毕业论文-增强现实技术在课堂教学中的应用研究——以初中地理教学为例.doc

河北科技师范学院 本科毕业论文增强现实技术在课堂教学中的应用研究以初中地理教学为例 院（系、部）名 称 ： 教育学院 专 业 名 称： 教育技术学 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 指 导 教 师： 2016年5月28日河北科技师范学院教务处制学 术 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于河北科技师范学院。本人签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 摘 要摘 要在“互联网+教育”的时代环境下，研究增强现实技术的教学应用具有重要意义。目前，初中地理课程教学仍采用传统的授课式，在课堂组织形式上缺乏创新与特色，教学的目的性、时效性不强，学生处于被动接受地位。基于增强现实技术的地理课堂教学有效地改善了这一现状。在理论层面上，利用增强现实技术可以把一些地理事物化虚为实，虚实结合，使学生感知大量的无法实地观察或者抽象的地理事物，进而对其形成正确的表象，对地理事物有一个正确的认识，达到知识建构的目的。在实践层面上，在计算机等科学技术的支持下，开展增强现实技术的初中地理教学应用研究，并非是对传统教学模式的彻底否定，而是对传统教学模式的丰富和补充，为教学形式的多样化提供更多可能。关键词：增强现实技术；教学策略；教学评价 IAbstractUnder the ages environment of internet and education, it is of great significance to study teaching application of Augmented Reality . Now , geography courses in middle school still adopt the traditional way to impart knowledge ,which is short of innovation and characteristics on the form of class organization. The teaching purpose and the timeliness are not clear, students are on the position of accepting passively. While the geography class teaching style based on Augmented Reality effectively improve this situation. In the theory aspect, applying Augmented Reality can change some geology things from virtual to reality and combine virtual and reality, by this way, students can perceive a large number of geography things that can not observe on the spot or abstract to form correct presentation and view towards geology things, so they can achieve the aim to construct knowledge.In the practical aspect, under the support of computer and other science technology, develop geology teaching application research of middle school that Augmented Reality, it is not a thorough deny to traditional teaching molds but a rich and supplement which can provide more possibility to the diversity of teaching.Keywords:Augmented Reality;Teaching Strategies ;Teaching EvaluationII目 录目 录摘 要IAbstractII一、绪论1（一）研究现状11.