摘要：隨著教育信息化時代的到來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究正在不斷增多。為彌補(bǔ)傳統(tǒng)地理教學(xué)中存在的問題，在高校地理教學(xué)中提升虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以有效提高地理教學(xué)環(huán)境，使地理環(huán)境在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中得到充分展示。對VR技術(shù)在地理教學(xué)中的運用進(jìn)行了闡述，討論了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在地理教學(xué)中的優(yōu)勢，通過問卷調(diào)查虛擬現(xiàn)實技術(shù)在地理教學(xué)中的可行性，并以地理科學(xué)類專業(yè)課程為例，揭示利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展實踐教學(xué)活動的應(yīng)用價值及意義。

關(guān)鍵詞：地理教學(xué)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；地理實踐

一、前言

隨著教育信息化時代的到來，傳統(tǒng)的教學(xué)活動中，“教師教，學(xué)生學(xué)”的模式具有穩(wěn)定性，但虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究正在不斷增多，已經(jīng)開始對核心的教學(xué)活動產(chǎn)生強(qiáng)大的影響，科技的進(jìn)步和教育的現(xiàn)代化，學(xué)校硬件設(shè)備得到了顯著的改善，師生對于電子設(shè)備的操作也日漸熟練。數(shù)字教科書作為一種新型的教學(xué)工具，迅速在教育領(lǐng)域嶄露頭角成為教學(xué)的新寵[1]。2021年，教育部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》，通過新的教育基礎(chǔ)設(shè)施來實現(xiàn)線上和線下有機(jī)結(jié)合，利用數(shù)字化和智能化技術(shù)來提升教育的質(zhì)量和效率，推動教育的整體進(jìn)步和創(chuàng)新，以支持教育的高質(zhì)量發(fā)展[2]。VR技術(shù)通過直觀的互動手段，將復(fù)雜的學(xué)習(xí)材料轉(zhuǎn)化為可視化和形象化的形式，為學(xué)生創(chuàng)造了一個沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境。增強(qiáng)了學(xué)生獲取知識的主動性，并提高了對知識的長期記憶和理解[3]。

VR技術(shù)在地理教學(xué)中具有明顯優(yōu)勢，能有效提升教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生思維，推動教學(xué)創(chuàng)新。為深化推進(jìn)地理教學(xué)改革，需深入探討VR在地理教學(xué)中的應(yīng)用，明確其在地理專業(yè)課程中的優(yōu)勢和可行性，并以地理科學(xué)類專業(yè)課程為例，明確將VR技術(shù)應(yīng)用于地理教學(xué)的優(yōu)勢，幫助學(xué)生更直觀理解復(fù)雜地理概念，促進(jìn)教學(xué)方法的革新。

二、VR技術(shù)在地理教學(xué)中的運用

地理學(xué)關(guān)注自然和人文要素，過去主要研究環(huán)境要素的格局特征演化過程和驅(qū)動機(jī)制，為工業(yè)布局和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)活動提供支持。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類社會面臨區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、山水林田湖草生命共同體建設(shè)、區(qū)域高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展等問題，迫切需要地理學(xué)提供系統(tǒng)的理論、方法和技術(shù)支持[4]。VR技術(shù)的應(yīng)用為地理教學(xué)帶來了創(chuàng)新性的變革。

地理教學(xué)中地理知識具有區(qū)域性、空間性和時間性的特點。在區(qū)域性上，通過虛擬三維場景，通過3D視頻的形式進(jìn)行展現(xiàn)，讓學(xué)生通過身臨其境的方式，感受不同地區(qū)的地質(zhì)、水文、植被等自然環(huán)境和人文風(fēng)光，以加深對自然和人文的認(rèn)識和體驗。形象直觀的3D視頻演示讓抽象的知識可視化，復(fù)雜的知識簡單化，使學(xué)習(xí)地理變得更吸引人，增強(qiáng)對地理多樣性的理解。在空間性上，利用VR技術(shù)，AR互動沙盤能夠根據(jù)沙堆的高低變化動態(tài)展示不同的地理特征。當(dāng)沙子堆砌得越高，沙盤上就會依次顯現(xiàn)出大陸架、海岸線、陸地、湖泊、河流、山丘、雪山等地形地貌，讓學(xué)生能夠直觀地學(xué)習(xí)和理解各種地形的形態(tài)及其自然演變過程。

