基于扩展现实技术的地形学教学设计研究

李晓钰

摘要：本研究立足于分析传统教学现行主要问题的基础之上，为实现抽象地形的具体化、直观化，单一教学方式的灵活化、有效化，枯燥教学内容的趣味化、丰富化，“纸上谈兵”教学演练的可实践化、常态化，提供了一套相对有效的解决方案：融入扩展现实技术这一新技术手段，构建、配设贴合个性化教学场景的教学设计，确立“双场景单模式”的教学设计研究。

关键词：扩展现实技术;教学设计

本文围绕探索新技术体系下的地形学教学设计，着力解决传统教学内容不直观、教学形式不丰富、教学效果不理想等问题，充分利用扩展现实技术的特点和优势，对地形学教学设计进行深入研究，探索其创新发展和有效应用模式，从而加强教学针对性、提高教学有效性、丰富教学互动性。

一、研究背景

近几年，以虚拟现实技术、增强现实技术为主的扩展现实技术飞速发展，虚拟现实体验和增强现实交互功能日益成熟，为地形学教学设计开拓新思路，融入新手段，提供新方法。

扩展现实技术用英文表述是“Extended Reality”，简称“XR”。从英文角度分析，将“X”理解为代数中的未知数，包含虚拟、增强、混合等含义，寓意无限可能;“R”则直译为现实。由此，“XR”就是基于“虚拟现实连续集”上的某一点，包含虚拟现实、增强现实、混合现实等多种技术。

中山大学哲学系教授翟振明，用物联网、互联网以及混合现实技术相结合的形式，将扩展现实技术做出定义：扩展现实是一个“虚实融合”的全新模式，并以人机交互体验为核心。基于扩展现实技术的地形学教学设计，就是将扩展现实技术融入地形学这一学科的教学工作。

二、研究范围

本文主要围绕扩展现实技术在地形学教学中的应用展开，从课堂教学侧重教员“教”和線上教学侧重学员“学”两个方面进行教学设计研究。其中，课堂教学设计主要研究基于扩展现实技术构设地形学课堂教学平台，基于此平台开展课堂教学设计;线上教学设计主要研究充分利用扩展现实技术构建职业教育平台在线课程，针对线上教学的特点，提出地形学线上教学应用策略。

扩展现实技术在教育领域能够允许学习者开展自主探索，实现以动态交互式的方式来探索学习活动;同时教师、家长等群体做好配合与支持，以及教、学的同步升级，可发挥扩展现实技术在教育领域的最大潜力，达到激发学习兴趣、提高动手能力等效果1。

三、地形学教学设计现状及存在问题

目前各院校地形学课程还没有关于扩展现实技术在地形学教学设计上的其他任何研究或应用。在目前的地形学教学中，研究地形的方法和手段是利用地形图、利用沙盘、利用空中像片、利用电视显示系统、利用数字地图、利用地理信息系统进行研究。无论地形学的课堂教学抑或线上教学，目前大部分都是通过上述传统方法开展教学。相关教学设计也是根据传统教学方法和传统教学工具等开展，帮助学员获取理论知识、完成理论实操等。在此背景下，构设基于扩展现实技术的地形学课堂教学平台、线上教学课程等，不仅为地形学的教学设计创新提供切实可行的教学指导意义，更有刻不容缓的学科教学创新意义。地形学的教学设计分为课堂和线上。以教为主的课堂教学存在着 “地形图不能完全显示实地地形的全部内容要素”、“沙盘显示的地幅有限且移动不便”等问题。以学为主的线上教学存在着“授课视频中教学方法方式单一乏味”等问题。而扩展现实技术可以在现实或虚拟中全方位展示某一场景，不受场地或时间限制;可以融合真实世界和虚拟世界，实现实时交互，让人沉浸其中;可以形象展现实战案例，为理论联系实践提供帮助。由此，将扩展现实技术融入地形学的教学设计，是切实可行的有效解决方法。

四、基于扩展现实技术地形学课堂教学设计

扩展现实技术的引入，构造了基于扩展现实技术的地形学课堂教学平台设计，推动了地形学课堂教学的改革和发展。

地形学课堂教学中构设地形学课堂教学平台，目的是构建一个增强现实的教育环境，将平面的地形以立体的客观现实呈现给学员，同时在地形图上插入识图作业工具，以此完成交互，激发学员兴趣、加深学员理解，提升教学效果。

1.平台构设介绍：

地形学课堂教学平台的构设是可以承载实景三维数据的多人互动沙盘。教员或学员通过对沙盘上的模型进行编辑设计、改变颜色、移动缩放等操作。

2.虚拟现实地形环境库构建：

虚拟现实地形环境是通过虚拟现实技术，将传统的二维地形制作为三维地形。虚拟现实地形环境库，要能够显示不同地形特点的地貌、地物分布情况;能够模拟不同季节设置现场温度、天气环境，完成在不同天候环境下的现地模拟教学。

3.增强现实电子沙盘构设：

增强现实电子沙盘是通过增强现实技术，将传统的平面地形或实体沙盘，通过技术手段制作为裸眼可视的三维地形。要通过已有素材库实现创建模拟现地地形，通过使用真实现地图片作为基础环境，拍摄真实地形和结合三维建模方法达到模拟现地地形，以建立更具有真实感的虚拟环境，同时实现在课堂教学平台360°展示。

4.图上作业常用工具箱设计：

地形学教学过程中，对地形图需要进行较多标注，目的是在图上能够量取点位的精确直角坐标和地理坐标、判读高程、判定起伏、量算水平距离和实地距离、量算方位、面积、坡度等信息。因此，需要构设图上作业常用工具箱。将地形学图上作业常用工具制作为交互标签，达到在教学过程中进行三维地形的图上作业，以控制和操作虚拟场景，实现交互。由此，为教学过程提供了生动、逼真的教学环境，使教员、学员处在一个可有自己控制的虚拟环境中，这对调动学员的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学员的技能都有积极作用。

扩展现实技术具有的智慧性、感知性、自然交互性，完美的展示了“身心一体、知行合一”的教育理念。将扩展现实技术融入地形学的教学设计研究，能够更好地服务和支撑地形学的未来教育，更科学、高效地培养创新型、创造型人才，是新时代环境下运用新技术手段至教育教学行业的应用典范。

参考文献

[1]杜颖.VR+教育 可视化学习的未来[M].北京：清华大学出版社，2017.

[2]褚乐阳，陈卫东，谭悦，郑思思. 重塑体验：扩展现实（XR）技术及其教育应用展望[J]. 《远程教育杂志》，2019，01：17-31.

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