AR技術在初中生物教學中的應用

李四寶

AR是一種新興技術，在當前的教育背景下AR技術已成為教育研究的熱點話題。將AR技術應用于初中生物課堂教學，能有效激發學生的學習動機，形成學習生物的濃厚興趣，進而培養學生的生物學核心素養，達到全面育人的目的。

一、AR技術簡介

AR技術可以將虛擬世界的信息與真實世界的信息相融合，使學習者在視覺、聽覺、觸覺等方面得到虛擬疊加現實的全方位體驗，以增強對學習內容的理解與認識。在當前信息技術不斷變革的新時期，應大力推進AR虛擬現實技術在教育領域和物理、生物等演示性、實驗性課程中的應用，構建虛擬實驗室、虛擬創客教室等教育教學環境，發展虛擬備課、虛擬授課等教育教學新方式，促進以學生為中心、教師為主導的新模式，推動傳統教學向現代教學的轉變。

二、AR技術在初中生物教學中的應用

1.AR在生物學實驗中的應用

生物學是研究生命現象和生命活動規律的科學。初中生物主要講解植物、動物以及人體等方面的一些初級知識，植物部分主要講解植物的各個結構，植物的光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用；動物部分主要講解動物的生殖以及各種行為；人體部分主要講解人體八大系統的結構以及簡單的作用。由于初中生物具有實驗性、探究性的特點，因此課程中安排了很多實驗，有些實驗我們在課堂中可以開展，如顯微鏡的使用，洋蔥表皮細胞的失水、吸水等，但有些實驗由于安全性以及實驗材料、用具的限制，在課堂中無法開展，如模擬膈肌的運動等。

經過積極探索和不斷總結，我們發現運用揚州智慧學堂在線虛擬實驗平臺來教學生物實驗效果較好。例如教學蘇科版第4章第1節“植物的光合作用”一課，教材安排了“綠葉在光下制造淀粉”的實驗。光合作用在整個初中生物學知識系統中占據了重要作用，屬于初中生物教學的重難點，通過本節內容的學習，學生可以進一步理解在第4章中為什么把葉綠體比作“養料制造車間”和“能量轉換站”。由于本實驗要將綠色植物進行12小時的黑暗處理，且實驗過程中要進行一定時間的照光處理，持續時間較長，上課期間無法完成整個實驗，所以本節課可利用AR教學資源模擬教材中的探究實驗，幫助學生突破重難點，厘清實驗原理與實驗思路。

學生只需點擊揚州智慧學堂在線虛擬實驗平臺上的“開始實驗”，界面左上方就會懸掛出實驗目的、實驗器材、實驗步驟等提示，同時可以看到虛擬實驗桌上的各種器材以及下方的實驗步驟。學生通過平板客戶端進行操作，依次完成實驗的每個步驟，不僅可以看到實驗現象，還能加深對實驗原理與過程的理解。

2.AR在生物學模型中的應用

關于人體八大系統的介紹，初中生物教材中有許多模型，比如循環系統中的心臟、呼吸系統中的各種器官等。學生通過觀察課本中的示意圖，可以對模型的外部形態有所了解，但是印象不深刻。同時由于示意圖是平面的，學生只能想象各器官的形態，器官的內部結構實際是立體的，但初中生缺乏三維空間的想象力，故無法真正理解這些器官的內部結構。

通過AR技術的3D影像功能，學生就能身臨其境地觀察器官的三維結構，從而產生沉浸式的體驗感，這對培養學生學習生物的興趣有很大幫助。

例如，“心臟”是蘇科版八年級上冊第15章第1節“人體內物質的輸出”中的一節，本節教學重點是掌握心臟的結構和功能，課本用豬或羊的心臟作為模型，但是數量上受到限制，不能做到人手一個心臟，極大地限制了學生探索知識的積極性。如果利用仿真生物模型，就可以達到傳統課堂中無法實現的效果。

教師親自指導，展示并操作相關設備，告訴學生基本操作步驟和注意事項，小組內發放設備，將課本文字轉換成畫面。學生操作設備，進入軟件的虛擬心臟世界，通過使用遙控筆將心臟模型放在眼前，能夠看到心臟在人體中的位置，還可以與模型進行實時互動，達到人機合一的效果。通過旋轉操作，學生可從任意角度觀察心臟的立體結構，還可以進入心臟的內部結構，像遨游太空一樣觀察左心房、右心房、左心室、右心室等4個腔，了解靜脈血管和動脈血管的薄厚差異，甚至可以聽到心臟怦怦跳動的聲音。學生可開展小組探究，通過觀察房室瓣和動脈瓣，深入剖析瓣膜結構及其開口方向，觀察動態的血液在心臟內的流動。

通過新奇生動的虛擬情境體驗，學生提升了生物學核心素養，提高了邏輯思維能力、科學探究意識及小組合作意識，課堂教學收到事半功倍的效果。

三、AR技術應用于生物教學的意義

1.節約教學成本

初中生抽象邏輯思維能力不足，空間想象能力尚處于初期，而實驗是學習生物的過程中重要的知識載體，生物學實驗又涉及許多器材和設備，且有的器材和設備是不可重復使用的，極易造成資源的浪費。利用AR技術就可以通過虛擬的形式來完成生物學實驗，大大降低了實驗設備、器材的損耗，極大節約了教學成本，實現高效教學。

2.實現虛擬和現實的有效融合

AR技術最大的特點就是能夠利用虛擬現實教學設備呈現肉眼無法看到的物體和現象。隨著生物學核心素養的提出，初中生物課程也根據課程標準不斷更新，AR技術中的虛擬教學環境和知識也隨之發生改變，從而做到與課本同步。AR技術將生物課堂教學內容轉化為可視化的視頻、3D圖像等，與真實場景進行疊加融合，可以充分調動學生學習的積極性。

3.增強學生的學習興趣

利用AR技術進行教學時，由于每個學生都能獨立操作模型，大家的想法又不一樣，課堂教學轉變為個性化教學模式，達到了因材施教的目的。傳統教學中，教師很少留出時間帶領學生去操作實驗，學生接觸實驗的機會很少，大多數情況下都是由教師一人向學生演示實驗原理和步驟，還有一些教師甚至直接向學生口述實驗過程而不進行具體操作，這就直接導致了學生對生物實驗原理理解不到位，進而降低了學生學習生物的興趣。

AR技術作為教育工具應用在生物課堂上，為學生呈現出全新的交流互動視角，滿足了學生對新知的好奇心和探究欲望，同時創新了知識傳授的方式，大大提升了教師的教學效能感，激發了學生的學習動機，從而讓學習由被動轉為主動，提高學習效率。