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摘要：在倡导以探究性學习为主的高中生物教学中，AR技术对设计与实施有效教学具有重要的启示与作用，可对促进信息技术在教学过程中的应用提供有效的支撑。
关键词：AR增强现实；高中生物；探究教学；互动
AR增强现实是指运用电脑技术将虚拟信息叠加到真实世界上，实现虚拟对象与真实环境无缝交互的一项技术，给教师提供了全新的方式表达给学生，也用最贴近自然的交互方式为学习者搭建一个自主探索的空间。生物探究教学指的是将生命科学领域的探究引入课堂，使学生通过类似生物科学家的探究过程理解生物科学概念和科学探究的本质，并培养科学探究能力的一种特殊的教学活动，其抽象性一直是生物学习的难点所在，AR则为生物学习构建了微观与宏观之间内在联系的桥梁，它能让DNA、人体器官等在手中呈现，能让学生身临生物探究世界，AR增强现实在生物教学中展现了重要的应用价值。
一、 现实增强简介
AR能创造数字虚拟和真实世界相混合的浸润式学习环境，具有浸润感、交互性、多样性的特点，其中浸润感是AR的最本质特征，它能够使虚拟景象与现实环境无缝整合，置身其中而获得直接感知；在AR生物实验中，学生可以利用生物材料和移动设备进行虚实混合的生物实验，感受遗传杂交实验、人体器官解剖、生物进化史等科学研究，并基于AR应用实现人机交互、人人交互，从而加深对概念、结构、性质的理解。其中，Aurasma是一个基于图像识别的AR应用，该应用可以扫描图像识别图，然后跳转到带链接的视频、图片或网站。
二、 应用实例
（一） 应用于生物概念理解与生命过程的探究
概念理解和生命过程的研究是生物科学的热点内容。必须从细胞生物学、分子生物学去理解生物，才能深入理解生物概念的本质；同时，只有实现了生命过程的“可视化”，才能突破生理活动的障碍，让学生更好地理解生物科学。在高中生物经常借用模型建构，如概念模型、物理模型、数学模型来反映生命现象本质，如教具染色体物理模型就是研究染色体的可视化工具。学生通过操作实物模型能“看到”DNA和蛋白质，然而这种“可视”还仅仅停留在宏观层次的放大，无法实现微观层次的“真实再现”。教师可将众多FLASH课件动画录屏成视频，通过Aurasma平台，教师设置识别图后，学生扫描后在手机上就能呈现DNA双螺旋结构和蛋白质空间结构，AR能够呈现实物模型无法呈现的动态、复杂结构，通过屏幕营造出来的“可视化”虚拟物体，学生在移动设备就能达到实时虚实交互，加深了对生物概念及生理过程的理解。
微观、抽象是一直生命科学过程学习的最大障碍，AR将丰富的虚拟数字信息叠加在真实物体上，在真实物体与虚拟对象之间建立内在联系，填补抽象概念和具体情境之间的认知差距，因此被认为“最完美的情境脚手架”。如在介绍光合作用过程时，通过AR教学无缝呈现光反应与暗反应景象，让学生看到水的光解，ATP合成、C3还原从而建构整体概念，尤其在生物抽象概念与结构的教学中，AR教学的浸润式情境特性，能有效克服学生宏观、微观之间认知的障碍，快速建立联系和建构意义。
（二） 应用于生物实验的探究
实验是生物学科的基本特性之一，也是生物学习的重要方法和手段之一，它能够增进学生对生物知识的理解与应用能力。然而在生物实验教学中，也存在着空间、设备、安全设施以及教辅人员等诸多限制。基于此，AR虚拟生物实验对学生的学习态度和实验技能提高具有显著促进作用。传统实验很难满足对实验材料的严格要求，例如“观察植物细胞有丝分裂”的实验，须提早3天准备培养根尖，且实验的最佳时间是早上10点左右，此时细胞分裂最旺盛，在实验过程中由于解离细胞已死亡只能看到静态的分裂相，种种原因使实验结果并不是很理想，而结合AR技术所提供的可视化让学生将观察到的真实现象与学生看不见的分裂过程之间建立联系，从而帮助学生从微观视角对细胞有丝分裂建立直觉观念并发展微观层面的解释能力，以此突破认知障碍。抽象性的理解困难也能得到较好的解决。AR增强现实不仅拓展了生物实验的时空限制，也能让学生对危险、复杂的实验进行实验学习，有效提高学生的实验操作能力。