通過應(yīng)用VR技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）結(jié)合氣候和地形變化還可以演示歷史典故、水利治理、自然災(zāi)害、園林創(chuàng)作、地形繪制等。時間性上，利用VR技術(shù)能有效地呈現(xiàn)地理現(xiàn)象隨時間的變化。例如，地球的形成、板塊的運動、氣候的變遷等這些需要數(shù)百年、數(shù)千年甚至數(shù)萬年才能觀察到的過程，可以通過VR技術(shù)在幾分鐘或幾秒鐘內(nèi)模擬出來?？梢宰寣W(xué)生更直觀地理解這些地理現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展過程，增強(qiáng)空間感和時間感，圖1為VR技術(shù)在地理教學(xué)中的建設(shè)模式。

地理學(xué)作為區(qū)域地理的核心內(nèi)容，連接著要素地理與綜合研究，是提高地理素養(yǎng)培養(yǎng)和適應(yīng)發(fā)展的關(guān)鍵課程。地理VR的建設(shè)理念獨特且創(chuàng)新，需滿足地理學(xué)科特定的定位、教學(xué)需求和素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，與其他學(xué)科有所差異[5]。通過對文獻(xiàn)收集與整理，地理教學(xué)中應(yīng)用VR技術(shù)的意義在于：

（一）提升地理教學(xué)質(zhì)量

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，地理知識通常是通過二維的地圖或圖片來展示，對于一些抽象的概念或地形地貌的理解存在一定的難度。而VR技術(shù)可以將這些二維的地圖或圖片轉(zhuǎn)化為三維的模型，讓學(xué)生從多個角度觀察地理環(huán)境，更好地理解地理知識[6]。例如，通過模擬地形地貌的形成過程，學(xué)生可以了解到地質(zhì)運動、氣候變化等多種因素對地理環(huán)境的影響，有助于深入理解地理現(xiàn)象的成因及預(yù)測其未來發(fā)展趨勢。地理教學(xué)通過采用新技術(shù)和方法，提升教育質(zhì)量，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建新的知識體系。

（二）探索地理野外實踐

在地理實踐教學(xué)中，由于實習(xí)經(jīng)費、師資力量、外在因素的限制，自然地理和人文地理的實踐難以大規(guī)模實施。在教育實踐中，往往局限于教材、視頻資料，缺乏整體直觀感受。隨著VR技術(shù)的建設(shè)與發(fā)展，以3D可視化、虛擬三維場景等為切入點，有效激發(fā)學(xué)生對地理知識的好奇與探求未知的欲望，為地理學(xué)的野外實習(xí)提供了新渠道。

（三）豐富地理教學(xué)資源

地理學(xué)是一個動態(tài)發(fā)展的領(lǐng)域，研究者持續(xù)更新對地理現(xiàn)象的理解。地理學(xué)科的研究方法正迅速進(jìn)步，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等通用技術(shù)的融合應(yīng)用的研究范式正快速發(fā)展，逐漸構(gòu)建系統(tǒng)思維模式，且應(yīng)用于復(fù)雜理論和實踐問題的解析。

（四）理解抽象地域空間

在地理教學(xué)過程中，許多地理現(xiàn)象比較抽象，利用簡單的文字資料、圖片等難以直觀地展現(xiàn)地理現(xiàn)象過程。地理互動教學(xué)軟件、3D視頻教學(xué)資源、星體演示儀、全息柜、AR地理沙盤、語音立體地形圖等數(shù)字化設(shè)備能夠被利用在三維場景中進(jìn)行實時互動，給學(xué)生以更加直觀的、具體的、可感知的認(rèn)知，讓抽象的知識點更易懂和易掌握，使教育真正做到“虛中有實”。

