虚拟现实技术在高中地理教学中的应用研究

前言

近年来，随着 VR 技术的成熟与硬件成本的降低，其在教育领域的应用逐渐受到关注。将 VR 技术引入高中地理教学，可打破时空限制，将抽象的地理原理转化为可感知的虚拟场景，让学生“置身”于地理环境中观察、探索和实践，从而优化学习过程，提升教学效果。本文基于高中地理教学的特点与需求，探讨 VR 技术的应用价值、实践路径及面临的挑战，并提出针对性对策，为推动地理教学改革提供参考。

一、虚拟现实技术在高中地理教学中的应用优势

（一）突破时空限制，还原真实地理场景

地理现象常涉及宏大空间（如全球气候）和漫长时间（如岩石圈循环），传统教学难以呈现。VR 技术通过三维建模突破时空限制，例如在“地貌的形成”中，学生可“亲临”黄土高原观察流水侵蚀过程；在“板块运动”单元，“见证”火山喷发、地震，甚至“穿越”至数亿年前观察大陆漂移。沉浸式体验帮助学生建立地理现象与时空的关联，深化对地理过程的理解。

（二）化抽象为具象，提升空间认知能力

地球运动、大气环流等抽象知识点依赖空间想象，传统静态演示效果有限。VR 技术将抽象概念转化为可交互的虚拟模型，如学习“地球运动”时，学生“置身”太阳系，自主观察公转轨道、黄赤交角及四季成因；“等高线地形图”教学中，可将二维图转化为三维山地模型，直观理解地形与等高线的对应关系。可视化交互有效培养空间思维与认知能力。

（三）增强学习参与感，激发主动探究兴趣

传统课堂学生被动接受，积极性低。VR 技术创设互动情境，变“被动听讲”为“主动体验”。例如“城市内部空间结构”教学中，学生在虚拟城市“行走”，调整交通、政策等因素观察空间结构变化；“环境保护”单元中，“进入”污染场景，通过模拟治理措施直观感受人类活动的影响。沉浸式探究激发学习兴趣，培养解决实际问题的能力。

二、虚拟现实技术在高中地理教学中的实践路径

（一）基于地理知识类型的VR 资源分层开发

高中地理知识体系涵盖自然地理、人文地理、区域地理等多个领域，不同类型知识的认知规律存在差异，需针对性开发 VR 教学资源，实现“因材施教”。

对于自然地理中的过程性知识（如大气环流、岩石圈物质循环），可开发“动态模拟型”VR 资源。例如，在“三圈环流”教学中，学生可通过 VR 设备“进入”虚拟大气圈层，直观看到赤道地区受热上升的气流如何在气压梯度力和地转偏向力作用下形成信风带、西风带，还能通过拖拽虚拟“气压柱”模拟海陆热力差异对季风环流的影响，理解气压带风带的季节性移动与季风形成的关联。[1]

对于人文地理中的决策性知识（如城市功能分区、农业区位选择），可开发“交互探究型”VR 资源。此类资源构建虚拟决策场景，学生以“参与者”身份开展实践活动。例如，在“农业地域类型”教学中，虚拟场景还原东北平原、江南丘陵、河西走廊等区域的自然条件（地形、气候、土壤）和社会经济条件（交通、市场、技术），学生需结合 VR 场景中的数据（如降水量柱状图、劳动力数量统计表），为不同区域选择适宜的农业类型（商品谷物农业、水稻种植业、绿洲农业），并通过虚拟种植、收获模拟验证决策合理性，深化对“因地制宜”原则的理解。

（二）融合教学流程的VR 场景阶梯式应用

VR 技术的应用需嵌入教学全流程，形成“感知—探究—迁移”的阶梯式学习路径，与传统教学环节有机衔接，避免技术应用的碎片化。

课前推送适配简易设备的“轻量化 VR 预习包”，将核心概念可视化。如学“等高线地形图”前，学生可观察虚拟山地三维形态与等高线绘制过程，点击山体部位查看特征并生成疑问，为课堂探究定向。

课堂核心环节采用“VR 体验 + 教师引导”模式：针对重难点，学生先通过 VR 沉浸式感知，教师再结合虚拟场景解析。如讲“地球公转与四季形成”时，学生“置身”太阳系观察公转轨道与太阳直射点移动，教师同步视角并引导分析节气与昼夜、正午太阳高度的关系，化抽象为直观。[2]

课后设计“VR 项目式任务”，围绕真实问题开展综合实践。如“环境保护”单元后，布置“虚拟流域治理”任务，学生进入污染场景，用虚拟工具收集数据，制定并模拟治理方案，提交含数据、设计与预测的报告，实现知识迁移。

（三）聚焦核心素养的VR 教学模式创新

高中地理核心素养（区域认知、综合思维、人地协调观、地理实践力）的培养需要情境化、探究性的学习载体，VR 技术可通过构建“虚拟地理实验室”“虚拟地理考察场”等模式，为素养落地提供支撑。

“虚拟地理实验室”模式侧重综合思维与地理实践力的培养。该模式通过模拟难以在现实中操作的地理实验，让学生在虚拟环境中验证地理原理。例如，在“地表形态的塑造”教学中，实验室提供不同岩性（花岗岩、砂岩、页岩）的虚拟岩层模型，学生可调节流水流量、流速、侵蚀时间等参数，观察不同条件下河谷的形成过程（V 型谷、U 型谷），记录岩层抗侵蚀能力与地貌形态的关系，理解“内外力共同作用塑造地表形态”的综合思维；同时，通过虚拟操作（如放置测流仪、采集岩石样本），提升地理实践力。

“虚拟地理考察场”模式侧重区域认知与人地协调观的培养。该模式选取典型区域（如黄土高原、长三角城市群）构建虚拟考察场景，学生以“地理研究者”身份完成考察任务。例如，在“黄土高原的可持续发展”教学中，学生通过 VR 考察场“走访”黄土高原的塬、梁、峁等地貌，观察水土流失现状；“进入”当地村庄，与虚拟村民交流（获取人口、产业、生态保护措施等信息）；“查阅”近50 年的植被覆盖率、粮食产量数据，最终分析水土流失的成因，并提出“退耕还林还草”“发展生态农业”等可持续发展方案，在区域认知中深化人地协调观。[3]

结语：

虚拟现实技术为高中地理教学带来了革新机遇，其沉浸式、交互性特点能有效突破传统教学的时空限制，将抽象地理知识转化为可感知的虚拟体验，助力学生空间认知能力的提升和地理核心素养的培养。然而，VR 技术在应用中仍面临设备成本高、资源匮乏、教师能力不足等挑战，需通过政府、学校、企业的协同努力，优化资源开发、加强教师培训、完善评价体系，推动其与地理教学的深度融合。

参考文献：

[1] 孙渤鏮 , 叶唐进 . 虚拟现实技术应用于线上地理教学的研究 [J].中学地理教学参考 ,2022(2):64- 67.

[2] 常丽霞 , 周义钦 , 周冠峰 . 信息技术赋能地理实践力培养的 " 台风 " 教学设计 [J]. 地理教育 ,2023(9):25- 28.

[3] 陈胜贤 . 生成式人工智能在高中地理个性化教学中的运用—以 ChatGPT 应用于 " 陆地水体及其相互关系 " 教学为例 [J]. 中学地理教学参考 ,2024(5):16- 21.