AR技术在初中生物教学中的应用

李四宝

AR是一种新兴技术，在当前的教育背景下AR技术已成为教育研究的热点话题。将AR技术应用于初中生物课堂教学，能有效激发学生的学习动机，形成学习生物的浓厚兴趣，进而培养学生的生物学核心素养，达到全面育人的目的。

一、AR技术简介

AR技术可以将虚拟世界的信息与真实世界的信息相融合，使学习者在视觉、听觉、触觉等方面得到虚拟叠加现实的全方位体验，以增强对学习内容的理解与认识。在当前信息技术不断变革的新时期，应大力推进AR虚拟现实技术在教育领域和物理、生物等演示性、实验性课程中的应用，构建虚拟实验室、虚拟创客教室等教育教学环境，发展虚拟备课、虚拟授课等教育教学新方式，促进以学生为中心、教师为主导的新模式，推动传统教学向现代教学的转变。

二、AR技术在初中生物教学中的应用

1.AR在生物学实验中的应用

生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。初中生物主要讲解植物、动物以及人体等方面的一些初级知识，植物部分主要讲解植物的各个结构，植物的光合作用、呼吸作用以及蒸腾作用；动物部分主要讲解动物的生殖以及各种行为；人体部分主要讲解人体八大系统的结构以及简单的作用。由于初中生物具有实验性、探究性的特点，因此课程中安排了很多实验，有些实验我们在课堂中可以开展，如显微镜的使用，洋葱表皮细胞的失水、吸水等，但有些实验由于安全性以及实验材料、用具的限制，在课堂中无法开展，如模拟膈肌的运动等。

经过积极探索和不断总结，我们发现运用扬州智慧学堂在线虚拟实验平台来教学生物实验效果较好。例如教学苏科版第4章第1节“植物的光合作用”一课，教材安排了“绿叶在光下制造淀粉”的实验。光合作用在整个初中生物学知识系统中占据了重要作用，属于初中生物教学的重难点，通过本节内容的学习，学生可以进一步理解在第4章中为什么把叶绿体比作“养料制造车间”和“能量转换站”。由于本实验要将绿色植物进行12小时的黑暗处理，且实验过程中要进行一定时间的照光处理，持续时间较长，上课期间无法完成整个实验，所以本节课可利用AR教学资源模拟教材中的探究实验，帮助学生突破重难点，厘清实验原理与实验思路。

学生只需点击扬州智慧学堂在线虚拟实验平台上的“开始实验”，界面左上方就会悬挂出实验目的、实验器材、实验步骤等提示，同时可以看到虚拟实验桌上的各种器材以及下方的实验步骤。学生通过平板客户端进行操作，依次完成实验的每个步骤，不仅可以看到实验现象，还能加深对实验原理与过程的理解。

2.AR在生物学模型中的应用

关于人体八大系统的介绍，初中生物教材中有许多模型，比如循环系统中的心脏、呼吸系统中的各种器官等。学生通过观察课本中的示意图，可以对模型的外部形态有所了解，但是印象不深刻。同时由于示意图是平面的，学生只能想象各器官的形态，器官的内部结构实际是立体的，但初中生缺乏三维空间的想象力，故无法真正理解这些器官的内部结构。

通过AR技术的3D影像功能，学生就能身临其境地观察器官的三维结构，从而产生沉浸式的体验感，这对培养学生学习生物的兴趣有很大帮助。

例如，“心脏”是苏科版八年级上册第15章第1节“人体内物质的输出”中的一节，本节教学重点是掌握心脏的结构和功能，课本用猪或羊的心脏作为模型，但是数量上受到限制，不能做到人手一个心脏，极大地限制了学生探索知识的积极性。如果利用仿真生物模型，就可以达到传统课堂中无法实现的效果。

教师亲自指导，展示并操作相关设备，告诉学生基本操作步骤和注意事项，小组内发放设备，将课本文字转换成画面。学生操作设备，进入软件的虚拟心脏世界，通过使用遥控笔将心脏模型放在眼前，能够看到心脏在人体中的位置，还可以与模型进行实时互动，达到人机合一的效果。通过旋转操作，学生可从任意角度观察心脏的立体结构，还可以进入心脏的内部结构，像遨游太空一样观察左心房、右心房、左心室、右心室等4个腔，了解静脉血管和动脉血管的薄厚差异，甚至可以听到心脏怦怦跳动的声音。学生可开展小组探究，通过观察房室瓣和动脉瓣，深入剖析瓣膜结构及其开口方向，观察动态的血液在心脏内的流动。

通过新奇生动的虚拟情境体验，学生提升了生物学核心素养，提高了逻辑思维能力、科学探究意识及小组合作意识，课堂教学收到事半功倍的效果。

三、AR技术应用于生物教学的意义

1.节约教学成本

初中生抽象逻辑思维能力不足，空間想象能力尚处于初期，而实验是学习生物的过程中重要的知识载体，生物学实验又涉及许多器材和设备，且有的器材和设备是不可重复使用的，极易造成资源的浪费。利用AR技术就可以通过虚拟的形式来完成生物学实验，大大降低了实验设备、器材的损耗，极大节约了教学成本，实现高效教学。

2.实现虚拟和现实的有效融合

AR技术最大的特点就是能够利用虚拟现实教学设备呈现肉眼无法看到的物体和现象。随着生物学核心素养的提出，初中生物课程也根据课程标准不断更新，AR技术中的虚拟教学环境和知识也随之发生改变，从而做到与课本同步。AR技术将生物课堂教学内容转化为可视化的视频、3D图像等，与真实场景进行叠加融合，可以充分调动学生学习的积极性。

3.增强学生的学习兴趣

利用AR技术进行教学时，由于每个学生都能独立操作模型，大家的想法又不一样，课堂教学转变为个性化教学模式，达到了因材施教的目的。传统教学中，教师很少留出时间带领学生去操作实验，学生接触实验的机会很少，大多数情况下都是由教师一人向学生演示实验原理和步骤，还有一些教师甚至直接向学生口述实验过程而不进行具体操作，这就直接导致了学生对生物实验原理理解不到位，进而降低了学生学习生物的兴趣。

AR技术作为教育工具应用在生物课堂上，为学生呈现出全新的交流互动视角，满足了学生对新知的好奇心和探究欲望，同时创新了知识传授的方式，大大提升了教师的教学效能感，激发了学生的学习动机，从而让学习由被动转为主动，提高学习效率。