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课题以培养学生的学习力、思维力、创新精神和探究实践能力为重点，研究了AR技术如何融入小学科学、数学等学科的智慧课堂教学，开发具有AR特色的教学资源库，形成AR技术支持下优化智慧课堂“智学五步法”的教学模式，打造实时交互、生动体验的教学方式，把学生从被动的学习者转变成自主学习探究的创造者，使体验式教学能在有效提高教学质量的基础上，结合教学特性开展相应的教学活动，从而建构更加高效、开放、互动的智慧课堂。

一、项目现状背景分析

增强现实（AR）技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是一个比较宽泛的概念。米尔格拉姆提出了一个现实环境与虚拟环境的连续统。一般认为，“任何在特定位置结合现实与虚拟的技术”都可称为增强现实（AR）技术，其中现实物体与虚拟信息都起着非常重要的作用。

在教育领域，目前传统教材所展现的信息都非常有限，大部分的应用都是辅助教材帮助学生理解事物各部分之间联系，建立知识框架，拓展知识深度与广度，这为实现STEAM理念中学科交叉提供了便利。将AR技术应用到教育中，能够加深学生对学习内容的理解，给学生提供动手操作的机会进而提升学生的实践能力，促进学生的学习参与度及学生之间的协作。

目前，学校通过几年深入探究，已经形成了“智慧课堂”教学模式，提炼出相对完善的“智学五步法”，即：自学启“智”——导学激“智”——探究明“智”——评价汇“智”——拓展 生“智”。在实现了“智慧课堂”的主体性（突出学生的主体地位）、引导性（突出教师在课堂中的引导功能）、自发性（突出学生的自发性学习、自发性合作）三大特征后，聚焦于开发和实现“智慧课堂”的科创性，运用AR技术优化“智慧课堂”的实践，运用现代信息技术手段，增加课堂教学的科技含量，加强学生综合能力的培养，实现知识和能力的高效转化。

二、解决问题的过程与方法

2020年，我校申报了省级重点课题“运用AR技术优化‘智慧课堂’的实践研究”，从五育中的智育主阵地——课堂出发，构建了整合AR与“智学五步法”深度融合的教学模式。

（一）研究过程

1.优化方案，落实分工，充分规划布局

（1） 积极开展文献的分析与研究，了解AR应用教学的现状。根据专家意见缩小研究范围，选择数学与科学两门学科开展研究。

（2）反复研读课题研究内容，学习课题研究方案规划，讨论总体的研究规划方向与时间进程。

（3）课题组的成员分工，成立AR骨干教学团队。

2.交流分析，甄选设备，保障课题有效开展

（1）学校根据课题的需要做出总体预算，前期用8万元购买AR基础设施，后期根据课题研究的学科定制相关的教学配套资源。

（2）根据学校的实际购买结合实际需要能使用的AR设备，并保证设备具有一定的超前发展的空间。

3.加强培训，提升素养，形成课题研究动力

（1）组织课题组成员收集与课题研究相关的资料，认真学习与反思，开展小组讨论与分享活动，进一步夯实理论基础。

（2）邀请专家到学校开展分层次、分阶段、分重点的培训。

（3）观看AR应用的优质课、公开课、专家讲座、听课、评课、议课等。

4.立足课堂，行动研究，优化教学模式

（1）整体把握教学教材内容，确立AR应用教学要解决的关键性问题，形成一套理论性的方案策略及教学设计的思路。

（2）在四、五年级开展实践研究，反思、磨课、交流、总结

（3）形成“智学五步法”的教学模式。

5. 开展教研，形成常规，收集过程性资料

（1）每周一次常规性的教学反思，分享反思的心得与建议。

（2）每月开展一次教学研讨课。

（3）与不同地域的兄弟学校开展交流与分享。

（二）研究方法

1.文献研究法

查阅相关文献资料，通过检索和学习相关文献资料，掌握AR技术的操作原理与方法，为本课题的研究提供理论支持。

2.案例研究法

结合课题研究对象的情况及特点，以围绕AR技术设计的教学资源和我校实行的“智学五步法”的课堂教学模式作为案例，有目的、有计划地进行课程资源整合和学习模式研究，并以实施的教学案例作为研究的样本，分析其中存在的问题，总结经验，归纳改进AR智慧课堂教学研究。

3.行动研究法

按照“目标-设计-行动-总结（反思）”的流程开展研究，以研究目标为导向，针对研究的内容采取针对性的研究措施，分析研究的效果和出现的问题，制定新行动方案，找出规律，得出结论。课题组成员共同参与课题研究，把研究工作与实际教学紧密结合，在实施过程，不断总结、反思，优化教学过程，通过对比分析、总结、完善，获得解决问题的科学认识和实践经验，不断构建和完善课题研究的实践和理论体系。

