AR 技术在中小学线上教学中的探索

黄珍 赵亮

安徽省蚌埠第二中学 安徽蚌埠 233000

摘要：随着“互联网+教育”时代的到来，线上教学越发体现其重要性。增强现实技术（AR）作为教育信息化的一种教学手段，与线上教学观念相吻合。本文在概述中小学线上教学在“互联网+教育”时代的发展和机遇，介绍中小学教学过程中AR与教学融合的案例，有助于深刻认识AR在线上教学中优势。但AR教学素材的开发尚不完善，在教育教学实践过程中既存在机遇，又面临挑战。深入研究AR技术在中小学线上学习的过程中的教与学，以提升线上教学学习效果，为“互联网+教育”时代的中小学线上教学模式改革提供经验和启发。

关键字： 中小学教学 线上教学 AR技术

一、中小学线上教学的发展与挑战

2018年6月4日李克强总理在考察宁夏银川市永宁县闽宁中学“互联网+教育”发展状况时指出，要让偏远地区的孩子也能“走进”名校名师课堂。随着科学技术的不断发展，互联网不断完善，线上教育蓬勃发展，“互联网+教育”逐步被人们所接受。但各类网校更偏向于有以游戏为基础的学前教育、业余的职业教育、技能教育等，线上教育便捷、人们接受教育的形式灵活，能最直接体现了主动学习的学习模式，充分满足现代教育和终身教育的需求。2019年10月2日，教育部等11个部门联合印发指导意见，促进在线教育健康发展，提出到2020年，大幅提升在线教育的基础设施建设水平，互联网、大数据、人工智能等现代信息技术在教育领域的应用更加广泛、在线教育模式更加完善，资源和服务更加丰富。为规范线上教育，指导意见还规定，要保护消费者权益，明确在线教育服务提供规则，畅通消费投诉渠道。2020年春，线下课堂教学受到了冲击，而线上教育在特殊的历史条件下承担了全日制教育教学中主要的教学任务。线上教育不仅仅是培训机构也是所有学校必须采用的教学模式。在这种教学模式下，采用何种教学手段让学生主动学习，确保在线上教学便捷的同时，保证教学效果，成为了教师们研究方向。

二、AR技术在中小学教学中的应用现状

2017年1月19日“国务院关于印发《国家教育事业发展‘十三五’规划》的通知” 里提到“要全力推动信息技术与教育教学深度融合。……综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式”。增强现实( Augmented Reality，简称 AR) 凭借其强大的功能，摆脱地域、环境的限制，将学生置身于课堂，把抽象的知识结合虚拟基础呈现在学生面前，成为一个特别有吸引力的教育工具。

随着国家对AR技术在中小学教育教学领域应用的日趋关注，一些专业团队与一线中小学教师联合对AR技术在中小学教学中的应用进行尝试和改进，让AR技术逐渐成为教师们熟悉且喜欢应用的教学手段。

1. AR展现微观事物

在高中物理学习电磁理论时，电流的磁场（包括直线电流和环形电流的磁场）磁感线的空间分布是教学难点，通过AR实验，可以展示电流磁场中磁力线的空间分布，通过互动让学生更加立体感受电流方向与磁场方向的关系。在化学教学中通过AR技术将原子等结构以3D模型展示，学生可以通过操作旋转观察同一个分子以不同原子为定点时呈现不同的形态，也可以互动拆解或组合原子，从而了解分子的组成，突破化学中同分异构等教学难点。在高中生物细胞结构的学习中，AR技术可以取代显微镜观察到细胞及细胞器的形态，通过旋转AR素材，从立体到平面的观感，帮助学生理解在不同图形中同一细胞器呈现出不同平面形态，同时AR还可以展示内部结构，以抽丝剥茧的方式呈现有整体到局部再到整体的完整观察过程。

