AR 技术在初中地理教学中的应用研究——以“地球的运动”为例.pdf

精 品 生 活Trendy Life教学研究2820235AR 技术在初中地理教学中的应用研究 以“地球的运动”为例贲响妮南宁市青秀区第一初级中学广西南宁530299【摘要】在信息化教学的背景下，AR 技术广泛应用于教学中。AR 技术是一种新颖的信息化教学手段。本文通过分析 AR 技术的概念、特点等，结合实际案例分析 AR 技术运用在地理教学中的应用方向和特征优势，从而增加地理课堂的真实感，帮助学生突破重难点，提高学生的学习效率，探究其在地理教学中的实践意义，进而推动地理教学的变革。【关键词】AR 技术；初中地理；教学【中图分类号】G633.55【文献标识码】B【文章编号】2095-896X(2023)05-0028-031AR 技术的概念及特点AR（Augmented Reality）技术，即增强现实技术，是在虚拟现实基础上发展起来的新技术，也被称为混合现实技术1。区别于完全沉浸式的 VR（Virtual Reality）系统2，AR 技术能将世界的真实信息和虚拟信息进行无缝集成，帮助人们把无法实现的场景在真实世界中展现出来。学生的学习既有实体空间的学习，又有虚拟空间的学习。AR 技术则是学生学习的优选教学手段，它有两个突出的特点：一是沉浸感。AR 技术是世界真实信息与虚拟信息的集成，将虚拟场景叠加到真实场景中，让三维物体呈现在人的全景视野中。人可以沉浸在虚拟环境中感受到真实环境中感受不到的体验。二是交互感。AR 技术使交互从精确的位置扩展到整个环境，从简单的面对屏幕交流发展到将自己融合于周围的空间与对象中3。这时，在虚拟环境中人不是被动感受，而是和当前场景融为一体，通过自己的动作改变感受的内容。2AR 技术在初中地理教学中的实践地理是一门以空间思维为导向的学科，而初中是学生较为深入接触地理学科的开始，这个阶段主要以培养学生的地图运用能力和空间思维能力为主。但传统的地理课堂教学呈现方式单一且枯燥乏味，地理学科所使用的教科书和教师的讲授并不能帮助所有学生构建对应的空间概念和空间思维，教师对于一些需要空间思维和想象的地理现象往往采取讲授式的知识灌输，让学生直接记忆知识。学生往往也是死记硬背，根本不能理解其中的地理原理，更不能在教学中感受主动学习带来的乐趣，久而久之就造成了学生缺乏学习兴趣及学习注意力不集中的现象，不利于培养学生的地理核心素养。如今 AR 技术的发展日渐成熟，由传统的教学空间逐步向技术支持的学习空间变革成为研究热点4。通过 AR设备软件的应用，地理教材中众多抽象的空间概念能够以更为真实的方式呈现在学生眼前，帮助学生更形象地观察地理事物的空间结构。在备课过程中，教师依据不同的学情与教学内容，结合 AR 技术的应用进行教学设计，实现地理教学内容的具体化、形象化。课堂上，教师和学生在AR 技术营造的可供学生虚拟漫游的地理场景中开展教学，一方面弥补了传统地理教学方式的不足，有效地提升了教学质量；另一方面让学生感受地理世界的魅力，增强学生的学习兴趣。2.1AR 技术能化抽象为简单，利于突破重难点初中地理教材配有丰富图像资料，是学生学习地理的感知源泉。但教辅配套的光盘影像资料过于陈旧，画质不佳且许多地理知识无法用一种固定方式阐述，有些知识的学习过于抽象。学生的抽象思维和空间感差，需要老师改变教学方式并调动学生的学习积极性，促使学生提升用地理知识分析地理现象和解决地理问题的能力，提高地理知识的应用价值。例如，教师在教学“地球的运动”时可以借助 AR 技术教学。七年级学生首次学习地理课程就遇到了地理学中最抽象最难懂的“地球的运动”，学生很难弄明白为什么地球自转运动就会产生昼夜交替的变化，为什么地球公转就会产生昼夜长短变化和四季变化等等。借用 AR 技术能够化抽象为简单，使本来很难弄懂的地理原理、规律变得直观、形象了。在讲解地球运动的方式时，启动学科软精 品 生 活Trendy Life教学研究2920235件“妙懂初中地理”APP 中的 AR 功能，点击“地球的自转”或“地球的公转”，就能够看到一个动态、三维的地球正在绕着地轴自西向东自转或是围绕着太阳自西向东地公转。这时教师在课堂上及时提出问题：“地球是如何自转或公转的呢？地球自转和公转又会产生怎样的地理现象呢？”不需要教师过多地讲解，学生能从创设的场景中找到答案，如果遇上难点还可以点击软件自带的 AR 解析功能，系统将结合相应场景进行详细解说，把抽象的知识简单化。