基于AR的情境教學設(shè)計研究*

摘? 要? AR能突破情境教學的各類限制，其更加自然的虛擬情境與交互方式使基于AR的情境教學成為可能。闡述情境教學的內(nèi)涵與主要特征，建立基于AR的情境教學設(shè)計框架，以AR設(shè)備zSpace為例，采用該設(shè)計框架進行教學設(shè)計。該框架為AR技術(shù)進入學科教學提供方法上的嘗試，為技術(shù)促進學習的有效發(fā)生探索新的路徑。

關(guān)鍵詞? AR；情境教學；教學設(shè)計；zSpace；中學地理；3D工作室

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）24-0023-05

0? 引言

建構(gòu)主義認為，知識是學習者在一定情境即社會文化背景下，借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得的[1]。其中情境、會話、協(xié)作、意義建構(gòu)是建構(gòu)主義的四大要素。情境教學是指教師創(chuàng)設(shè)以形象為主體、富有感情色彩的具體場景或氛圍，激發(fā)和吸引學生主動學習，達到最佳教學效果的一種方法。

AR（Augmented Reality，增強現(xiàn)實）技術(shù)以其三維、真實、直觀的效果可視化教學內(nèi)容，以虛實結(jié)合的情境化場景增強學習沉浸感，以更自然的交互方式提升學生認識和體驗，是創(chuàng)設(shè)教學情境的有效工具。教師往往受空間、時間的限制，無法為學生創(chuàng)設(shè)情境、開展情境教學，而AR技術(shù)能有效解決由于各種物理限制產(chǎn)生的情境教學局限。本研究嘗試在分析情境教學理論的基礎(chǔ)上，探索基于AR的情境教學設(shè)計框架和方法，為AR技術(shù)在學科教學中的應(yīng)用提供參考。

1? 基于AR的情境教學設(shè)計

1.1? 情境教學的內(nèi)涵

情境教學認為學習是個體與情境互動、參與實踐的過程，而不只是個人建構(gòu)的過程，離開具體的情境，學生很難對知識產(chǎn)生準確的理解[2]。改革開放之初，我國兒童教育家李吉林[3]回歸小學語文課堂后采用情境教學法解決了教學中講解空洞單一、作業(yè)重復低效、學生一知半解等問題，從此開啟了我國對情境教學的研究道路。

情境教學主要有以下三方面的特征：

1）在建構(gòu)情境時，須根據(jù)教學內(nèi)容進行情境選擇，選用多種情境創(chuàng)設(shè)途徑，整體要給學生帶去美的感受，完成形神兼?zhèn)涞哪M；

2）在教學活動設(shè)計中以學生活動為中心，重點設(shè)計學生的自主學習環(huán)節(jié)，如動手訓練、角色扮演等，以充分激發(fā)學習動機；

3）教師在教學中要先入情境，并以豐富飽滿的感情帶領(lǐng)學生進入情境，塑造輕松和諧的氛圍，以激發(fā)學生的想象力。

1.2? 基于AR的情境教學設(shè)計框架

AR技術(shù)是VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實）技術(shù)的延伸，與VR相比，AR更易開發(fā)、更易操作[4]，

是一種更好的寓教于樂的娛教技術(shù)[5]。有研究證明，AR具有良好的學科適應(yīng)性，其支持的協(xié)作學習能讓學生之間形成積極的情境效應(yīng)[6]。也有研究證明，基于AR的情境學習可能會促進高水平認知活動的進行[7]。基于情境教學理論和AR技術(shù)的優(yōu)勢，提出基于AR的情境教學設(shè)計框架，如圖1所示。

基于AR的情境教學設(shè)計包含教學設(shè)計的一般步驟，增添了創(chuàng)設(shè)情境這一關(guān)鍵階段，教師要根據(jù)AR軟件或AR設(shè)備的功能特點以及教學內(nèi)容分析，選擇圖畫再現(xiàn)等在內(nèi)的八大方法進行情境創(chuàng)設(shè)，再結(jié)合學生特點和應(yīng)用場合分析結(jié)果進行學習活動設(shè)計。教學實施后，教師的反思能為下一次教學設(shè)計提供參考價值，形成良性循環(huán)。