（三） 应用于课堂探究活动学习的研究
探究是科学素养的重要内容，也是一种重要的学习方式。AR所赋予的技术特征和教育价值为生物探究活动学习提供了新的载体，也是提升学生科学素养的重要工具。AR将丰富的情境内容叠加于真实环境之上，情境的真实性、角色的代入性、学习的浸润性更能促进学生对科学本质的理解。以教学“减数分裂”为例，可以联系生活生产中的有性生殖并基于学生对细胞分裂的已有认识，学生通过AR呈现学习理解细胞减数分裂过程，提出“性细胞是如何分裂的”这一探究问题。根据已有的知识来作出各种可能的假设来了解学生的错念，并通过观察细胞减数分裂的过程来获得相关的证据，对证据如分裂行为、染色体行为等进行分析与解释，建立模型，形成对“减数分裂”的理解与建构。其原因在于：模拟和可视化充当了学生情感改变的认知资源，AR与学习者的参与、信念和价值观则共同构成了浸润式情境的情感资源。因此，与传统探究活动相比，基于AR的生物探究活动更能有效地提高学生的科学论证能力和利于科学意识的培养。
三、 反思与建议
作为一项新的教学应用，AR不能简单完全取代传统教与学，生物是门实验科学，实际动手实验操作不可缺，教师仍必须尽所能带领学生走进实验室，AR只能作为生物实验的延伸和辅助。“AR研究的价值并不在技术本身，而在于技术所赋予学习环境的附加值”。在倡导以探究性学习为核心的高中生物教学中，AR技术无疑对设计与实施有效乃至优质的生物探究教学具有重要的启示与作用，有助于教与学的方式的转变，AR对促进信息技术在教学过程中的广泛应用提供了有效的支撑。
作者简介：
黄晓冰，福建省南安市，南安市华侨中学。
关键词：AR增强现实；高中生物；探究教学；互动
AR增强现实是指运用电脑技术将虚拟信息叠加到真实世界上，实现虚拟对象与真实环境无缝交互的一项技术，给教师提供了全新的方式表达给学生，也用最贴近自然的交互方式为学习者搭建一个自主探索的空间。生物探究教学指的是将生命科学领域的探究引入课堂，使学生通过类似生物科学家的探究过程理解生物科学概念和科学探究的本质，并培养科学探究能力的一种特殊的教学活动，其抽象性一直是生物学习的难点所在，AR则为生物学习构建了微观与宏观之间内在联系的桥梁，它能让DNA、人体器官等在手中呈现，能让学生身临生物探究世界，AR增强现实在生物教学中展现了重要的应用价值。
一、 现实增强简介
AR能创造数字虚拟和真实世界相混合的浸润式学习环境，具有浸润感、交互性、多样性的特点，其中浸润感是AR的最本质特征，它能够使虚拟景象与现实环境无缝整合，置身其中而获得直接感知；在AR生物实验中，学生可以利用生物材料和移动设备进行虚实混合的生物实验，感受遗传杂交实验、人体器官解剖、生物进化史等科学研究，并基于AR应用实现人机交互、人人交互，从而加深对概念、结构、性质的理解。其中，Aurasma是一个基于图像识别的AR应用，该应用可以扫描图像识别图，然后跳转到带链接的视频、图片或网站。
二、 应用实例
（一） 应用于生物概念理解与生命过程的探究