国外研究现状12.国内研究现状2（二）研究意义2（三）概念界定31.虚拟现实技术32.增强现实技术3二、增强现实技术简介3（一）增强现实的技术原理31.Monitor-Based42.光学穿透式HMD（Optical See-through）43.视频透视式HMD（Video See-through）5（二）增强现实技术的特点5 （三）增强现实技术与虚拟现实技术的异同5三、增强现实应用在教育教学中的理论支持6（一）增强现实技术与行为主义学习理论6（二）增强现实技术与认知主义学习理论6（三）增强现实技术与建构主义学习理论6四、基于AR的教学设计的前端分析7（一）教师分析教师的信息素养7（二）学习者分析7（三）学习内容分析8（四）教学目标分析8（五）学习环境分析9五、基于AR的教学设计的教学策略分析9（一）先行组织者策略9（二）支架式教学策略9（三）抛锚式教学策略10六、基于AR的初中地理课气候教学设计10（一）基于AR的气候教案设计10（二）基于AR的教学案例11（三）教学效果分析12七、总结与展望12（一）研究总结12（二）研究不足12（三）研究展望13参考文献13致谢14IV河北科技师范学院2016届本科毕业论文 一、绪论（一）研究现状1.国外研究现状 虽然增强现实技术应用于教育领域不久，但欧美等发达国家已对该相关领域做出了大量实践研究，其研究方向主要集中于创设教学情境、模拟教学实验、发展“立体”图书、开发教育游戏等研究领域。Christoper J.Dede将增强现实技术运用到以科学为主的学科中，改变了传统的授课模式，开发出新型的课程模式。在其看来，增强现实技术能够利用虚实结合的特性让学生在具体的教学情境下轻松愉快地学习科学知识，促进学生的学习。1Shelton和Hedley将增强现实技术运用到九大行星的教学实验中，发现增强现实技术不仅可以简化教学活动并且能够有效的完成复杂的教学活动，让晦涩难懂的教学问题以直观的形式呈现出来，不仅可以提高教师的备课效率解决复杂的教学问题，还可以降低学生的理解难度，有助于师生之间建立起轻松愉悦的课堂环境，帮助学习者学习知识技能。2BillingHurst,Poupyrev等对传统书籍进行改造革新，利用增强现实技术将图书内容转化为动画，研制出一本适合儿童阅读的“立体”图书Magic Book，该书采用虚拟动画与书本整体知识相互叠加的方式，营造出一种身临其境的环境，以更加形象生动的表现手法将书面知识以易于接受的形式的传递给阅读者，引起儿童的阅读兴趣，使看书不再枯燥单调，不再抽象，可提高学习效率，增强理解和记忆。3 Hye Sun Lee和Jong Weon Lee利用增强现实技术设计了一款教育游戏wlzQubes，用以帮助幼儿园和小学儿童掌握加法知识。该游戏以玩中学为目的，符合此年龄段小朋友们的心智特征，帮助小朋友们在游戏中加强加法运算的练习，用游戏代替枯燥乏味的习题册更容易提高孩子们的学习兴趣，提高学习效果。4由Daqrl团队研发的Anatomy 4D是一款基于增强现实技术的解剖学应用软件，该应用具有极强的视觉冲击力和全程互动体验，并可直接被部署在IOS和Android两个平台上，为想要了解和探索人类的身体和各种器官系统的学生或医务人员提供了工具。5国外的研究学者关于增强现实技术应用在教学中的实践活动主要围绕着诸如创设教学情境、模拟教学实验、发展“魔幻”图书、开发增强现实游戏等方面展开的。国内的研究学者最早展开对增强现实技术的研究是围绕着生活娱乐方面，近年来，才将目光投向了增强现实技术的教育价值。2.国内研究现状 较之于国外，国内对增强现实技术的研究目前还处于初级阶段，并且我国对增强现实技术在教育领域中的研究工作主要集中于高等科研院校和重点院校，广大中小学尚未将增强现实技术实施于课堂教学活动中。虽然我国开展增强现实技术应用于课堂教学活动的研究只是几年时间，但也取得了相应的成果。增强现实技术应用于课堂教学的理论研究方面，徐媛提出可将增强现实技术用于立体书籍、操作技能培训、AR教育游戏、残障人群学习等教育领域，为增强现实技术在教育领域的应用指引了方向；6张宝运等人在分析了增强现实技术的工作原理的基础之上，探讨了其教学应用需求和应用优势，并尝试将增强现实技术应用于物理学科教学；7蔡苏等人论证了增强现实技术在教学中的使用价值，并提出了增强现实技术与移动学习相结合的未来发展趋势；8李婷分析了增强现实技术的特征，并将其应用于移动学习中；9张洪波探讨了增强现实技术的技术原理，设计了增强现实技术支持的教学模型，开发了教学应用案例等10。