三、VR技術(shù)應(yīng)用于地理教學(xué)的優(yōu)勢

VR技術(shù)為地理教學(xué)帶來了創(chuàng)新和活力，其應(yīng)用極大地擴(kuò)展了教學(xué)資源和方法，為地理學(xué)科的教育帶來了前所未有的機(jī)遇。VR技術(shù)為學(xué)生提供了一個沉浸式的地理學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生能夠從多個角度、全方位地觀察和了解地理現(xiàn)象。例如，教師在講解氣候變化的時候，通過模擬氣候變化對地理環(huán)境的影響，如冰川融化、海平面上升等，學(xué)生可以利用VR設(shè)備直觀地感知冰川融化變形的完整過程。這種身臨其境的學(xué)習(xí)方式增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還提高了空間感知和理解能力。VR技術(shù)能夠?qū)⒏鞣N復(fù)雜的地理現(xiàn)象、地形地貌以及自然過程進(jìn)行逼真的模擬，給人一種“物在其中”的真實感。可在三維空間里顯示立體事物，全方位、多角度、立體化地展示地理全貌，讓學(xué)生感受和看到真實的地理環(huán)境，由抽象轉(zhuǎn)化為具象，幫助學(xué)生更好地掌握地理知識，改變以往學(xué)習(xí)形式，完成地理知識的正向遷移，有助于學(xué)生構(gòu)建地理學(xué)科的系統(tǒng)知識框架，培養(yǎng)正確的價值觀念，體現(xiàn)地理學(xué)科的教育意義和目標(biāo)。VR技術(shù)增強(qiáng)了地理教學(xué)的互動性和操作性。以3D仿真模型及超高清大圖為基礎(chǔ)配合各類最新數(shù)據(jù)算法及特效形象展示各類地理現(xiàn)象及形成過程。學(xué)生可以通過與虛擬環(huán)境的互動，親身體驗地理現(xiàn)象的變化過程，培養(yǎng)觀察、分析和實踐能力，更好地理解區(qū)域人地關(guān)系。教師也可以利用VR技術(shù)進(jìn)行各種地理實驗和模擬，打破地理教學(xué)的時空限制，幫助學(xué)生更好地理解地理規(guī)律和預(yù)測未來的變化趨勢，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實踐能力，為地理教學(xué)的發(fā)展開辟新的道路。

四、VR技術(shù)應(yīng)用于地理教學(xué)的可行性

VR技術(shù)作為一種新興的教學(xué)手段，為地理教學(xué)帶來了全新的可能性。為了深入了解VR技術(shù)在地理教學(xué)中的可行性和接受度，通過問卷調(diào)查分析VR技術(shù)在地理教學(xué)中的優(yōu)勢、挑戰(zhàn)及其應(yīng)用前景。本次調(diào)查采用在線問卷的方式，針對不同年齡段、不同教育程度的地理教師和學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)抽樣。問卷內(nèi)容涵蓋了受訪者對VR技術(shù)的了解程度、對VR地理教學(xué)的接受度、對VR技術(shù)的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)的認(rèn)知等方面。

（一）受訪者對VR技術(shù)的認(rèn)知

調(diào)查結(jié)果顯示，大部分受訪者對VR技術(shù)有所了解，但具體使用經(jīng)驗較少。在教師群體中，有超過72.64%的受訪者表示愿意嘗試VR技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。在學(xué)生群體中，這一比例也超過了60%。這表明教師和學(xué)生普遍對VR技術(shù)持開放態(tài)度，具有較高的接受意愿。有85.72%的教師和79.96%的學(xué)生對于VR教學(xué)資源應(yīng)用于地理課堂是十分感興趣的，只有極少數(shù)的教師與學(xué)生興趣不高，并且有88.96%的教師和 96.87%的學(xué)生認(rèn)為VR教學(xué)資源會對地理學(xué)習(xí)有所幫助。調(diào)查顯示，VR教學(xué)資源在高中地理教學(xué)中具有可行性，大多數(shù)地理教師和學(xué)生對此表示贊同和期待。

