ARGEO擴展實境應用系統在高中地理深度學習中的運用探索

摘 要：高中地理深度學習是學生在素養導向學習目標的指導下，聚焦引領性學習主題，開展以思維進階為主的挑戰性探究實踐活動。深化信息技術應用，促進學生深度學習是新時代背景下基礎教育課程改革方案的明確要求。本文介紹了ARGEO應用系統的資源類型、功能和優勢，以一輪復習“河流三角洲堆積地貌演變條件”教學設計為例，按照“思維構建、思維梳理、思維深化、思維拓展、思維靈感、思維綜合”的邏輯順序展示了其在深度學習中的探索實踐，為高中地理深度學習的信息技術應用模型提供了新方式。

關鍵詞：ARGEO；增強現實技術；深度學習；思維進階

中圖分類號：G633.55" " " "文獻標識碼：A" " " "文章編號：1005-5207（2025）03-0057-07

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）凝練了地理學科核心素養，提倡創新培育地理學科核心素養的學習方式，重視學生在地理學習過程中的思維發展［1］。深度學習是發展高階思維的“腳手架”，教師科學設計教學過程，引導學生通過自主、合作、探究等學習方式實現思維進階，培育地理學科核心素養［1］。新一代地理信息技術能模擬自然、社會等真實情境，使地理深度學習課堂更加直觀、實時、生動，提升課堂教學效率［1］。因此，使用新一代地理信息技術輔助深度學習課堂，能更好地培養學生關鍵能力和核心素養，具有重要的實用價值。

通過研讀文獻發現，當前學者聚焦于地理深度學習、地理信息技術，前者側重于教學理論、工具、策略結合，展示深度學習課堂教學實例［2-4］；后者多以某項地理信息技術為例，側重于探討在課堂中的具體操作方法與運用［5-6］。但目前對新一代信息技術輔助深度學習的研究較少，且已有的相關文獻缺少ARGEO擴展實境系統的實際應用。由此，本文以高中地理一輪復習“河流三角洲堆積地貌形成條件”教學設計為例，展示ARGEO擴展實境系統在高中地理深度學習中的運用探索。

一、深度學習與信息化教學的契合

“深度學習”最早來源于腦神經科學專家David Rumelhart，后在教育領域繼承發展為一種強調學習者主動參與學習過程，發展高階思維技能的學習方式。而高中地理深度學習課堂的構建需要盡可能還原知識發生的場景，模擬知識的發現、形成、發展過程，這就需要借助新一代信息技術來實現。

廣東省教育廳印發的《廣東省基礎教育課程教學改革深化行動實施方案（2024—2027）》中明確提出“要加強信息技術在教學中的應用，用數字化工具優化課程內容與教學過程、優化學生學習方式”的方案，強調使用信息技術促進學生深度學習［7］；同時課程標準也提出“要借助信息技術，為學生提供自主學習、探究學習和合作學習的開放空間，促進地理學習的拓展和深入”的相關教學建議［1］。這要求新時代教師要順應教育現代化的發展，主動學習并開展融合大數據、虛擬現實等現代化信息技術的數字化課堂，借數字技術為課堂教育賦能，推動課堂教育高質量發展。

二、ARGEO的資源類型、功能和優勢

ARGEO即擴展實境應用程式（以下簡稱“ARGEO”），是由香港Avatech公司開發的一種以模擬地形地貌為主的虛擬現實技術。該技術最突出的優勢是能夠實時進行地貌的動態模擬，與高中地理課程中“內外力作用對地表形態變化的影響”有著較高的適配度，用以模擬內力作用下地表形態的時空演變，具有較高的教考實用價值。

ARGEO系統包含ARGEO Portable和ARGEO Sandbox兩個部分。ARGEO Portable是一款在虛擬空間內塑造及展示3D地形的模型，配合模擬降水效果、測量工具等功能讓學生更易于理解抽象地理概念的應用軟件。ARGEO Sandbox是利用著色顯示法，將真實地形、水流等自然要素投影在沙盤上并可實現即時互動、增強現實體驗的AR實體設備。前者側重在線上的模擬與繪制教學，后者側重線下師生的實時交流與互動，二者既各有優勢又能聯動互補，關于ARGEO系統的功能和優勢主要有以下5點。