1.2.1? 設(shè)計要素分析

以鐘正等[8]人提出的基于VR的學習環(huán)境設(shè)計要素為參考，設(shè)計要素分析階段包括教學設(shè)計的常規(guī)分析（如學生特點、教學目標等），還應(yīng)包括對AR或其他相關(guān)設(shè)備的持有情況進行分析，對功能服務(wù)進行選用，為之后創(chuàng)設(shè)情境和設(shè)計學習活動提供方法與技術(shù)基礎(chǔ)。其中，應(yīng)用場合需要考慮基于AR進行情境教學的外設(shè)環(huán)境、AR設(shè)備與學生的配比、教室布置等；在進行技術(shù)要素分析前要先對AR設(shè)備自帶的教學軟件與工具等功能特點有整體、全面的了解，才能實現(xiàn)設(shè)備資源利用最大化。

1.2.2? 創(chuàng)設(shè)情境

開展情境教學的首要任務(wù)是創(chuàng)設(shè)情境，基于AR的情境創(chuàng)設(shè)不僅能創(chuàng)設(shè)虛擬、直觀的生活情境，還能創(chuàng)設(shè)虛擬的非日常情境，如宇宙、沙漠等。情境創(chuàng)設(shè)方式多種多樣，李吉林歸納總結(jié)了情境建構(gòu)的八大途徑[9]。其中，語言描繪不可或缺，圖畫再現(xiàn)、實物演示相對常用，教師應(yīng)根據(jù)教學內(nèi)容合理選擇多樣的創(chuàng)設(shè)情境方法，以打造一個調(diào)動學生多種感官通道的沉浸情境，助力教學開展，增強學習效果。

1.2.3? 學習活動設(shè)計

情境教學一般包括情境導入、自主學習/探究、學習反思三大學習活動。根據(jù)教學需求，教師可添加鞏固舊知、小組匯報、教師總結(jié)等環(huán)節(jié)。情境導入由學生進入創(chuàng)設(shè)的情境自然發(fā)生。根據(jù)AR軟件或AR設(shè)備的功能服務(wù)，自主學習/探究可能有多種開展方式，如“模型演示+小組探究”“互動漫游+自主學習”等，讓學生在特定的氣氛中積極主動地開展智力活動，在潛移默化中進行學習。

1.2.4? 教學反思

反思是教師提升教學水平的重要手段。通過對教學實施效果的反思，總結(jié)基于AR的情境教學經(jīng)驗，為下一次教學活動的開展提供經(jīng)驗和參考辦法。結(jié)合AR設(shè)備或軟件的學習監(jiān)控、記錄功能，教師能通過獲得學生學習報告、課堂觀察、學生反饋、小組匯報成果等多種方式了解教學實施效果。

2? 基于AR的中學地理情境教學設(shè)計案例

本研究以人教版七年級上冊地理第一章第二節(jié)“地球的運動”為例，選用AR設(shè)備zSpace一體機進行教學設(shè)計。利用zSpace自帶的3D工作室軟件設(shè)計教學課件，以任務(wù)驅(qū)動方式推進上課進度，通過模擬創(chuàng)設(shè)宇宙情境、為學生提供三維模型及動畫，更加直觀地反映星體運動過程，支持學生自主探索。

2.1? 設(shè)計要素分析

2.1.1? 學生特點

本節(jié)課屬于七年級地理的第一單元，大部分學生首次接觸地理這個學科，首次認識地球，對地理學科有著強烈的好奇心。學生對枯燥的知識點興趣不濃，但對知識點對應(yīng)的實際地理現(xiàn)象非常感興趣。學生已具有一定的抽象思維能力，但還需要借助一些具體形象事物支持。因此，在課件中需要提供觀察和體驗的機會，增加學生的具體經(jīng)驗；也需要適當提供反思機會，促進概念的形成。此外，七年級學生也已經(jīng)具備一定的分析概括能力，在教師給予支持的情況下能夠完成自主學習和協(xié)作學習，但自控能力還不強，在學習過程中需要教師加強課堂調(diào)控。

2.1.2? 應(yīng)用場合

此課件將運用于學校zSpace教室，屬于桌面式應(yīng)用，基于zSpace的特點及數(shù)量限制，一般是小組協(xié)作學習模式，一個小組（2～3人）分配一臺設(shè)備。