高校也开展了诸如此类的研究，浙江大学CG&CAD实验室开发的基于增强现实技术应用于科技馆中的“基因剪刀”项目，有利于提高儿童的理解力和对学习科普知识的兴趣。增强现实技术的软件应用开发方面，梦想AR教室软件是专门为学龄前儿童研发的，它以丰富的色彩，生动的画面，抓住了小孩子们的兴趣点，极大的促进了学龄前儿童的智力开发。11实景翻译软件目前已经被安装在手机等移动终端上，它是背包客的福音，在语言不通的国外，只要扫一扫便能了解身处何地，很大程度上降低了迷路的风险。12随便走将AR应用于步行软件中，为步行者带来3D全景体验，为步行者导航的同时又带来了视觉上的体验。13从以上国内外的研究现状来看，总体而言，增强现实技术在教育中的应用研究无论是实践层面还是理论层面都有了一定的发展，国外主要集中于AR教学产品的开发与应用，并且探索出一条将AR与教学活动相结合的道路。国内侧重于AR的教育理论研究，目前研发的大部分AR软件被应用到娱乐生活方面，相应教学产品数量较少且缺少多元化，在技术支持教学方面尚有欠缺，缺少实际案例论证AR对教育教学的影响。（二）研究意义在技术辅助教育发展的时代背景下，作为智慧课堂的一部分，增强现实技术为开展智慧教学提供了技术支持。增强现实技术在初中地理教学中的实践为信息技术在教学领域中的应用打开了新篇章，为提高教学效率做出重大贡献。增强现实技术作为“互联网+教育”时代下一种高效的教学辅助技术，通过虚实结合的方式将抽象的知识和概念形象化，为学生营造一种身临其境的学习环境，从而达到优化教学效果的目的。将初中地理课与前沿的增强现实技术结合起来，将课本中的知识内容以3D动画的形式展示出来，能够有效改变当前固化单一的教学模式，尤其是结合增强现实技术的沉浸性、互动性等特点，能有效解决传统地理教学存在的实验设备不全、实验条件难以到达，实验安全性难以保障以及教学资金短缺等问题。与此同时，由于其表现形式特殊虚实结合，学习者被吸引到教学中，提高了学习的参与度和对事物的兴趣。（三）概念界定1.虚拟现实技术 虚拟现实技术（Virtual Reality,VR）原意为本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，让人感觉如同真实一般。从其技术原理来看，虚拟现实技术是一种基于计算机仿真技术的技术，通过对现实环境的模拟仿真，在平板等移动设备中构建出一种和现实环境相似的场景，将真实环境下不存在的东西呈现于使用者眼前，从而产生一种如同在现实环境中一样的错觉。142. 增强现实技术 由于增强现实技术是近些年才发展起来的新兴技术，相关领域专家对其准确的定义还没予以定论。从其技术原理来看，增强现实技术（Augmented Reality,AR）是对现实世界直接或间接的演绎，将增强现实的元素（图像、声音、气味等）利用计算机技术的整合加工，输入到外界环境中，以达到增强感官的效果。从其现实应用来看，增强现实技术是虚拟现实技术的延伸和发展，其不仅是可以用于教学为提高教学质量服务，更多的是被运用到生活的方方面面，让用户利用平板等移动设备在虚实融合的环境中生活娱乐学习，增强用户的体验感。二、增强现实技术简介（一）增强现实的技术原理增强现实技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息、声音信息、味道、触感等），通过计算机等科学技术，模拟仿真后在叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而产生一种超越现实的感官体验，即真实的环境和虚拟的物体被实时地叠加到了同一个画面或空间，使二者同时存在。其常用的表现形式主要有一下三种：1.Monitor-Based 在基于计算机显示器的输出AR实现方案中，摄像机首先获取外界真实的世界图像，其次结合摄像机的位置信息共同组成图表符号系统，在此基础之上，叠加虚拟物体信息，再进行进一步的整合加工，最后，用户便能从屏幕上看到最终的增强场景图片。图1 Monitor-Based 原理图2.光学穿透式HMD（Optical See-through） 此表现形式充分考虑到人眼的作用，较之基于计算机显示器输出AR的实现方案在感官上更具真实性。