AR技术在地理教学中的应用初探

来源:用户上传      作者:刘秀娟　梁立锋　米小建

　　摘要：增强现实技术AR以其虚实叠加的情景、形象立体的演示和实时的交互式体验等优势，成为一种新型的学习和传播知识的途径，近年来得到迅猛发展。文章以地球的运动为例，尝试将增强现实技术AR引入地理教学，对比传统教学方式，如板图板画教学、多媒体教学，探讨分析各自的优缺点，整合前人经验，探索新技术、新模式。
　　关键词：增强现实技术AR;地球的运动;板图板画教学;多媒体教学
　　中图分类号：G642.4     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）13-0250-02
　　 增强现实技术（Augmented Reality，简称AR），是基于虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术的延伸，采用透视式HMD显示设备，获取真实环境数据，将现实情境与虚拟情境叠加到一起，使用者不用脱离真实世界，在屏幕上把虚拟世界套在现实世界即可实现互动，达到“身临其境”的沉浸式互动体验，是一种新型的学习和传播知识的途径。随着各项支撑技术日新月异的发展，AR技术也随之迅猛发展，现已广泛应用于各个领域，如军事、医学、教育、游戏娱乐、商业服务等等。
　　在教育领域，通过AR技术的应用，不仅将书本上一些原本抽象平面的文字知识形象生动地展示出来，其真实环境和虚拟物体在同一个画面或空间的实时叠加和互动，更是极大地增加了课堂教学的互动性，可以有效激发学生的学习兴趣，充分调动学生的积极主动性，进而提高课堂教学效果和效率。下面以地球的运动为例，初探AR技术在地理教学中的引入及应用，同时回顾了板图板画教学及传统多媒体教学方法，对比效果，分析不同教学方法各自的优缺点。
　　一、板图板画教学
　　地球的公转和自转，这两种运动形式的学习内容，都是从方向、周期、速度等方面来学习公转和自转的特点，本节一些内容比较抽象，板图板画教学中的板图板画方式旨在抓住地球运动的特征，直观简明地突出重点，阐述问题。可通过地球、阴影、箭头等内容的绘制来阐释地球自西向东的自转方向，展示地球公转的规律，结合辅助表，描述太阳辐射能在地球表面随时间的变化产生四季更替、昼夜长短的现象。
　　板图板画教学的优势是简单实用，只需简单作图工具、黑板、粉笔等协助即可，对教室的硬件设施要求低，經济实惠。但因为课堂时间有限，所以对绘制板图板画不仅要求精度，也要求速度，教师备课过程需要反复练习，才能达到作图准确迅速，并和语言同步，重点突出的教学效果。不过这样费时费力，占用课堂有效教学时间，精度还不高，在描述复杂地理内容时存在一定的局限性。
　　二、传统多媒体教学
　　多媒体教学融合了文字、图像、音频、视频等各种信息，通过制作精美的课件，插入精心制作或挑选的动画演示，将抽象复杂的内容直观化、形象化。同样以地球的运动——公转和自转——为例，在引出地轴和地球自转的概念后，可以在播放地球自转视频的同时，引导学生观察地球自西向东的自转方向。随着地球自转，朝向太阳的一面是白天，背向太阳的一面是黑夜，通过形象的动画演示让学生感知地球的自转规律。同样，通过地理公转的演示课件，采用直观演示的方法，来讲解地球的公转运动，分析太阳直射点在地球表面随时间有规律移动所产生的地理意义，产生昼夜长短、四季更替等现象。
　　多媒体教学方式中，制作优秀的课件，采用对比鲜明的色彩，演示生动形象的动画，可以有效刺激学生的感官，激发学生的学习兴趣和热情。将课本上的平面信息转移到大屏幕上，让抽象、平面的知识“动”起来，有利于学生对抽象地理知识的认知和理解;同时也方便教师教学，在展示中讲解，可以将有限的课堂时间更充分地利用起来，突出教学的重点、难点。另外，电子课件资源可以建立学习资源库，实现快速共享，为学生的课后复习，教师间的交流分享，和教师本人的教学积累改进提供良好的平台。不过，多媒体教学对教室的设备设施有一定的要求，如计算机、投影仪、幕布、网络等，费用相对较高;另外，量身制作的优秀课件，需要地理教师掌握课件制作的各项功能，不断学习，提高自身的计算机能力，利用好各项先进的软硬件设施。
　　三、AR技术在地理教学中的引入