（二）VR技術(shù)在地理教學(xué)中的優(yōu)勢

86.95%的受訪者認(rèn)為，VR技術(shù)在地理教學(xué)中具有提供沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境有助于學(xué)生更好地理解地理知識、能夠模擬真實場景方便學(xué)生進(jìn)行實踐操作等優(yōu)勢，為地理教學(xué)質(zhì)量和效果的提升提供了有力的支撐條件。VR教學(xué)資源在地理教學(xué)中的應(yīng)用具有可行性，其關(guān)鍵技術(shù)包括3D顯示技術(shù)、虛擬環(huán)境建模技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)等。這些技術(shù)為學(xué)生提供了立體而生動的感官體驗，并實現(xiàn)了與教師、同學(xué)之間的互動行為。

（三）VR技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

雖然VR技術(shù)在地理教學(xué)中具有明顯優(yōu)勢，但受訪者也指出了其存在的挑戰(zhàn)，主要包括：31.57%的受訪者認(rèn)為設(shè)備成本高，普及難度大；7.81%的教師對VR技術(shù)缺乏了解，使用能力有限；12.24%的受訪者認(rèn)為會影響學(xué)生的身心健康等。這些挑戰(zhàn)需要在推進(jìn)VR技術(shù)應(yīng)用的過程中予以關(guān)注和解決。

五、實踐與效果分析

（一）實踐課程開設(shè)情況

山西電子科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院地理信息科學(xué)專業(yè)和人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)實踐教學(xué)主要包括課程室內(nèi)實驗教學(xué)、野外實習(xí)及教育實習(xí)三個環(huán)節(jié)（見表1）。室內(nèi)實驗教學(xué)包括地圖學(xué)實驗、地質(zhì)學(xué)實驗、地理信息系統(tǒng)原理實驗、土壤地理學(xué)實驗等。野外實習(xí)包括地質(zhì)地貌、土壤植被等長途野外實習(xí)，實習(xí)地點主要為青?！鞑?、東部沿海地區(qū)和陜西翠華山國家地質(zhì)公園；短途野外為霍州市七里峪土壤植被實習(xí)。

（二）虛擬仿真技術(shù)在實踐課程的教學(xué)設(shè)計

以山西電子科技學(xué)院地理科學(xué)類專業(yè)開展的實驗、實習(xí)和教育實習(xí)為例，探討VR技術(shù)進(jìn)行實踐教學(xué)的設(shè)計。

1.實驗

根據(jù)實驗的教學(xué)過程和目的，將實驗進(jìn)行虛擬仿真平臺上的演示，通過實踐，提高學(xué)生的自主實踐能力，最后通過虛擬平臺將成果展示。

（1）虛擬仿真平臺上的演示視頻

教師可以在虛擬仿真平臺上發(fā)布趣味實驗的演示視頻。這些視頻應(yīng)該詳細(xì)展示實驗的每一個步驟，并清晰地解釋實驗的原理。視頻的趣味性很重要，可以通過一些引人入勝的故事、有趣的比喻或動畫來增加吸引力。同時，要確保視頻清晰易懂，使學(xué)生能夠快速掌握實驗的基本概念和步驟。

（2）課后自主思考與實踐

在觀看演示視頻后，教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生自主思考，將所學(xué)的實驗原理應(yīng)用到實踐中，這可以通過設(shè)計一些具有挑戰(zhàn)性的問題或任務(wù)來實現(xiàn)。例如，讓學(xué)生思考如何改進(jìn)實驗方法，或者將實驗原理應(yīng)用到其他相關(guān)領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和解決問題的能力。

（3）自主設(shè)計實驗方案

在理解實驗原理并討論思考后，學(xué)生可以設(shè)計實驗方案。這個過程應(yīng)該鼓勵學(xué)生充分發(fā)揮想象力，根據(jù)自己的理解和興趣來設(shè)計實驗。教師可以給出一些引導(dǎo)性的建議，協(xié)助學(xué)生優(yōu)化實驗計劃，確保實驗既安全又切實可行。

（4）實驗過程與結(jié)果的視頻上傳

完成實驗后，學(xué)生需要將實驗過程和結(jié)果以視頻的形式上傳到虛擬仿真平臺，讓學(xué)生回顧和總結(jié)自己的實驗經(jīng)歷，還可以讓其他學(xué)生觀看和學(xué)習(xí)。在上傳視頻時，教師應(yīng)該要求學(xué)生清晰地展示實驗步驟、記錄實驗數(shù)據(jù)并解釋實驗結(jié)果。

