué)生很難真正理解和掌握。通過(guò)AR技術(shù)，這些抽象的地理知識(shí)可以變得具體化、可視化，從而大大增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受。具體來(lái)說(shuō)，AR技術(shù)可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)繼而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的方式，將抽象的地理現(xiàn)象以三維立體的形式展現(xiàn)出來(lái)。學(xué)生可以通過(guò)手機(jī)、電腦等直接觀察到氣流的變化過(guò)程、地殼的運(yùn)動(dòng)情況等。此外，AR技術(shù)能夠模擬出真實(shí)的地理環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行地理探究和實(shí)驗(yàn)。AR技術(shù)不僅能夠?qū)⒊橄蟮牡乩碇R(shí)具體化，增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受，還能夠通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)等方式幫助學(xué)生更好地理解和掌握地理知識(shí)。

（三）豐富教學(xué)資源與手段

隨著科技的進(jìn)步，AR技術(shù)為教育行業(yè)注入了新的活力，尤其是在地理教學(xué)中，它為教師提供了更多的教學(xué)資源和手段，使課堂教學(xué)更加生動(dòng)有趣。在課前準(zhǔn)備階段，教師可以利用AR技術(shù)制作課件，將復(fù)雜的地理知識(shí)、地圖和圖表轉(zhuǎn)化為互動(dòng)式、三維的內(nèi)容。這種課件不僅能夠吸引學(xué)生的注意力，還能夠讓他們更加直觀地理解知識(shí)點(diǎn)。例如，教師可以利用AR技術(shù)在課件中嵌入三維地形模型，讓學(xué)生旋轉(zhuǎn)、縮放模型，從各個(gè)角度觀察地形特點(diǎn)。這種互動(dòng)式的學(xué)習(xí)方式能夠更好地幫助學(xué)生形成空間概念。在課堂教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)基于AR技術(shù)的互動(dòng)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生參與到地理現(xiàn)象的模擬和演示中。比如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用AR技術(shù)在教室中實(shí)地“探索”不同的氣候類型、植被分布等，通過(guò)觀察和互動(dòng)深化對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。此外，AR技術(shù)還是一種有效的輔助工具，能幫助教師更好地講解地理知識(shí)。傳統(tǒng)的黑板和投影儀往往只能展示平面的圖像和文字，而AR技術(shù)則可以讓這些圖像和文字“躍然紙上”，以更立體、更生動(dòng)的方式呈現(xiàn)給學(xué)生。這不僅豐富了教師的教學(xué)手段和資源，還使課堂教學(xué)更加精彩和高效。

三、AR技術(shù)在高中地理教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用策略

（一）借助AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境

在傳統(tǒng)的高中地理教學(xué)中，學(xué)生通常只能通過(guò)文字、圖片或視頻來(lái)了解地理現(xiàn)象、自然景觀和人文環(huán)境。這些方式往往無(wú)法提供真實(shí)的、身臨其境的體驗(yàn)，不利于學(xué)生對(duì)地理知識(shí)的深入理解與認(rèn)知。結(jié)合AR技術(shù)開(kāi)展地理教學(xué)活動(dòng)能夠?qū)⑻摂M內(nèi)容與真實(shí)環(huán)境相結(jié)合，創(chuàng)造出形象、真實(shí)的教學(xué)情境。

例如，以人教版高中地理必修第一冊(cè)中的“地球的宇宙環(huán)境”教學(xué)為例，教師可以利用AR技術(shù)將學(xué)生帶入真實(shí)的太空環(huán)境中，通過(guò)AR眼鏡或移動(dòng)設(shè)備，學(xué)生可以看到一個(gè)真實(shí)、三維的地球模型漂浮在黑暗的宇宙中。他們可以觀察地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，感受時(shí)間的流逝和空間的縱深。不僅如此，AR技術(shù)還可以展示太陽(yáng)系中的其他行星，甚至更遠(yuǎn)的恒星和其他星系。學(xué)生可以在宇宙中“遨游”，觀察行星的運(yùn)動(dòng)軌跡，感受宇宙的浩渺和神秘。這樣的教學(xué)方式不僅能夠讓學(xué)生更加直觀地理解地球在宇宙中的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還能夠激發(fā)他們對(duì)宇宙的好奇心和探索欲望。

