地理教学中AR技术的应用思考
高川秀 钟嘉彦
摘 要：增强现实（AR）技术，是一种将现实世界和虚拟世界结合的新技术，通过编程等技术手段，突破时空限制，将虚拟信息与真实世界叠加，使人能更直观地感知信息。文章以中学生对地理教具的体验问卷调查为基础，明确了AR技术在地理教学中应用的必要性和可行性，并对AR立体地理书进行初步设计和应用实践。实践证明AR技术可以把所有教具、优质多媒体资源等整合在一起，有效解决学生与教材的互动问题，大大提高地理课堂学习质量。
关键词：AR技术;地理教学;AR地理书
一、地理学习的实体空间与虚拟空间
学习空间的建设应当包含实体空间和虚拟空间两个部分[1]，课堂的教学空间作为正式的学习空间，同样也应当包含这两部分。传统的地理教学互动空间只局限在教师与学生之间的交流、传递，学生听为主，实际动手操作为辅，学生与地理知识并没有形成很好的良性互动，一般只依靠“做题”这一方式产生比较密切的互动[2]。而如果能将课堂和课后的空间有机地结合起来，那传统意义上的教学空间（学习空间）能得到最大程度的延伸，基于此，由传统的教学空间逐步向技术支持的学习空间的变革成为研究热点[3]。
增强现实（AR）技术在虚拟现实基础上发展[4]，是一种将现实世界和虚拟世界结合的新技术，为构建实体空间和虚拟空间相融合的学习空间提供了可能，可以将资源从空间外搬到空间内[5]。因此，如何将AR与地理教学相结合，利用一些教学用具和教学素材，保证学生课后学习的有效性和自觉性，成为教学模式探索的新思路。
地理教具是最能体现地理直观性的教学用具之一，以此为切入点，对中学生进行问卷调查，了解目前地理教具的使用情况以及学生对于地理教具的喜好程度等。通过对问卷进行分析，明确AR技术应用到地理教学过程的必要性和可行性。问卷派发对象随机抽取广州市天荣中学初一、初二6个班的学生，共126人，全部为有效问卷。
二、学生对地理教具感知的调查分析
问卷内容主要由两大部分组成，第一部分为学生对地理课使用地理教具的看法，第二部分为学生对地理教具的期待。问题包括课堂上地理教具的使用情况、对地理教具的喜好程度、地理教具对于理解知识的帮助程度这3方面，一共10小问。
1.中学地理课堂教具使用情况
地理教具在中学课堂中的使用比较普遍，但使用率不高。问卷调查得知，高达81.48%的学生认为老师会在课堂中使用地理教具开展教学，而具体使用率则很大程度上根据实际的课堂需要而定，使用率总体不高。使用地理教具开展教学活动时，学生动手操作的机会较少，在问及学生对教具的操作问题时，超过一半的学生选择“偶尔让我们动手自己操作”，可见地理教师在采用地理教具开展教学活动时，有让学生动手操作的意识，或受客观条件限制，因此选择“没有让我们动手操作”的学生比例也较高。
2.中学生对地理教具的喜好程度
学生对地理教具的喜好度极高，约81%的学生喜欢老师上地理课时使用教具，在问及“喜欢老师上课使用地理教具的原因”时，超过一半的学生认为使用地理教具“使课堂更加生动”，同时较多学生对地理教具可以帮助其理解老师所讲内容、激发学习兴趣的观点表示认同，认为教具使他们对地理现象有身临其境的感知。
部分学生不喜欢地理教具，究其原因，一方面，他们认为教具本身普遍较小，且演示需要花费时间;另一方面，62.5%认为由于外部条件限制：每节课的时间有限，因此效果不佳。由此也可以设想，如果有这样一款教具：演示清晰，同时具备高时效性、便携性，学生操作性强，那么地理教具在地理课堂上的受欢迎程度将会大大提高。
3.中学生对地理教具的期待
抽象地理知识的讲解更需要地理教具的辅助。在调查学生认为哪些地理内容需要用到地理教具时，“地理现象”和“地理过程”比例最高。其中选择“地理现象”的比例高达40.74%，选择“地理名词”和“地理原理”的比例相同，只有11.11%。可见学生在理解地理现象、地理过程这些比较抽象的内容时很需要地理教具的辅助，这与学生特定年龄阶段的认知水平具有很大关联。
在问及“怎样的教具会让你更喜欢地理课堂”时，由高到低的选项分别为： “可以动态演示各种地理知识”“可以是3D的，让我有身临其境的感觉”“可以让我自己动手操作”，选择比例均超过50%（图1）。由此可见，学生对能动态演示地理知识且能动手操作的立体教具需求表现很高。
三、AR技術运用于地理教学的必要性和可行性
提高地理教学效果不能只重视教师怎么教，还应当重视如何让学生学得更好。将AR运用到地理教学中将会成为未来新型而有效的教学方式。
1. AR技术运用于地理教学的必要性
（1）提高学生学习地理缺乏动手实践的机会。目前地理课堂出现的问题主要为教师与学生间、学生与知识间互动的缺乏，地理教具在中学课堂中的教学效果明显，但使用率不高。采用AR地理教具把一些复杂的地理现象和地理过程通过建模的方法加以实现，使得学生可以在虚拟的环境中自己动手重现地理现象和地理过程，既不占用课堂时间，也充分节省了资源。
