地理教學中AR技術的應用思考

高川秀 鐘嘉彥

摘 要：增強現實（AR）技術，是一種將現實世界和虛擬世界結合的新技術，通過編程等技術手段，突破時空限制，將虛擬信息與真實世界疊加，使人能更直觀地感知信息。文章以中學生對地理教具的體驗問卷調查為基礎，明確了AR技術在地理教學中應用的必要性和可行性，并對AR立體地理書進行初步設計和應用實踐。實踐證明AR技術可以把所有教具、優質多媒體資源等整合在一起，有效解決學生與教材的互動問題，大大提高地理課堂學習質量。

關鍵詞：AR技術;地理教學;AR地理書

一、地理學習的實體空間與虛擬空間

學習空間的建設應當包含實體空間和虛擬空間兩個部分[1]，課堂的教學空間作為正式的學習空間，同樣也應當包含這兩部分。傳統的地理教學互動空間只局限在教師與學生之間的交流、傳遞，學生聽為主，實際動手操作為輔，學生與地理知識并沒有形成很好的良性互動，一般只依靠“做題”這一方式產生比較密切的互動[2]。而如果能將課堂和課后的空間有機地結合起來，那傳統意義上的教學空間（學習空間）能得到最大程度的延伸，基于此，由傳統的教學空間逐步向技術支持的學習空間的變革成為研究熱點[3]。

增強現實（AR）技術在虛擬現實基礎上發展[4]，是一種將現實世界和虛擬世界結合的新技術，為構建實體空間和虛擬空間相融合的學習空間提供了可能，可以將資源從空間外搬到空間內[5]。因此，如何將AR與地理教學相結合，利用一些教學用具和教學素材，保證學生課后學習的有效性和自覺性，成為教學模式探索的新思路。

地理教具是最能體現地理直觀性的教學用具之一，以此為切入點，對中學生進行問卷調查，了解目前地理教具的使用情況以及學生對于地理教具的喜好程度等。通過對問卷進行分析，明確AR技術應用到地理教學過程的必要性和可行性。問卷派發對象隨機抽取廣州市天榮中學初一、初二6個班的學生，共126人，全部為有效問卷。

二、學生對地理教具感知的調查分析

問卷內容主要由兩大部分組成，第一部分為學生對地理課使用地理教具的看法，第二部分為學生對地理教具的期待。問題包括課堂上地理教具的使用情況、對地理教具的喜好程度、地理教具對于理解知識的幫助程度這3方面，一共10小問。

1.中學地理課堂教具使用情況

地理教具在中學課堂中的使用比較普遍，但使用率不高。問卷調查得知，高達81.48%的學生認為老師會在課堂中使用地理教具開展教學，而具體使用率則很大程度上根據實際的課堂需要而定，使用率總體不高。使用地理教具開展教學活動時，學生動手操作的機會較少，在問及學生對教具的操作問題時，超過一半的學生選擇“偶爾讓我們動手自己操作”，可見地理教師在采用地理教具開展教學活動時，有讓學生動手操作的意識，或受客觀條件限制，因此選擇“沒有讓我們動手操作”的學生比例也較高。

2.中學生對地理教具的喜好程度

學生對地理教具的喜好度極高，約81%的學生喜歡老師上地理課時使用教具，在問及“喜歡老師上課使用地理教具的原因”時，超過一半的學生認為使用地理教具“使課堂更加生動”，同時較多學生對地理教具可以幫助其理解老師所講內容、激發學習興趣的觀點表示認同，認為教具使他們對地理現象有身臨其境的感知。

部分學生不喜歡地理教具，究其原因，一方面，他們認為教具本身普遍較小，且演示需要花費時間;另一方面，62.5%認為由于外部條件限制：每節課的時間有限，因此效果不佳。由此也可以設想，如果有這樣一款教具：演示清晰，同時具備高時效性、便攜性，學生操作性強，那么地理教具在地理課堂上的受歡迎程度將會大大提高。

3.中學生對地理教具的期待

抽象地理知識的講解更需要地理教具的輔助。在調查學生認為哪些地理內容需要用到地理教具時，“地理現象”和“地理過程”比例最高。其中選擇“地理現象”的比例高達40.74%，選擇“地理名詞”和“地理原理”的比例相同，只有11.11%。可見學生在理解地理現象、地理過程這些比較抽象的內容時很需要地理教具的輔助，這與學生特定年齡階段的認知水平具有很大關聯。

在問及“怎樣的教具會讓你更喜歡地理課堂”時，由高到低的選項分別為： “可以動態演示各種地理知識”“可以是3D的，讓我有身臨其境的感覺”“可以讓我自己動手操作”，選擇比例均超過50%（圖1）。由此可見，學生對能動態演示地理知識且能動手操作的立體教具需求表現很高。

三、AR技術運用于地理教學的必要性和可行性

提高地理教學效果不能只重視教師怎么教，還應當重視如何讓學生學得更好。將AR運用到地理教學中將會成為未來新型而有效的教學方式。

1. AR技術運用于地理教學的必要性

（1）提高學生學習地理缺乏動手實踐的機會。目前地理課堂出現的問題主要為教師與學生間、學生與知識間互動的缺乏，地理教具在中學課堂中的教學效果明顯，但使用率不高。采用AR地理教具把一些復雜的地理現象和地理過程通過建模的方法加以實現，使得學生可以在虛擬的環境中自己動手重現地理現象和地理過程，既不占用課堂時間，也充分節省了資源。

