增強現實技術（AR）在地理教學中的應用探究
——以中圖版“多民族的國家”為例

·全希/中國地圖出版社（100054）

增強現實技術（AR）在地理教學中的應用探究
——以中圖版“多民族的國家”為例

·全希/中國地圖出版社（100054）

本文在分析增強現實技術概念、特征基礎上，將傳統地理教學與數字時代環境下的新技術——增強現實技術結合，指出增強現實技術可以為學習者創設一種體驗和沉浸的學習環境，達到知識建構的目的，提升地理課堂教學效果。

增強現實技術；地理教學；應用

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）技術是在虛擬現實基礎上發展起來的新技術，也被稱為混合現實。它通過光電顯示技術、交互技術、傳感器技術、圖形技術、多媒體技術將計算機生成的虛擬信息疊加至用戶周圍的真實場景中，使用戶感覺虛擬信息是其周圍真實環境的組成部分。增強現實技術具有虛實結合、實時交互、三維注冊等特點。使用增強現實技術可以增強用戶的視覺感受，延伸用戶視覺系統的功能，并通過多種方式與真實和虛擬相融合的環境進行交互。與虛擬現實技術相比，增強現實技術對硬件要求更低，卻有著更高的注冊精度和更具視覺沖擊力的真實感，因而被廣泛應用于多個領域，如軍事訓練、醫療解剖、儀器維修、游戲娛樂、古跡復原、展覽演示、兒童出版物等。相較于西方發達國家，中國在此技術研究方面較落后，增強現實技術在教育領域的應用還處在一個萌芽階段，但其在教學上的應用研究對推進我國教育信息化、促進基礎教育課程改革有著積極意義。

一、拓展紙質教材，豐富媒體形式

由于傳統紙質教材版面限制，針對一個內容點有時只能用一幅圖片呈現。通過增強現實這一技術手段，可以實現在同一版面位置提供系列圖片、視頻等，從不同角度、不同層次闡述同一內容點，使知識更加立體化。

中國地圖出版社出版的初中地理教材基于AR技術、3D技術開發了師生用的安卓平板電腦、手機APP，主要包含與課文同步的3D模型、動畫、音視頻、圖文資料、地理作業、地理游戲等教學資源。以“多民族的國家”為例，手機App為這節課設計了15個拓展知識點，師生通過App的“知識點”瀏覽或“AR掃描”即可獲取資源（如圖1）。通過三維模型、視頻影像、高清圖片、電子交互地圖等，較為客觀地構建一個接近真實的知識體系，模擬出可視化的知識脈絡，加強學生對復雜空間事物、抽象概念的理解，大大提升了閱讀體驗和課堂學習效果。

圖1 “多民族的國家”拓展知識點

二、直觀展現內容，促進知識構建

地理課程中有很多比較抽象的概念或原理，采用靜態、平面的呈現方式學生理解起來會比較吃力。如果采用增強現實技術，使其立體化、動態化，可以提高學生興趣，有助于學生知識的建構。如掃描紙質教材中地球儀圖片，會呈現出立體的地球儀，學生可用手撥動地球儀讓其旋轉演示地球自轉（如圖2a）；掃描教材中我國主要地形區的地圖，會呈現出立體起伏的中國地形，二者結合，一方面可以讓學生直觀感受我國的地形地勢特征，另一方面可以幫助學生掌握分層設色地形圖的閱讀（如圖2b）；掃描教材中民居圖片，會呈現出立體的民居，有利于學生理解民居的結構與特色（如圖2c）。

增強現實技術呈現的信息可以是立體、多維、動態、交互的，帶給學生視覺、聽覺、觸覺上的多重感官刺激，激發學習興趣。利用增強現實技術，可以更生動地表現教學內容，更直觀地描述和呈現學科知識，幫助學生更好地掌握教材中的知識點，突破教學重、難點。

三、營造交互氛圍，創設問題情境

情境學習和認知理論認為，學習者參與基于社會情境的一般文化實踐是個人知識結構形成的源泉，在特定情境中獲得的知識比所謂的一般知識更有力和更有用，因此要將學習置于知識產生的特定的物理或社會情境中［1］。

增強現實技術與情境學習有著天然的匹配性，利用增強現實技術可以方便地創設逼真的學習情境，讓學習者沉浸在學習活動當中［2］。例如，掃描“多民族的國家”正文第二自然段，學生可以觀賞到虛擬現實地球，手動移動方向和角度進行縮放、旋轉，最終落腳點為我國五個少數民族自治區，通過這種對虛擬物體的操縱，有助于培養學生的動手實踐能力和自主探究能力。這種交互式的學習方式，通過引導學生與虛擬對象進行互動，甚至交流，使學習變成知識信息輸入和輸出的體驗過程，增強學習過程中的真實感和沉浸感。

四、模擬地理實驗，革新教學模式

地理學科注重實踐性與探究性，為培養學生的動手能力與野外考察能力，可梳理教材中所有重要的地理實驗，所有與教具、學具相關的內容，所有適合進行野外考察的內容點，建立地理虛擬實驗室，引導學生進行技能訓練。創建虛擬演示環境的教學效果接近實驗儀器實驗所能達到的教學效果，可減少真實實驗室所需要的實驗開銷。如果使用同一增強現實顯示器，學生們可以彼此看到同一時間的虛擬模型，沉浸在同一虛擬場景中，隨時進行交流和探討。

在增強現實技術創設的學習環境中，傳統教學模式也在發生改變。學生除了被動接受教師傳授的知識，還可以與學習信息隨時進行互動，實現以知識建構為目的的“做中學”。通過學習環境的設計、學習任務的設計、交互操作、合作交流、反饋評價等環節，使得課堂教學互動更高效地進行。▲

［1］高文.情境學習與情境認知［J］.教育發展研究，2001（8）：30-35.

［2］胡智標.增強教學效果拓展學習空間——增強現實技術在教育中的應用研究［J］.遠程教育雜志，2012（2）：106-112.

圖2 “多民族的國家”增強現實應用