除了直觀的視覺(jué)體驗(yàn)，AR技術(shù)還可以通過(guò)音頻、觸覺(jué)等讓學(xué)生沉浸在宇宙的環(huán)境中。如讓學(xué)生可以聽(tīng)到太空中的真空聲音，體驗(yàn)微重力狀態(tài)下的身體感覺(jué)，這些都有利于學(xué)生更加真實(shí)地理解和掌握宇宙環(huán)境的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)他們的空間思維能力和探索精神。此外，AR技術(shù)還能夠呈現(xiàn)各種地理現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。比如，在教學(xué)人教版高中地理必修第一冊(cè)中的“地質(zhì)災(zāi)害”時(shí)，教師可以通過(guò)AR技術(shù)模擬演示地震、火山噴發(fā)等自然災(zāi)害的發(fā)生過(guò)程，讓學(xué)生直觀感受這些災(zāi)害的破壞力。

通過(guò)AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，能打破傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生在身臨其境的體驗(yàn)中學(xué)習(xí)地理知識(shí)，更加深入地理解、掌握地理現(xiàn)象的本質(zhì)和原理。

（二）借助AR技術(shù)突破重難點(diǎn)知識(shí)

在高中地理學(xué)習(xí)中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)遇到一些抽象、難以理解的知識(shí)點(diǎn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往無(wú)法充分展示這些知識(shí)的內(nèi)涵和外延，導(dǎo)致學(xué)生難以真正理解和掌握。隨著AR技術(shù)的引入，這一難題得到了有效的解決。

以人教版高中地理必修第一冊(cè)中的“地球的圈層結(jié)構(gòu)”教學(xué)為例，“地球的圈層結(jié)構(gòu)”是一個(gè)重要而又抽象的概念，傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生難以真正理解和掌握這一概念。借助AR技術(shù)，學(xué)生可以有效突破這一重難點(diǎn)知識(shí)。首先，AR技術(shù)能夠提供一個(gè)三維立體的地球模型，使學(xué)生能夠更加直觀地觀察和理解地球的圈層結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過(guò)手機(jī)或AR眼鏡可以看到一個(gè)真實(shí)的、可交互的地球模型，并且可以隨意旋轉(zhuǎn)、放大、縮小地球模型，從各個(gè)角度觀察地球的圈層結(jié)構(gòu)。這樣學(xué)生就能更加清晰地看到地球的內(nèi)部構(gòu)造，包括地殼、地幔、外核和內(nèi)核等各個(gè)圈層的分布和關(guān)系。其次，AR技術(shù)還能夠展示地球圈層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。教師可以利用AR技術(shù)模擬演示地球的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，如地殼板塊的運(yùn)動(dòng)、地震波的傳播等，讓學(xué)生直觀感受到地球內(nèi)部活動(dòng)的真實(shí)情況，從而理解地球圈層結(jié)構(gòu)的形成和演變過(guò)程。最后，AR技術(shù)還可以結(jié)合數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將大量的地球科學(xué)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在學(xué)生面前。學(xué)生可以通過(guò)AR應(yīng)用，觀察各種地質(zhì)構(gòu)造、分析各種數(shù)據(jù)，探究地球圈層結(jié)構(gòu)的特征和規(guī)律。利用AR技術(shù)可以將高中地理教學(xué)中的重難點(diǎn)知識(shí)以更直觀、立體的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生更好地掌握。

（三）借助AR技術(shù)開(kāi)展自主探究活動(dòng)

在高中地理教學(xué)中，AR技術(shù)可以為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)開(kāi)放、互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，鼓勵(lì)他們進(jìn)行自主探究活動(dòng)。學(xué)生戴上AR眼鏡、手持移動(dòng)設(shè)備，就可以在教室、校園甚至家中探索各種地理現(xiàn)象。

教師可以在考慮學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際操作的情況下，結(jié)合課程內(nèi)容給學(xué)生設(shè)計(jì)AR探究任務(wù)。例如，以人教版高中地理必修第一冊(cè)中的“地貌”教學(xué)為例，為了讓學(xué)生更深入地了解地形地貌的形成原因和特點(diǎn)，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)基于AR技術(shù)的探究任務(wù)。學(xué)生利用AR設(shè)備觀察地形的三維模型，分析地形的起伏、顏色、紋理等特征，推斷其形成的地質(zhì)過(guò)程和影響因素。在AR技術(shù)的支持下，學(xué)生還可以模擬雨水沖刷、風(fēng)力侵蝕等自然過(guò)程，直觀感受地形地貌的變化過(guò)程。

