☆ 王 婷 范麗仙 韓 寧

（云南師范大學生命科學學院，云南昆明 650500）

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱 AR）是將一種由計算機生成虛擬圖像直接或間接疊加在真實世界環(huán)境中的技術，增強現(xiàn)實技術為真實世界擴展了信息和圖像，換句話說，增強現(xiàn)實技術彌補了真實世界和虛擬世界的差距，實現(xiàn)了二者的無縫連接。增強現(xiàn)實技術用最貼近自然的交互方式為學習者搭建一個自主探索的空間，有利于抽象內(nèi)容的教學。在教育領域，增強現(xiàn)實技術也具有很大的發(fā)展?jié)摿εc應用空間[1]。越來越多的中學嘗試將增強現(xiàn)實技術引入到創(chuàng)新課程中以提高教學質量。本設計中所運用的“Froggipedia”應用程序即是典型的移動增強現(xiàn)實技術，可以通過觀察兩棲動物——青蛙的實體圖像,獲取有關青蛙的形態(tài)結構和變態(tài)發(fā)育的相關知識。

一、Froggipedia應用程序的由來

Froggipedia應用由印度 Designmate（I）Pvt有限公司開發(fā)，Designmate（I）Pvt有限公司是一家創(chuàng)新的電子學習公司，總部設在印度，現(xiàn)在已經(jīng)為K-12科學和數(shù)學課程創(chuàng)建了多項3D動畫內(nèi)容。該公司通過設計強大的可視化和探索性工具來幫助學生理解科學抽象的主題，有助于學生理解高度抽象的領域，并為他們提供了互動學習的平臺。

公司的產(chǎn)品除了Froggipedia應用外，Designmate（I）Pvt有限公司還開發(fā)了一系列輔助教學的應用程序，如Eureka.in 3D，它帶有2000個主題的圖書館，其中每個主題都是3DS動畫視頻，通過模擬高分辨率的立體動畫創(chuàng)造了身臨其境的效果，這些復雜的3D結構，都可以360度旋轉以及隨意放大和縮小。其中，包括DNA結構，腦的解剖和功能，人體骨骼結構等與生物學有關的資源。除了3D技術，公司還利用了增強現(xiàn)實技術開發(fā)了相應的應用程序，如利用增強現(xiàn)實技術學習呼吸系統(tǒng)和心臟結構的ARHighSchool。以上介紹的應用程序均利用了Eureka.in這種視覺教學資源。Eureka.in資源內(nèi)容豐富，它內(nèi)含的動畫視頻和模擬可以作為互動工具輔助學習。

二、Froggipedia應用程序的獲取

Froggipedia是一款付費軟件，教師可以在Appstore，GooglePlay和Windows商店中獲取，通過Apple手機和iPad等移動終端上使用，若在手機上操作，需先下載安裝“Froggipedia”應用程序，無需注冊和登錄即可使用。

三、Froggipedia應用程序的功能

1.展示生活史

第一個功能講述了兩棲動物——青蛙生活史中每個階段的變化。學生通過觀察了解青蛙是如何從受精卵變成蝌蚪并進行變態(tài)發(fā)育最終形成成體青蛙的過程。用戶可以根據(jù)文字了解青蛙發(fā)育過程中每一時期的特點，程序還對每個階段青蛙如何運動進行動態(tài)展示。圖1介紹了第16周幼蛙階段的形態(tài)特點“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”。通過改變觀察角度還可以發(fā)現(xiàn)在這一時期，前肢、后肢及尾部都參與了運動。

2.展示各個器官系統(tǒng)

第二個功能顯示一個實體青蛙的各系統(tǒng)結構。通過增強現(xiàn)實技術提供了青蛙各個系統(tǒng)的立體結構圖像，觀察青蛙的循環(huán)系統(tǒng)時，還可以具體到靜脈血和動脈血的流向，隨著觀察不同的系統(tǒng)，系統(tǒng)配有一段文字介紹相應系統(tǒng)的組成、功能和特點。圖2配合虛擬現(xiàn)實技術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成，他們共同行使各種功能。

圖2 Froggipedia展示結構功能

3.虛擬解剖和測試鞏固

第三個功能可以模擬解剖青蛙的功能。使用Dissection功能時，學生可以根據(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，應用程序還展示出青蛙的心包腔和腹腔兩個體腔，以及青蛙的主要內(nèi)臟器官的立體結構圖，并配有文字介紹相應器官的功能和特點（如圖3）。

圖3 Froggipedia虛擬解剖功能

4.程序的測試功能

用來檢驗學生的理解情況，包含八道與青蛙主要器官結構特點相關的題目，如：“由肌肉組織構成的，負責消化食物的器官是？”“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。

