基于增強現實技術落實地理實踐力的教學設計

地理實踐力是地理核心素養的重要組成部分，是地理課堂教學中核心素養培養的薄弱環節。為了將地理實踐力真正落實到地理課堂上，各學校教師開展了地理實驗、野外考察、校本課程等活動，并取得了一定的成果。但由于投入成本過大，推廣的可能性較小，能否借助信息技術，增強地理實踐力落實的可操作性，成為一線教師探究的重要問題。增強現實技術的運用可以很好地實現一線教師的這一訴求。

增強現實（AR）是虛擬現實的分支之一，涉及計算機圖像學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等多個領域，其應用目標是對現實世界的擴充和延伸。AR技術能夠實現課程的數字化學習，將課程學習內容轉化為學生的學習資源，實現資源共享;能夠提供界面友好、形象直觀、虛實結合的學習環境，有利于激發學生的學習興趣。置身其中，學生可以從多方面參與學習活動。

本文以《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》中的1.3內容為例，借助AR技術，在常規教室內完成一次地理野外考察，以落實培養學生地理實踐力的核心素養。

一、課程標準內容解讀

本節課的課標要求是通過野外觀察或運用視頻、圖像，識別3～4種地貌，描述其景觀主要特點。本節內容對應本條標準，可從如下三方面解讀：第一，“通過野外觀察或運用視頻、圖像”屬于行為條件，“識別、描述”屬于行為動詞，“地貌的概念與分類、描述地貌景觀的主要特點”屬于認知內容。第二，依據地理學科核心素養的內涵與表現，該課標內容主要對應地理實踐力，應達到水平2 ：能夠進行細微觀察和調查，獲取和處理信息，有探索問題的興趣;能夠與他人合作使用地理工具，設計和實施較復雜的地理實踐活動，主動從體驗和反思中學習;能夠有自己的想法，有克服困難的勇氣和方法。第三，依據“行為條件”分析課程標準對學生核心素養能力的要求。從本條課標“通過野外觀察或運用視頻、圖像”可知，它要求學生具有讀圖分析能力、歸納分析材料能力;根據本條課標“識別3～4種地貌，描述其景觀主要特點”可知，它要求學生能夠認識典型的地貌，并清楚描述地貌景觀的特點。因此，在教學中，教師要引導學生學會通過讀圖、觀察模型掌握觀察與描述地貌景觀特點的基本方法與步驟。

二、教學內容和學習者分析

此課標對應中圖版高中地理必修一第二章第三節“地殼的運動和變化”，教材內容主要包括地質作用、造成地表形態變化的內力作用、造成地表形態變化的外力作用和巖石圈的物質循環。它主要從成因的角度進行分類與對比，與現今的課標要求和地理核心素養理念匹配度較低。因此，本節課以教材為教學依據，進一步組織教學內容，從學生熟悉的冬奧會情境出發，選擇學生身邊的地理事物——洋河—永定河—海河河段，以典型地貌中的河流地貌為例，識別典型河流地貌，掌握描述地貌特點的一般方法，努力提高學生提取和歸納地理信息的能力、區域認知、人地協調觀和地理實踐力。

本節課的授課對象是高一年級的學生，學生的認知特點以理性認知為主。經過初中地理的學習，學生具備了一定的圖表閱讀能力，且能夠運用地理術語進行簡單地理現象的分析和歸納，但中考選考地理的學生與未選考地理的學生間存在較大差異。現階段學生已經初步掌握地形、地圖判讀等基礎知識，但是對于典型地貌識別和特征描述認識不夠。同時，通過宇宙中的地球和地球圈層結構的學習，學生基本適應高中自然地理的課堂學習，具備初步小組合作和地理實踐的能力，但是結合具體地理現象對圖文資料的判讀、地理語言表述和知識遷移的能力較弱。

