基于zSpace的VR/AR技术在初中地理教学中的应用

李沛屿 朱征

【摘 要】虚拟现实技术与增强现实技术正逐渐成为信息技术与教育教学深度融合的热点。以初中地理《地球圈层结构》一课的课堂教学为例，探讨虚拟现实技术与增强现实技术在初中地理课堂教学中的应用模式。

【关键词】虚拟现实技术;增强现实技术;地理;课堂教学

【中图分类号】G633.5  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2021）11-0053-03

【作者简介】1.李沛屿，南京外国语学校淮安分校（江苏淮安，223001）教师，二级教师;2.朱征，南京外国语学校（南京，210008）副校长，正高级教师。

一、VR/AR 技术的释义

《教育信息化“十三五”规划》提出的“深化信息技术与教育教学的融合发展……着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯”已逐渐成为广大教师的共识。教育部更是明确要求推动虚拟现实技术在教育教学中的深入应用。

VR（Virtual Reality，译作“虚拟现实技术”）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它综合利用多媒体技术、计算机网络、仿真技术、并行处理技术等现代信息技术手段，通过逼真的听觉、视觉、触觉等虚拟环境，使人们获得身临其境的感受，并借助一系列虚拟现实交互设备，让使用者可以把现实环境与虚拟环境进行交互，给予视觉冲击力。[1]而AR（Augmented Reality，译作“增强现实技术”）是在虚拟现实技术上的延伸，它是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，可以通过实景和虚景的结合把需求呈现在用户面前，进而实现查询搜索信息、位置等多种功能，它将现实中不存在的事物构建成一个三维场景予以展现，与现实生活相互衔接，呈现出更好的体验。

zSpace虚拟现实教育一体机是应用虚拟现实技术与增强现实技术最具代表性的教育装备产品。它通过 zView 投影到高清显示器的屏幕上，达到裸眼 3D 的效果，还可以让学生自己操作，隔空抓取演示模型和小实验，使抽象事物具体化，增强了可操作性，让学生沉浸其中。桌面式VR/AR教育一体机引入课堂教学，能跨越时空界限、动感交互穿越和跨界知识融合，为信息技术与教育教学深度融合提供了良好载体。[2]实践证明，在课堂教学中，运用zSpace能让学生有置身于真实场景的感觉，随手可触及的“知识”，能增强学生的学习体验，激发学生的学习动机。

二、VR/AR 技术在初中地理课堂教学中的应用

地理是研究地理环境以及人类活动与地理环境关系的综合性很强的学科。地理研究的对象是真实世界，当我们不能真实可见一些地理事物或地理现象时，虚拟现实技术可以为之呈现近似真实的地理环境，营造真实的地理学习情境。下面笔者以《地球圈层结构》一课教学为例，谈谈VR/AR 技术在初中地理课堂教学中的应用。

1.基于学情设计教学目标。

《地球圈层结构》是自然地理的内容。在这一部分内容中，对地球表层的岩石、土壤、水、生物、大气等知识，学生早已知晓并有所体验，但学生脑海里的这些地理知识都是零散的，对它们的认知也是碎片化的。《地球圈层结构》旨在从人类生存的地理环境的角度，引导学生的认知从身边的地理现象上升到地球的圈层结构，并了解各圈层的特征，进而探究它们与人类活动的关系。但学生对地球的外部圈层（包括大气圈、水圈、生物圈）和内部圈层（包括地壳、地幔、地核）缺乏清晰的空间概念，学习时理解难度较大。将zSpace虚拟现实教育一体机运用在本节课的教学中，通过人机互动、师生互动、生生互动，将抽象的内容可视化，有助于学生对这部分知识的理解和掌握。

基于此，笔者设计了本节课的教学目标：

（1）知识与技能：了解地球结构分为哪几层;掌握每一层的作用;比较地球和月球结构的不同，发展学生的综合性思维。

（2）过程与方法：学会利用 zSpace设备认识地球内部结构及作用，在师生互动、人机互动中开展自主探究和小组交流讨论，发展学生的地理实践力。

（3）情感态度与价值观：通过使用 zSpace 设备激发学生的好奇心，增强地理学习兴趣及对地理学科的热爱，发展学生的人地协调观。

2.设计活动展开教学。

（1）观察活动。教师使用 zSpace 设备中的zSpace Studio 软件，通过课件里的3D动图“太阳系中的八大行星”来引导学生观察，引起学生关注。学生观看太阳系中八大行星的3D动图，积极讨论、联系已有知识并回答教师的提问。

