虛擬現實技術在高中地理教學中的應用研究

摘 "要 "針對高中地理教學中抽象概念具象化理解困難的問題，研究虛擬現實技術在地理教學中的應用，分析虛擬現實技術的特點及其在高中地理教學中的具體使用，以“地域文化與傳統民居”一課為研究樣本，構建虛擬現實教學環節，梳理其與傳統高中地理教學的區別，總結虛擬現實技術在高中地理教學中應用的優缺點，為地理教學創新提供實證基礎。

關鍵詞 "虛擬現實技術；高中地理；空間思維能力；地理實

踐能力

中圖分類號：G633.55 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）24-0-04

1 "概述

1.1 "虛擬現實技術含義

虛擬現實技術（VR）是一種利用計算機技術模擬創造的三維交互環境，允許用戶沉浸其中進行模擬操作，通過模擬真實或虛構的環境，提供視覺、聽覺和觸覺等多模態體驗的技術，其特征包括實時信息傳遞、沉浸式體驗和多感官交互。虛擬現實技術通過虛擬實驗室和教學情景仿真等方式應用在教育教學中，能夠突破地理限制，拓展學習的時空，促進教育資源共享，增強學生的參與感和自主性。虛擬現實技術為學習和教學帶來創新的互動方式和體驗，有助于學生的個性化學習和實踐能力的提升。

1.2 "虛擬現實技術在高中地理教學中的應用

在傳統的高中地理教學模式中，教師往往依賴于講授書本知識，單一的教學方式限制了學生的開拓性思維，學生容易失去探索知識的欲望[1]。現在隨著計算機技術的廣泛應用，虛擬現實技術開始被應用到高中地理課堂教學中，通過提供逼真的虛擬場景和沉浸式學習體驗，讓學生在虛擬場景中研究地理知識，在各種模擬活動和任務中運用所學知識解決問題，不僅會加深學生對地理知識的理解和應用能力，而且會促進其綜合思維能力、解決問題能力和創新能力的發展。此外，虛擬現實技術的應用也極大地豐富了高中地理教學的內容和形式，增強了學生的學習效果，有助于全面提升學生的學習興趣和學習積極性。

2 "高中地理課程教學存在的問題

2.1 "空間概念具象化難題

地理學科的空間性顯著，空間思維能力是地理核心素養的重要內容。在傳統教學過程中，教師清楚空間思維能力的培養是中學地理教學的重點和難點，但迫于沒有新的教學途徑，往往只能通過語言描述以及閱讀平面地圖來幫助學生提高空間思維能力[2]。而單純依靠文字和圖片的傳達，往往難以達到培養學生空間思維能力的效果。學生很難將抽象概念與實際的地理環境聯系起來，將空間概念具象化，形成自己的地理空間概念，對空間概念的理解容易模糊化和片面化。如在閱讀地圖時，學生缺乏對地理符號、方位等要素的理解，造成對地圖的誤判，無法提升空間思維能力。

2.2 "實踐探究缺乏

在高中地理教學中培養學生的地理實踐能力是一項非常關鍵的任務，可以讓學生對地理理論知識有更加深刻的了解。因此，怎樣培養學生的地理實踐能力，讓學生扎實掌握地理知識，成為現階段高中地理教學的一大難題[3]。沒有經過實踐感受，學生往往很難將地理知識和實際問題相結合，只是記住一些抽象的概念和地圖的形狀，無法把握地理環境的復雜性和多樣性，面對地理現象，缺乏分析問題、解決問題的能力。

3 "高中地理教學應用虛擬現實技術的優點

著名心理學家皮亞杰認為，知識不是從外部被動接受，而是個體與環境相互作用主動構建的。以虛擬現實技術構建的互動學習將學生置于一個更加積極的學習位置，他們不再是被動地接受信息。虛擬現實技術在高中地理教學中的應用，可以提升學生以下兩個方面的能力。