此外，從學生的心理特征來看，高一年級學生好奇心比較強，對于典型地貌的認識有較強興趣。應用AR技術進行授課，學生的學習積極性比較高。

三、學習目標及重難點

（一）學習目標

·運用典型河流地貌景觀圖和AR技術，識別V形峽谷、沖積扇和三角洲三種典型河流地貌，提高學生的地理實踐力。

·運用AR技術、河流地貌景觀圖、示意圖、剖面圖等圖文資料，描述典型河流地貌景觀的主要特點，歸納描述地貌景觀特點的一般方法，培養學生的歸納概括能力。

·通過分析不同河段、不同時間河流地貌差異，初步理解河流地貌的時空差異，樹立時空觀念，培養學生區域認知和動態分析地理現象的能力。

（二）重難點

描述地貌景觀主要特點的一般方法。

四、教學設計

（一）課堂導入：拓展紙質教材，獲取真實圖文材料

由于傳統紙質教材受版面限制，針對一個知識點有時只能用一幅圖片呈現，借助AR技術，則可實現在同一版面位置提供系列圖片、視頻等，從不同角度、不同層次闡述同一知識點，使知識呈現立體化、真實化。本節課上，筆者采用了依據高中地理課標，結合地理教材，基于AR技術、3D技術開發的供師生使用的震創空間App，它主要包括面積、等高線、河流地貌圖文資料以及流域模型等學習材料和教學資源。這一App包含了本節課的8個拓展知識點，師生掃描App即可獲取教學資源。

課堂上，學生以小組為單位利用平板電腦打開震創空間App掃描外置平面圖片（如圖1），身臨其境地進行AR技術下的地表地形地貌（如圖2）探秘活動，初步了解河流地貌的類型以及河流地貌的典型特征。通過三維模型、視頻影像、高清圖片、電子交互地圖等，教師構建了一個接近真實的河流地貌模型，引導學生從復雜、立體的地貌模型中抽取有用的信息完成課堂任務。此過程能夠加強學生對河流全流域真實地理空間事物，如沖積扇、三角洲等抽象概念的理解，增強學習過程的真實感和體驗感，大大提升學生閱讀和課堂學習效果。

（二）小組討論：創設學習情境，進入真實地理學習環境

學生參與基于真實情境的一般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，教師要將學生的學習置于知識產生的特定自然和社會情境中。AR技術與真實情境學習有著天然的匹配性，利用AR技術可以更為方便地創設逼真的學習情境，讓學生沉浸在學習活動當中。

通過掃描AR地貌鏈接圖片，學生在課堂上可以清楚地看到虛擬河流流域模型，同時點擊相應模型中的鏈接尋找自己想要的圖文資料（如圖3）。之后，學生以小組為單位識別學案中實景圖所代表的河流地貌名稱;借助景觀圖和AR技術，描述上述三種地貌的主要特點。在合作學習過程中，學生要運用AR技術提供的圖文資料，合作完成地貌考察任務并完成學案，基于考察得出的結論對該地貌景觀進行描述，交流分享。最后，教師要進行課堂小結，結合學生討論結果歸納描述地貌景觀的一般方法，引導學生加深對本節課所學知識邏輯關系的認知。

利用AR技術，學生可親臨虛擬河流地貌之中，從視覺、聽覺、觸覺等感官上進入真實的自然環境。在此過程中，學生可以對河流流域模型手動操作，移動方向和角度，進行縮放、旋轉等，提高動手能力和自主探究能力。這種交互的學習方式，使學生體驗到知識信息輸入和輸出的過程，增強學習過程中的沉浸感和獲得感。

（三）遷移應用：革新學習模式，體驗真實合作探究過程

地理學科注重實踐性和探究性。為培養學生的動手能力和野外考察能力，教師創建虛擬演示環境的教學效果能夠接近實驗儀器實驗達到的學習效果。借助AR技術創設的學習環境，傳統教學模式也在發生改變。學生除了接受教師傳授的知識，還可與學習信息隨時互動，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，課堂教學互動能夠更加高效地實現。

活動1：教師引導學生說出洋河—永定河—海河V形谷、沖積扇和三角洲地貌可能出現的序號區域;說出海河流域A、B兩條河流可能看到V形谷、沖積扇和三角洲地貌的區域，并說明理由。這時，學生會結合所學推斷各考察點可能出現的地貌類型：①V形谷;②沖積扇;③三角洲。

活動2：教師轉換空間尺度，引導學生思考如果考察區域放大到整個海河流域，海河流域內A、B兩條河流的哪些地區可能看到V形谷地貌、沖積扇地貌和三角洲地貌？此時，學生利用區域圖思考V形谷、沖積扇和三角洲地貌可能出現的位置，并在區域圖中繪制出相應位置。

這兩個活動主要以考察河流所在流域為例，培養學生的空間尺度觀念，滲透區域認知的核心素養。

活動3：教師引導學生分析新開河道對海河三角洲的影響，思考不同時期海河三角洲的變化。此時，學生會發現，不同時間尺度上，三角洲的形態和規模會隨著自然環境變化以及人類活動而發生改變。這一活動是以考察河流所在流域為例，主要是培養學生的時間尺度觀念，滲透人地協調思想。