2.1.3? 教學內(nèi)容及目標

“地球的運動”的教學目標主要從以下三個方面來表述。

1）知識與技能：了解人類認識地球運動的過

程；認識地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的特點及其產(chǎn)生的地理現(xiàn)象；理解正午太陽高度變化、晝夜長短、四季形成、五帶劃分等現(xiàn)象與地球公轉(zhuǎn)的關(guān)系。

2）過程與方法：通過zSpace創(chuàng)設(shè)的情境與學生的合作探究，學生能夠掌握太陽、地球的運動關(guān)系，提升分析概括能力。

3）情感、態(tài)度與價值觀：樹立科學的宇宙觀，認識到地球是在不斷地運動的；提高對宇宙的審美情趣；培養(yǎng)樹立辯證唯物主義思想，理解事物之間是聯(lián)系的、發(fā)展變化的。

2.1.4? 技術(shù)要素

制作此課件，需要使用到zSpace 3D工作室資源庫中的太陽和地球模型，軟件中帶有的文本框、輸入框、標簽、攝像等工具，以及形成學習報告功能。學生使用硬件設(shè)備觸控筆操作課件界面，完成學習活動。一般用3D工作室制作的教學課件由兩部分組成，分別是屏幕左上角的引導框和其余屏幕主體，如圖2所示。引導框可以顯示文本、設(shè)置輸入框、點擊進入下一頁等，屏幕主體可以放入模型、動畫、標簽等課程資源。

學生佩戴追蹤眼鏡點擊拍照按鈕，則會在眼鏡中出現(xiàn)一個類似相機對準的縮略圖，如圖3所示。學生傾斜頭部或是控制觸控筆就可以改變畫面顯示，點擊觸控筆即可拍照。完成學習后，學生點擊保存時，照片和輸入的文本會自動保存在學習報告的對應(yīng)位置。

2.2? 創(chuàng)設(shè)情境

依據(jù)教學內(nèi)容需要創(chuàng)設(shè)的太空環(huán)境，本課件通過設(shè)置星空宇宙圖片為背景，設(shè)置The Universe In Me為背景音樂，制作地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)相關(guān)動畫，選用精心挑選的地球運動視頻等方式，給學生營造出宇宙的廣袤無垠與神秘之感，不僅能讓學生快速進入學習狀態(tài)，對地球運動清晰把握，還給學生帶去美的體驗，激發(fā)學生對宇宙的興趣和探索欲望。

2.3? 學習活動設(shè)計

“地球的運動”分為兩個課時，學習活動設(shè)計以第一課時即地球運動的認識過程和地球的自轉(zhuǎn)教學內(nèi)容為例，共設(shè)計鞏固舊知、情境導入、自主學習、學習反思四個活動。

2.3.1? 鞏固舊知

學生根據(jù)教師分配兩兩一組或是三人一組，進入zSpace課件界面。首頁中間顯示一個地球模型（含經(jīng)緯線），下方有一排標簽，分別為北極、南極、赤道、經(jīng)線、緯線。屏幕左上角有引導框，顯示：

歡迎同學們來到“地球的運動”，上節(jié)課我們學習了地球和地球儀，了解了地球是一個球體以及它大小的一組數(shù)據(jù)，學習了地球儀上的經(jīng)緯線、地軸等知識。現(xiàn)在快回想一下上節(jié)課學習的內(nèi)容，完成以下練習吧：

1）將地球傾斜至大致正確的方向；

2）拖拽標簽使它們標注在地球模型上與標簽內(nèi)容對應(yīng)的地方。

為你們組的練習結(jié)果拍一張照。

2.3.2? 情境導入

在學生完成復習題之后，點擊屏幕左上角引導框的下一頁按鈕，屏幕會播放朝夕更替的視頻，左上角引導框顯示：

我們每一天的生活都從清晨升起的太陽開啟，日月交替、日復一日，那晝夜更替的現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的呢？太陽為什么每天都東升西落呢？在接下來的兩次課時間里，我們將開啟“地球的運動”這一章節(jié)的學習。