3.1 "提升空間思維能力

地理學科具有抽象性、空間性的特點，而高中地理空間想象類知識難度最大。學生面對概念性、抽象性的知識，需要較強的空間思維能力。虛擬現實技術可以把不同時空的地理事物、地理要素聯系起來，學生可以參與虛擬考察，身臨其境地去探索不同地域的地理環境，觀察各種地形地貌、氣候特征等。其逼真的三維視覺效果，可以讓學生從三維空間的角度獲取地理信息、辨別地理事物、分析地理現象、總結地理規律。借助虛擬現實技術，教師可以鼓勵學生自主地進行區域地理要素的研究，丈量區域地理的尺度，判斷地理位置，辨別地理空間特征[4]；還可以進行各種地理實驗和模擬，如氣候模擬、地質變化模擬等。學生可在虛擬環境中進行實驗操作，觀察和分析地理現象的變化過程，具象化地深入理解地理的空間發展和規律。如在人文地理教學中，針對地理課程中的“地域文化與傳統民居”等內容，可以利用虛擬現實技術參觀了解不同地域的民居建筑風格、裝飾特色、文化內涵等。在高中地理教學中利用虛擬現實技術，不僅能夠提升學生的空間思維能力，還能夠激發他們的學習興趣和學習積極性。

3.2 "培養地理實踐能力

實踐出真知，通過實踐能夠更加直觀地感知地理空間、地理現象和地理規律。虛擬現實技術能幫助學生將抽象的地理理論與實際情景相結合，更深入地認識地理學科；可以為地理學習提供交互式學習平臺，讓學生在虛擬環境中自由探索，進行各種實踐操作和應用，如地圖繪制、地理數據分析、環境模擬等；能幫助學生更好地理解和應用地理知識，培養解決實際問題的能力。利用虛擬現實技術，還可以創造多樣化的學習場景，如模擬地理探險、地理實驗室、地理場景游戲等。學生在不同場景中進行實踐活動，開闊學習視野，能激發學習興趣和動力。虛擬現實可以打破時空的限制，進行各種地理情景的模擬演練，如自然災害、治理環境污染等場景，有助于培養學生應對地理問題和情景的應變能力與實踐能力，使其既掌握必要的知識，又鍛煉實踐技能，使地理教學與實際生活密切聯系[5]。

4 "虛擬現實技術在高中地理教學中的應用

分析

4.1 "虛擬現實技術在高中地理教學中的實踐應用

在高中地理教學中，虛擬現實技術的應用通過提供沉浸式和互動式學習環境，可極大地增強學生的地理實踐能力、空間思維能力和問題解決能力。綜合研究市場上相關虛擬現實產品，可以以功能特征為劃分標準，把這些應用產品分為以下三個類別。

4.1.1 "虛擬地理考察

虛擬地理考察主要通過虛擬現實技術進入三維模擬的地理環境，學生在沉浸式的三維環境中可以探索不同的地貌、氣候區域和人文景觀，在沒有時間和空間的限制下進行地形分析、氣候模擬和文化體驗。以Google Earth為例，學生可以利用鼠標去轉動地球，探索特定地點，縮放瀏覽地表地物，還能夠對地物進行編輯。利用Google Earth可同時瀏覽某一地區的多種要素，選擇要素后，還能夠進行精確的地理位置、角度等調整，讓學生掌握地理時空分布特征。虛擬地理考察可以在一定程度上幫助學生構建空間概念，鍛煉和提升其空間定位能力、空間思維能力、空間分析能力等，培養學生的地理空間素養。