巧用 AR 地球仪创设教学情境，有利于突破重难点和培养学生的地理学习兴趣，从而提高地理课堂教学效率。2.2AR 技术能增强学生的现实体验，提高学习兴趣开展课堂教学必须以学生为主体，教学过程是学生主动学习的过程，而不是被动接受知识的过程。对于社会经验缺乏、见识较少的初中生，很难自主构建地理学习场景。倡导学生主动参与、乐于探究是教师教育教学的责任。AR 技术能够增强学生对地理学习的真实体验，使学生摆脱时空的束缚，为其带来一次前所未有的地球之旅。AR技术的使用能够为学生提供丰富的图文资料、视频、声音、动画等地理素材，供学生进行浸润式、交互式的学习，为其创设了虚实结合的学习情境，增强现实的体验，凸显了以学生为中心的主体地位。例如，教师在教学“地球的运动”时，可以借助 AR 技术的投影，在课堂上创建地球自转和地球公转的场景，学生沉浸其中并从多角度观察和探究地球自转及公转所带来的地理现象，极大地增强学生的学习兴趣。地球自转及公转所产生的地理现象是本节课的教学难点，学生也可以观看 AR 解析，理清思路后再利用地球仪、手电筒等教学工具自己动手操作和演示，在探知的过程中解决难点，让学生的学习由被动转为主动。久而久之，学生的学习兴趣就得以持续。2.3AR 技术利于学生地理学科素养的提升学生地理学科素养的提升，主要是学生在观念、实践、思维上的转变，通过改变学生的观念、增加学生的实践机会及强化学生的思维，能在一定程度上提高学生的核心素养。传统的课本教材和 PPT 课件，对地球知识的描述仅停留在文字和图片上，远远不能满足学生的好奇心和想象力。而 AR 技术的使用，可以全方位、真实地还原地球不同的场景，让整个地球都“活”起来，学生也能更好地掌握相应的地理知识。例如教师在教学“地球的运动”时，学生在 AR 教学软件的支持下，学习了本节课的知识要点，可以通过开展以下教学环节提高学生的核心素养。首先，可以在课上开展主题讨论,改变学生的认知观念。在“地球的运动”的基础教学之外，教师可以在课堂上组织学生进行地球不自转、地轴不倾斜等相关的主题讨论。通过探讨地球不自转、地轴不倾斜可能会带来的一系列影响，改变学生的认知，让学生逐渐形成协调发展的观念。比如教师在和学生讨论如果地球不自转将无法实现昼夜更替现象的过程中，学生会逐渐意识到没有昼夜更替现象的出现，将使地球的一面有长达半年的阳光照射，气温不断上升，水分大量蒸发。而地球的另一面则将长达半年都处在黑暗之中，没有了热量的补充，气温急剧下降。过高或过低的气温都没办法让生物存活下来，地球就不会再有生态平衡可言，从而成为没有生命的球体。在主题讨论的过程中，主动构建讨论情境并在情境中畅所欲言，有利于增强学生的认知观念，深化学生对地球自转现实意义的思考，深化地球协调发展的思想观念。其次，课堂上通过实验器材模拟地球自转与公转提升学生的实践能力。教师可以先让学生在 AR 教学软件操作界面了解地球自转与公转的基本概况，学生还可以观看解说视频加深理解相应的概念与原理，之后就可以配合相应教具自己动手操作和演示，使该难点在学生探知的过程中得到解决。实践过程中，学生逐步养成“实践出真知”的学习习惯，提高学生用实践的方法解决实际问题的能力，提升学生的地理实践能力。最后，可以通过地球自转和公转产生的地理现象强化学生的思维体系。在 AR 教学软件模拟出的场景中，学生明白了相关地理现象产生的原因。在此基础上，引导学生探究地理环境对人们生活习惯的影响，如在中国东北地区冬季寒冷漫长，夏季温暖短暂，所以生活在这里的居民冬季喜欢滑雪，需要准备御寒的厚衣物，还有睡火炕的习惯。而中国南方的海南省恰恰相反，即四季不分明，夏无酷热，冬无严寒，这里的居民可以冲浪，全年都可着夏装出行。四季变化与昼夜长短的变化导致地理环境的变化，从而影响人们的生活习惯。教师在教学中通过这些现象说明其背后涵盖的地理知识，让学生慢慢掌握这些逻辑关系，进而起到强化学生思维体系的作用。2.4AR 技术的应用能精简教学环节AR 技术的使用有利于培养学生探索世界的好奇心，有利于发展地理学科的核心素养。同时，AR 技术的应用可以在不同程度上满足学生的个性化学习需求，不同基础、不同水平的学生可以根据自己的需要进行选择，既做到查漏补缺，又强化基础知识，增强学习效果。精 品 生 活Trendy Life教学研究3020235例如，在“地球的运动”这节课中，了解地球运动产生的地理现象是本节课的难点知识。