（2）更好地激发学生对地理的学习兴趣。学生不是不喜欢地理，而是没有意识到地理的重要性和趣味性，让这个阶段的孩子去体会重要性是很难的，而让他们觉得趣味性却轻而易举。通过AR地理教具辅助学生的课堂学习，提供嵌入式的体验，使学生快速进入地理学习的情境之中，激发他们的学习兴趣和学习动机。
（3）提升教学效果，释放教师的教学压力，营造良好的师生关系。学生对能动态演示各种地理知识且能动手操作的立体教具的需求很高，因此，抽象地理知识的讲解更需要地理教具的辅助。地理的教学方法很多，但方法再好，也比不上直接把一些地理内容展现给学生，给学生直观的体验，激发他们学习的兴趣和想象力。使用AR地理教具能帮助中学地理教师解决学生不爱学地理、觉得地理难学的问题，只需使用较少的教学材料就能达到很好的教学效果，能大大地释放教师的教学压力。
2.AR技术运用于地理教学的可行性
（1）AR地理教具受到教师和学生的欢迎。对于地理教师而言，提高学生对地理的学习兴趣，帮助其更好地理解地理知识是永恒的探索目标与追求，借助这一新型教具，有利于开展教学活动、增强教学效果。同时对学生而言，新颖、实用、可操作的地理教具有较强的吸引力，满足他们对地理教具的期待。
（2）AR技术在教育领域中的运用会越来越普遍。随着AR技术的不断成熟，它在教育领域的运用会越来越普遍，且随着越来越多的学校对教学的投入增多，教学用具增加，AR地理教具在地理课堂上的运用将会是一个必然。
四、AR立体地理书的运用实践
利用增强现实（AR）技术强大的功能，将地理课本AR化，把课本中的图片、实验通过AR技术与视频、动画、语音、思维导图等链接起来，地理课本不再是平面的、枯燥的文字和图片，而像生态圈一样充满生机和活力，鲜活且立体。课堂上，学生在教师的引导下利用平板电脑开展学习，打开APP扫描课本上的图片，即可出现与之对应的链接内容。除此之外，课后学生在家庭学习的过程中也可针对自身需求，借助移动设备，打破空间和时间的限制，重复课堂上的操作，直观且便捷。
AR立体地理书的总体结构分为演示区和讨论区（图2），演示区根据教材的需求会提供3种内容：图片、视频、实验。讨论区则分为教师讨论区和学生讨论区。
下面以图3的实验——昼与夜为例，对AR立体地理书的功能与使用进行详细阐述。课堂上教师使用投影仪进行演示，学生使用平板电脑跟进学习。当教师用配备的摄像头或学生用平板电脑对着课本上“昼夜图”的时候，屏幕上就会出现太阳和地球。学生可以手动在屏幕上滑动、转动地球，在转动过程中教师可以引导学生观察地球的昼与夜一直各占地球表面积的1/2，在太阳照到的一面是白天，太阳照不到的一面形成黑夜，随着地球的转动，白天与黑夜所处的位置在不断发生变化，从而产生昼夜交替的神奇地理现象。
當回到首页点击“复习”的时候，系统语音会开启，在开始时引导学生：“你可以点击播放按钮观看整个动画”“你现在可以把手放在地球上转动地球”;在过程中进行提问：“在地球旋转过程中观察白天与黑夜各自所占的面积，你发现了什么”;在学生做题的时候对其进行鼓励，如当学生很久没有选出一个答案的时候，系统会给出提示：“你不妨试一下从……入手。”或是鼓励他：“这道题有点难，再想一下就可以想出来了。”当学生完成效果很不错的时候，系统就发出“你掌握得真好”之类的鼓励语等，充当课外无教师状态时的私人教师角色。
作为教师的课堂辅助教具，AR地理书可以节约教师教具准备时间，有效提高教师备课效率，使得教师可以将更多的时间精力投入课堂组织中，密切关注每位学生的学习动态和知识掌握情况，充分激发学习兴趣，提高自主学习能力。
五、结语
近年来，随着课程改革的深入，地理教学改革专家、教师更加关注地理课堂的趣味化，强调学生的主体地位，注重培养学生的地理核心素养。在多媒体的普及下，地理课堂的趣味性已显著提升，但多媒体资源同样存在更新慢、质量参差不齐、体验感不佳等问题。同时，地理教师在课堂上使用的教具多为呈现型的教具，反映地理原理与过程的教具较少，不利于培养学生的地理思维和地理学习兴趣。
增强现实（AR）技术操作性、参与感强，有利于师生双向互动，通过AR技术可以更好地呈现地理知识、组织地理课。目前关于AR技术的理论正逐步成熟，其行业应用还处于发展期，AR这一全新交互技术也将会成为未来教育发展的一大趋势。
参考文献：
[1] 杨俊锋，黄荣怀，刘斌.国外学习空间研究述评[J].中国电化教育，2013（06）：15-20.
[2] 胡锐.当下的应试教育[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2014.
[3] 许亚锋，王麒.学生对技术支持的学习空间的感知研究[J].远程教育杂志，2015，33（02）：21-30.
[4] 全希. 增强现实技术（AR）在地理教学中的应用探究——以中图版“多民族的国家”为例[J]. 地理教育， 2016（12）：55-56.
[5] 梁为.基于虚拟环境的体验式网络学习空间设计与实现[J].中国电化教育，2014（03）：81-85.