概念理解和生命过程的研究是生物科学的热点内容。必须从细胞生物学、分子生物学去理解生物，才能深入理解生物概念的本质；同时，只有实现了生命过程的“可视化”，才能突破生理活动的障碍，让学生更好地理解生物科学。在高中生物经常借用模型建构，如概念模型、物理模型、数学模型来反映生命现象本质，如教具染色体物理模型就是研究染色体的可视化工具。学生通过操作实物模型能“看到”DNA和蛋白质，然而这种“可视”还仅仅停留在宏观层次的放大，无法实现微观层次的“真实再现”。教师可将众多FLASH课件动画录屏成视频，通过Aurasma平台，教师设置识别图后，学生扫描后在手机上就能呈现DNA双螺旋结构和蛋白质空间结构，AR能够呈现实物模型无法呈现的动态、复杂结构，通过屏幕营造出来的“可视化”虚拟物体，学生在移动设备就能达到实时虚实交互，加深了对生物概念及生理过程的理解。
微观、抽象是一直生命科学过程学习的最大障碍，AR将丰富的虚拟数字信息叠加在真实物体上，在真实物体与虚拟对象之间建立内在联系，填补抽象概念和具体情境之间的认知差距，因此被认为“最完美的情境脚手架”。如在介绍光合作用过程时，通过AR教学无缝呈现光反应与暗反应景象，让学生看到水的光解，ATP合成、C3还原从而建构整体概念，尤其在生物抽象概念与结构的教学中，AR教学的浸润式情境特性，能有效克服学生宏观、微观之间认知的障碍，快速建立联系和建构意义。
（二） 应用于生物实验的探究
实验是生物学科的基本特性之一，也是生物学习的重要方法和手段之一，它能够增进学生对生物知识的理解与应用能力。然而在生物实验教学中，也存在着空间、设备、安全设施以及教辅人员等诸多限制。基于此，AR虚拟生物实验对学生的学习态度和实验技能提高具有显著促进作用。传统实验很难满足对实验材料的严格要求，例如“观察植物细胞有丝分裂”的实验，须提早3天准备培养根尖，且实验的最佳时间是早上10点左右，此时细胞分裂最旺盛，在实验过程中由于解离细胞已死亡只能看到静态的分裂相，种种原因使实验结果并不是很理想，而结合AR技术所提供的可视化让学生将观察到的真实现象与学生看不见的分裂过程之间建立联系，从而帮助学生从微观视角对细胞有丝分裂建立直觉观念并发展微观层面的解释能力，以此突破认知障碍。抽象性的理解困难也能得到较好的解决。AR增强现实不仅拓展了生物实验的时空限制，也能让学生对危险、复杂的实验进行实验学习，有效提高学生的实验操作能力。
（三） 应用于课堂探究活动学习的研究
探究是科学素养的重要内容，也是一种重要的学习方式。AR所赋予的技术特征和教育价值为生物探究活动学习提供了新的载体，也是提升学生科学素养的重要工具。AR将丰富的情境内容叠加于真实环境之上，情境的真实性、角色的代入性、学习的浸润性更能促进学生对科学本质的理解。以教学“减数分裂”为例，可以联系生活生产中的有性生殖并基于学生对细胞分裂的已有认识，学生通过AR呈现学习理解细胞减数分裂过程，提出“性细胞是如何分裂的”这一探究问题。根据已有的知识来作出各种可能的假设来了解学生的错念，并通过观察细胞减数分裂的过程来获得相关的证据，对证据如分裂行为、染色体行为等进行分析与解释，建立模型，形成对“减数分裂”的理解与建构。其原因在于：模拟和可视化充当了学生情感改变的认知资源，AR与学习者的参与、信念和价值观则共同构成了浸润式情境的情感资源。因此，与传统探究活动相比，基于AR的生物探究活动更能有效地提高学生的科学论证能力和利于科学意识的培养。
三、 反思与建议
作为一项新的教学应用，AR不能简单完全取代传统教与学，生物是门实验科学，实际动手实验操作不可缺，教师仍必须尽所能带领学生走进实验室，AR只能作为生物实验的延伸和辅助。“AR研究的价值并不在技术本身，而在于技术所赋予学习环境的附加值”。在倡导以探究性学习为核心的高中生物教学中，AR技术无疑对设计与实施有效乃至优质的生物探究教学具有重要的启示与作用，有助于教与学的方式的转变，AR对促进信息技术在教学过程中的广泛应用提供了有效的支撑。
作者简介：
黄晓冰，福建省南安市，南安市华侨中学。