再如，針對(duì)人教版高中地理選擇性必修1中的“氣壓帶和風(fēng)帶對(duì)氣候的影響”這一教學(xué)內(nèi)容，教師可以巧妙地運(yùn)用AR技術(shù)來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)基于AR技術(shù)的互動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身探究氣壓帶和風(fēng)帶對(duì)氣候的作用。在這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以利用AR技術(shù)調(diào)整各種氣候參數(shù)，如氣壓帶的位置、風(fēng)帶的強(qiáng)度和方向等，然后觀察這些變化如何影響溫度、降水和風(fēng)向等氣候要素。通過(guò)直觀地觀察和操作，學(xué)生能夠更深入地理解氣壓帶和風(fēng)帶對(duì)氣候的影響。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不僅能夠加深對(duì)氣候變化的理解，還能感受到科學(xué)探索的樂(lè)趣，提升自主探究能力。

這種基于AR技術(shù)的自主探究學(xué)習(xí)方式，具有很大的靈活性和拓展性。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和目標(biāo)，選擇合適的探究主題和任務(wù)，利用AR技術(shù)進(jìn)行自主探索。

（四）借助AR技術(shù)實(shí)施合作學(xué)習(xí)

合作學(xué)習(xí)在現(xiàn)代教育中占據(jù)著重要地位，AR技術(shù)的引入，為合作學(xué)習(xí)注入新的活力，創(chuàng)造了更豐富、更立體的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。利用AR技術(shù)，教師可以為學(xué)生打造一個(gè)共享的虛擬環(huán)境，這個(gè)環(huán)境可以突破物理空間的限制，讓多位學(xué)生能在同一虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。學(xué)生可以在這個(gè)環(huán)境中共同觀察、分析地理現(xiàn)象，進(jìn)行深入的探討和合作。

例如，以“是否應(yīng)該發(fā)展核能”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)為例，教師可以利用AR技術(shù)為學(xué)生打造一個(gè)共享的虛擬環(huán)境，這個(gè)環(huán)境可以模擬出核能發(fā)電廠的各個(gè)部分以及相關(guān)的地理要素。在這個(gè)虛擬環(huán)境中，學(xué)生分成正方和反方兩個(gè)小組，每個(gè)小組代表不同的觀點(diǎn)。正方小組的學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中探索核能的優(yōu)勢(shì)，如通過(guò)AR技術(shù)展示核能的高效能源產(chǎn)出和其在減少溫室氣體排放中的作用，分析發(fā)展核能對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源安全的積極影響。反方小組的學(xué)生則可以利用AR技術(shù)在同一虛擬環(huán)境中，展示核能發(fā)展可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，如通過(guò)模擬演示核事故帶來(lái)的嚴(yán)重后果，或者展示長(zhǎng)期放射性廢物對(duì)環(huán)境和人類健康造成的影響。在這個(gè)共享的虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以共同觀察、分析核能發(fā)展的各個(gè)方面，并進(jìn)行深入的探討和合作。這種基于AR技術(shù)的合作學(xué)習(xí)方式，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還鍛煉了他們的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力。

綜上所述，AR技術(shù)為高中地理教學(xué)提供了強(qiáng)有力的輔助工具。通過(guò)AR技術(shù)，教師能夠創(chuàng)設(shè)生動(dòng)真實(shí)的教學(xué)情境，幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)知識(shí)，支持學(xué)生開(kāi)展自主探究和合作學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方式不僅豐富了教學(xué)手段，提高了教學(xué)效率，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。隨著AR技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信它將在地理教學(xué)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，為學(xué)生帶來(lái)更加豐富多彩的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 陳莊星.AR技術(shù)在地理教學(xué)中應(yīng)用的思考與探索［J］.福建基礎(chǔ)教育研究，2019（2）：89-90.

［2］? 蔡蘇，張晗.VR/AR教育應(yīng)用案例及發(fā)展趨勢(shì)［J］.數(shù)字教育，2017（3）：1-10.

［3］? 高嵩.VR技術(shù)在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.新課程研究：上旬刊，2016（7）：117-118.

（責(zé)任編輯? ? 陳? ? 明）