AR技术在初中地理教学中的应用探究

王思汗 袁玖根

【摘 要】随着科学技术的不断发展，它为人们的生活提供了极大便利。在教育教学中借助新型技术手段提升教学效果成为一种必然趋势。在初中地理教学中存在诸多难点，如地球运动、自然气候、等高线地形图等。本文将增强现实技术的独特优势与地理课堂相结合，从分析初中地理教学现状入手，探究增强现实技术在设计问题情境、促进自主学习、实施合作学习、建构交互课堂等方面的具体应用，为地理教学开辟新路径。

【关键词】初中地理；AR技术；交互课堂；应用探究

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）05-078-04

《义务教育地理课程标准（2022年版）》中强调，教师既要保持板书、板图等传统地理教学手段的优点，又要融合运用现代教育技术手段。教师要不断改进教学方法，突出学生的自主、合作、探究式学习，设计具有整体性的教学活动过程，努力形成教学特点，为学生创设有利于核心素养提升的成长环境[1]。增强现实技术应用于地理课堂能较好地满足新课标的要求，其独特的实时交互性可以将虚拟世界与真实世界完美结合。在课堂教学中运用AR技术可以创设教学情境，从而让学生在虚实结合的情境中进行自主、合作、探究式学习，增强地理课堂的互动性。AR技术化抽象为具体，能够降低地理学习的难度，有利于加强学生对地理知识的印象，并且帮助教师完善教学形式、丰富教学内容、提高教学效率。

AR技术与地理学科教学

1.AR技术

增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）是指利用计算机提供的信息加强使用者对真实环境感知的技术，并且将实时生成的虚拟场景叠加到现实世界中从而达到增强现实的作用[2]。AR技术能够突破时空的局限，利用立体成像原理实现真实场景的再现，把现实生活中无法看到的场景实时展现在大家面前。AR技术的主要特征包括以下几点。

（1）虚实结合。将虚拟场景与真实世界叠加在同一时空呈现是AR最主要的特征，AR能够把人们在现实世界中无法观察到的场景以三维画面的形式呈现。在地理教学中，AR技术可以对无法直接观测的地理现象进行虚拟构建并与真实的地理课堂相结合，增强学生对地理现象的感知。

（2）实时交互。AR除了将虚拟信息与现实世界相结合外，还能实现使用者与虚拟环境进行实时交互并且获得即时反馈的功能，使用者通过触觉在虚拟环境中进行互动交流。在地理教学中，这一特点可以增强教学的互動性，营造活跃的教学氛围。

（3）三维注册。开发者利用计算机开发出与真实环境相对应的虚拟事物，再通过电子设备识别真实的物体，随后做出增强反馈，将虚拟事物叠加到真实物体上，为使用者带来更加直观的视觉冲击，从而达到增强现实的目的。

2.地理学科教学背景

初中地理知识不仅具有空间性、推理性、实践性、综合性等属性，还具有自然科学与社会科学的交叉性特征。在学习中，学生要掌握如何探寻地理现象变化发展的规律，并且要学会正确阐述人与地理环境的关系。在教学中，教师实施地理教学的形式大多是借助PPT课件讲授教学内容，采取死记硬背的方式来强化学生对内容的理解。如果教师不及时改进教学形式，仍然使用刻板的教学模式进行教学，容易导致学生对地理知识产生负面情绪从而失去兴趣，极大地影响学生对于学习的自主性和能动性。因此，教师要善于运用现代信息技术手段改善教学形式，丰富教学内容，增强学生的主动性，促进学生空间思维的形成。AR技术可以充当这一教学工具，其独特的具象表达有利于学生空间思维的形成，AR技术利用变化的技术模拟出不同情境下地理环境的状态变化，弥补教学环境的局限性，提高学生对抽象知识的理解能力。因此，AR技术运用在初中地理课堂中能给地理教学带来巨大改变，有利于教学效果和学生积极性的提高。

初中地理教学现状

1.学生学习兴趣不高

初中地理知识之间都存在密切的关联，其中部分概念没有理解透彻对于之后的学习会产生较大的影响。目前，初中阶段的学生多数都对地理学科有一个错误的认识，他们认为学习地理知识就是为了通过考试，因此他们觉得掌握一些知识点就足够了。这就导致学生对地理知识的学习积极性不高，对知识整体性把握也不充分，从而失去了学习的系统性。此外，地理学科的学习抽象程度高、逻辑推理能力强，学生在学习过程中如果不能掌握合适的学习方法，就容易迷失方向，难以提升学习能力，无法正确理解地理知识。因此，教师的引领作用就显得十分重要，教师需要引导学生沉浸在地理知识的宝库中，调动学生的学习兴趣，帮助学生掌握适合自己的学习方法，有利于学生学习更多的地理知识。

