創(chuàng)設(shè)AR教學(xué)環(huán)境優(yōu)化高中生物課堂教學(xué)

自教育信息化2.0行動以來，教學(xué)領(lǐng)域新理念、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，令教學(xué)效率和質(zhì)量有了明顯改善。AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)通過延伸用戶視覺功能的方式，將虛擬信息與現(xiàn)實世界交互相融，從而帶給學(xué)生真實的感官體驗和沉浸感。本文立足高中生物課堂教學(xué)實際，分別從教學(xué)情景、教學(xué)模式、教學(xué)效果和學(xué)習(xí)空間四個方面，闡述了AR技術(shù)在生物教學(xué)中的應(yīng)用。

一、設(shè)計教學(xué)情景

情境學(xué)習(xí)理論指出，知識的意義和學(xué)生的主體意識都是在與情境的互動中逐漸產(chǎn)生的，這與構(gòu)建主義的觀點不謀而合。即生物知識宜在具體的情景中教授獲取，才能令學(xué)生在充分理解的基礎(chǔ)上內(nèi)化遷移為技能。以往的課堂教學(xué)不乏情境的設(shè)計運用，但二維的圖片、視頻對學(xué)生理解參與的幫助十分有限，未能真正激發(fā)他們的自主能力。尤其高中生物廣泛涉及宏觀、微觀知識點，依賴傳統(tǒng)教學(xué)手段恐難達到預(yù)期的效果。借助于AR技術(shù)，教師可根據(jù)當(dāng)堂教學(xué)內(nèi)容模擬數(shù)字信息，并將其與真實空間疊加。如此一來，就將抽象的生物知識轉(zhuǎn)化為可視的生活案例，引導(dǎo)學(xué)生在其中開展實驗和探究活動。如在《細胞的物質(zhì)輸入與輸出》一章教學(xué)中，利用提前制作好的視+AR課件導(dǎo)入課堂新知，幫助學(xué)生對物質(zhì)跨膜運輸有一個初步的了解。學(xué)生佩戴HMD眼鏡后，即可在現(xiàn)實世界內(nèi)觀察到立體的細胞模型，并結(jié)合教材內(nèi)容正確認識生物膜及其生理機能。此時再引出主動運輸、被動運輸?shù)膮^(qū)別，以任務(wù)的形式來驅(qū)動學(xué)生對重難點知識的探究，從而在教學(xué)上取得立竿見影的效果。除此之外，人體器官、DNA結(jié)構(gòu)及光合作用等肉眼不可見的生物現(xiàn)象，均可依托于AR技術(shù)來靈活應(yīng)對，讓學(xué)生較快的理解和應(yīng)用生物知識。

二、革新教學(xué)模式

學(xué)生作為教學(xué)過程中主體化的客體，應(yīng)逐漸由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿鳎罱K實現(xiàn)“教是為了不教”的目的。傳統(tǒng)課堂更多圍繞教師開展，忽略了高中生的學(xué)習(xí)習(xí)慣認知規(guī)律，不免對他們的積極性造成打擊。因此，在AR教學(xué)環(huán)境下還需革新教學(xué)模式，促進學(xué)生與情景、老師、同學(xué)的交互，并在合作交流中提升教學(xué)效率。在新的教學(xué)模式下，教師宜扮演組織者、指導(dǎo)者的角色，靈活地運用教學(xué)手段來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師在AR課件制作中，可設(shè)計交互操作的環(huán)節(jié)，由學(xué)生的實際參與來推動課程的進行。將原本枯燥乏味的機械記憶，還原成生物知識發(fā)現(xiàn)、總結(jié)的過程，讓學(xué)生體驗到學(xué)習(xí)成功的快樂。不僅如此，在AR技術(shù)的幫助下，學(xué)生亦能獲得更加豐富的媒體信息刺激，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。如在“質(zhì)壁分離”知識講解過程中，鼓勵學(xué)生自主開展實驗，并制作AR教學(xué)視頻。教師首先通過簡單的實驗演示，幫助學(xué)生厘清“質(zhì)壁分離”的原理和操作要領(lǐng)。學(xué)生則分成若干小組進行實驗嘗試，并利用AURASMA在線AR軟件將結(jié)果及時記錄。同時掃描教材相應(yīng)章節(jié)，使兩者在軟件內(nèi)形成“鏈接”，學(xué)生只需打開教材即可回顧實驗內(nèi)容。如此一來，就能夠?qū)⒁酝處熤谱髡n件照本宣科的情況轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主參與、獨立思考的互動模式，教學(xué)效果自然立竿見影。

三、開展協(xié)作學(xué)習(xí)

