探析增强现实（AR)技术在初中科学教学中的应用

探析增强现实（AR)技术在初中科学教学中的应用

厉智锋

绍兴市上虞区春晖外国语学校

【摘要】增强现实（AR）技术具有虚实结合、虚实同步、交互自然的特点，能够有效的弥补部分传统教学模式的缺陷。本文探讨AR技术在科学课堂教学中的应用价值，并列举了可以用科学课堂的三种AR软件，力图将AR技术融入科学的课堂以提高科学课堂教学效果。

【关键词】增强现实；AR技术；AR软件；科学

一、研究背景

以“央馆虚拟实验”为核心内容的“中央电化教育馆中小学虚拟实验教学系列解决方案”在2021年正式发布，并开始面向全国有条件的中小学推广。紧接着各地市开始开设“中央电教馆虚拟实验教学实验试点”，全国的各试点学校引进了一定的开展虚拟实验的装备，包括一定数量AR设备、VR眼镜等，用于开展科学虚拟实验。

二、增强现实（AR)技术的定义

增强现实(以下简称：AR)主要指给三维空间或现实的物理世界上叠加一层计算机产生辅助信息的技术。它与虚拟现实(VR)是存在差别的。VR技术是基于计算机技术，通过仿真真实和虚拟世界，使人类沉浸地融入一个三维空间，产生有立体感的视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，造成的效果在一个确定范围内非常类似于真实世界。而AR技术特色是将虚拟信息结合到真实场景中，实现虚拟与现实交互与增强。可以说，AR技术是采用了最贴近自然的交互方式为学习者搭建一个自主探索的空间。

三、AR技术在初中科学教学中的应用价值

（一）AR技术以“趣味性"为前提，培养学生主动学习的意识

兴趣作为影响学生学习积极性的重要因素，能形成获取知识强大的内在推动力。而提高学习兴趣的关键是创建一种趣味的学习情境。AR技术通过多项技术的整合将科学教学资源转化为直观化的数字内容，与真实环境进行无缝融合，对中学时段的学生具有一定的吸引力。尤其能激发学生“自主学习"的意识，提高学生学习的主动性，增强学习效果。

（二）AR技术以“沉浸性”为核心，构建学生身临其境的学习体验

AR技术打破了虚拟与现实的界限，能在同一时空里，将虚拟的学习模型置于真实的教学课堂中，为学习者提供眼观、耳听、手控等真实感受。通过构建仿真的学习情境，学习者能沉浸其中，增强学习的热情，唤起学习的灵感，获取全面的知识训练。“沉浸性"的学习方式，使学习者身临其境，产生前所未有的认知，积极愉快的情感，主动探究的行为，极大地提高教学效果。

（三）AR技术以“交互性"为关键，创设学生进行科学探究的环境

AR技术将虚拟信息叠加到真实世界的同时，学习者可对快速生成的学习对象进行操作与旋转，进行实时交互。与传统的静态学习方式相比，其特点是提高学习的参与度。学生通过创设的探究情境，根据自身的特点，自主选择交互内容和方式，增强动手操作能力。

（四）AR技术以“可视性"为驱动，实现学生融入实践课堂的教学

AR技术运用多媒体手段将教材中平面化的文字与图片，以3D模型的形式呈现，使抽象事物变得形象直观，有效提高了学习者对知识的理解和记忆。知识的“可视性"可明晰呈现传统课堂难以实现的生命现象，使学习者从被动接收转变为主动观察，将理论知识与实践经验相联系，有效提高学习者信息处理及传输的效能，更有利于提升学习质量。

四、AR技术在科学教学中的应用实例

（一）“图集”AR软件在科学生物课堂上的应用

在浙教版科学九年级上册第四章第二节《食物的消化与吸收》的课程设计上，在学习“人体消化系统”的结构时，若使用实验教学，基于实验材料和实验场地的限制，显得不太可能；若使用消化系统模型教学，模型的大小、模型自身仿真度的局限性，效果也不理想。而利用“图集”AR软件，结合交互式触控一体机可以突破以上的难点

利用“图集”AR软件向学生展示人体的消化系统组成，从而生动形象将人体的消化系统的各个结构、器官、组成展示在学生面前，有效地弥补部分传统教学模式的缺陷，丰富了教学情。学生通过AR的可视化和互动性，大大加深了对复杂的消化系统的认识，大幅度提升学生们的学习意愿、激发学习兴趣，增加学生的学习积极性，创造性，帮助我们突破重难点，使学生能更高效、更正确地构建知识。

（二）“星图”AR软件在科学地理课堂上的应用

在七年级下册第四章第七节《探索宇宙》中，由于观察工具有限，观察时间的局限性，无法直接观察天空的星座。传统的教学过程中，只能借助课本抽星座分布图，或者利用投影仪来展示各星座。学生无法掌握各个星座的真实的在天空的位置，“纸上谈兵”，不利于提高学生的科学素养。利用软件“星图”，用手机、平板电脑，直接在空中寻找虚拟的星座，对应天空中的真是位置。还能通过“时光机器”穿越时空，真实的还原、预测天文现象，突破时空的限制。转变学习的方式，从灌输式的学习知识转变成探索式的学习，使得学习变得更加充满趣味性，有效地增强了教学的效率。

（三）“物理实验室”AR软件在科学物理课堂上的应用

“物理实验室”AR软件，是一款可以做物理实验的手机软件。其中的电学模块的内容包含从小学科学课上的通电灯泡实验，到高中测量电流表、电压表电阻的经典演示实验，还可以自主设计实验，摆放各种实验仪器，通过导线连接，在一定程度上模拟的电学实验。

在科学八年级上册的《电路探秘》的章节中，可以运用“物理实验室”AR软件，在实物空间上形成一道虚拟的实验室门，穿过门可以看到有一个大实验桌，在桌子上有各种虚拟的物理仪器，学生可以利用这些仪器进行各种组装，连接电路。而且虚拟电路根据设定规则，其“小灯泡”、“电动机”等也会和现实中的实物一样工作。因此，在设计这些课程在设计时，可以针对某一个教学关键点，将AR技术合理地融入到课堂教学，可取得不错的教学效果。

五、思考

新课标要求学生主动学习，探究式学习能有效提高学生的主动学习能力。在教学过程中，利用AR技术合理设计教学环节，学生以问题为导向，通过实际动手操作，观察呈现在眼前的动态仿真模型，并与之进行实时互动，完成由教师引导的整个探究性学习过程，大大提高了学生的主动学习能力，提高了学生的科学素养。我们教师要不断地探索新的技术与工具，并将其应用到教学实践中，推动教与学的发展，提高学习效果。

参考文献

[1]李昭仪,康万帅.VR和AR在高中理科教育中的应用研究[J].现代中小学教育,2017，33(7):76.

[2]汪存友,程彤.增强现实教育应用产品研究概述.现代教育技术[J].2016，26(5):95.

[3]徐洁,孙睿,邓霄飞.虚拟现实（VR）技术在高中生物学课堂上的应用举例[J].生物学教育，2017，42(3):46.