将人眼与摄像机结合在一起，然后利用头部追踪器锁定人眼的观测点，再利用摄像机获取此时人眼中的图像，将图像信息整合到图像编辑器中，最后再次输出到计算机显示器上。图2 光学透视式原理图3. 视频透视式HMD（Video See-through） 较之于基于光学的透视式HMD增强现实系统，视频透视式HMD增加了与真实世界相连接的视频合成器，将图形图像以视频的形式呈现出来。图3 视频透视式原理图(二)增强现实技术的特点从技术层面来看，增强现实技术的沉浸性是通过将显示器屏幕扩展到真实环境，使计算机窗口与图标叠加于现实对象，由眼睛凝视或手势指点进行操作，让三维物体在用户的全景视野中根据当前任务或需要交互地改变其形状和外观，对于现实目标通过叠加虚拟景象产生类似于X光透视的增强效果。15从应用层面来看，增强现实技术的沉浸性是一种真实的沉浸，即可以感受外界环境中“真”和“实”的部分，用户仍处在真实世界中，能够感知周围一切真实的存在，AR只是在此基础上加强了这种感官体验，使用户获得更为全面的感知信息。从技术层面来看，增强现实技术从定点定位的标志物开始逐步扩展到周围整个环境，从简单的视觉方面的体验发展到如同3D电影般可以将自身融合进那个虚实结合的空间中的一种全方位的感官体验。从应用层面来看，增强现实技术能够帮助实现深入互动，即环境和人们的当前活动自然而然地成为一体，与整个环境进行信息交流，应用于课堂教学中，便能加深学习者的理解，做到知识建构。（三）增强现实技术与虚拟现实技术的异同增强现实技术作为虚拟现实技术的延伸，其基本软硬件构成与虚拟现实技术十分相似，故而两者间存在着密不可分的联系。首先，二者具有相似的应用领域，均可通过虚拟外界环境，使用户产生沉浸感，加强与外部世界的互动沟通。其次，二者在技术上同宗同源，均利用计算机仿真技术，仿真模拟各种真实环境或创造想象中未可知的场景。二者虽有众多相似点，但毕竟二者为不同的技术，仍存在显著差异。从应用角度看，如果将环境分为场景和物体，则虚拟现实中的场景和本体是完全割裂开的，即用户无法感知到周围的真实世界。与此同时，增强现实中的场景和本体是有着实跟虚的联系，其增强了场景中实的部分，又叠加了需要强调的虚的部分，本体在环境中能够同时感知两者的存在。15三、增强现实应用在教育教学中的理论支持（一）增强现实技术与行为主义学习理论行为主义者认为，学习是刺激与反应之间的联结，行为是学习者对环境刺激所做出的反应。他们把环境看成是刺激，把伴随的有机体行为看做是反应，认为所有行为都是习得的。增强现实技术与行为主义学习理论相结合，就是利用AR设备创设一种行为主义学习环境，尽可能在最大程度上强化学生的正确行为，消除错误行为。利用增强现实改变环境刺激，增强学生的合适行为，弱化学生的不适行为，建立起环境与反应之间的联结。（二）增强现实技术与认知主义学习理论认知主义认为人的认识不是由外界环境刺激直接给予的，而是外界刺激和认知主体内部心理活动相互作用的结果，强调有机体与环境的交互作用。学习过程的实质是在个体与环境的相互作用中，认知结构的不断建构。为学生提供一种对自身进行认知加工的特定情境，从而在促进学生认知结构的形成过程中推动学生的认知发展。教师利用增强现实技术创造良好的学习环境，针对每位学生的学习倾向，尽可能的做到因材施教，让每一位学生都参与到课堂教学活动中，提高学生的参与度。（三）增强现实技术与建构主义学习理论建构主义为增强现实技术应用在教育教学领域中提供了强有力的理论支持。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（教师、伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得的。建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。首先，在应用增强现实的初中地理课堂中，借助于增强现实设备，超越了时间和空间的限制，为学生营造出一种身临其境的情境，开启了体验式教学的新篇章。其次，情境的创建在一定程度上支持了协作学习，学习者通过结成小组，根据自身的优缺点进行分工合作，开展对话交流共享信息，解决教学问题。最后，利用增强现实技术的虚实结合的特点，通过创造实际的情境，呈现教学内容，学习者在亲历的过程中理解并建构知识、发展能力、产生情感、生成意义。四、基于AR的教学设计的前端分析基于增强现实技术（AR）的正规教育可以证明未来的学习环境的关键组成部分分布着密集的硬件和软件应用程序。