Froggipedia应用程序在中学生物课堂的应用

☆ 王 婷 范丽仙 韩 宁

（云南师范大学生命科学学院，云南昆明 650500）

增强现实（Augmented Reality，简称 AR）是将一种由计算机生成虚拟图像直接或间接叠加在真实世界环境中的技术，增强现实技术为真实世界扩展了信息和图像，换句话说，增强现实技术弥补了真实世界和虚拟世界的差距，实现了二者的无缝连接。增强现实技术用最贴近自然的交互方式为学习者搭建一个自主探索的空间，有利于抽象内容的教学。在教育领域，增强现实技术也具有很大的发展潜力与应用空间[1]。越来越多的中学尝试将增强现实技术引入到创新课程中以提高教学质量。本设计中所运用的“Froggipedia”应用程序即是典型的移动增强现实技术，可以通过观察两栖动物——青蛙的实体图像,获取有关青蛙的形态结构和变态发育的相关知识。

一、Froggipedia应用程序的由来

Froggipedia应用由印度 Designmate（I）Pvt有限公司开发，Designmate（I）Pvt有限公司是一家创新的电子学习公司，总部设在印度，现在已经为K-12科学和数学课程创建了多项3D动画内容。该公司通过设计强大的可视化和探索性工具来帮助学生理解科学抽象的主题，有助于学生理解高度抽象的领域，并为他们提供了互动学习的平台。

公司的产品除了Froggipedia应用外，Designmate（I）Pvt有限公司还开发了一系列辅助教学的应用程序，如Eureka.in 3D，它带有2000个主题的图书馆，其中每个主题都是3DS动画视频，通过模拟高分辨率的立体动画创造了身临其境的效果，这些复杂的3D结构，都可以360度旋转以及随意放大和缩小。其中，包括DNA结构，脑的解剖和功能，人体骨骼结构等与生物学有关的资源。除了3D技术，公司还利用了增强现实技术开发了相应的应用程序，如利用增强现实技术学习呼吸系统和心脏结构的ARHighSchool。以上介绍的应用程序均利用了Eureka.in这种视觉教学资源。Eureka.in资源内容丰富，它内含的动画视频和模拟可以作为互动工具辅助学习。

二、Froggipedia应用程序的获取

Froggipedia是一款付费软件，教师可以在Appstore，GooglePlay和Windows商店中获取，通过Apple手机和iPad等移动终端上使用，若在手机上操作，需先下载安装“Froggipedia”应用程序，无需注册和登录即可使用。

三、Froggipedia应用程序的功能

1.展示生活史

第一个功能讲述了两栖动物——青蛙生活史中每个阶段的变化。学生通过观察了解青蛙是如何从受精卵变成蝌蚪并进行变态发育最终形成成体青蛙的过程。用户可以根据文字了解青蛙发育过程中每一时期的特点，程序还对每个阶段青蛙如何运动进行动态展示。图1介绍了第16周幼蛙阶段的形态特点“幼蛙的鳃消失了，肺变大，它的前肢和后肢发育良好，尾巴仅有一小部分”。通过改变观察角度还可以发现在这一时期，前肢、后肢及尾部都参与了运动。

2.展示各个器官系统

第二个功能显示一个实体青蛙的各系统结构。通过增强现实技术提供了青蛙各个系统的立体结构图像，观察青蛙的循环系统时，还可以具体到静脉血和动脉血的流向，随着观察不同的系统，系统配有一段文字介绍相应系统的组成、功能和特点。图2配合虚拟现实技术介绍了青蛙的皮肤系统，青蛙的皮肤系统由表皮及其衍生物构成，他们共同行使各种功能。

图2 Froggipedia展示结构功能

3.虚拟解剖和测试巩固

第三个功能可以模拟解剖青蛙的功能。使用Dissection功能时，学生可以根据提示完成插入解剖针、“工”字形躯干切法、固定解剖等操作后，应用程序还展示出青蛙的心包腔和腹腔两个体腔，以及青蛙的主要内脏器官的立体结构图，并配有文字介绍相应器官的功能和特点（如图3）。

图3 Froggipedia虚拟解剖功能

4.程序的测试功能

用来检验学生的理解情况，包含八道与青蛙主要器官结构特点相关的题目，如：“由肌肉组织构成的，负责消化食物的器官是？”“形状为不规则的叶状腺体，从属于消化系统和内分泌系统的器官是？”等。