AR技術在本節課上所創設的情境，是一個以描述河流地貌景觀特征為核心的問題式小組探究過程。學生在這一學習過程中體驗真實社會中合作探究的過程，并采用多元化的學習方式完成課堂任務，在探究合作的過程中對知識有了新的見解、感悟和體會，促進自身全面發展。

（四）課堂升華：落實核心素養，理解真實開放的地理環境

地理核心素養是地理學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。借助AR技術輔助教學，可以不受時間和空間的限制，既使學生足不出戶感受大自然的美，又激發學生對地理探究的興趣，開闊學生的視野，提高學生地理學科核心素養。

學生可以通過AR技術觀察植被破壞后（如圖4）河流沖積扇、三角洲等地貌的變化，得出人類活動對河流地貌的影響，有效促進學生綜合思維、區域認知和人地協調核心素養的形成與發展，落實地理學科核心素養。此外，通過主動探究過程，學生的學習從封閉的課堂走向開放的課堂，從單一接受走向多元化的主動獲取，更加深入理解真實地理環境的復雜性。

不同的河流地貌孕育了不同規模的城市。三座城市因同一條河流而興起，三座城市的人們也因同在河流地貌之上而生生不息，不斷發展。學生在聆聽教師講解中，了解現在的居住環境、文化產生與河流地貌的關系，回扣導入，滲透立德樹人的目標。

整節課的板書設計如圖5所示。

五、教學反思

隨著人工智能和信息化時代的到來，教師越來越注重地理教學與信息技術的融合。本節課以河流地貌的觀察與描述為例完成了AR技術與地理教學的初步融合，有成功經驗，也有改正方向。

本節課所涉及的知識難點借助AR技術呈現更加直觀化。由于它是探究性課堂，學生學習的積極性較高。經過多次打磨，本節課的整體教學環境比較精練，環環相扣，逐漸深入，學生思維也比較連貫，加深了筆者對于課標和教材的理解，促進了自身專業發展。此外，信息技術與學科教學的深度融合，可以及時反饋學生在課堂上對于重點知識的落實情況，大大提高課堂效率。

本節課最大的亮點在于AR技術與地理課堂的融合。AR技術能夠有效拓展紙質教材、創設學習情境、革新學習模式和落實核心素養，同時通過上述四方面加深學生對于真實圖片文字材料、真實地理學習環境、真實合作探究過程和真實開放地理環境的認識，進而增強學生對于真實社會的理解，提升學生地理實踐力核心素養，落實立德樹人的根本任務。此外，地理實踐力作為地理學科核心素養之一，自提出以來，很多教師就在積極嘗試應用各種方式予以落實，如地理實驗、野外考察、校本課程等。本節課采用的AR技術則可以幫助學生足不出戶高效地完成河流地貌考察活動，具有直觀、全面和可視化的特點。從課堂效果上看，學生對于新技術接受較快，學習積極性更高，對于問題的探索既有深度也有廣度。

然而，將AR技術與課堂教學相結合，本身就是一個新興領域，目前運用的教師較少，設計開發的教師更少。所以，要想實現AR技術在教學中的普及與應用，仍存在如下問題：一是教師設計開發AR資源存在一定的難度，需要教師具備較高的技術水平。甚至這并不是教師個人所能完成的，背后需要技術團隊的支持。二是由于該技術需要網絡環境以及移動設備的支持，它要在軟硬件設施較好的環境下才能使用。三是AR課堂上呈現的數字信息，需要提前設置，這就要求設計開發的教師在課堂把控、教材內容、學生情況等方面均有考量，對教師來說是一大挑戰。受制于目前AR技術開發的局限，河流地貌模型模擬抽象，學生親身體驗感不強，與實際野外地貌考察還存在很大差距。這也是本節融合AR技術的地理課需要繼續改進的部分。

注：本文系北京市海淀區教育科學“十三五”規劃重點關注課題“地理實踐力核心素養提升的教學實踐研究——以北京市八一學校為例”（課題編號：HDGH20190014）的階段性研究成果。

（作者徐亞輝系北京市八一學校教師，一級教師;蔣立紅系北京市八一學校教師，高級教師;宋玉系北京市八一學校教師，高級教師;吉小梅系北京市海淀區教師進修學校教研員，正高級教師）

責任編輯：孫建輝