基于zSpace的VR/AR技術在初中地理教學中的應用

李沛嶼 朱征

【摘 要】虛擬現(xiàn)實技術與增強現(xiàn)實技術正逐漸成為信息技術與教育教學深度融合的熱點。以初中地理《地球圈層結構》一課的課堂教學為例，探討虛擬現(xiàn)實技術與增強現(xiàn)實技術在初中地理課堂教學中的應用模式。

【關鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術;增強現(xiàn)實技術;地理;課堂教學

【中圖分類號】G633.5? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2021）11-0053-03

【作者簡介】1.李沛嶼，南京外國語學校淮安分校（江蘇淮安，223001）教師，二級教師;2.朱征，南京外國語學校（南京，210008）副校長，正高級教師。

一、VR/AR 技術的釋義

《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出的“深化信息技術與教育教學的融合發(fā)展……著力提升學生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成數(shù)字化學習習慣”已逐漸成為廣大教師的共識。教育部更是明確要求推動虛擬現(xiàn)實技術在教育教學中的深入應用。

VR（Virtual Reality，譯作“虛擬現(xiàn)實技術”）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它綜合利用多媒體技術、計算機網(wǎng)絡、仿真技術、并行處理技術等現(xiàn)代信息技術手段，通過逼真的聽覺、視覺、觸覺等虛擬環(huán)境，使人們獲得身臨其境的感受，并借助一系列虛擬現(xiàn)實交互設備，讓使用者可以把現(xiàn)實環(huán)境與虛擬環(huán)境進行交互，給予視覺沖擊力。[1]而AR（Augmented Reality，譯作“增強現(xiàn)實技術”）是在虛擬現(xiàn)實技術上的延伸，它是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像的技術，可以通過實景和虛景的結合把需求呈現(xiàn)在用戶面前，進而實現(xiàn)查詢搜索信息、位置等多種功能，它將現(xiàn)實中不存在的事物構建成一個三維場景予以展現(xiàn)，與現(xiàn)實生活相互銜接，呈現(xiàn)出更好的體驗。

zSpace虛擬現(xiàn)實教育一體機是應用虛擬現(xiàn)實技術與增強現(xiàn)實技術最具代表性的教育裝備產(chǎn)品。它通過 zView 投影到高清顯示器的屏幕上，達到裸眼 3D 的效果，還可以讓學生自己操作，隔空抓取演示模型和小實驗，使抽象事物具體化，增強了可操作性，讓學生沉浸其中。桌面式VR/AR教育一體機引入課堂教學，能跨越時空界限、動感交互穿越和跨界知識融合，為信息技術與教育教學深度融合提供了良好載體。[2]實踐證明，在課堂教學中，運用zSpace能讓學生有置身于真實場景的感覺，隨手可觸及的“知識”，能增強學生的學習體驗，激發(fā)學生的學習動機。

二、VR/AR 技術在初中地理課堂教學中的應用

地理是研究地理環(huán)境以及人類活動與地理環(huán)境關系的綜合性很強的學科。地理研究的對象是真實世界，當我們不能真實可見一些地理事物或地理現(xiàn)象時，虛擬現(xiàn)實技術可以為之呈現(xiàn)近似真實的地理環(huán)境，營造真實的地理學習情境。下面筆者以《地球圈層結構》一課教學為例，談談VR/AR 技術在初中地理課堂教學中的應用。

1.基于學情設計教學目標。

《地球圈層結構》是自然地理的內容。在這一部分內容中，對地球表層的巖石、土壤、水、生物、大氣等知識，學生早已知曉并有所體驗，但學生腦海里的這些地理知識都是零散的，對它們的認知也是碎片化的。《地球圈層結構》旨在從人類生存的地理環(huán)境的角度，引導學生的認知從身邊的地理現(xiàn)象上升到地球的圈層結構，并了解各圈層的特征，進而探究它們與人類活動的關系。但學生對地球的外部圈層（包括大氣圈、水圈、生物圈）和內部圈層（包括地殼、地幔、地核）缺乏清晰的空間概念，學習時理解難度較大。將zSpace虛擬現(xiàn)實教育一體機運用在本節(jié)課的教學中，通過人機互動、師生互動、生生互動，將抽象的內容可視化，有助于學生對這部分知識的理解和掌握。

基于此，筆者設計了本節(jié)課的教學目標：

（1）知識與技能：了解地球結構分為哪幾層;掌握每一層的作用;比較地球和月球結構的不同，發(fā)展學生的綜合性思維。

（2）過程與方法：學會利用 zSpace設備認識地球內部結構及作用，在師生互動、人機互動中開展自主探究和小組交流討論，發(fā)展學生的地理實踐力。

（3）情感態(tài)度與價值觀：通過使用 zSpace 設備激發(fā)學生的好奇心，增強地理學習興趣及對地理學科的熱愛，發(fā)展學生的人地協(xié)調觀。