2. AR呈现宏观世界

AR在地理教学上的应用相对比较广泛，目前有较多的AR地理课堂，用于展示天文地理，如地球自转、公转、黑夜与白天的形成，或是呈现环境变化，如降水的形成，地质灾害的发生等。北斗AR地球仪也让AR技术在启蒙地理教育中独占鳌头。地理教学中AR素材的开发与应用逐渐完成了AR在教学融合的初级阶段。而生物教学中也尝试采用AR技术解决调查种群密度等较为宏观的环境类探究性试验，利用网络上导航常用的AR地图可以缩放的特点完成样方的选择，利用AR地图的实景展示完成样方内某种群数量的统计。随着AR技术在各行各业中的应用，教学过程中应用的AR素材也不仅仅局限于专门团队设计的教学素材，随着线上教育的不断推进，教师也将接触到各类AR素材应用教学中，设计出有利于提升学生兴趣，增强学生能力的教学情境。

3. 建立AR虚拟实验室

建立虚拟实验室是较早作为AR技术运用于教学中的研究方向。虚拟实验与实操实验相比具有：1、随意性，不受时间，地域，次数限制；2、安全性，避免由于实验失误造成的危害，同时可以进行部分危险性实验；3、真实性，AR可以将虚拟与现实相结合，使实验过程中出现的场景展现；4、节约性，虚拟实验促进资源优化再生，减少实验造成的损耗。虚拟实验室的建立可以让教学硬件不足的学校获益良多。但是与实操实验相比，不能有效培养学生实际动手能力，前期所需资金投入较高，所以在中小学教育中虚拟实验室并没有实际推广，大多为高校建立虚拟实验室，用于替代实验成本较高的实操实验。在2020疫情期间居家学习的特殊背景下，中小学虚拟实验对线上教育成为中小学教育教学活动重要一环，AR实验的开发也将迎来新的发展前景。

四、AR作为中小学线上教学手段的运用的启示

随着中小学线上教育展现出勃勃生机的历史背景下，AR技术作为新型教育教学手段，有着无可比拟的优势。AR演示只需要一部手机或电脑即可实现虚实结合，实时交互，3D立体的特征。对于广大缺少硬件教学条件的受众的线上教学而言，AR赋予了教学过程一个全新的互动交流方式。运用AR技术的线上教学实现了微观世界立体可视，宏观环境自由缩放，实验过程反复操作等，让学生在互动中全身心沉浸于学习内容中，并始终保持较高的学习热情，提高学习效率。AR技术让学生在教师所设置的虚拟环境中体验、学习、设疑、实验、创新，使学习更加个性化，符合学生个性化成长规律的智慧发展，有利于培养学生的学习能力、问题解决能力和创新能力。

AR在线上教学中有着广阔的运用前景，但现阶段AR素材的开发尚处于交互简单，呈现方式与教学过程的融合不完善的初级阶段，这需要开发团队与教育一线的工作者们共同努力，推动线上教学过程在教学手段层面上的深度融合，构建完整的教学体系，以实现李克强总理所提出的让偏远地区的孩子也能“走进”名校名师课堂的美好愿景，促进起点公平。

参考文献：

1. 丁楠，汪亚珉． 虚拟现实在教育中的应用: 优势与挑战［J］． 现代教育技术，2017( 02) ．

2. 蔡苏，张晗． 增强现实在教学中的应用案例评述［J］． 中国电化教育，2017( 3) ．

3. 杨晓娟，毕华林，徐素．AR在美国中小学教学应用现状及对我国的启示 ［J］．现代教育，2017（10）

4. 李峰．”互联网 + 模式“下基于VR技术的实践教学研究[J]．黑龙江教育，2016（12）

5. 蔡苏，张晗．VR/AR 教育应用案例及发展趋势[J]．数字教育，2017（3）

本文是“国家教育科学规划十三五规划课题子课题《AR技术在教育教学中的应用》（立项号： FCB170641VR02AH）阶段性研究成果”