VR技术在高中地理教学中的实践应用研究
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作者:刘静 王金惠 赵军廷
摘 要 通过对师生样本进行调查，分析VR技术在高中地理教学中应用的必要性和可行性，并对样本进行VR技术的实践应用，对实践结果进行评价分析。
关键词 高中地理;虚拟现实;VR技术;学习动机;信息素养
中图分类号：G633.55 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）23-0042-02
1 引言
虚拟现实（VR）技术是将多媒体技术、图形技术、仿真、人机接口等高新技术有效融合，最显著的特点是沉浸性、想象性和交互性。目前的虚拟现实设备以头戴眼镜式为主，有效地将视觉、听觉与所处的真实环境“虚拟”隔离，进而产生一种身临其境、虚拟环境的体验。
VR技术在军事、航天航空等高科技领域有广泛的应用，并逐渐向民用、教育等领域发展。目前，VR技术在教育行业中的作用日渐突出，其对提高教学质量、开拓学生思维能力、促进教育事业改革具有非常重要的意义。在高中地理教学方面，VR技术有效实现了部分地理教学内容的可视化、体验化，让学生充分体验地理的魅力，使学生的思维变得更加活跃和开放。
2 理论基础
学习动机理论 在学习动机中，创设情境能有效激发学生的好奇心和探索学习知识的欲望，创设情境的目的是让学生感官上身临其境，从而全方位、全身心地接触学习内容，有效提高学生的学习兴趣、参与度和学习动机。学习动机分内部动机和外部动机两部分，在VR设备营造的虚拟现实中，使用者能产生积极心理暗示，最大限度激发内部学习动机。VR技术激发的学习动机既受学生内部因素影响，又受学习外部环境影响，其将学生置于虚拟环境中，学习和体验虚拟角色。高中生在学习中的想象力和创造力是非常巨大的，通过正确引导和虚拟体验，对学习内容有很好的印象，对学习效率有较大的提高。高中生通过身处模拟环境中，表达出自己思考、看到的东西，也有效提高了表达能力。
虚拟现实理论 虚拟现实技术是一种交互式的多媒体技术，属于计算机技术范畴，目的是让体验者形成多种感官反馈，在精神层面上使得体验者产生处于虚拟世界的感觉，最典型的特点是交互能力强、构想性强，可有效提高参与者的参与度，提高他们的兴趣。目前的VR技术已经在各个行业中兴起，信息素养也逐渐得到重视。新课程标准强调信息技术与课程的融合，VR技术应用在地理教学中具有巨大潜力，将VR技术引入地理教学，既是教学形式的改革，也是学生发展适应信息时代的需求，VR技术对高中学生获取地理信息、分析吸收信息和提高学生信息能力及信息素养是非常有帮助的。
3 必要性分析
地理学科特点 通过分析高中地理教材，可知高中地理知识具有区域性、实践性、开放性的特点。目前，山东地区高中课程教学进度快，学生学习压力大，导致在高中地理教学中，理论知识和实践内容不能完美融合，教学效果欠佳。地理教学效果还受到其他因素影响，比如教师教学素养、学生学习能力差异等。学生如何学以致用，如何培养学生的地理实践能力，成为亟待解决的难题。
1）区域性。地理学科最显著的特点是区域性，学生通过媒体获得的各区域的平面、视频资料无法使得自己置身其中。高中地理知识的学习离不开特定区域，茫茫戈壁、碧海蓝天的景象仅靠书本图片或者视频，很难让学生有切身感受。学生可通过VR设备观看VR资源，身临其境，从精神层面领略世界不同地区的自然环境、人文风光、地质风貌等，从而加深对地理环境差异性的认识。
2）空间性。空间性是地理学科的另一大特点，利用VR技术将地理中的现象、事物等立体地呈现给学生，使得学生置身其中，能够身临其境地观察，可有效帮助学生在头脑中构建学习客体。VR技术是让学生去感受空间的抽象形态，观察视角更加全面，空间感和层次感更强，有助于学生把握学习对象的整体性和全面性。
3）时间性。利用VR技术可以将地理中的时间特性很好地展现出来，如对于地质特征的形成、天体的变化等几万年甚至上亿年形成的事物现象在短短几分钟或者几秒钟内展现出来;同时对于一些地理中瞬间完成的现象，如流星现象等，可利用VR技术实现慢镜头体验。这种对实物现象的快慢调节，可以使得学生得到极大的视觉体验。
地理教学中存在问题 地理学科的实践性不同于別的科目，很多实践性质的内容，教师用语言表达无法让学生真正体会其中的意境，这就使得地理教学的理论与实践脱节。引入VR技术，可以打破实践空间的限制，将地理实践中的地理景象清晰地呈现给学生。目前，地理教学还存在下面一些问题。
