☆ 王 婷 范麗仙 韓 寧

（云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650500）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng) AR）是將一種由計(jì)算機(jī)生成虛擬圖像直接或間接疊加在真實(shí)世界環(huán)境中的技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為真實(shí)世界擴(kuò)展了信息和圖像，換句話說(shuō)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)彌補(bǔ)了真實(shí)世界和虛擬世界的差距，實(shí)現(xiàn)了二者的無(wú)縫連接。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)用最貼近自然的交互方式為學(xué)習(xí)者搭建一個(gè)自主探索的空間，有利于抽象內(nèi)容的教學(xué)。在教育領(lǐng)域，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也具有很大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間[1]。越來(lái)越多的中學(xué)嘗試將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到創(chuàng)新課程中以提高教學(xué)質(zhì)量。本設(shè)計(jì)中所運(yùn)用的“Froggipedia”應(yīng)用程序即是典型的移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以通過(guò)觀察兩棲動(dòng)物——青蛙的實(shí)體圖像,獲取有關(guān)青蛙的形態(tài)結(jié)構(gòu)和變態(tài)發(fā)育的相關(guān)知識(shí)。

一、Froggipedia應(yīng)用程序的由來(lái)

Froggipedia應(yīng)用由印度 Designmate（I）Pvt有限公司開(kāi)發(fā)，Designmate（I）Pvt有限公司是一家創(chuàng)新的電子學(xué)習(xí)公司，總部設(shè)在印度，現(xiàn)在已經(jīng)為K-12科學(xué)和數(shù)學(xué)課程創(chuàng)建了多項(xiàng)3D動(dòng)畫(huà)內(nèi)容。該公司通過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)大的可視化和探索性工具來(lái)幫助學(xué)生理解科學(xué)抽象的主題，有助于學(xué)生理解高度抽象的領(lǐng)域，并為他們提供了互動(dòng)學(xué)習(xí)的平臺(tái)。

公司的產(chǎn)品除了Froggipedia應(yīng)用外，Designmate（I）Pvt有限公司還開(kāi)發(fā)了一系列輔助教學(xué)的應(yīng)用程序，如Eureka.in 3D，它帶有2000個(gè)主題的圖書(shū)館，其中每個(gè)主題都是3DS動(dòng)畫(huà)視頻，通過(guò)模擬高分辨率的立體動(dòng)畫(huà)創(chuàng)造了身臨其境的效果，這些復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，都可以360度旋轉(zhuǎn)以及隨意放大和縮小。其中，包括DNA結(jié)構(gòu)，腦的解剖和功能，人體骨骼結(jié)構(gòu)等與生物學(xué)有關(guān)的資源。除了3D技術(shù)，公司還利用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的應(yīng)用程序，如利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)呼吸系統(tǒng)和心臟結(jié)構(gòu)的ARHighSchool。以上介紹的應(yīng)用程序均利用了Eureka.in這種視覺(jué)教學(xué)資源。Eureka.in資源內(nèi)容豐富，它內(nèi)含的動(dòng)畫(huà)視頻和模擬可以作為互動(dòng)工具輔助學(xué)習(xí)。

二、Froggipedia應(yīng)用程序的獲取

Froggipedia是一款付費(fèi)軟件，教師可以在Appstore，GooglePlay和Windows商店中獲取，通過(guò)Apple手機(jī)和iPad等移動(dòng)終端上使用，若在手機(jī)上操作，需先下載安裝“Froggipedia”應(yīng)用程序，無(wú)需注冊(cè)和登錄即可使用。

三、Froggipedia應(yīng)用程序的功能

1.展示生活史

第一個(gè)功能講述了兩棲動(dòng)物——青蛙生活史中每個(gè)階段的變化。學(xué)生通過(guò)觀察了解青蛙是如何從受精卵變成蝌蚪并進(jìn)行變態(tài)發(fā)育最終形成成體青蛙的過(guò)程。用戶(hù)可以根據(jù)文字了解青蛙發(fā)育過(guò)程中每一時(shí)期的特點(diǎn)，程序還對(duì)每個(gè)階段青蛙如何運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。圖1介紹了第16周幼蛙階段的形態(tài)特點(diǎn)“幼蛙的鰓消失了，肺變大，它的前肢和后肢發(fā)育良好，尾巴僅有一小部分”。通過(guò)改變觀察角度還可以發(fā)現(xiàn)在這一時(shí)期，前肢、后肢及尾部都參與了運(yùn)動(dòng)。

