ARGEO扩展实境应用系统在高中地理深度学习中的运用探索

摘 要：高中地理深度学习是学生在素养导向学习目标的指导下，聚焦引领性学习主题，开展以思维进阶为主的挑战性探究实践活动。深化信息技术应用，促进学生深度学习是新时代背景下基础教育课程改革方案的明确要求。本文介绍了ARGEO应用系统的资源类型、功能和优势，以一轮复习“河流三角洲堆积地貌演变条件”教学设计为例，按照“思维构建、思维梳理、思维深化、思维拓展、思维灵感、思维综合”的逻辑顺序展示了其在深度学习中的探索实践，为高中地理深度学习的信息技术应用模型提供了新方式。

关键词：ARGEO；增强现实技术；深度学习；思维进阶

中图分类号：G633.55       文献标识码：A       文章编号：1005-5207（2025）03-0057-07

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）凝练了地理学科核心素养，提倡创新培育地理学科核心素养的学习方式，重视学生在地理学习过程中的思维发展［1］。深度学习是发展高阶思维的“脚手架”，教师科学设计教学过程，引导学生通过自主、合作、探究等学习方式实现思维进阶，培育地理学科核心素养［1］。新一代地理信息技术能模拟自然、社会等真实情境，使地理深度学习课堂更加直观、实时、生动，提升课堂教学效率［1］。因此，使用新一代地理信息技术辅助深度学习课堂，能更好地培养学生关键能力和核心素养，具有重要的实用价值。

通过研读文献发现，当前学者聚焦于地理深度学习、地理信息技术，前者侧重于教学理论、工具、策略结合，展示深度学习课堂教学实例［2-4］；后者多以某项地理信息技术为例，侧重于探讨在课堂中的具体操作方法与运用［5-6］。但目前对新一代信息技术辅助深度学习的研究较少，且已有的相关文献缺少ARGEO扩展实境系统的实际应用。由此，本文以高中地理一轮复习“河流三角洲堆积地貌形成条件”教学设计为例，展示ARGEO扩展实境系统在高中地理深度学习中的运用探索。

一、深度学习与信息化教学的契合

“深度学习”最早来源于脑神经科学专家David Rumelhart，后在教育领域继承发展为一种强调学习者主动参与学习过程，发展高阶思维技能的学习方式。而高中地理深度学习课堂的构建需要尽可能还原知识发生的场景，模拟知识的发现、形成、发展过程，这就需要借助新一代信息技术来实现。

广东省教育厅印发的《广东省基础教育课程教学改革深化行动实施方案（2024—2027）》中明确提出“要加强信息技术在教学中的应用，用数字化工具优化课程内容与教学过程、优化学生学习方式”的方案，强调使用信息技术促进学生深度学习［7］；同时课程标准也提出“要借助信息技术，为学生提供自主学习、探究学习和合作学习的开放空间，促进地理学习的拓展和深入”的相关教学建议［1］。这要求新时代教师要顺应教育现代化的发展，主动学习并开展融合大数据、虚拟现实等现代化信息技术的数字化课堂，借数字技术为课堂教育赋能，推动课堂教育高质量发展。

二、ARGEO的资源类型、功能和优势

ARGEO即扩展实境应用程式（以下简称“ARGEO”），是由香港Avatech公司开发的一种以模拟地形地貌为主的虚拟现实技术。该技术最突出的优势是能够实时进行地貌的动态模拟，与高中地理课程中“内外力作用对地表形态变化的影响”有着较高的适配度，用以模拟内力作用下地表形态的时空演变，具有较高的教考实用价值。

ARGEO系统包含ARGEO Portable和ARGEO Sandbox两个部分。ARGEO Portable是一款在虚拟空间内塑造及展示3D地形的模型，配合模拟降水效果、测量工具等功能让学生更易于理解抽象地理概念的应用软件。ARGEO Sandbox是利用着色显示法，将真实地形、水流等自然要素投影在沙盘上并可实现即时互动、增强现实体验的AR实体设备。前者侧重在线上的模拟与绘制教学，后者侧重线下师生的实时交流与互动，二者既各有优势又能联动互补，关于ARGEO系统的功能和优势主要有以下5点。