　　本着利用新技术、新手段在地理教学中应用的探索，尝试将新华文轩和寰视乾坤科技联合打造的一款增强现实教育软件——“妙懂初中地理”——应用到地球的运动教学中，将AR技术引入地球的公转和自转教学内容的演示环节。演示的同时，引导学生从不同角度观察，逐一讲解学习的重点难点。如图1所示，地球自转的方向，可从南北两极的角度直接观察得出北逆南顺的自转方向，随地球自转太阳光照的变化，昼夜交替产生;如图2所示，地球围绕公转轨道运动的同时绕地轴自转，观察黄赤交角的存在，以及太阳光照随春分—夏至—秋分—冬至有规律地周期性地变化。之后尝试鼓励学生在AR呈现的地球自转、公转情境下，自主探究、观察梳理知识点，口头总结得出结论，不足之处，可由其他同学或教师进行补充，最后教师对本节重点进行回顾总结。
　　AR技术进一步让计算机生成的虚拟画面“跃然纸上”，构建的虚实叠加的地理场景，能够大大加强学生对看不见摸不着的地理事象的感知和认识，帮助学建立空间概念。其逼真的情境，实时的交互，为探究室内地理教学提供新的呈现方式，凸显学生的地位，有益于学生自主学习，逻辑推理，归纳总结，口头表达等综合能力的提高，激发学习兴趣和热情的同时，进一步提高学习的主动性，符合建构主义学习理论中关于“学习是一种真实情境的体验”的观点。这种教学方式也可建立学习资源库，为师生提供良好的学习改进平台;同样费用相对较高，在满足传统多媒体教室设备要求的同时，需根据教学内容、经济条件等综合情况增添新的AR设备。另外，新技术、新软件的学习也需地理教师不断投入精力、时间，积极探索，深入研究。
　　不同的教学方法，各有所长，既要积极尝试新信息技术的引入，为地理教学注入新的活力，使其如虎添翼，同时，不能忽视教学内容本身，创新不忘本，不断优化改进，根据不同地理教学内容，采用适合的方式，从而达到更好的教学效果，提高教学质量。 　　总结与不足：AR技术以其虚实叠加的情景、形象立体的演示和实时多角度的交互式体验，为学生构建地理场景，有利于激发培养学生的学习兴趣，调动学生的参与主动性，有利于地理知识、技能、思维的获取。
　　本文是以地球的运动的部分内容为例，引入AR技术的教学方式尝试，未进行考试测验，只是从感性角度调查了学生的体会感受，未得到任何定量化的统计结论，今后将在定量化教学效果评价设计中做出相应的改进和努力。
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　　Application of AR Technology in Geography Teaching：A Case Study of Earth Movement
　　LIU Xiu-juan，LIANG Li-feng*，MI Xiao-jian
　　（Department of Geography，Lingnan Normal University，Zhanjiang，Guangdong 524048，China）
　　Abstract：Augmented Reality （AR） has become a new way to learn and disseminate knowledge with its advantages such as the superposition of virtual and real scenes，three-dimensional demonstration of images and real-time interactive experience.In recent years，AR has developed rapidly.In this paper，taking the earth movement as an example，attempted to introduce augmented reality AR into geography teaching.By comparing traditional teaching methods，such as board drawing teaching and multimedia teaching，and then，discussed advantages and disadvantages of different teaching methods，integrated previous experience，and explored new technique and modes.
　　Key words：Augmented Reality AR;earth movement;board drawing teaching;multimedia teaching
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