注明：本文章已发表于《地理教育》2018年4月

AR技术在初中地理教学中的应用

——以《等高线地形图》为例

 

季静宇

江苏省常州市武进区星辰实验学校  江苏 常州 213161

 

摘要：随着现代信息技术的不断发展,课堂教学中对能够更加直观，互动更强的现代技术的需求日益增强。AR技术以其具有的特点，受到了教师们的关注。AR课堂的开发与应用，能够更好的服务于课堂教学中。

 

关键词：AR技术；课堂教学；教学设计

 

AR技术，全称Augmented Reality，即增强现实，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术由1990年提出。随着随身电子产品运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。2012年的春晚舞台上，王菲在演唱《因为爱情》这首歌曲时，花瓣飘落的逼真场景着实让人震撼，便是AR技术在春晚舞台上的应用。

随着现代信息技术的不断发展,人们的生活节奏越来越快,对能够更加直观，互动更强的现代技术的需求日益增强，AR技术与教育相结合便应运而生。为了更好地实现现代技术+教育，利用好现代科技进行教学,许多教师已经开始思考AR课堂的开发与应用,以便更好的服务于课堂教学中。

一、AR技术的功能及特点

AR技术是一项在虚拟现实基础上发展起来的新技术，主要功能就是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。主要就是帮助人们把无法实现的场景在真实的世界中展现出来。因此，AR技术也具有了它的一些特点：

1.虚实结合

AR技术是可以将显示器屏幕扩展到真实环境，使计算机窗口与图标叠映于现实对象,然后由用户用眼睛凝视或手势指点进行操作,让三维物体在用户的全景视野中根据当前任务或需要,交互得改变其形状和外观,将虚拟场景叠加到真实场景中。

2.实时交互

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。这个时候,运用信息系统将不再是自觉而有意的独立行动,而是和人们的当前活动自然而然得融为一体,交互性系统也不再是具备明确的位置,而是扩展到整个环境。

二、AR技术在教学中的应用优势

AR技术与教育相结合，是时代的产物。笔者就曾经设计过的《等高线地形图》一课，谈一谈AR技术在教学中的应用优势。

1.知识难点直观化，提高学生体验感知

初中地理教材中丰富的图像资料，是教材的重要组成部分，教材中大量的图像、图表成为了学生获得生动形象的感性知识的源泉，是学生抽象思维发展发桥梁，促进了学生思维发展。地理教材中资料的选用以逼真的形象方式作用于学生的感官，缩小了与学生之间的距离。多种方式的表现，形象的画面，使学生在获取地理知识的同时，满足学生心理要求的同时实现了传授知识的目的。然而仍然存在着许多地理知识是无法用某一种固定的表述形式所阐述的。而这些难以讲解的知识点如“硬骨头”般难以吃下。这就要求教师的教学要帮助每一个学生进行有效地学习，要充分重视学生日常积累的地理知识和生活经验，使它们成为学生接受和理解新的地理知识的基础。然而课堂教学的时间是有限的，要实现用最少的时间使学生获得最大的进步与发展。

AR技术可以增强现实，这便很好的将学生的感知联系起来。尤其是一些自然地理在初中地理教学中占据着举足轻重的地位，很多知识点只靠语言讲解是远远不够的。哪怕学生课前做好了充足的准备，也会因为知识点抽象而难以理解和记忆。

在地理中某些知识点是需要借助“图”这一工具才能理解的。图是学生掌握地理知识点的最直观的方法。例如《等高线地形图》这一节课的内容，将山脉绘制在平面上，并区分山体部位，这是一个教学难点。使用AR技术，在移动设备上，根据绘制的等高线地形图而叠加对应的山脉，学生通过360°方位进行观看，并可以操作任务栏打开关闭等高面、等高线等操作(见图1)，使得学生更加直观的观测山体与等高线之间的关系，就很容易帮助学生理解和记忆。