用戶需要根據(jù)題目提供的特點，找到相對應的器官，并拖拽到解剖盤中，如果選擇正確，會出現(xiàn)綠色的“√”和“Good job！”的提示文字，系統(tǒng)會自動轉換到下一題，用戶可以繼續(xù)操作，如果選擇拖動了錯誤的器官，系統(tǒng)則會出現(xiàn)紅色的“×”和“Try again！”的提示文字，用戶可以再次進行選擇。八道題目全部正確完成之后，屏幕上方會出現(xiàn)“你已成功完成測試”的文字。

四、Froggipedia應用程序在課堂中的使用

1.與其他教育技術的結合

由于Froggipedia暫時沒有網(wǎng)頁版，只支持移動端使用，想要達到更好的教學效果就要將Froggipedia技術與其他的教育技術結合使用，如學校有條件配備iPad，則教師可以將應用程序推送到每個學生的iPad中使用。

此外，應用程序還能結合電子白板或教學一體機實現(xiàn)同屏傳遞。教師可以利用如希沃授課助手等軟件，將自己手機上演示的內(nèi)容實時傳遞到相應的設備上，在將教學內(nèi)容演示給全班學生的同時，教師進行同步講解。如在講授《生物學·八年級上冊》（人教版）第一章第五節(jié)——兩棲動物和爬行動物中，傳統(tǒng)的教學方式僅僅是教師對于青蛙結構形態(tài)和變態(tài)發(fā)育方式的講解。但利用增強現(xiàn)實技術，教師可以進行以學生為中心的教學設計，學生通過操作功能一、二自行探究結構功能和變態(tài)發(fā)育過程，激發(fā)學習興趣，教師還可通過功能三進行學習效果評價。人教版教材中沒有對兩棲動物內(nèi)臟結構補充插圖或文字介紹，教師利用Froggipedia應用程序，還可以針對這部分知識進行講授。同時，利用該程序及時反饋的特點，教師在實際授課時，可以利用小組合作的形式，組織學生參與競賽、演示等活動，充分調(diào)動學生的積極性。

2.為學生提供沉浸式體驗

在以學生為主體，提高學生主體能動性的教學理念下，教育工作者通常會希望學生在接受教育的時候處于這樣一種狀態(tài)：放開戒備，將精力完全投注在希望傳達的內(nèi)容上，同時產(chǎn)生興奮和充實感。這種狀態(tài)即所謂的“心流（Flow）”，也被稱為沉浸式體驗[2]。目前已有研究證明“心流體驗”與學習結果成正相關[3]。學生的心流體驗能夠不同程度提高其認知、語言和交際能力[4]。增強現(xiàn)實技術應用程序能幫助學習者在新舊知識間建立起聯(lián)結，有利于抽象概念的理解和具象化。學習內(nèi)容來自于真實任務，學習場景可借助虛擬環(huán)境等多媒體技術應用，配合圖、文、聲、像再現(xiàn)情境氛圍[5]。借助擬真性的學習內(nèi)容和場景有效映射使學生擁有沉浸式體驗。例如：Froggipedia應用程序中的虛擬解剖功能，開發(fā)者致力于還原真實解剖的體驗。解決了在中學實驗教學中課時缺乏、實驗材料難獲得、解剖操作難以開展的困難，增強現(xiàn)實技術模擬真實的實驗課程，在虛擬界面上完成教學任務。通過行為關聯(lián)體驗對真實行為的模擬，提升了置入感[5]，有助于學習者掌握知識和技能，優(yōu)化學習效果。

3.依靠增強現(xiàn)實技術實現(xiàn)教學形式多樣化

我國教育教學思想強調(diào)知識學習的系統(tǒng)性和教師在教育中的主導地位,要求教育應以教師為中心、以課堂為中心、以知識為中心[6]。教師在課堂教學的過程中占絕對主體地位。傳統(tǒng)課堂教學過程中,教師控制著教學進度、教學內(nèi)容、教學資源的使用。教師往往因擔心課堂紀律問題而盡量避免使用除多媒體外的教育技術，長此以往學生對于課堂學習會產(chǎn)生倦怠心理。而增強現(xiàn)實技術等一系列先進的教育技術，可以幫助教師構建新的教育理念，利用豐富的教學資源，教師可以預先根據(jù)學科特點和教學目標確立主題，調(diào)用教育技術資源，學生采用合作學習，分組討論等方式完成對教學內(nèi)容的學習。利用教育資源發(fā)揮學生的主動性、積極性，將教師主體轉換成為了學生主體，改變以講授法為主的教學方式，增強學生的團隊合作能力和表達溝通能力。

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