2.教师教学形式传统

初中地理教师的教学形式大多采用多媒体课件加板书、板画，较为传统，课堂氛围沉闷，无法符合学生的期待，难以吸引学生的好奇心和注意力，以致于学生的学习效果不理想，无法较好地掌握地理知识，导致学生渐渐地失去了地理学习的激情。此外，一部分教师的教学观念仍局限于传统教学理念，并没有将现代教育技术与初中地理教学结合起来。即使采用信息技术手段，也只是把它作为一种调动学生好奇心的工具，忽略了其他的价值和作用，教学效果不佳。现代教师需要及时转变教学观念，改进教学形式，将AR技术与初中地理教学完美融合，进而营造课堂的教学氛围和提高学生的主动性。

3.空间概念不易形成

初中地理学科具有抽象性、空间性等特点，学生在学习过程中最难理解的知识类型就是空间想象类知识，这一类型的内容抽象程度高、理解难度大，对学生的空间思维能力要求较高。初中阶段，学生空间思维能力还未完全形成，教师由于信息技术手段的缺乏难以将该类型的内容形象直观地演示，因此这一类型的教学内容成为教师教学的最大难点，长期困扰着地理教师。针对这一问题，AR技术独特的优势（虚实结合、实时交互、三维注册）就显得格外适用，它可以帮助教师很好地解决这类重难点教学问题[3]。

AR技术应用于初中地理教学的优势

1.AR技术可以增强情境创设

在初中地理教学中，由于受到场地和技术等因素的限制，导致地理课堂无法创设出学生的学习情境[4]。AR技术借助自身特点可以经济有效地改善该问题。我们只需要在教室里就能体验各种虚拟的地理现象，同学们借助AR设备与传感器就可以实现与场景互动的效果，以达到情境教学的目的。

具体来说，在地震教学中如果仅仅借助图像、视频来演示地震时的真实感受，这些表达形式都是较为乏力的，没有真实经历过的学生根本无法切身体会，这种方式无法给学生带来深刻的感受，反之借助增强现实技术构建发生地震时的情境，让学生利用设备身处其中获得更加强烈的体验。如在震动中的陆地、在摇摆中的建筑等，这些都是传统教学无法达到的效果。

2.AR技术可以增强直观教学

初中地理教材以丰富的图像资料为主，是学生获取形象感性知识的重要途径，是初中生形成空间思维的纽带。但是地理知识包括许多复杂抽象的概念和原理，仅仅使用平面、静态的表现方式，对于学生完全理解该类知识是非常困难的。如果借助AR技术的空间可视化、平面立体化进行地理教学，将其立体化、动态化，更能直观地展示地理知识，有利于学生理解，这与“教师讲、学生听”的传统地理课堂相比更加具有趣味性和直观性[5]。

具体来说，七年级上册第一单元的地球运动，同学们对于地理自转与公转的理解比较困难，特别是昼夜时间变化情况不易掌握。在教学中，如果教师仅使用平面图是难以表达地球具体形状的，更无法有效表达地球运动的过程，容易出现教师教得费力、学生学得吃力等情况。这时将AR技术运用于地理课堂，可以将地球模型立体化，学生只需用手拨动、放大或缩小三维地球模型让其旋转就能观察地球自转与昼夜长短变化的规律，起到降低学习难度、增强学习兴趣的作用。

3.AR技术可以丰富教学资源

我国各地区的经济水平存在一定的差距，从而导致各个地区和学校之间出现教育资源分配不均的问题，特别在经济落后地区，教育资源非常贫乏。AR技术可以将图片、视频等信息投射到真实世界中叠加在一起显示，可以展现多种虚拟信息，基本覆盖地理教学中所有资源的类型。

最关键的是AR技术的实现成本较低，应用设备操作简单，教育产品丰富。如AR眼镜、AR头盔、AR投影仪等专业设备，也可以借助手机、平板摄像头实现增强现实功能；在地理教学方面，比较成熟的教育产品有“妙懂初中地理”和“AR中学地球仪”等。AR技术在地理课堂中的使用不仅起到了传达教学内容的目的，还为学生自主探究学习提供了更加丰富的学习资源，从而丰富各地区的教育资源。

AR技术在初中地理教学中的应用策略

1.结合AR技术创建情境教学

在传统教学中，教师通常用讲授法传授理论知识，采用强行记忆的方式来加强学生对知识点的印象。如果一味地使用这种教学方式会让学生逐渐产生厌学心理，并丧失好学情绪。我们应该极力防止此类情况的出现，教师可以借助AR技术创设出真实的学习情境，让学生体验沉浸式学习并准备相应的随堂提问，起到强化学生记忆知识点的作用。

以“等高线地形图”为例，教师引导学生在“妙懂初中地理”App上观察三维模型，地形图的直观形象立体地出现在学生的眼前（图1）。学生在增强现实技术的软件中可以全方位地对山体进行观察，从而根据等高线地形图寻找对应的山脉，还可以在任务栏中启动或关闭等高面和等高线，学生可以较好地发现山体和等高线两者的联系。教师引导学生理解等高线的含义以及山体五个部位的判读，以达到情境教学的目的，调动学生的好奇心和自主性[6]。