1.多空間資源，提高教學效率

ARGEO Portable應用內設有“共享空間”資源庫，師生可直接獲取教材中五大基本地形單元和多種地形部位的分層設色3D模型（圖1），也能得到“瞿塘峽、富士山、艾雅法拉冰蓋、魁特湖”等世界著名地理奇觀的立體展示圖像（圖2）。這些資源以直觀、生動的形式呈現，極大地增強了學生的學習體驗和興趣。

其次，ARGEO Portable應用的“測繪地形”功能進一步拓展了其在教學中的應用價值。通過這一功能，師生可以掃描并提取世界區域內的高清三維地貌，從而實現對地理環境的深入了解和探索。這一功能既節省搜尋教學資源的時間，又能提高教師備課的效率和準確性，方便學生進行自主探究學習。

2.多工具繪制，操作簡單快捷

ARGEO Portable軟件官網（https：//argeoportable.com/）資源豐富，并且提供用戶手冊助力師生快速掌握軟件使用方法。軟件圖標文字標注清晰，操作難度低，軟件內置“地形調整、畫筆、標簽、水流、地圖”五大編輯模式，充分考慮了實用性與便捷性，師生可進行個性化的繪制與調整，從而確保教學內容與學習需求的高度契合。例如，“地形調整”模式支持精準調整高度、筆刷控制范圍、縮放平滑優化細節等，極大地提升了圖幅信息的表達效果與教學適配度；“畫筆、標簽”模式便于標注重點，以便更好地傳達信息和引導學習；“地圖”模式可將3D模型轉化為平面地圖，這不僅簡化了視覺呈現，還能借助直尺、量角器和圖標等工具精準標注地貌信息（圖3），進一步提升了學習的準確性與深度；“水流”模式能模擬水循環，控制降水與水流方向，增強教學互動與實踐體驗（圖4）。綜上，軟件整體設計精簡，操作高效，助力師生高效教授與學習。

3.多視角觀察，鍛煉空間思維

完成模型繪制后，使用者能夠對模型進行多視角觀察。師生可以直接使用手指對模型進行遠近、旋轉、俯視、側視等多角度的拖動調整，以便更深入了解地理模型的結構與細節，有助于學生形成立體化的地理空間概念。AR視角可直接借助平板電腦讓模型呈現在現實環境中（圖5），增強現實體驗感；地形剖面視角能夠在3D模型旁顯示二維平面的地形剖面圖（圖6），多維度展示對比，鍛煉學生的空間想象能力。同時，第一人稱和虛擬實境視角功能可鏈接VR設備，讓學生獲得更加深刻的學習體驗和感受。

4.多模式教學，應用場景多樣

ARGEO Portable除了作為傳統課堂的電子教學工具外，還能夠輔助線上課堂教學。軟件內設班級管理系統，教師不僅能夠管理學生帳戶，還能實時監控學生在系統內創作的地理作品，從而實時掌握學生是否掌握相關知識，進而提升混合式教學的效果。同時，ARGEO Portable還在官網提供不同主題的教學指南和工作紙等教學資源，方便教師將其融入課堂主題教學中。不僅能夠讓學生在空間內繪制地理圖形，還能夠展示學生在專題導向式學習（Project-based Learning）中的成果。

5.多功能聯動，實時交互性強

實時交互突出表現在ARGEO Sandbox設備上。該設備由底部沙盤、中部雙顯示屏、頂部投影鏡頭以及深度感應儀器4個主要部分組成（圖7）。當設備啟動后，頂部深度感應儀器會監測沙盤內不同區域的高度，并通過投影鏡頭呈現不同顏色的區域類型（如藍色代表海洋、綠色代表平原、黃色代表山腰、紅色代表山頂）和對應的等高線分布曲線，為學生提供了直觀且立體的地理事象，利于豐富其地理認知；當師生改變沙盤底部形態來塑造山脈、海洋等地理景觀時，系統能實時捕捉并更新投影，確保學生所見即所改，極大地增強了學生學習的參與感與體驗感；同時，中部雙顯示屏的加入，能實時更新并呈現水平線上的地形剖面圖像；再者，該設備還融入了模擬降水等互動環節，師生可將雙手放置于感應儀器下，親身體驗降水對地貌和水文帶來的影響。這種沉浸式的學習方式無疑將抽象的地理概念具體化、生動化，使得學習過程更加有趣且高效（圖8）。