2.展示各個(gè)器官系統(tǒng)

第二個(gè)功能顯示一個(gè)實(shí)體青蛙的各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了青蛙各個(gè)系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)圖像，觀察青蛙的循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，還可以具體到靜脈血和動(dòng)脈血的流向，隨著觀察不同的系統(tǒng)，系統(tǒng)配有一段文字介紹相應(yīng)系統(tǒng)的組成、功能和特點(diǎn)。圖2配合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)介紹了青蛙的皮膚系統(tǒng)，青蛙的皮膚系統(tǒng)由表皮及其衍生物構(gòu)成，他們共同行使各種功能。

圖2 Froggipedia展示結(jié)構(gòu)功能

3.虛擬解剖和測(cè)試鞏固

第三個(gè)功能可以模擬解剖青蛙的功能。使用Dissection功能時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)提示完成插入解剖針、“工”字形軀干切法、固定解剖等操作后，應(yīng)用程序還展示出青蛙的心包腔和腹腔兩個(gè)體腔，以及青蛙的主要內(nèi)臟器官的立體結(jié)構(gòu)圖，并配有文字介紹相應(yīng)器官的功能和特點(diǎn)（如圖3）。

圖3 Froggipedia虛擬解剖功能

4.程序的測(cè)試功能

用來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的理解情況，包含八道與青蛙主要器官結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相關(guān)的題目，如：“由肌肉組織構(gòu)成的，負(fù)責(zé)消化食物的器官是？”“形狀為不規(guī)則的葉狀腺體，從屬于消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的器官是？”等。

用戶(hù)需要根據(jù)題目提供的特點(diǎn)，找到相對(duì)應(yīng)的器官，并拖拽到解剖盤(pán)中，如果選擇正確，會(huì)出現(xiàn)綠色的“√”和“Good job！”的提示文字，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一題，用戶(hù)可以繼續(xù)操作，如果選擇拖動(dòng)了錯(cuò)誤的器官，系統(tǒng)則會(huì)出現(xiàn)紅色的“×”和“Try again！”的提示文字，用戶(hù)可以再次進(jìn)行選擇。八道題目全部正確完成之后，屏幕上方會(huì)出現(xiàn)“你已成功完成測(cè)試”的文字。

四、Froggipedia應(yīng)用程序在課堂中的使用

1.與其他教育技術(shù)的結(jié)合

由于Froggipedia暫時(shí)沒(méi)有網(wǎng)頁(yè)版，只支持移動(dòng)端使用，想要達(dá)到更好的教學(xué)效果就要將Froggipedia技術(shù)與其他的教育技術(shù)結(jié)合使用，如學(xué)校有條件配備iPad，則教師可以將應(yīng)用程序推送到每個(gè)學(xué)生的iPad中使用。

此外，應(yīng)用程序還能結(jié)合電子白板或教學(xué)一體機(jī)實(shí)現(xiàn)同屏傳遞。教師可以利用如希沃授課助手等軟件，將自己手機(jī)上演示的內(nèi)容實(shí)時(shí)傳遞到相應(yīng)的設(shè)備上，在將教學(xué)內(nèi)容演示給全班學(xué)生的同時(shí)，教師進(jìn)行同步講解。如在講授《生物學(xué)·八年級(jí)上冊(cè)》（人教版）第一章第五節(jié)——兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物中，傳統(tǒng)的教學(xué)方式僅僅是教師對(duì)于青蛙結(jié)構(gòu)形態(tài)和變態(tài)發(fā)育方式的講解。但利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以進(jìn)行以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)操作功能一、二自行探究結(jié)構(gòu)功能和變態(tài)發(fā)育過(guò)程，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，教師還可通過(guò)功能三進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)。人教版教材中沒(méi)有對(duì)兩棲動(dòng)物內(nèi)臟結(jié)構(gòu)補(bǔ)充插圖或文字介紹，教師利用Froggipedia應(yīng)用程序，還可以針對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行講授。同時(shí)，利用該程序及時(shí)反饋的特點(diǎn)，教師在實(shí)際授課時(shí)，可以利用小組合作的形式，組織學(xué)生參與競(jìng)賽、演示等活動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