图1

2.学生探究兴趣化，提高课堂的互动性

新课程改革的核心理念是“一切为了学生，以学生的发展为本”， 地理课堂教学的开展，必须以学生为主体，我们要认识到每一个学生都是一个活生生的人，不要把他们当作被动接受知识的一种载体。其具体目标就是要改变过去强调接受学习、死记硬背、机械训练的现象，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手的学风，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。使学生对于地理知识的学习不应当成为一种痛苦，而应当成为一种快乐。要充分重视学生日常积累的地理知识和生活经验，使它们成为学生接受和理解新的地理知识的基础。

据心理学研究表明，初中生具有很强的好奇心和表现欲，学生本能地对很多自然现象充满了好奇心并想知道其中的奥秘所在。AR技术以其特有的实时交互的特点，使得课堂上生生互动、师生互动变得更加便捷。学生在探索过程中会发现一些问题。在课堂教学当中，学生自主学习的积极性得到了激发。促进学生用地理知识分析问题和解决问题，形成一定的地理感知和地理思维。增强了课堂上地理知识的应用价值。

例如在《等高线地形图》这节课的第二课时，借助AR技术配套的教具，绘制了分层设色地形图。学生通过对教具的着色，理解了等高线的含义以及山体五个部位的判读。通过AR技术的投影，学生绘制的山脉就出现在了眼前，大大增强了学生的学习兴趣。借助投影的山脉，教者设计了一系列针对山体的旅游开发的设计活动，比如索道、徒步登山等线路的设计（见图2）。学生在参与过程中与地理知识相结合，将所学知识应用到了实际的生产生活中，增强了学生地理应用意识。

图2

3.课堂环节精炼化，提高课堂的效益

AR技术应用在不同程度上可以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，既做到查缺补漏，又强化基础知识，增强学习效果。

例如在《等高线地形图》这节内容中，山脉的海拔高度、等高线的绘制等知识难点，既可以在操作界面，通过学生操作得到概况；也可以观看解说视频，了解概念之后自己手动操作和演示，并配有相应的教具，使得该难点在学生探知的过程中得到解决。AR技术对于整个知识的梳理更可以建立于整节内容的直观呈现上，便于学生更好的巩固加深。

三、AR技术对地理教学产生的可能影响

    目前来说，随着科学技术的进步，越来越多的科学技术应用于课堂教学中。其次，地理学科本身就具有其一定的特殊性，将科学技术与地理教学相结合，是较为合适的，也顺应了时代发展下的教学改革。

1.AR技术能促进教师提高专业水平发展

    (1)促进教师对于教材的理解

AR技术应用于教学中时，需要教师对教学目标更加清楚，教学内容明晰，对计算教学，对难点突破，对课前导入，对拓展延伸，教育工作者都可以选择其一点设计教学。这大大加深了教师对教材知识内容的进一步理解。

(2)改进教师的教学设计

为了使得AR技术能在课堂教学中得到充分的应用，备课时则需要教者更充分地研究学情，做到课堂无学生，心中有学生。要准确地把握教学节奏，快慢适当，吃透教材。要熟练地掌握现代信息技术，因为AR技术核心技术就是增强现实，通过移动终端组成一个融教学设计、多媒体素材、立体场景、互动体验为一体的主题资源包。

(3)提高教师知识讲解与总结的能力

地理学科是一门综合性很强的学科，结合学科特点，就需要教师教学语言要简明扼要，逻辑性强，易于理解。教师在备课的过程中就要考虑到实际进行的状况，这样才能有一节吸引人的精彩的课。

(4)开拓教师的视野

为了能更好的应用AR技术，就必须查阅资料去充实内容，才不会显得空泛和空洞。那么，在拓展学生的视野的同时，也丰富了教师的教学资源。教师和学生在这种真实的、具体的教与学情景中可以实现“在玩中学”，并实现教学观念、技能的迁移和提升，从而迅速提升教师的课堂教学水平，促进教师的专业成长。