然而，很少有人知道关于这项技术的潜在支持教与学的孩子在教室里。如果增强现实技术想要成功应用到课堂实践活动中，其必然要满足以下要求：教师可以适应孩子们的需要；引导探索学习机会可以最大化；灵活的教学内容；在有限的时间内，注意制度和课程要求的需要。（一）教师分析教师的信息素养作为教学系统四要素之一，作为课堂活动的主导者，教师的角色无疑是举足轻重的。在我国，尤其是中小学从事于基础教学的教师通常会有一种习惯性保护或习惯性抵制，对自己不熟悉的教学教法或教学媒体在心理层面有种潜意识的拒绝或抵触，这为增强现实技术应用于课堂教学设置了障碍。不仅仅是基于AR的课堂教学对教师的信息素养提出了新的要求，这更是在“互联网+教育”的整个时代背景下对教师应用信息技术促进教学的要求。在授课过程中，教师的信息素养体现在教学过程的每一环节，具有高信息技术敏锐度的教师会倾向于尝试使用各种教学媒体，围绕着教学目标实施教学方案。相对敏感度低的教师可以通过开展教师课前培训，提高其使用增强现实设备教学的能力，进而提高其使用教学媒体的能力，真正做到将增强现实技术应用于课堂教学活动中为教育服务。（二）学习者分析中学生的抽象逻辑思维从总体上处于优势地位，但在很大程度上仍属于经验型。尤其是初中一年级的学生刚刚接触地理学科，对地理学科的特点的了解认识有限，尚未能够很好的将空间知觉能力与辩证思维能力运用到地理的学习中。并且，此年龄阶段的学生的注意力在稳定性和持久性方面较差，无意识记常常表现明显，对学习内容带有一定程度的倾向性，倾向于自身感兴趣的材料。若能利用此特点，并结合有良好沉浸性的增强现实技术，学生们通过参与到计算机生成的地理环境的仿真世界中，全身性地沉浸于学习内容中，将初中地理知识与切身经历相结合，开展体验式教学活动，在体验之余，帮助学习者充分认识到学习地理的意义与价值，并能够将地理的知识运用到日常生活中，寓教于乐，为今后的地理学习奠定良好的基础。（三）学习内容分析 地理学是研究地理环境以及地理环境给人带来何种影响的科学。在上亿年的地形地貌变化过程中，地理学科呈现出明显的地域差异性，这增加了初中生学习地理的难度。然而，对于初中生来说，不仅是简单的学习基本的地形地貌或是掌握地理地图册的使用，更重要的能够初步分析地理事物形成变化过程，有能力的同学还可进一步分析地理自然现象的成因。在学习初中地理的过程中，若是教师仅仅依靠苍白的语言或静态图片进行讲解，学生的抽象思维又难以支持其对教学内容的理解，其教学效果不言而喻。利用增强现实技术可以有效改善这一现状，结合增强现实技术虚实结合的突出特点，把难以用语言形容或是图片展示不完全的地理事物以3D全景形式展现，方便学生从各种视角对地理事物进行观察，这为观察法的实施提供了便利条件。不仅是地理，一些理工类如物理、化学及生物等需要进行大量实验教学的科目都可以利用增强现实技术进行各种教学实验，这样不仅可以打破实验条件的限制，例如，真实实验所需的资金问题，真实实验带来的环境污染问题，实验人员的安全问题等，并能取得与真实实验相近的效果。（四）教学目标分析教学目标，即教学活动实施的方向和预期达成的结果，是一切教学活动的出发点和落脚点，主要分为知识与技能、过程与方法以及情感态度价值观三个层面。知识与技能方面，学生能够了解有关地理学中地理空间结构的相关概念，了解部分常见地形地貌的特征以及它们的形成过程，并能够利用这些知识进行学科迁移，了解该地形地貌基础上的历史人文情怀；过程与方法方面，掌握地理学科思维方法，能熟练使用各种工具学习地理知识；情感态度与价值观方面，培养其对祖国大好河山的热爱之情，鼓励学生去探索地理的奥秘，激发学生对地理学习的兴趣。16将AR应用于地理课堂活动中，能够有效促进学习者的地理空间理解能力，增加学习者对复杂空间中概念及其相对关系的理解，尤其能够帮助学生理解初中地理地形的内容。最新初中地理课程标准关于地形方面的阐述为，基本以简单记忆地形地貌特征，在探索中学习理解地形变化为主，原则上不涉及较深层的成因问题。基于AR的“立体教材”较之于传统教材的二维平面图形式更加直观形象，能够以3D全景形式展现出地理地貌的真实特征，为学生带来更强的视觉冲击力。再而，地形地貌的形成，白天黑夜的变迁以及其他自然现象若想采用观察法观察得到几乎是不可能实现的。然而，增强现实为解决这一难题提供了技术支持，将虚拟的动画叠加到真实的环境中，大到可以模拟仿真地壳运动、陆地海洋的形成，小到可以演绎四季更替、昼夜变迁，为开展观察法教学准备了物质条件。