创设AR教学环境优化高中生物课堂教学

自教育信息化2.0行动以来，教学领域新理念、新技术不断涌现，令教学效率和质量有了明显改善。AR（增强现实）技术通过延伸用户视觉功能的方式，将虚拟信息与现实世界交互相融，从而带给学生真实的感官体验和沉浸感。本文立足高中生物课堂教学实际，分别从教学情景、教学模式、教学效果和学习空间四个方面，阐述了AR技术在生物教学中的应用。

一、设计教学情景

情境学习理论指出，知识的意义和学生的主体意识都是在与情境的互动中逐渐产生的，这与构建主义的观点不谋而合。即生物知识宜在具体的情景中教授获取，才能令学生在充分理解的基础上内化迁移为技能。以往的课堂教学不乏情境的设计运用，但二维的图片、视频对学生理解参与的帮助十分有限，未能真正激发他们的自主能力。尤其高中生物广泛涉及宏观、微观知识点，依赖传统教学手段恐难达到预期的效果。借助于AR技术，教师可根据当堂教学内容模拟数字信息，并将其与真实空间叠加。如此一来，就将抽象的生物知识转化为可视的生活案例，引导学生在其中开展实验和探究活动。如在《细胞的物质输入与输出》一章教学中，利用提前制作好的视+AR课件导入课堂新知，帮助学生对物质跨膜运输有一个初步的了解。学生佩戴HMD眼镜后，即可在现实世界内观察到立体的细胞模型，并结合教材内容正确认识生物膜及其生理机能。此时再引出主动运输、被动运输的区别，以任务的形式来驱动学生对重难点知识的探究，从而在教学上取得立竿见影的效果。除此之外，人体器官、DNA结构及光合作用等肉眼不可见的生物现象，均可依托于AR技术来灵活应对，让学生较快的理解和应用生物知识。

二、革新教学模式

学生作为教学过程中主体化的客体，应逐渐由被动接受转变为主动探索，最终实现“教是为了不教”的目的。传统课堂更多围绕教师开展，忽略了高中生的学习习惯认知规律，不免对他们的积极性造成打击。因此，在AR教学环境下还需革新教学模式，促进学生与情景、老师、同学的交互，并在合作交流中提升教学效率。在新的教学模式下，教师宜扮演组织者、指导者的角色，灵活地运用教学手段来激发学生的学习兴趣。教师在AR课件制作中，可设计交互操作的环节，由学生的实际参与来推动课程的进行。将原本枯燥乏味的机械记忆，还原成生物知识发现、总结的过程，让学生体验到学习成功的快乐。不仅如此，在AR技术的帮助下，学生亦能获得更加丰富的媒体信息刺激，从而激发学生的学习动机。如在“质壁分离”知识讲解过程中，鼓励学生自主开展实验，并制作AR教学视频。教师首先通过简单的实验演示，帮助学生厘清“质壁分离”的原理和操作要领。学生则分成若干小组进行实验尝试，并利用AURASMA在线AR软件将结果及时记录。同时扫描教材相应章节，使两者在软件内形成“链接”，学生只需打开教材即可回顾实验内容。如此一来，就能够将以往教师制作课件照本宣科的情况转变为学生自主参与、独立思考的互動模式，教学效果自然立竿见影。

三、开展协作学习

所谓协作学习，即以小组为单位，通过共同承担学习任务的方式来探寻知识，并最终共同收获成功的喜悦。传统小组协作大多停留在讨论、会话的浅层次合作，仍然会受到时间、地点的限制，这给学习者的交流造成了较大的阻碍。而借助AR技术创造的虚拟学习环境，则给学生提供了一个更加自由地平台，学习方式也呈现出多元化的趋势。小组协作更加强调“实时性”，听讲、提问以及讨论同时发生，真正让学生在面对面的环境下理解知识。尤其随着5G时代的到来，虚拟数据的计算、传输和储存能力都将得到显著提升，这也给AR协作学习提供了便利的条件。不同年龄、语言和时空的学生足不出户，均能够参与到虚拟学习环境中，实现“面对面”的协作。如在学习“基因分离定律”时，组织学生讨论孟德尔实验成功的原因。首先利用AR模拟出豌豆杂交的虚拟影像，同时让学生在观察中思考影响实验结果的主客观因素。部分学生提出“豌豆”自花传粉闭花授粉，在杂交实验中能够避免出现误差，使结果更加准确。也有学生指出，孟德尔在实验中采用了更加科学的统计方法，这也令数据有更强的说服力。甚至还有学生提出，“假说演绎法”是确保杂交实验能够顺利开展的关键。通过讨论和总结，学生对生物实验的基本原则和实施方法有了深刻的认识，有助于提升他们的学科素养。

四、拓展课外活动

得法于课内，得益于课外。在课堂内，限于教学资源和课时的不足，学生对知识的理解和应用能力普遍薄弱。而当前作业设计更倾向于纸质化，学生缺乏动手、动脑的机会，这完全不符合本学科教学的目标。因此，在高中生物教学中仍需要积极开展课外活动，以此来拓宽课堂的外延。通过课外游戏、活动的设计，不仅能够减轻题海战术造成的压力，而且还能够丰富学生的课余生活。在活动中学生的思维能力、反应能力和创造能力都将得到一定的提升，以更愉快的方式来夯实基础。如在学习“减数分裂”后，要求学生在课后利用AR眼镜观察染色体分裂过程，同时将两次减数分裂前期、中期、后期、末期分别对应的染色体变化情况进行图文对应。在这种直观有趣的观察活动中，学生可通过形象记忆的方式迅速掌握这部分知识。同理还可对卵细胞产生的两次分裂进行观察，比较精子、卵子产生存在的异同，从而彻底解决学习过程中出现的混淆问题。以活动作为生物课后巩固、查漏补缺的方式，不仅不会令学生产生厌学情绪，而且还大幅提升了学习效率，应作为作业设计的一种重要形式。

结语：随着信息技术的发展，教学领域也必须与时俱进更新教学理念、方法，才能不断提升教学质量。AR技术作为21世纪重要的信息技术成果，以其直观、生动的方式在课堂教学中发挥着不俗的作用。教师应借助AR技术创设情境，以鲜活有趣的教学过程培养学生的兴趣;以AR技术革新教学模式，发挥学生主体作用，提升他们的核心素养;同时还可依托AR开展课堂协作、课外活动，将虚拟的数字信号与现实世界融合给学生提供更自由的学习环境，从而激发他们的能动性与创造力。

备注：泉州市第二批教育“领航团队”专项课题《基于AR技术的中学生物学课堂教学模式研究》立项编号：QLHKT2-054

作者简介：洪佳宾（1982.9-）男，福建南安人，本科，一级教师，从来高中生物教学研究