2.3.3? 自主學習

學生點擊下一頁后屏幕開始播放有關(guān)人類認識地球運動的過程視頻，視頻內(nèi)容包括地心說和日心說，左上角引導框中顯示：

人類對地球運動的探索并不是一蹴而就的，從剛剛的視頻中，你們獲取到了哪些信息呢？請在下方的輸入框中簡單地寫一下你們的看法。

學生討論形成看法，保存后點擊下一頁，屏幕出現(xiàn)晝夜分明的地球模型自轉(zhuǎn)動畫，左上角引導框中顯示：

仔細觀察地球的運動，地球目前處于自轉(zhuǎn)的狀態(tài)，它圍繞地軸完成一次自轉(zhuǎn)需要24小時，也就是一晝夜。請在下面的輸入框中寫下你們觀察到的地球自轉(zhuǎn)的方向。

學生輸入答案，保存后點擊下一頁，地球模型停止轉(zhuǎn)動，左上角引導框中顯示：

調(diào)整地球模型的角度，分別在南極和北極視角的地球模型旁畫出地球自轉(zhuǎn)的方向（順/逆時針）。 為你們組的兩個結(jié)果拍兩張照。

學生拍照保存后點擊下一頁，地球模型慢速轉(zhuǎn)動，右邊出現(xiàn)太陽模型和光照射線，左上角引導框中顯示：

我們現(xiàn)在是白天，而遠在地球另一端的美國卻是黑夜，這種時間的差異也是因為地球的自轉(zhuǎn)。請同學們在地球模型中找到中國和美國，觀察兩個國家的晝夜狀態(tài)吧。

2.3.4? 學習反思

學生點擊下一頁后，地球模型保持不變，慢速轉(zhuǎn)動，引導框中顯示：

最后，請同學們根據(jù)本節(jié)課學習的知識，小組討論、自由探索，用自己的話來解釋為什么我們看到的太陽是東升西落的呢？ 請在下面的輸入框中輸入你們小組的答案。

2.3.5? 提交學習報告

學生完成反思題后保存，zSpace會自動生成本節(jié)課的學習報告，報告內(nèi)容包括課件每一頁的引導文本，對應(yīng)有小組的回答與拍照結(jié)果。學生需提交學習報告至教師。

3? 結(jié)束語

基于AR的情境教學是一種結(jié)合信息技術(shù)的新型教學方式，其在學科教學領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。基于AR的情境教學設(shè)計需要根據(jù)教學需求對設(shè)計要素進行全面考慮，使學生在構(gòu)建的情境中充分發(fā)揮主體作用，增進學習體驗，激發(fā)學習興趣和探索欲望。在AR技術(shù)沉浸、自然的模擬環(huán)境和交互功能下，情境教學拓寬了應(yīng)用范圍，基于AR的情境教學為今后AR技術(shù)在學科教學中的推廣和應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

隨著VR技術(shù)的進一步發(fā)展，“AR+情境教學”領(lǐng)域或許會向“MR+情境教學”邁進。MR（Mixed Reality，混合現(xiàn)實）技術(shù)能綜合VR與AR技術(shù)的優(yōu)勢，可以避免VR世界的隔絕感，相對AR能創(chuàng)設(shè)更具有真實感的虛實結(jié)合教學情境。未來結(jié)合精密的教室傳感設(shè)備與多媒體設(shè)備，利用MR技術(shù)或許能為學生打造教室即情境的情境教學體驗。結(jié)合5G、學習分析、XR（Extended Reality，拓展現(xiàn)實）等更多智能技術(shù)的情境教學將有更逼真的教學情境、更沉浸的學習體驗、更科學的教學活動以及更全面的學習評價，使學生實現(xiàn)真正意義上的有效學習。

參考文獻

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[9] 王燦明.情境教育四十年的回顧與前瞻[J].南通大學學報（社會科學版），2020，36（2）：132-140.

*項目來源：教育部人文社會科學研究一般項目“智慧學習環(huán)境下基于多模態(tài)融合的學習參與度識別機制研究”（項目編號：20YJA880001）；深圳市教育科學2019年度規(guī)劃課題“深圳市中小學智慧校園建設(shè)的理論與實踐”（項目編號：zdazz19003）。

作者：謝娜，深圳大學教育學部在讀碩士，研究方向為教育信息化（518060）。