(5)提高教师的自我反思和自我批判能力

教师在整个的教学过程中，经历着“研究—实践—反思—再研究—再实践—再反思”的循序渐进、螺旋上升的过程。通过这些过程，教师们的教学和研究的水平和能力也在不断提升。

(6)促进教师掌握现代信息技术

使用AR技术，需要教师了解并掌握许多相关的软件，比如AR妙懂课堂、AR地球仪等现今已开发出的AR教学软件。还需要教师了解更多技术层面的相关知识，使得在课堂教学中AR技术教学更加完善。最终让教师从习惯的细节中追问、思考、发现、变革，由学习者变为开发者和创造者，在简单、有趣、好玩中享受成长。

2.AR技术能促进学生有效自主学习

以学生为主体，提供学生自主学习的环境。激发学生学习的兴趣，能更好的满足学生对学科知识点的个性化学习。教师成为身边的导师，辅助课堂教学，关注每一个学生。学生根据需求自主选择学习，既可查缺补漏，又能强化巩固知识。学生课外延伸的个性化学习平台，促进学习效果的巩固加深。对于传统课堂学习是一种重要补充和拓展。教学内容，课堂资源等被永久保存，可供查阅、修正和交流。

3.AR技术能提高课堂教学成效

AR课堂教学是对过去的传统课堂的反思和修正。过去录制的大量 “课堂实录”式的视频资源，但是这些资源大而全，冗长，难以直接加以使用。而AR技术更是在微课平台上的现代技术化的一种创新形式。AR技术既融合了微课资源又增强了现实体验，便于学生“体验、感知”，增强现实中的知识情境，实现由生活感知角度下的难点问题突破。AR技术中的实时交互更是使课堂教学环节变得交互性更强。无论是对于学生还是对教师而言，AR技术应用于课堂教学无疑都是一次思想改革。它促成一种自主学习模式，同时，还提供教师自我提升的机会。最终达到高效课堂和教学相长的目标。

四、AR技术在课堂教学中仍存在的问题

将AR技术与课堂教学相结合，本身就是一个比较新兴的东西。目前来说，使用的教师较少，设计开发的教师更少。所以，要想实现AR技术在教学中能普遍应用，仍存在几个问题：①教师设计开发AR资源较难。这需要该教师具备较高的技术水平。甚至并不仅仅是教师个人就能设计成功的，是需要专业技术团队共同来完成的。②AR技术不能满足所有老师的需求，目前来说开发成功的AR教学软件中，已开发的项目是依据全国所使用的所有地理教材里几个重要的知识难点来开发的，涉及的模块较少。在具体应用的教学情境中仍需要教者个性化设计。③AR课堂教学中，由于该技术网络环境以及移动设备的支持，需要在软硬件设施较好的环境下才能使用。④AR课堂中所呈现的数字信息，需要提前设置，这就对设计开发的教师对于课堂把控、教材内容、学生情况等全部考虑在内，是对教师的一大挑战。

21 世纪，是一个全球化、网络化、信息化的知识经济时代。随着当今社会知识信息激增，使传统教育面临着巨大的挑战，教学手段及教学方法的改革已势在必行。AR技术作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，为我们地理教学手段的改进提供了新的机会，先进的多媒体技术势必会给传统的地理教育教学工作带来巨大影响和促进作用。

AR技术在课堂上的有效运用，对于教材中抽象地地理知识得到了具体化的呈现；教材中简略知识，AR课堂上能补全教材缺失的知识环节。同时对于师生的互动、生生的互动更是一种促进作用。AR技术利用多媒体技术对文本、声音、图形、图像、动画等的综合处理及其强大交互式特点，编制出各种符合地理课堂需求的实景，能充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，为教师教学的顺利实施提供形象的表达工具，能有效地减轻学生课业负担，激发学习兴趣，真正地改变传统地理教育的单调模式，使乐学落到了实处。