在观察过程中，学生亲身感受了形态万千的地形地貌，感受了大自然的美丽，利于提高学生对地理世界的关注度，培养学生对祖国大好河山的热爱之情。（五）学习环境分析参与教学活动的教学系统中的每个要素发挥其作用必然依靠一定的学习环境。由于AR可以帮助学习者在虚拟和真实的两种环境中实现“无缝”转换，很大程度上延伸了传统课堂教学活动的学习空间。增强现实技术摒弃了传统课堂将知识从自然情境中分离出来的做法，提倡学生个体在参与实践活动中提高社会化水平，在虚实结合的环境下，与他人与环境相互作用。17将增强现实技术应用于课堂教学为学习者创造了身临其境的学习环境，学习者沉浸在轻松自由的学习环境中，在愉悦的学习氛围下汲取知识，从而促进学习者对教学内容的主动建构。五、基于AR的教学设计的教学策略分析 教学策略是指在不同的教学条件下，为达到不同的教学结果所采用的方式、方法、媒体的总和。18教学策略是实施教学过程中的教学思想、方法模式、技术手段的集中体现，教学策略制度的本质是为教学目标服务的。（一）先行组织者策略所谓先行组织者是指安排在学习任务之前呈示给学习者的引导性材料，它要比原学习任务本身有更高的抽象、概况和包容水平，并且能清晰地与认知结构中原有的观念和新的学习任务关联。21在基于AR的初中地理课堂教学活动中，AR设备即可作为一种引导性材料而存在。地理学科具有明显的区域性和逻辑性，一种地理现象或人文特色不可能单独存在，所谓天时地利人和缺一不可。在开展探索式教学活动时，教师摒弃以往填鸭式教学，鼓励学习者利用地理观察法、实验法等去解决地理问题，并能对相关地理现象有所了解分析其原委，只是在学生探索学习过程中，为学生提供引导性材料，帮助创建某种实验情境，使学生在自主学习中获得真知。（二）支架式教学策略支架式教学是为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架。这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的，为此，事先要把复杂的学习任务加以分解，以便于把学习者的理解逐步引向深入。22学生在学习的过程中遇到困难时，教师能给予必要的辅导，即提供“脚手架”，如果没有必要时就及时消除，即撤掉“脚手架”。在基于AR的初中地理课堂教学活动中，教师应为学生创建适合的学习环境，学习支架就是学习环境中的一个突出表现。当学习的地理知识远超于学习者的理解范围内时，教师需要为学习者接下来的学习提供帮助即“搭建脚手架”，同时引领学习者进入教学情境，提高学习者对地理知识的分析与应用能力。（三）抛锚式教学策略抛锚式教学策略要求建立在有感染力的真实事件或真实问题的基础上，要求学生到实际的环境中去感受和体验问题，而不是听经验的间接介绍和讲解。在实际情境中一旦确立一个问题，整个的教学内容和教学进程就被确定了，就像轮船被锚固定一样，因而被称为抛锚式教学策略。抛锚式教学策略主要目的是使学生在一个完整、真实的问题背景中，产生学习的需要，并通过镶嵌式教学以及学习共同体中成员间的互动、交流，凭借自己的主动学习，亲身体验从识别目标到提出和达到目标的全过程。23在基于增强现实技术的初中地理课堂教学活动中，AR能够为抛锚式教学策略中“锚”的抛出创设合适的教学情境。作为地理学习的基础，必然要求学生掌握各种形态各异的地形地貌，以及各地形地貌的变迁。当学生分析某一具体地理现象的成因时，教师可借助于AR设备，首先为学生创设相似或相同的地理环境，其次，将预先设计好的“锚”抛出分析此地理现象的具体演变过程，最后，积极引导学生在情景中找寻问题的答案，完成知识内化的过程。六、基于AR的初中地理课气候教学设计（一）基于AR的气候教案设计基于AR的气候教案设计，在教学过程中使用AR辅助教学要主义技术问题和学习者的体验。因此，应用基于AR的教学方案，不仅是一个技术问题，也是一个教育问题，以使得增强现实更符合学生的需要。设计一个基于AR的地理教案，需要进行必要的前端分析，要确定教学目标和学习者特征等。教学分析：气候是初二地理课第二章第二节的内容，本课探讨我国气候的主要特征以及影响因素，重点要放在科学探究的方法的训练和科学精神的培养上。在学生了解四季变化的一些基本情况的基础上，通过模拟实验和材料呈现辅助帮助学生理解。24教学目标：认知目标：了解气候的概念，了解南北气温差异和东西干湿差异；了解我国气候的主要特征以及影响我国气候的主要因素；了解气候与生活的关系。