2.設計活動展開教學。

（1）觀察活動。教師使用 zSpace 設備中的zSpace Studio 軟件，通過課件里的3D動圖“太陽系中的八大行星”來引導學生觀察，引起學生關注。學生觀看太陽系中八大行星的3D動圖，積極討論、聯(lián)系已有知識并回答教師的提問。

（設計意圖：學生很少接觸虛擬現(xiàn)實的課堂，在虛擬情境中觀察太陽系環(huán)境，容易激發(fā)起學生學習的積極性。）

（2）觀看活動。教師根據(jù)視頻，提出幾個問題：太陽系中有哪八大行星？太陽系的行星中哪些行星是有生命存在的？學生觀看視頻并總結回答問題。學生看完視頻后，將屏幕上圍繞太陽轉的八大行星用觸筆拿起來觀察其名稱及其外觀。小組間互相交流，討論問題。

（設計意圖：新的教學工具使學生能以好奇的心態(tài)去探索新知。教學中要發(fā)揮學生的主體作用，讓學生通過自己的實踐來學習這部分知識，突破重點難點。）

（3）操作活動。學生通過使用zSpace觸筆對地球進行解剖，去尋找答案，并在腦海中形成三維動畫，來鞏固知識。學生分小組解剖地球，觀察不同層的顏色及大小，總結出地球的結構可以分成哪幾層，之后再將解剖好的結構按照順序排好，在連接好的高清顯示屏上進行展示，便于觀察。

（設計意圖：利用信息技術和設備強化教師和學生之間、學生和學生之間的互動，使教師盡可能充分地獲取學生學習的信息，使自己的教學更能指向學生，幫助學生解決在學習過程中產(chǎn)生的問題和困惑，以此深化教學。）

（4）思考活動。教師在講解并總結地球的結構以后，提出“月球為什么沒有生命體存在”的問題，小組分析解決問題。學生將所學的對地球的解剖用于比較兩種天體結構不同上，得出“結構的不同造成天體本質的不同”的結論。具體過程為：學生分小組對月球進行解剖，發(fā)現(xiàn)月球的結構比地球少了大氣層，從而總結出大氣層是地球有生命體存在的條件之一。

（設計意圖：學生能夠運用新型教學設備，結合所教的方法，舉一反三分析問題及成因。）

課堂最后，學生在組內交流本節(jié)課的感想與收獲，教師聽取學生的意見與建議。教師運用zSpace 進行授課，讓學生帶著好奇走進課堂，激發(fā)了學生探索自然奧秘的興趣和熱情，課堂活躍而高效，較好地完成了既定的教學目標。

三、VR/AR 技術在地理教學中應用的反思

zSpace 虛擬現(xiàn)實教育一體機提供給教師和學生一個非常特別的學習平臺， VR/AR 技術在教學中將地理課中地球內部結構、宇宙天體運動等教師用語言難以表達清楚、學生難以理解透徹的抽象知識，形象化地呈現(xiàn)出來，幫助學生理解記憶，激發(fā)學生想象空間;zSpace 虛擬現(xiàn)實教育一體機和其中的課程資源，為學生隨時隨地自主學習提供了有利條件，它打破了課堂的邊界、知識章節(jié)的邊界、時空的邊界甚至學科的邊界，有助于教學方式的改革，從而滿足學生的個性化發(fā)展;zSpace的部分VR/AR 技術是讓學生自己操作、感受及分享，激活了學生的感官體驗，大大地激發(fā)了學生的學習興趣，有助于學生的認知加工和知識建構，有利于深度學習的實現(xiàn)。

在初中地理教學中，經(jīng)常提到“走出教材，走進生活”，這就需要教師根據(jù)學生已有的知識和經(jīng)驗來創(chuàng)設新情境，在活動中激發(fā)學生的參與欲望。例如“自然地理”中的海陸變遷、板塊運動等，“人文地理”中的“美國、歐洲西部的工農業(yè)、乳畜業(yè)”等，“區(qū)域地理”中的“日本、東南亞、巴西、撒哈拉以南的非洲”等。在這些內容的教學中，教師可以引導學生通過zSpace觀察身邊不易觀察到的事物，從而不再受限于課本的敘述，將原本的理論具體化，讓學習內容變得更加有趣。

但是，我們在教學中使用VR/AR 技術時，也要考慮運用時機的選擇，要結合恰當?shù)闹黧w合理使用，避免重形式而輕內容的教學實踐。同時，也要考慮學生在VR/AR 技術及設備使用過程中可能出現(xiàn)的眩暈現(xiàn)象以及因為畫面光線及明暗太強或太弱而造成的眼睛的不適或疲勞等問題，避免出現(xiàn)因為長時間使用或頻繁使用而影響學生視力的情況發(fā)生。

【參考文獻】

[1]陳顥，呂美萍.淺談VR虛擬現(xiàn)實技術在建筑構造課程教學中的運用[J].江西建材，2018（13）：54-55.

[2]王同聚.虛擬和增強現(xiàn)實（VR/AR）技術在教學中的應用與前景展望[J].數(shù)字教育，2017（1）：1-10.