所謂協(xié)作學(xué)習(xí)，即以小組為單位，通過共同承擔(dān)學(xué)習(xí)任務(wù)的方式來探尋知識，并最終共同收獲成功的喜悅。傳統(tǒng)小組協(xié)作大多停留在討論、會話的淺層次合作，仍然會受到時間、地點的限制，這給學(xué)習(xí)者的交流造成了較大的阻礙。而借助AR技術(shù)創(chuàng)造的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，則給學(xué)生提供了一個更加自由地平臺，學(xué)習(xí)方式也呈現(xiàn)出多元化的趨勢。小組協(xié)作更加強調(diào)“實時性”，聽講、提問以及討論同時發(fā)生，真正讓學(xué)生在面對面的環(huán)境下理解知識。尤其隨著5G時代的到來，虛擬數(shù)據(jù)的計算、傳輸和儲存能力都將得到顯著提升，這也給AR協(xié)作學(xué)習(xí)提供了便利的條件。不同年齡、語言和時空的學(xué)生足不出戶，均能夠參與到虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，實現(xiàn)“面對面”的協(xié)作。如在學(xué)習(xí)“基因分離定律”時，組織學(xué)生討論孟德爾實驗成功的原因。首先利用AR模擬出豌豆雜交的虛擬影像，同時讓學(xué)生在觀察中思考影響實驗結(jié)果的主客觀因素。部分學(xué)生提出“豌豆”自花傳粉閉花授粉，在雜交實驗中能夠避免出現(xiàn)誤差，使結(jié)果更加準(zhǔn)確。也有學(xué)生指出，孟德爾在實驗中采用了更加科學(xué)的統(tǒng)計方法，這也令數(shù)據(jù)有更強的說服力。甚至還有學(xué)生提出，“假說演繹法”是確保雜交實驗?zāi)軌蝽樌_展的關(guān)鍵。通過討論和總結(jié)，學(xué)生對生物實驗的基本原則和實施方法有了深刻的認識，有助于提升他們的學(xué)科素養(yǎng)。

四、拓展課外活動

得法于課內(nèi)，得益于課外。在課堂內(nèi)，限于教學(xué)資源和課時的不足，學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用能力普遍薄弱。而當(dāng)前作業(yè)設(shè)計更傾向于紙質(zhì)化，學(xué)生缺乏動手、動腦的機會，這完全不符合本學(xué)科教學(xué)的目標(biāo)。因此，在高中生物教學(xué)中仍需要積極開展課外活動，以此來拓寬課堂的外延。通過課外游戲、活動的設(shè)計，不僅能夠減輕題海戰(zhàn)術(shù)造成的壓力，而且還能夠豐富學(xué)生的課余生活。在活動中學(xué)生的思維能力、反應(yīng)能力和創(chuàng)造能力都將得到一定的提升，以更愉快的方式來夯實基礎(chǔ)。如在學(xué)習(xí)“減數(shù)分裂”后，要求學(xué)生在課后利用AR眼鏡觀察染色體分裂過程，同時將兩次減數(shù)分裂前期、中期、后期、末期分別對應(yīng)的染色體變化情況進行圖文對應(yīng)。在這種直觀有趣的觀察活動中，學(xué)生可通過形象記憶的方式迅速掌握這部分知識。同理還可對卵細胞產(chǎn)生的兩次分裂進行觀察，比較精子、卵子產(chǎn)生存在的異同，從而徹底解決學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的混淆問題。以活動作為生物課后鞏固、查漏補缺的方式，不僅不會令學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，而且還大幅提升了學(xué)習(xí)效率，應(yīng)作為作業(yè)設(shè)計的一種重要形式。

結(jié)語：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)領(lǐng)域也必須與時俱進更新教學(xué)理念、方法，才能不斷提升教學(xué)質(zhì)量。AR技術(shù)作為21世紀(jì)重要的信息技術(shù)成果，以其直觀、生動的方式在課堂教學(xué)中發(fā)揮著不俗的作用。教師應(yīng)借助AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)情境，以鮮活有趣的教學(xué)過程培養(yǎng)學(xué)生的興趣;以AR技術(shù)革新教學(xué)模式，發(fā)揮學(xué)生主體作用，提升他們的核心素養(yǎng);同時還可依托AR開展課堂協(xié)作、課外活動，將虛擬的數(shù)字信號與現(xiàn)實世界融合給學(xué)生提供更自由的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而激發(fā)他們的能動性與創(chuàng)造力。

備注：泉州市第二批教育“領(lǐng)航團隊”專項課題《基于AR技術(shù)的中學(xué)生物學(xué)課堂教學(xué)模式研究》立項編號：QLHKT2-054

作者簡介：洪佳賓（1982.9-）男，福建南安人，本科，一級教師，從來高中生物教學(xué)研究