此外，ARGEO Sandbox還支持多種地貌環境的模擬，包括自然地貌、火山山脈、冰天雪地以及黑白模式等，為學生提供了豐富的學習場景。配合平板電腦的應用程序，沙箱沙面的影像能夠實時傳輸至設備屏幕，使得學生在座位上也能清晰地看到教師的教學示范，極大地提高了學習的便捷性和互動性。

三、ARGEO在高中地理教學中的應用案例

ARGEO系統提供了交互性極強的可視化模擬情境，能夠讓學生在動手操作的過程中理解抽象的地貌演變過程。本文以“河流三角洲堆積地貌演變條件”教學片段為例展示ARGEO系統的具體應用。

1.課標要求及解讀

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》對本節課的要求是“結合實例，解釋內力和外力對地表形態變化的影響，并說明人類活動與地表形態的關系”。該要求關注的核心概念是自然環境的五大要素之一——地貌，重點在解釋地貌的變化及對其成因的分析，培養學生用綜合、變化的觀點看待地貌的演變，提升綜合思維。要求“結合實例”，即選取某種地貌演化案例進行展示，從對地貌的觀察識別到地貌的成因與演變條件，層層遞進，促進思維進階。

2.學習目標

能夠通過ARGEO系統塑造的河流三角洲地貌，說出河流三角洲地貌分布的位置和形態特點（區域認知）；能夠操作ARGEO系統模擬河流三角洲的形成過程，歸納一般河流三角洲的形成過程（綜合思維、地理實踐力）；通過呈現復雜多變的情境案例，小組合作構建河流三角洲的時空演變條件思維體系（綜合思維）。

3.學情分析

課程面向的學生是即將進入一輪復習的高三地理選考生。首先，學生已經在高二時系統地學習過流水作用對地表形態的影響的知識，但由于間隔時間較長，知識點較為模糊，需要系統構建知識體系進行回顧；其次，學生雖然掌握了流水堆積作用的影響因素，也能夠較為準確地描述三角洲的形成過程，但對復雜時空情境下的信息提取和過程演變描述較為陌生，文字作答和表述能力較差。

4.設計思路

課堂設計在ARGEO系統的支持下，以“河流三角洲地貌演變條件”為主題，依次按三大任務為導向（地貌識別、框架構建、真題演練）、七大臺階為支撐（思維梳理、思維構建、思維深化、思維拓展、思維靈感、思維逆向、思維綜合）進行深度學習，從而形成、發展和創新學生的地理思維（圖9）。

5.教學過程

教學過程如表1所示。

6.課堂評價量表

教學評價是檢驗課堂深度學習效果的重要依據。按照思維進階的順序，制定了課堂評價量表，采用學生自評、組員互評和教師評價3個維度對學生的學習質量進行檢驗（表2）。

四、結論與反思

ARGEO系統應用為信息技術融入高中地理教學課堂提供了新方式，也為高中地理深度學習提供了新路徑，進一步推動了數字化深度學習課堂的發展，為地理教育高質量發展提供了廣闊空間。需要指出的是，ARGEO系統可模擬自然地理環境鍛煉學生的動手操作能力、空間架構思維能力，還具備時空演變模擬能力，但對人文地理環境的模擬功能還有待開發和實驗。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 王晨，張廣花.基于深度學習的地理概念教學探究——以“因地制宜與區域發展”為例［J］.地理教育，2024（10）：29-33.

［3］ 李艷.指向深度學習的問題式教學設計與實踐探究——以“河流地貌的發育”為例［J］.地理教育，2024（9）：27-30.

［4］ 李琳，陸靜.指向深度學習的課堂教學改進思考［J］.中學地理教學參考，2021（11）：41-44.

［5］ 葉瑞峰，林詩茹，秦瑜，等.融入ArcGIS的高中地理自然災害教學路徑探索——以“洪澇災害”為例［J］.地理教育，2024（10）：42-45，50.

［6］ 任良君，蔣慶豐，侯伶俐.基于地理信息技術的高中地理主題式實踐活動教學設計——以“黃河源區水體間的相互關系”為例［J］.中學地理教學參考，2023（30）：48-50，54.

［7］ 廣東省教育廳.廣東省基礎教育課程教學改革深化行動實施方案（2024-2027）［EB/OL］.（2024-07-22）［2024- 08-06］.https：//edu.gd.gov.cn/zwgknew/jyfzgh/content/post_4464148.html.