2.為學(xué)生提供沉浸式體驗(yàn)

在以學(xué)生為主體，提高學(xué)生主體能動(dòng)性的教學(xué)理念下，教育工作者通常會(huì)希望學(xué)生在接受教育的時(shí)候處于這樣一種狀態(tài)：放開(kāi)戒備，將精力完全投注在希望傳達(dá)的內(nèi)容上，同時(shí)產(chǎn)生興奮和充實(shí)感。這種狀態(tài)即所謂的“心流（Flow）”，也被稱(chēng)為沉浸式體驗(yàn)[2]。目前已有研究證明“心流體驗(yàn)”與學(xué)習(xí)結(jié)果成正相關(guān)[3]。學(xué)生的心流體驗(yàn)?zāi)軌虿煌潭忍岣咂湔J(rèn)知、語(yǔ)言和交際能力[4]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用程序能幫助學(xué)習(xí)者在新舊知識(shí)間建立起聯(lián)結(jié)，有利于抽象概念的理解和具象化。學(xué)習(xí)內(nèi)容來(lái)自于真實(shí)任務(wù)，學(xué)習(xí)場(chǎng)景可借助虛擬環(huán)境等多媒體技術(shù)應(yīng)用，配合圖、文、聲、像再現(xiàn)情境氛圍[5]。借助擬真性的學(xué)習(xí)內(nèi)容和場(chǎng)景有效映射使學(xué)生擁有沉浸式體驗(yàn)。例如：Froggipedia應(yīng)用程序中的虛擬解剖功能，開(kāi)發(fā)者致力于還原真實(shí)解剖的體驗(yàn)。解決了在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中課時(shí)缺乏、實(shí)驗(yàn)材料難獲得、解剖操作難以開(kāi)展的困難，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，在虛擬界面上完成教學(xué)任務(wù)。通過(guò)行為關(guān)聯(lián)體驗(yàn)對(duì)真實(shí)行為的模擬，提升了置入感[5]，有助于學(xué)習(xí)者掌握知識(shí)和技能，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。

3.依靠增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)形式多樣化

我國(guó)教育教學(xué)思想強(qiáng)調(diào)知識(shí)學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性和教師在教育中的主導(dǎo)地位,要求教育應(yīng)以教師為中心、以課堂為中心、以知識(shí)為中心[6]。教師在課堂教學(xué)的過(guò)程中占絕對(duì)主體地位。傳統(tǒng)課堂教學(xué)過(guò)程中,教師控制著教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源的使用。教師往往因擔(dān)心課堂紀(jì)律問(wèn)題而盡量避免使用除多媒體外的教育技術(shù)，長(zhǎng)此以往學(xué)生對(duì)于課堂學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生倦怠心理。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等一系列先進(jìn)的教育技術(shù)，可以幫助教師構(gòu)建新的教育理念，利用豐富的教學(xué)資源，教師可以預(yù)先根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)確立主題，調(diào)用教育技術(shù)資源，學(xué)生采用合作學(xué)習(xí)，分組討論等方式完成對(duì)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。利用教育資源發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，將教師主體轉(zhuǎn)換成為了學(xué)生主體，改變以講授法為主的教學(xué)方式，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和表達(dá)溝通能力。

智慧課堂是指以培養(yǎng)學(xué)生智慧能力為根本目標(biāo)的，以信息技術(shù)為決定力量的，以改革學(xué)與教的方式為根本途徑的新型課堂[7]。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用在生物教學(xué)中，將抽象內(nèi)容具體化，復(fù)雜內(nèi)容形象化，以Froggipedia為代表的一系列增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓學(xué)生跳出單純以講授法為主的課堂教學(xué)，突出學(xué)生主體地位，給予學(xué)生足夠的自主權(quán)，提高了教學(xué)的有效性，使傳統(tǒng)課堂轉(zhuǎn)變智慧課堂。