（2）更好地激發學生對地理的學習興趣。學生不是不喜歡地理，而是沒有意識到地理的重要性和趣味性，讓這個階段的孩子去體會重要性是很難的，而讓他們覺得趣味性卻輕而易舉。通過AR地理教具輔助學生的課堂學習，提供嵌入式的體驗，使學生快速進入地理學習的情境之中，激發他們的學習興趣和學習動機。

（3）提升教學效果，釋放教師的教學壓力，營造良好的師生關系。學生對能動態演示各種地理知識且能動手操作的立體教具的需求很高，因此，抽象地理知識的講解更需要地理教具的輔助。地理的教學方法很多，但方法再好，也比不上直接把一些地理內容展現給學生，給學生直觀的體驗，激發他們學習的興趣和想象力。使用AR地理教具能幫助中學地理教師解決學生不愛學地理、覺得地理難學的問題，只需使用較少的教學材料就能達到很好的教學效果，能大大地釋放教師的教學壓力。

2.AR技術運用于地理教學的可行性

（1）AR地理教具受到教師和學生的歡迎。對于地理教師而言，提高學生對地理的學習興趣，幫助其更好地理解地理知識是永恒的探索目標與追求，借助這一新型教具，有利于開展教學活動、增強教學效果。同時對學生而言，新穎、實用、可操作的地理教具有較強的吸引力，滿足他們對地理教具的期待。

（2）AR技術在教育領域中的運用會越來越普遍。隨著AR技術的不斷成熟，它在教育領域的運用會越來越普遍，且隨著越來越多的學校對教學的投入增多，教學用具增加，AR地理教具在地理課堂上的運用將會是一個必然。

四、AR立體地理書的運用實踐

利用增強現實（AR）技術強大的功能，將地理課本AR化，把課本中的圖片、實驗通過AR技術與視頻、動畫、語音、思維導圖等鏈接起來，地理課本不再是平面的、枯燥的文字和圖片，而像生態圈一樣充滿生機和活力，鮮活且立體。課堂上，學生在教師的引導下利用平板電腦開展學習，打開APP掃描課本上的圖片，即可出現與之對應的鏈接內容。除此之外，課后學生在家庭學習的過程中也可針對自身需求，借助移動設備，打破空間和時間的限制，重復課堂上的操作，直觀且便捷。

AR立體地理書的總體結構分為演示區和討論區（圖2），演示區根據教材的需求會提供3種內容：圖片、視頻、實驗。討論區則分為教師討論區和學生討論區。

下面以圖3的實驗——晝與夜為例，對AR立體地理書的功能與使用進行詳細闡述。課堂上教師使用投影儀進行演示，學生使用平板電腦跟進學習。當教師用配備的攝像頭或學生用平板電腦對著課本上“晝夜圖”的時候，屏幕上就會出現太陽和地球。學生可以手動在屏幕上滑動、轉動地球，在轉動過程中教師可以引導學生觀察地球的晝與夜一直各占地球表面積的1/2，在太陽照到的一面是白天，太陽照不到的一面形成黑夜，隨著地球的轉動，白天與黑夜所處的位置在不斷發生變化，從而產生晝夜交替的神奇地理現象。

當回到首頁點擊“復習”的時候，系統語音會開啟，在開始時引導學生：“你可以點擊播放按鈕觀看整個動畫”“你現在可以把手放在地球上轉動地球”;在過程中進行提問：“在地球旋轉過程中觀察白天與黑夜各自所占的面積，你發現了什么”;在學生做題的時候對其進行鼓勵，如當學生很久沒有選出一個答案的時候，系統會給出提示：“你不妨試一下從……入手。”或是鼓勵他：“這道題有點難，再想一下就可以想出來了。”當學生完成效果很不錯的時候，系統就發出“你掌握得真好”之類的鼓勵語等，充當課外無教師狀態時的私人教師角色。

作為教師的課堂輔助教具，AR地理書可以節約教師教具準備時間，有效提高教師備課效率，使得教師可以將更多的時間精力投入課堂組織中，密切關注每位學生的學習動態和知識掌握情況，充分激發學習興趣，提高自主學習能力。

五、結語

近年來，隨著課程改革的深入，地理教學改革專家、教師更加關注地理課堂的趣味化，強調學生的主體地位，注重培養學生的地理核心素養。在多媒體的普及下，地理課堂的趣味性已顯著提升，但多媒體資源同樣存在更新慢、質量參差不齊、體驗感不佳等問題。同時，地理教師在課堂上使用的教具多為呈現型的教具，反映地理原理與過程的教具較少，不利于培養學生的地理思維和地理學習興趣。

增強現實（AR）技術操作性、參與感強，有利于師生雙向互動，通過AR技術可以更好地呈現地理知識、組織地理課。目前關于AR技術的理論正逐步成熟，其行業應用還處于發展期，AR這一全新交互技術也將會成為未來教育發展的一大趨勢。

參考文獻：

[1] 楊俊鋒，黃榮懷，劉斌.國外學習空間研究述評[J].中國電化教育，2013（06）：15-20.

[2] 胡銳.當下的應試教育[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2014.

[3] 許亞鋒，王麒.學生對技術支持的學習空間的感知研究[J].遠程教育雜志，2015，33（02）：21-30.

[4] 全希. 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[J]. 地理教育， 2016（12）：55-56.

[5] 梁為.基于虛擬環境的體驗式網絡學習空間設計與實現[J].中國電化教育，2014（03）：81-85.