1.多空间资源，提高教学效率

ARGEO Portable应用内设有“共享空间”资源库，师生可直接获取教材中五大基本地形单元和多种地形部位的分层设色3D模型（图1），也能得到“瞿塘峡、富士山、艾雅法拉冰盖、魁特湖”等世界著名地理奇观的立体展示图像（图2）。这些资源以直观、生动的形式呈现，极大地增强了学生的学习体验和兴趣。

其次，ARGEO Portable应用的“测绘地形”功能进一步拓展了其在教学中的应用价值。通过这一功能，师生可以扫描并提取世界区域内的高清三维地貌，从而实现对地理环境的深入了解和探索。这一功能既节省搜寻教学资源的时间，又能提高教师备课的效率和准确性，方便学生进行自主探究学习。

2.多工具绘制，操作简单快捷

ARGEO Portable软件官网（https：//argeoportable.com/）资源丰富，并且提供用户手册助力师生快速掌握软件使用方法。软件图标文字标注清晰，操作难度低，软件内置“地形调整、画笔、标签、水流、地图”五大编辑模式，充分考虑了实用性与便捷性，师生可进行个性化的绘制与调整，从而确保教学内容与学习需求的高度契合。例如，“地形调整”模式支持精准调整高度、笔刷控制范围、缩放平滑优化细节等，极大地提升了图幅信息的表达效果与教学适配度；“画笔、标签”模式便于标注重点，以便更好地传达信息和引导学习；“地图”模式可将3D模型转化为平面地图，这不仅简化了视觉呈现，还能借助直尺、量角器和图标等工具精准标注地貌信息（图3），进一步提升了学习的准确性与深度；“水流”模式能模拟水循环，控制降水与水流方向，增强教学互动与实践体验（图4）。综上，软件整体设计精简，操作高效，助力师生高效教授与学习。

3.多视角观察，锻炼空间思维

完成模型绘制后，使用者能够对模型进行多视角观察。师生可以直接使用手指对模型进行远近、旋转、俯视、侧视等多角度的拖动调整，以便更深入了解地理模型的结构与细节，有助于学生形成立体化的地理空间概念。AR视角可直接借助平板电脑让模型呈现在现实环境中（图5），增强现实体验感；地形剖面视角能够在3D模型旁显示二维平面的地形剖面图（图6），多维度展示对比，锻炼学生的空间想象能力。同时，第一人称和虚拟实境视角功能可链接VR设备，让学生获得更加深刻的学习体验和感受。

4.多模式教学，应用场景多样

ARGEO Portable除了作为传统课堂的电子教学工具外，还能够辅助线上课堂教学。软件内设班级管理系统，教师不仅能够管理学生帐户，还能实时监控学生在系统内创作的地理作品，从而实时掌握学生是否掌握相关知识，进而提升混合式教学的效果。同时，ARGEO Portable还在官网提供不同主题的教学指南和工作纸等教学资源，方便教师将其融入课堂主题教学中。不仅能够让学生在空间内绘制地理图形，还能够展示学生在专题导向式学习（Project-based Learning）中的成果。

5.多功能联动，实时交互性强

实时交互突出表现在ARGEO Sandbox设备上。该设备由底部沙盘、中部双显示屏、顶部投影镜头以及深度感应仪器4个主要部分组成（图7）。当设备启动后，顶部深度感应仪器会监测沙盘内不同区域的高度，并通过投影镜头呈现不同颜色的区域类型（如蓝色代表海洋、绿色代表平原、黄色代表山腰、红色代表山顶）和对应的等高线分布曲线，为学生提供了直观且立体的地理事象，利于丰富其地理认知；当师生改变沙盘底部形态来塑造山脉、海洋等地理景观时，系统能实时捕捉并更新投影，确保学生所见即所改，极大地增强了学生学习的参与感与体验感；同时，中部双显示屏的加入，能实时更新并呈现水平线上的地形剖面图像；再者，该设备还融入了模拟降水等互动环节，师生可将双手放置于感应仪器下，亲身体验降水对地貌和水文带来的影响。这种沉浸式的学习方式无疑将抽象的地理概念具体化、生动化，使得学习过程更加有趣且高效（图8）。