用户需要根据题目提供的特点，找到相对应的器官，并拖拽到解剖盘中，如果选择正确，会出现绿色的“√”和“Good job！”的提示文字，系统会自动转换到下一题，用户可以继续操作，如果选择拖动了错误的器官，系统则会出现红色的“×”和“Try again！”的提示文字，用户可以再次进行选择。八道题目全部正确完成之后，屏幕上方会出现“你已成功完成测试”的文字。

四、Froggipedia应用程序在课堂中的使用

1.与其他教育技术的结合

由于Froggipedia暂时没有网页版，只支持移动端使用，想要达到更好的教学效果就要将Froggipedia技术与其他的教育技术结合使用，如学校有条件配备iPad，则教师可以将应用程序推送到每个学生的iPad中使用。

此外，应用程序还能结合电子白板或教学一体机实现同屏传递。教师可以利用如希沃授课助手等软件，将自己手机上演示的内容实时传递到相应的设备上，在将教学内容演示给全班学生的同时，教师进行同步讲解。如在讲授《生物学·八年级上册》（人教版）第一章第五节——两栖动物和爬行动物中，传统的教学方式仅仅是教师对于青蛙结构形态和变态发育方式的讲解。但利用增强现实技术，教师可以进行以学生为中心的教学设计，学生通过操作功能一、二自行探究结构功能和变态发育过程，激发学习兴趣，教师还可通过功能三进行学习效果评价。人教版教材中没有对两栖动物内脏结构补充插图或文字介绍，教师利用Froggipedia应用程序，还可以针对这部分知识进行讲授。同时，利用该程序及时反馈的特点，教师在实际授课时，可以利用小组合作的形式，组织学生参与竞赛、演示等活动，充分调动学生的积极性。

2.为学生提供沉浸式体验

在以学生为主体，提高学生主体能动性的教学理念下，教育工作者通常会希望学生在接受教育的时候处于这样一种状态：放开戒备，将精力完全投注在希望传达的内容上，同时产生兴奋和充实感。这种状态即所谓的“心流（Flow）”，也被称为沉浸式体验[2]。目前已有研究证明“心流体验”与学习结果成正相关[3]。学生的心流体验能够不同程度提高其认知、语言和交际能力[4]。增强现实技术应用程序能帮助学习者在新旧知识间建立起联结，有利于抽象概念的理解和具象化。学习内容来自于真实任务，学习场景可借助虚拟环境等多媒体技术应用，配合图、文、声、像再现情境氛围[5]。借助拟真性的学习内容和场景有效映射使学生拥有沉浸式体验。例如：Froggipedia应用程序中的虚拟解剖功能，开发者致力于还原真实解剖的体验。解决了在中学实验教学中课时缺乏、实验材料难获得、解剖操作难以开展的困难，增强现实技术模拟真实的实验课程，在虚拟界面上完成教学任务。通过行为关联体验对真实行为的模拟，提升了置入感[5]，有助于学习者掌握知识和技能，优化学习效果。

3.依靠增强现实技术实现教学形式多样化

我国教育教学思想强调知识学习的系统性和教师在教育中的主导地位,要求教育应以教师为中心、以课堂为中心、以知识为中心[6]。教师在课堂教学的过程中占绝对主体地位。传统课堂教学过程中,教师控制着教学进度、教学内容、教学资源的使用。教师往往因担心课堂纪律问题而尽量避免使用除多媒体外的教育技术，长此以往学生对于课堂学习会产生倦怠心理。而增强现实技术等一系列先进的教育技术，可以帮助教师构建新的教育理念，利用丰富的教学资源，教师可以预先根据学科特点和教学目标确立主题，调用教育技术资源，学生采用合作学习，分组讨论等方式完成对教学内容的学习。利用教育资源发挥学生的主动性、积极性，将教师主体转换成为了学生主体，改变以讲授法为主的教学方式，增强学生的团队合作能力和表达沟通能力。

智慧课堂是指以培养学生智慧能力为根本目标的，以信息技术为决定力量的，以改革学与教的方式为根本途径的新型课堂[7]。将增强现实技术运用在生物教学中，将抽象内容具体化，复杂内容形象化，以Froggipedia为代表的一系列增强现实技术可以让学生跳出单纯以讲授法为主的课堂教学，突出学生主体地位，给予学生足够的自主权，提高了教学的有效性，使传统课堂转变智慧课堂。