1）传统教学很难提高学生的学习主动性。和谐的人与自然，科学的地理空间性、时间性，是地理学研究的主要对象。大漠沙丘、高山流水、草原湖泊等自然景观可通过VR技术立体化呈现真实画面给体验者，从教学方法上改变以往的“填鸭式”教学，转变为以学生为学习主体，让学生身临其境地体验所学知识，真正实现学生为学习主体，提高学生的参与度和兴趣。
2）地理教学条件的限制。在地理教学中，因场地、经费和设备等的限制，导致一些实验活动进展缓慢。如在地理表层讲解中，利用VR技术可将大气圈、水圈、生物圈和岩石圈等立体化展现出来，使得学生记忆深刻，同时能够充分理解，真正实现快乐学习。
目前，地理教学面临的最大问题是信息资源和经费的不足，这些现实条件限制了更高的教学需求。这方面得到解决，可有效提高学生的兴趣，缓解学习压力，实现学生主动学习。
4 可行性分析
VR技术原理相对简单，使用成本不高，技术门槛也很低。目前市场上的很多VR眼镜可以借助手机来实现（如爱奇艺VR），在手机中下载APP资源，然后将手机在播放状态下放入VR眼镜中，就可以看到较好的VR视频。视频的播放和暂停可以通过设备顶部的按钮实现。这套设备目前市场上的售价为50元人民币左右，价格相对低廉。 地理学是一门综合性很强的学科，具有较明显的动态性、空间性特点，知识抽象，教师用语言很难描述，学生理解较困难。目前，高中地理教学形式手段不丰富，教师与学生之间互动很少，以教师讲解为主，学生的学习积极性不高，教学效果不理想。在山东省潍坊地区，地理是理科生高考的会考科目，是文科生高考的必考科目，如何利用最少的时间让学生理解和掌握地理知识，从而减轻学生的学习压力？在教研活动中，很多教师对引进VR设备热情高涨，对改革教学形式、提高教学质量非常有信心。
学生群体是乐于接受新事物的群体，而目前的高中生动手能力和应用能力普遍较强，学生也乐于接受VR技术教学方法，非常希望有快捷、简单的学习设备来提升学习效率。
从VR技术本身、学生、教师等多层面看，高中地理教学中引进VR技术具有较强的可行性。
5 实践与效果分析
本次实践的教学内容为地理中的欧洲地理部分，通过应用VR技术，观看欧洲的地理位置、地形，分析了解欧洲文化与东方文化的差异与兼容，培养学生的空间思维能力、设备操作能力等。目前，高中地理综合性较强，学生学业压力大，户外体验少，对世界各国的了解仅局限于书本。通过VR视频资源带领学生进行虚拟旅行，实现学生掌握地理空间概念、提升实践力的教学目标。
案例实施 对本次VR技术应用于地理教学做了问卷调查，调查对象为山东省潍坊市寿光第二中学高一年级的两个班级共90名学生及地理教研室的10名地理教师;问卷调查的内容主要是关于VR虚拟视频的接受程度、学习效果、是否产生眩晕等。调查完成后，对调查结果进行分析。
在进行具体章节的教学后，对试点班级和普通班级进行考试成绩比较，并从考试成绩中分析VR试点班级的学习情况。
案例实施评价 在高中地理教学实验过程中，虚拟空间、时间的体验得到师生的认可，引入虚拟现实设备极大地提高了学生的学习兴趣。本次对山东省潍坊市寿光第二中学的90名学生和10名地理教师进行问卷调查，被调查对象完全同意使用VR的占样本总体的43%，可以尝试使用的占41%。从样本抽查的结果看，大部分师生对使用VR教学是持欢迎态度的，认为VR技术应用于教学，对提高教学效率是有较大帮助的。
从试点班级的使用情况看，大部分学生对VR的使用兴趣极高，且很容易掌握VR设备的使用方法，特别喜欢使用VR技术进行学习。通过试点班级的宣传，非试点班级也非常希望使用VR技术进行学习。从对本校高一12个班级（两个试点班级，10个普通班级）进行一段时间的固定章节教学后的学习成绩分析看，试点班级排名分别排在第二位和第四位，成绩明显位于前列。
6 结语
VR技术应用于地理课堂教学，提高了学生对地理知识的学习兴趣，学生的空间感、时间感得到很好的体验。试点班级的实验数据表明，学生乐于体验VR技术教学，在这种模式下，学生的兴趣得到极大激发，能有效帮助他们理解和掌握抽象知识。
在虚拟现实设备和课堂整合方面，存在虚拟教学的沉浸性需要改善，使用VR技术的教学资源相对不足，需要更多的研发团队研发等限制。同时，本文对VR技术与地理学科结合只进行浅层次的探讨，关于深度的沉浸性问题还需要进一步探究;在VR试点班级中也仅注重对学生兴趣、体验感、学习效果进行分析，没有对VR视频资源等的制作进行具体探讨，对全面推广带来影响。
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作者：劉静、王金惠、赵军廷，寿光市第二中学（262700）。
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