2.實習(xí)

地理科學(xué)類專業(yè)實習(xí)受限于教學(xué)時間、地理條件等因素，但可通過利用現(xiàn)代科技手段、與當(dāng)?shù)貦C(jī)構(gòu)合作、組織野外考察活動以及加強(qiáng)實踐教學(xué)等方式擺脫限制。野外地理實踐教學(xué)虛擬仿真平臺結(jié)合計算機(jī)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，為學(xué)生提供虛擬的野外地質(zhì)實習(xí)環(huán)境，能夠更好地理解和掌握相關(guān)知識和技能，提高學(xué)習(xí)效果和實踐能力。

野外地理實踐教學(xué)虛擬仿真平臺是一個結(jié)合了計算機(jī)、VR、GIS、RS、高分辨率三維激光掃描成像等現(xiàn)代信息技術(shù)手段的教學(xué)系統(tǒng)。它旨在為學(xué)生提供一個虛擬的、仿真的野外地質(zhì)實習(xí)環(huán)境，以便更好地理解和掌握野外地質(zhì)工作的相關(guān)知識和技能。

平臺主要包括野外地質(zhì)實習(xí)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)和地質(zhì)災(zāi)害（工程地質(zhì)）野外實習(xí)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)兩大部分。野外地質(zhì)實習(xí)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)可以為學(xué)生提供三維可視化的野外地質(zhì)實習(xí)場景，學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行地質(zhì)觀察、測量等實習(xí)活動，更好地理解和掌握野外工作的實際操作技能。同時，該系統(tǒng)還可以將野外宏觀地質(zhì)現(xiàn)象與室內(nèi)鏡下薄片觀察進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行綜合分析研究，提高地質(zhì)綜合分析研究能力。地質(zhì)災(zāi)害（工程地質(zhì)）野外實習(xí)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)主要針對地質(zhì)災(zāi)害和工程地質(zhì)領(lǐng)域進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)。該系統(tǒng)可以模擬各種地質(zhì)災(zāi)害和工程地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生過程，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行災(zāi)害預(yù)測、評估、防治等方面的實習(xí)活動，從而更好地理解地質(zhì)災(zāi)害和工程地質(zhì)領(lǐng)域的相關(guān)知識和技能。

六、結(jié)語

VR技術(shù)為地理學(xué)帶來了全新的教學(xué)視角，不僅能夠模擬真實的地理環(huán)境，讓學(xué)生身臨其境地感受大自然的奧秘，還能通過數(shù)據(jù)分析和模擬實驗，幫助學(xué)生更好地理解地理現(xiàn)象和規(guī)律[7]。VR技術(shù)為地理教學(xué)注入了新活力，也為教育工作者提供了全新的教育思維和方式。VR技術(shù)的建設(shè)維護(hù)來源于持續(xù)的資金投入和人員支持?？紤]到軟硬件的高昂成本，以及技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，如何確保平臺的可持續(xù)發(fā)展成為亟待解決的問題。為此，建議整合各方資源，實現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢互補(bǔ)，共同推動地理學(xué)VR技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。在地理學(xué)VR技術(shù)的教學(xué)項目建設(shè)中，應(yīng)堅持“虛實結(jié)合、虛實互補(bǔ)”的原則。在確保實用性的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮VR技術(shù)的優(yōu)勢，同時也要結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法，形成一套既具有創(chuàng)新性又符合地理學(xué)特色的教學(xué)框架。

總之，VR技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用與研究具有重要意義。VR技術(shù)在地理教學(xué)中的巨大潛力，能夠為培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神和實踐能力的地理人才提供支持。在教育信息化時代背景下，VR技術(shù)將在地理教學(xué)中發(fā)揮更大作用，為地理教育帶來更多可能性。

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基金項目：1.山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項目（項目編號：XJ2022029）；2.山西省級科技創(chuàng)新計劃項目（項目編號：2022L634）

作者單位：山西電子科技學(xué)院

責(zé)任編輯：王穎振、楊惠娟