教师在学生探索环节结束后，可以根据教学内容随堂提问，引发学生深度思考。如怎样区分等高線地形图，如何识别山谷、山脊、鞍部、陡崖，分层设色地形图的由来以及如何判读，等高线地形图的弯曲方向和疏密程度有何地理意义等。学生们刚刚观察完三维地形图，头脑中已经形成了立体的模型，对等高线地形图的关系有了深刻的了解，所以对于这些问题都能轻松应对。

2.结合AR技术实现自主探究

AR技术自身独特的空间可视化、平面立体化，能够构建现实世界中不存在的虚拟环境[7]。如果将该技术在“影响气候的主要因素”的课堂上运用，不仅可以使学生在虚构的环境中快速地区分和确定影响气候的要素，还能调动学生在地理学习方面进行自主探究。

以“地球运动对气候的影响”为例，在教学中教师借助AR眼镜让学生获得地球自转与公转的立体模型认知。“早晨到中午，中午到傍晚，傍晚到子夜，子夜到清晨”的连续变化是由地球自转所产生的。AR技术所展现的虚拟场景可以给学生带来温度变化的感受，如在早晨时温度比较低，在中午温度比较高，到子夜温度降为一天的最低值。该模式“24小时”反复循环时，学生能够在温度低时产生要添衣服的感受；在温度高时产生减衣服的感受。

“春、夏、秋、冬”四季更替是由地球公转所产生的。AR技术所呈现的情境可以达到四季分明的效果，如在春天，学生们能够感觉到万物苏醒的气息；在夏天，能够感觉到烈日炎炎的气温；在秋天，感受瓜果飘香的喜悦；在冬天，银装素裹瞬间映入眼帘。学生们借助AR技术对地球公转、自转产生的情境进行了学习和感受，因此可以非常清晰敏锐地获得本节的知识点。地理课堂结合AR技术，不仅可以突破传统的教学方式，让学生在虚拟的真实情境中探究教学内容，学生自身的潜质还可以获得一定程度的发展。

3.结合AR技术实施合作学习

教师在地理教学中，可以把增强现实技术与小组讨论相结合，让学生在感受AR技术构建的地理环境时迸发出更多的新想法，能在合作学习中不断产生新观点。教师应该为学生构建一个良好的合作氛围，分组时要注意“能力均衡”规律，要确保调动全体成员参与获得的积极性。

以“海陆分布对气候产生的影响”为例，教师借助AR技术展示海陆情境，学生通过观看画面进程可以发现，海水温度升高和下降的速度都是比较慢的，而陆地温度则是比较快地上升和下降[8]。随之转换情境，给学生呈现南北半球的效果图，再组织活动“借助AR情境，探索海陆分布对气候的影响规律是什么。”随后进入小组讨论环节，各个小组进行激烈讨论后得出结论，教师请各个小组派出一位代表汇报，最后由教师给出最终答案、纠正认知问题。这样不仅调动了课堂氛围和学生兴趣，还能够给学生带来更加直观的体验，使其留下深刻印象。

4.结合AR技术建构交互课堂

在初中地理教学中，教师要把学生放在主要位置，不能把学生当作被动接收知识的载体，学生是积极主动的学习个体。AR技术在教学中的应用已经基本稳定，如AR卡片、AR软件等操作简单、成本较低的AR教学工具已经得到了广泛应用[9]。教师在教学过程中，可以根据所授知识的重难点结合AR技术，从而可以让学生与AR技术创造的虚拟环境进行实时的交互，增强地理课堂的互动性和灵活性。

以“地形地势对气候产生的影响”为例，教师将地形与地势影响自然气候变化的诸多因素讲授给学生。在理论知识传授完毕时，教师借助AR卡片和手机、平板等传感设备为学生提供真实情境的展现，学生还能够和情境中的虚拟人进行互动交流，扩充更多教师课堂上沒有涉及的地理知识。课堂互动对提升教学效率和学习效率都起着巨大作用，而且课堂互动在大班授课制的形式下很难进行，因此在地理教学中需要重视教学互动的必要性。

增强现实技术在初中地理教学中的应用越来越广泛，AR技术能够将虚拟环境与真实世界叠加在一起并进行实时交互，无论是教学者还是学习者都能够受益匪浅，给地理教学和学习带来全新的体验[10]。AR技术应用于地理教学，有助于调动学生学习兴趣、丰富教师教学形式、突破教学重难点。教师需要合理地将AR技术与地理课堂融合起来，通过创设问题情境、引导学生独立探究、进行合作学习、构建交互课堂等方式，帮助学生更有效地理解和掌握地理知识，从而完成《义务教育地理课程标准（2022年版）》中提出的各项要求，为学生构建有利于核心素养提升的成长环境。

注：本文为2022年江西省高等学校教学改革研究省级课题“科技竞赛视阈下大学生创新能力培养策略研究”（课题编号：JXJG22104）的研究成果

参考文献

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作者单位：江西科技师范大学

编   辑：徐靖程