（设计意图：学生很少接触虚拟现实的课堂，在虚拟情境中观察太阳系环境，容易激发起学生学习的积极性。）

（2）观看活动。教师根据视频，提出几个问题：太阳系中有哪八大行星？太阳系的行星中哪些行星是有生命存在的？学生观看视频并总结回答问题。学生看完视频后，将屏幕上围绕太阳转的八大行星用触笔拿起来观察其名称及其外观。小组间互相交流，讨论问题。

（设计意图：新的教学工具使学生能以好奇的心态去探索新知。教学中要发挥学生的主体作用，让学生通过自己的实践来学习这部分知识，突破重点难点。）

（3）操作活动。学生通过使用zSpace触笔对地球进行解剖，去寻找答案，并在脑海中形成三维动画，来巩固知识。学生分小组解剖地球，观察不同层的颜色及大小，总结出地球的结构可以分成哪幾层，之后再将解剖好的结构按照顺序排好，在连接好的高清显示屏上进行展示，便于观察。

（设计意图：利用信息技术和设备强化教师和学生之间、学生和学生之间的互动，使教师尽可能充分地获取学生学习的信息，使自己的教学更能指向学生，帮助学生解决在学习过程中产生的问题和困惑，以此深化教学。）

（4）思考活动。教师在讲解并总结地球的结构以后，提出“月球为什么没有生命体存在”的问题，小组分析解决问题。学生将所学的对地球的解剖用于比较两种天体结构不同上，得出“结构的不同造成天体本质的不同”的结论。具体过程为：学生分小组对月球进行解剖，发现月球的结构比地球少了大气层，从而总结出大气层是地球有生命体存在的条件之一。

（设计意图：学生能够运用新型教学设备，结合所教的方法，举一反三分析问题及成因。）

课堂最后，学生在组内交流本节课的感想与收获，教师听取学生的意见与建议。教师运用zSpace 进行授课，让学生带着好奇走进课堂，激发了学生探索自然奥秘的兴趣和热情，课堂活跃而高效，较好地完成了既定的教学目标。

三、VR/AR 技术在地理教学中应用的反思

zSpace 虚拟现实教育一体机提供给教师和学生一个非常特别的学习平台， VR/AR 技术在教学中将地理課中地球内部结构、宇宙天体运动等教师用语言难以表达清楚、学生难以理解透彻的抽象知识，形象化地呈现出来，帮助学生理解记忆，激发学生想象空间;zSpace 虚拟现实教育一体机和其中的课程资源，为学生随时随地自主学习提供了有利条件，它打破了课堂的边界、知识章节的边界、时空的边界甚至学科的边界，有助于教学方式的改革，从而满足学生的个性化发展;zSpace的部分VR/AR 技术是让学生自己操作、感受及分享，激活了学生的感官体验，大大地激发了学生的学习兴趣，有助于学生的认知加工和知识建构，有利于深度学习的实现。

在初中地理教学中，经常提到“走出教材，走进生活”，这就需要教师根据学生已有的知识和经验来创设新情境，在活动中激发学生的参与欲望。例如“自然地理”中的海陆变迁、板块运动等，“人文地理”中的“美国、欧洲西部的工农业、乳畜业”等，“区域地理”中的“日本、东南亚、巴西、撒哈拉以南的非洲”等。在这些内容的教学中，教师可以引导学生通过zSpace观察身边不易观察到的事物，从而不再受限于课本的叙述，将原本的理论具体化，让学习内容变得更加有趣。

但是，我们在教学中使用VR/AR 技术时，也要考虑运用时机的选择，要结合恰当的主体合理使用，避免重形式而轻内容的教学实践。同时，也要考虑学生在VR/AR 技术及设备使用过程中可能出现的眩晕现象以及因为画面光线及明暗太强或太弱而造成的眼睛的不适或疲劳等问题，避免出现因为长时间使用或频繁使用而影响学生视力的情况发生。

【参考文献】

[1]陈颢，吕美萍.浅谈VR虚拟现实技术在建筑构造课程教学中的运用[J].江西建材，2018（13）：54-55.

[2]王同聚.虚拟和增强现实（VR/AR）技术在教学中的应用与前景展望[J].数字教育，2017（1）：1-10.