传统课堂以老师的讲授为主，但往往找不到可以实时互动的动态场景进行解说，思维能力较弱的学生就很难理解这部分知识点，只能死记硬背地理知识且容易遗忘。AR 软件的使用，可以让学生在操作界面了解地球自转与公转的基本概况，基础薄弱的学生还可以观看解说视频，了解概念与原理之后就可以配合相应教具自己动手操作和演示，使学生在探知的过程中解决该难点。AR 技术使知识点直观化、形象化，便于学生巩固理解知识。教师在授课过程中，不需要重复讲授因学生不理解而反复提出的问题，明显精简了课堂结构，加快了授课的节奏，使教师授课思路清晰，教学环节紧凑。3AR 技术应用于初中地理课堂教学实践的思考3.1巧用 AR 技术，凸显魅力将 AR 技术与课堂教学相结合，本身就是一个新的尝试。而巧用 AR 技术，可以创新教学模式，为地理课堂增添魅力。地理教师需要适当地结合课程标准和学情，在适合的章节内容合理地借用 AR 技术吸引学生的注意力，提高学生的学习效果，从而提高地理课堂效率。但教师不能滥涌 AR 地球仪，否则就会大大降低预设的效果，让技术成为累赘。教师要对所使用的 AR 技术手段了解透彻并较好地把控课堂。正处于青春期发育特殊时期的初中生，课堂自控能力差，会趁机扰乱课堂秩序，从而影响课堂质量。作为新时代教师，要不断钻研新课程标准并认真备课，为 AR 技术在课堂教学中的高效运用做好充足准备。3.2教师提高现代信息技术的运用水平，促进教师的专业发展现在是信息技术快速发展的时代，信息技术给教育带来了生机，更带来了冲击和挑战。随着新课程改革的深入，随着网络的普及及先进教学设备进入课堂，教师的教学形式越来越多元化。教育信息化给教师专业发展提出了新的挑战与机遇。一位优秀的地理教师应紧跟时代的步伐，应具备熟练运用现代信息技术的能力。AR 技术的应用是对教师信息技术应用能力的考验与提升，AR 技术的应用不仅可以促进教师对教材的理解，从而改进教学设计，还可以提高教师知识讲解与总结的能力，提高教师的自我反思和自我批判能力。教师作为课堂的主导者，就应该主动学习更多层面的知识和掌握相关技术，只有不断加强信息技术的业务进修，才能更好地把 AR 技术融入地理课堂。3.3AR 技术的使用局限目前，限于教师的技术与能力，使用的教师较少，设计开发的教师更少。AR 技术的使用，主要存在以下几个方面的局限：首先，普通教师不具备设计开发 AR 资源的能力，设计开发 AR 资源需要较高的计算机技术水平，需要系统的课程培训和对口的资金支持，而教师很少有这方面的课程培训和资金支持。其次，就目前来说开发成功的AR 教学软件中，如 AR 地球仪、妙懂初中地理等，已开发的 AR 知识模块内容是依据全国使用的所有地理教材里几个重要的知识难点来开发的，涉及的知识模块较少，还不能满足教师的所有需求。再次，AR 教学软件的投入使用，需要相应的网络环境和移动设备支持，如学校将 AR教学软件纳入日常教学中，需要一定的硬件和软件支持，或是设置专门的 AR 教学软件功能室，这需要大量的资金投入。最后，AR 教学软件在开发过程中，要求开发者要把握教材内容、教师教学能力、学生学情等方面的情况，才能开发出适用于课堂教学的 AR 教学软件。同时，学校也需要提前对老师进行软件使用培训，只有熟练使用软件操作，才能让 AR 教学软件更好地服务于课堂教学，这对开发者和教师都是一大挑战。4结束语AR 技术在地理教学中的应用越来越广泛。AR 技术应用于地理教学,一方面能让学生积极参与到课堂学习中，通过独立探究、合作学习等学习模式，调动学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解和掌握地理知识。另一方面，AR 技术丰富教师的教学手段，改变枯燥的文字、图片教学模式，通过 AR 技术较强的交互性给教学模式带来全新的体验，快速突破教学重难点，从而促使教师教学能力不断提高。总之，AR 技术的推广在初中地理教学中是完全可行的。参考文献1 全希.增强现实技术(AR)在地理教学中的应用探究：以中图版“多民族的国家”为例 J.地理教育,2016(12):55-56.2 张述林.基于 VR 技术的地理教学 J.地理教学,2018(7):43-46.3季静宇.AR 技术在初中地理教学的应用研究以“等高线地形图”为例 J.地理教育，2018(4):51-52.4 许亚锋,王麒.学生对技术支持的学习空间的感知研究 J.远程教育杂志,2015,33(2):21-30.