4.经验总结法

对整个研究智慧课堂中的AR技术运用的经验进行归纳与分析，使之系统化、理论化，形成一种全新的智慧课堂教学模式，以便更好地进行经验分享、指导，有利于在全校全学科的教学实践活动中进行推广。

三、成果的主要内容

（一）创新“智慧课堂”，发挥AR与学科的深度融合

课题小组以科学、数学两门学科为抓手，将“智学五步法”与AR技术融合，通过全新的信息化手段让学生理解知识、掌握知识、形成经验。

数学课堂中，老师们将AR呈现的内容以3D立体的形式，生动形象地向学生展示。学生通过AR技术，感悟从平面图形上升到虚拟场景下栩栩如生的三维内容;科学课堂上，老师们利用AR技术给学生一个特殊的空间，让他们感觉到跟其他人或者事物同处一个位置。而对于教师，很多数字化的教学内容可以直接融合到实体教学物品上，为教学带来巨大的方便。

（二）优化“智学五步法”，激发学生个性化发展

在“智学五步法”智慧课堂教学模式基础上，引进AR技术，使“智学五步法”的优势最大化，使“智慧课堂”教学更具有生命力。

1.自学启“智”。强调学生的思维力自我生成，让学生有自由的空间想象，激发源源不断的创新思维，研究小组让学生在课前先按AR体验学习内容，创设浓厚的学习氛围，激发学生的思维潜能。

2.导学激“智”。课堂导入是激发学生思维的开端。根据不同的学习内容，选择不同的课堂导入法，旨在激发学生思考，焕发课堂生命力。而AR技术的沉浸式学习，可让学生积极主动地开展学习。

3.探究明“智”。我们坚持“教师为主导、学生为主体”的教学理念，倡导小组合作学习方式，通过“自主学习—合作探究—精讲点拨”的教学环节，使学生在单位时间内较好地完成教学目标和要求，促进学生在知识、兴趣、习惯、能力等因素的全面协调发展。课题小组结合AR使得探究更深入，例如数学课上认识图形，学生小组合作完成以下内容：在AR实验室里打开图形，进行不同角度的拼接，把小组成员中想到的各种图形立刻展示出来，给合作学习营造一个积极向上的个性化环境。

4.评价汇“智”。本课题小组的老师们围绕教学目标，比如数学课上，教师设计难易适中、数量适当的达标练习，让学生可以利用AR来对学习的成果进行汇报交流，使学生通过AR充分暴露隐含在头脑的思维与想法，使学生们之间智慧的火花不断得到碰撞。

5.拓展生“智”。围绕该节课的重点或难点，研究小组的教师们有计划根据AR的特点，结合教学内容，设计课堂拓展或课外拓展内容，向深度和广度拓展。

（三）提升教师的信息化应用水平，打造一支骨干教师队伍

学校开展了AR应用下的“智学五步法”的优化研究，掀起信息化与教学深度应用的学习热潮。研究小组积极开展AR与学校“智学五步法”的实践研究，学校成立AR信息化骨干团队，以点带面，带动更多的老师加入到这个研究中，构建了浓厚的研究氛围，多渠道邀请专家线上、线下的培训，以此改变师生教与学的方式，更好地培养基础宽厚、全面发展、个性鲜明的高素质创新型人才。

四、效果与反思

（一）研究效果

1.促进AR+数学与科学学科“智学五步法”的深度研究

（1）课题组许贤苏、李玲芬撰写的教学成果论文《AR技术支持下小学科学深度学习的实践研究》于2021年9月发表在广东省教育厅主办的《教育信息技术》上，本文主要研究了AR技术在科学教学领域发挥的作用，根据AR增强现实技术的优势出发，探索如何利用AR技术构建更加高效的课堂教学模式，使学生积极主动建构学习，促进学生深度学习能力的发展。

图 1  AR构建小学科学深度学习的路线图

（2）课题组许贤苏、曾美琳合作撰写论文《AR技术支持下的数学创新课堂的实践研究》于2021年11月发表于《广东教学报》。本文阐述教师在数学课上几何体教学及培养学生的空间观念方面，AR技术可以给予哪些有效的课堂创新支持，优化了数学智慧教学，为其它教师的教学作示范，有效地把学校AR技术应用于数学智慧课堂得到推广。