此外，ARGEO Sandbox还支持多种地貌环境的模拟，包括自然地貌、火山山脉、冰天雪地以及黑白模式等，为学生提供了丰富的学习场景。配合平板电脑的应用程序，沙箱沙面的影像能够实时传输至设备屏幕，使得学生在座位上也能清晰地看到教师的教学示范，极大地提高了学习的便捷性和互动性。

三、ARGEO在高中地理教学中的应用案例

ARGEO系统提供了交互性极强的可视化模拟情境，能够让学生在动手操作的过程中理解抽象的地貌演变过程。本文以“河流三角洲堆积地貌演变条件”教学片段为例展示ARGEO系统的具体应用。

1.课标要求及解读

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》对本节课的要求是“结合实例，解释内力和外力对地表形态变化的影响，并说明人类活动与地表形态的关系”。该要求关注的核心概念是自然环境的五大要素之一——地貌，重点在解释地貌的变化及对其成因的分析，培养学生用综合、变化的观点看待地貌的演变，提升综合思维。要求“结合实例”，即选取某种地貌演化案例进行展示，从对地貌的观察识别到地貌的成因与演变条件，层层递进，促进思维进阶。

2.学习目标

能够通过ARGEO系统塑造的河流三角洲地貌，说出河流三角洲地貌分布的位置和形态特点（区域认知）；能够操作ARGEO系统模拟河流三角洲的形成过程，归纳一般河流三角洲的形成过程（综合思维、地理实践力）；通过呈现复杂多变的情境案例，小组合作构建河流三角洲的时空演变条件思维体系（综合思维）。

3.学情分析

课程面向的学生是即将进入一轮复习的高三地理选考生。首先，学生已经在高二时系统地学习过流水作用对地表形态的影响的知识，但由于间隔时间较长，知识点较为模糊，需要系统构建知识体系进行回顾；其次，学生虽然掌握了流水堆积作用的影响因素，也能够较为准确地描述三角洲的形成过程，但对复杂时空情境下的信息提取和过程演变描述较为陌生，文字作答和表述能力较差。

4.设计思路

课堂设计在ARGEO系统的支持下，以“河流三角洲地貌演变条件”为主题，依次按三大任务为导向（地貌识别、框架构建、真题演练）、七大台阶为支撑（思维梳理、思维构建、思维深化、思维拓展、思维灵感、思维逆向、思维综合）进行深度学习，从而形成、发展和创新学生的地理思维（图9）。

5.教学过程

教学过程如表1所示。

6.课堂评价量表

教学评价是检验课堂深度学习效果的重要依据。按照思维进阶的顺序，制定了课堂评价量表，采用学生自评、组员互评和教师评价3个维度对学生的学习质量进行检验（表2）。

四、结论与反思

ARGEO系统应用为信息技术融入高中地理教学课堂提供了新方式，也为高中地理深度学习提供了新路径，进一步推动了数字化深度学习课堂的发展，为地理教育高质量发展提供了广阔空间。需要指出的是，ARGEO系统可模拟自然地理环境锻炼学生的动手操作能力、空间架构思维能力，还具备时空演变模拟能力，但对人文地理环境的模拟功能还有待开发和实验。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 王晨，张广花.基于深度学习的地理概念教学探究——以“因地制宜与区域发展”为例［J］.地理教育，2024（10）：29-33.

［3］ 李艳.指向深度学习的问题式教学设计与实践探究——以“河流地貌的发育”为例［J］.地理教育，2024（9）：27-30.

［4］ 李琳，陆静.指向深度学习的课堂教学改进思考［J］.中学地理教学参考，2021（11）：41-44.

［5］ 叶瑞峰，林诗茹，秦瑜，等.融入ArcGIS的高中地理自然灾害教学路径探索——以“洪涝灾害”为例［J］.地理教育，2024（10）：42-45，50.

［6］ 任良君，蒋庆丰，侯伶俐.基于地理信息技术的高中地理主题式实践活动教学设计——以“黄河源区水体间的相互关系”为例［J］.中学地理教学参考，2023（30）：48-50，54.

［7］ 广东省教育厅.广东省基础教育课程教学改革深化行动实施方案（2024-2027）［EB/OL］.（2024-07-22）［2024- 08-06］.https：//edu.gd.gov.cn/zwgknew/jyfzgh/content/post_4464148.html.