方法与过程：通过实验探究、小组合作、课件展示及AR软件操作的方法，介绍气候差异产生的原因，培养学生空间的想象能力，达成教学的认知目标和情感目标。情感态度价值观：通过收集有关二十四节气的资料，让学生了解我国古代劳动人民的智慧。25教学重点：（1） 我国气候的主要特征（2） 影响我国气候的主要因素教学难点：影响我国气候的主要因素教具准备：用AR软件来表现南北气温差异、东西干湿差异、我国气候，以及影响我国气候的主要因素。教学过程设计：1、 情境引入：播放龙卷风来临时的视频，创设学习气候的情境。2、 实验探究：影响我国气候的主要因素。（1） 提出问题：为什么会出现南北气温差异、东西干湿差异？（2） 作出假设：影响我国气候差异的可能原因有维度位置、海陆位置和地形等。（3） 实验检验：AR系统演示不同因素下我国气候的表现形式。（4） 知识提升：分析我国降水特点对生产和生活的影响。3、 课堂小结：通过课件演示，回顾影响我国气候的主要因素的原因。（二）基于AR的教学案例1.实践对象北京市八一中学二年级一班到五班，六班到十班，共700名学生。2.实践过程一班到五班为A组用传统方式进行授课，用挂图、多媒体技术。六班到十班为B班使用立体教科书进行教学。B组教学时，每次以小组为单位让学生对AR软件进行操作；A组用挂图和投影仪来学习影响我国气候的主要因素。选取10道题对A组、B组同时进行测试，使用传统教学方式的A组同学正确率为70%，使用立体教科书进行教学的B组同学的正确率为80%，使用立体教科书的班级成绩明显优于使用传统教学媒体的班级，体现了增强现实技术的促进作用。（三）教学效果分析由于地理环境并不是一成不变的，它处于时刻运动状态之中，故而要想了解地理规律更是不易。传统的书籍即使是图文并茂，但也平面呆板，很难让学生注意力持久。使用增强现实技术制作的书籍，只需要一本书、一个平板就可看到可交互的3D效果。将增强现实技术应用于地理课堂教学活动中，通过运用增强现实技术让地理书上的内容“活”起来，从而改变其平面内容形式。立体书看上去和普通书籍一样，当读者看到有标记的某个知识点时，把该页平放在摄像头下，打开配套软件，在电脑屏幕上就可以看到立体活动的物体。在开展体验式学习过程中，不仅能够帮助学习者掌握地理知识，还能够锻炼学生使用地理学科思维方法，培养学生的地理素养，对祖国大好河山的热爱之情，以及保护地球环境的责任意识。七、总结与展望（一）研究总结本文以教学过程的开展为主线，论述了增强现实技术支持下的教学理论，进行了基于增强现实技术的教学设计的前端分析，研究了具体教学目标下组织教学所需的教学策略，以及基于增强现实技术的预期课堂效果分析。增强现实技术为传统的课堂教学活动带来了巨大的改变，增强现实技术能够利用计算机仿真技术为学习者创设虚实结合的学习环境，能充分提高学习者参与课堂教学活动的参与度，能帮助确立“以学生为主体，教师为主导”的双主教学模式，从而实现教学效果的最优化。在“互联网+教育”时代，增强现实技术应用于教育，对教学模式革新促进教育发展起到了推进作用，并且也是技术加教育的有意义的尝试。增强现实技术的教育价值尚未开发完全，已研究内容仅是冰山一角，研究人员应该在此领域继续进行更深入的研究和探索，以便更好的将增强现实技术服务于教育。随着增强现实技术的发展，其技术性能将日趋成熟，与教育教学理论的结合也会更加完美，故而在各门学科中应用增强现实技术是极具发展潜力的。（二）研究不足首先，增强现实技术自身涉及到的关键技术较多且难于理解，故笔者未对AR所需的关键技术进行详细阐述；其次，对支持增强现实技术的相关教育教学理论研究的还不够深入具体。再次，能够获得的国内外关于应用AR的教学案例有限，能够借鉴的关于AR的教学应用经验也不多，缺少增强现实应用于课堂的实证研究。最后，未能阐明增强现实技术应用于课堂教学的优缺点，论证增强现实技术是否能在基于我国国情下开展。（三）研究展望从更广泛的角度分析AR在具体学科中的运用模式以及使用方案。从更深入的角度细化AR在教学环节的使用，如增强现实技术如何创设教学情景，或增强现实技术如何引导教学过程，这些都可成为本研究的后序研究。从更实际的角度分析AR是否适合我国国情，能否在广大中小学开展运用起来。从应用的角度分析如何能在现有条件下提高教师将AR设备运用于具体教学活动中的能力。参考文献110张洪波.增强现实技术在教学中的应用研究C.郑州:河南大学,2012. 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