4.1.2 "虛擬地理實驗

在虛擬環境中進行實驗，可以借助虛擬現實技術引導學生從二維學習轉換為多維學習，讓學生既能夠接受基于虛擬現實技術的地理實驗教學方法，也能夠快捷而高效地學習地理知識、掌握地理技能[6]。地理學科具有區域性、空間性和時間性的特點[7]。虛擬地理實驗可以創造虛擬動態演示區域，轉換時空，模擬虛擬情景進行虛擬實驗操作。如在Labster虛擬實驗室中，學生可以進行實驗操作、數據收集和分析。又如，在Labster的“人類活動對水循環的影響”虛擬實驗室中，學生可以通過實驗了解人類活動如何影響降水、滲透、地底徑流，同時深刻理解這些地理抽象概念。在實驗過程中，學生可以更改不同的參數并測試模型，獲得實驗結果，復盤后還可以重新實驗。對地理現象進行分析、操作，推演發展過程，實現“認知—實踐—深化認知”的地理實踐的完整過程。虛擬地理實驗有助于學生在實踐中學習地理知識，提高操作技能，鍛煉和提升實驗操作能力、抽象概念認知能力、數據分析能力等，培養地理知識素養，極大地提高學生的地理實踐能力。

4.1.3 "地理互動游戲

地理互動游戲提供了一個互動性強、情景真實的虛擬環境，讓學生在其中執行任務和解決問題。如沙盒游戲Cities： Skylines（如圖1所示，該圖摘選自Cities： Skylines官網），學生可以體驗城市發展與建設過程，同時運用所學地理知識，通過虛擬現實技術虛擬工農業布局、城市化、城市交通狀況等場景[8]。在這個過程中，學生將平時所學知識點主動遷移到實際生活中，運用所學地理知識去解決地理問題。虛擬現實技術的應用，在激發學生學習興趣、學習動機的同時，提升了學生的地理實踐能力，鍛煉了學生的問題解決能力。

4.2 "以“地域文化與傳統民居”一課為例的高中地理虛擬教學應用

如表1所示（圖片摘選自B站極倍-zSpace官方頻道課程樣例），現在高中地理教學可以通過虛擬現實技術將地理知識從二維平面圖轉為三維立體圖。案例“地域文化與傳統民居”是典型的虛擬地理考察，過程模擬了真實的地理考察活動，學生在使用虛擬現實技術的過程中形成地理知識區域組合和傳統民居的差異化對比，提升了空間感知能力和地理位置認知。“地域文化與傳統民居”一課加入虛擬地理實驗環節，學生可以通過虛擬現實技術在民居內部進行控制環境實驗，搭建蒙古包，提高實踐操作技能和解決問題的能力。

5 "結束語

綜上所述，將虛擬現實技術應用于高中地理課程教學中，能夠突破時空限制，創設虛擬空間，不僅可以豐富教學資源，而且可以提高學生的地理學習能力。需要指出的是，虛擬現實技術應用于高中地理教學也存在一些問題，包括：學習效果不確定，學生的學習成效無法保證；技術設備分配不均，容易造成教育不公平；等等。

隨著虛擬現實技術軟硬件的發展，未來其在高中地理教學中的應用潛力將會越來越大。它逼真的虛擬場景和沉浸式的學習體驗，能夠提高學生的地理實踐能力和空間思維能力，使用得當將成為地理教學中的重要工具，相信可以在高中地理教學中得到更廣泛的應用。

6 "參考文獻

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[2] 黃華誠.基于《谷歌地球》軟件的高中地理可視化教學

研究：以湘教版“風成地貌”為例[J].中學地理教學參考，2022（2）：61-63，67.

[3] 李長江.高中地理教學中學生地理實踐力提升策略[J].

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[4] 王巖.探索在高中地理教學中培養學生的空間認知能力

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[5] 張冰，朱林珍，張愛國.虛擬現實技術在地理教學中的

應用[J].中學地理教學參考，2017（3）：40-42.

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[7] 劉靜，王金惠，趙軍廷.VR技術在高中地理教學中的實

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[8] 石夢琦，費龍.VR技術在中學地理教學中的應用[J].長春師范大學學報，2019，38（12）：175-176.