（3）许贤苏、李玲芬撰写论文《AR技术支持下小学科学沉浸式学习》发表于人民教育出版社主办的《中小学数字化教学》。

（4）李玲芬撰写的论文《AR技术支持下STEM体验式教学模式实践探究》在广东省电化教育馆主办的2021年广东省教育技术论文活动中被评为“创新论文”。

（5）李玲芬撰写的论文《AR技术在科学课堂中的教学实践研究》获得2020年中国可持续发展教育优秀成果三等奖。

（6）李玲芬老师的作品《我的创新教育成长之路》在省教育技术中心主办的“双融双创”2020年教育教学信息化交流展示活动中获一等奖。

（7）曾美琳撰写论文《AR技术支持下的数学创新课堂的实践研究》荣获2021年佛山市南海区教育局论文评比二等奖。

2.优化创新“智学五步法”的教学模式，拓宽“智学五步法”的发展渠道

在省级AR信息化课堂的引领下，课题组的成员们纷纷成立子课题小组，开展不同学科的AR+“智学五步法”的模式研究，比如《基于AR下的小学科学深度学习模式的实践研究》立项为2021-2022学年南海区教育教学小课题。科学组、数学组分别成立校级AR子课题小组，通过日常的反复上课研讨，不断优化“智学五步法”，形成特色的“智学五步法”的教学模式。

图 2  优化后的智学五步法

经过优化创新，课题组成员运用“智学五步法”参赛，纷纷获奖：

（1）赵婕妤荣获“第三届佛山市中小学学科优秀青年教师”。

（2）曾美琳执教课例《排列》荣获2021年南海区小学数学优质课比赛一等奖。

（3）佛山市南海区教育发展中心主办，曾美琳荣获“南海区2021年基础教育课程改革先进个人”。

3.开发AR技术支持下相关学科的课例资源，提升学校课程品牌影响力

为积极优化“智学五步法”，学校为老师们提供了大量的课堂实践机会，比如课题组成员唐俊红老师参加了2020年佛山市南海区狮山镇名师工作室举办的青年教师公开课活动，她首次把AR与科学课的结合向专家与骨干老师展示，获得专家们的一致表扬与认可;2021年、2022年与广州市白云区竹料第三小学开展示范交流课，让“AR+智学五步法”的教学公开课展现在各地老师的面前，将“AR+智学五步法”的教学应用推广到各兄弟学校。

4.AR技术对智慧课堂进行优化，促进了学生的学习力及思维方式的提升。教师辅导学生参与各类相关比赛成绩斐然：

（1）课题组老师辅导320班学生胡珑健发明作品《智能停车场系统》获得国家专利授权。

（2）李玲芬老师辅导学生参加广东省教育厅主办的广东省人工智能比赛获得二等奖。

（3）在由佛山市教育局主办的2021年“小小科学家”小学生科学实验活动中，获得一等奖15项，二等奖20项，三等奖40项

（4）在由佛山市教育局等单位主办的第二十五届佛山市青少年车辆模型比赛中，获得团体一等奖，其中一等奖5名，二等奖5名，三等奖12名。

（5）在南海区教育局主办的2020-2021学年科技创新大赛中，共获得15项一等奖，6项二等奖，10项三等奖。

（6）在由南海区教育局主办的2021、2022年两年的信息学竞赛中，学生获得一等奖5名，二等奖10名，三等奖32名。

（7）辅导学生获南海区第17届“詹天佑”杯青少年科技创新大赛发明创造及工程设计项目一等奖。

（二）改进与完善

1.目前定制购买AR课程成本较高，开发的课程还比较单一，还应该积极研究AR支持下的相关课程，开展跨学科的整合，比如科学课上的《认识八大行星》，可以在英语课堂中沉浸式地进行认识这些行星的单词等学习。

2.在使用过程中，系统还不太稳定，有待升级完善，主要是本课题所选择的ARSeek软件更新比较慢，在未来还需要再研究其它的AR类产品来支持不断发展的教学内容。

3.熟练掌握信息化技术、AR技术的教师不多，由于时间、场地、教师日常工作量等因素影响，AR师资培养存在一定难度。后续学校将开展梯队式的教师培养计划。

【本文系广东省教育技术中心2020年度教育信息化应用融合创新重点课题“运用AR技术优化‘智慧课堂’的实践研究”（课题立项号：20JX07085）研究成果】

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.未来学校1.0的指导意见[M]， 2020.

[2]卓泽林，超越课堂：美国中小学校外STEM项目的实施和评估[J].中国电化教育，2017（11）：7 .

[3]傅骞，刘鹏飞.从验证到创造——中小学STEM教育应用模式研究[J]. 中国电化教育，2016（4）：9.

[4]陈向东，蒋中望.增强现实教育游戏的应用[J].远程教育杂志，2012（5）：6.

[5]胡智标.增强教学效果 拓展学习空间——增强现实技术在教育中的应用研究[J].远程教育杂志，2014，32（2）：7.

[6]MilgramP，KishinoF.A T axonomy of Mied Redlity VIsual Dispalys[J]

（责任编辑：邓羽婷）