职前生物教师作为移动增强现实教学材料的开发者：提升而非取代科学实践以及与自然环境的联系

《Thinking Skills and Creativity》：Pre-service Biology Teachers as developers of Mobile Augmented Reality Teaching Materials: Enhancing, Not Replacing, Science Practices and Connections with the Natural Environment

本研究基于罗杰斯扩散创新理论，通过混合方法调查52名奥地利预科生物学教师对开发移动增强现实（mAR）教学材料的感知。发现教师普遍认同mAR能提升教学互动性和学生参与度，尤其在引入和课程核心阶段效果显著，但面临技术复杂性、资源不足及机构支持不足的挑战。研究提出分阶段实施框架，强调教师培训与跨学科合作的重要性，为生物学教育中的mAR整合提供实践路径。

　　随着科技的快速发展，教育领域也经历了深刻的变化。增强现实（Augmented Reality, AR）作为一种新兴技术，正逐步被引入到教学实践中，以提升学习体验和教学效果。特别是在生物学教学中，AR技术因其能够可视化抽象概念、增强互动性、激发学生兴趣而受到关注。然而，尽管AR技术带来了诸多好处，其在课堂中的应用仍面临诸多挑战，如教师的数字技能不足、缺乏高质量且与课程目标一致的教学材料、资源与学习目标之间的不匹配，以及技术支持的缺乏等。因此，研究教师如何开发和整合AR教学资源，尤其是在生物学教学中，显得尤为重要。

本文旨在探讨未来生物学教师（Pre-service Biology Teachers, PSBTs）在开发和使用移动增强现实（Mobile Augmented Reality, mAR）教学材料过程中的看法和体验。通过采用罗杰斯的创新扩散理论（Diffusion of Innovations Theory, DIT）和混合方法研究设计，我们收集了PSBTs在培训过程中对mAR的感知数据，包括问卷调查和音频记录的讨论内容。这些数据通过内容分析和统计分析进行了处理，从而揭示了PSBTs在采用mAR过程中的不同阶段和相关因素。

### 一、创新扩散理论的应用

罗杰斯的创新扩散理论是理解新技术如何被教师群体接受和采用的重要框架。该理论将创新的扩散过程分为五个阶段：知识、说服、决策、实施和确认。在知识阶段，教师首次接触并了解新技术，如mAR，从而形成初步的认知。在说服阶段，教师通过个人体验和外界影响（如同事或社会评价）对技术的价值和适用性形成看法。在决策阶段，教师决定是否采用该技术，并在教学过程中如何使用。在实施阶段，教师开始将技术融入实际教学，并根据反馈进行调整和优化。最后，在确认阶段，教师评估技术的实际效果，并进一步巩固其使用决策。

在本研究中，PSBTs在各个阶段表现出不同的态度和看法。在知识阶段，他们表现出对mAR技术的好奇心和技术探索欲望，尤其是对如何在生物学教学中应用mAR产生了浓厚的兴趣。在说服阶段，PSBTs认为mAR在教学中具有重要的潜力，可以提升课堂的互动性和学生的参与度。他们还强调，mAR能够帮助教师更好地满足学生的个性化学习需求，并增强他们的创造性教学能力。在决策阶段，PSBTs普遍认为mAR在教学中的应用是可行的，并愿意将其整合到课堂的不同环节中，如引入、主体部分和总结阶段。在实施阶段，他们关注技术的使用效果，并希望与同事分享和交流经验。在确认阶段，他们认为来自学生、学校管理和同事的反馈对于巩固其采用决策具有重要意义。

### 二、PSBTs对mAR的积极态度

研究结果显示，PSBTs对mAR技术持有积极的态度。他们认为，mAR能够激发学生的兴趣，提高学习的互动性和参与度。同时，他们也认为，mAR能够帮助教师更好地设计教学内容，提升教学质量。PSBTs表示，他们希望通过mAR技术为学生提供更丰富的学习体验，尤其是在展示生物学中的复杂或危险实验时，mAR能够提供一种安全且有效的替代方案。此外，PSBTs还强调，mAR能够促进教师之间的合作与交流，通过共享教学资源和经验，推动教学创新。

然而，PSBTs也指出了一些挑战。首先，技术的复杂性是一个主要障碍，特别是在没有专业支持的情况下，教师可能难以独立开发高质量的mAR教学材料。其次，数字资源的获取和使用也是一个问题，尤其是在开发mAR时，需要大量的多媒体素材，如动画、照片、3D模型等，而这些资源可能并不容易获得。此外，PSBTs还提到，学校管理的支持和资源投入对于mAR的顺利实施至关重要。如果学校缺乏对新技术的支持，教师在采用mAR时可能会遇到更多困难。

### 三、mAR在生物学教学中的潜力

尽管存在一些挑战，PSBTs普遍认为mAR在生物学教学中具有巨大的潜力。他们认为，mAR能够帮助学生更好地理解生物学中的抽象概念，如DNA结构、细胞功能、生态系统的相互作用等。通过mAR，学生可以在虚拟环境中进行探索和实验，这不仅提高了学习的趣味性，还增强了他们的实践能力和批判性思维。此外，PSBTs认为，mAR能够增强学生与自然环境的联系，使他们更直观地理解生物学与现实世界的关联。

在生物学教学中，mAR的应用还可以帮助教师更好地设计和实施基于探究的学习活动。例如，教师可以利用mAR技术模拟复杂的生物过程，如光合作用、细胞分裂等，使学生能够在互动中学习和理解这些概念。同时，mAR还能够促进跨学科合作，例如生物学教师与技术专家共同开发教学资源，从而提升教学质量和学生的学习体验。

### 四、教师培训和资源支持的重要性

为了帮助教师更好地采用mAR技术，本文强调了教师培训和资源支持的重要性。PSBTs认为，他们需要更多的培训来掌握mAR的开发和应用技能，尤其是在没有编程经验的情况下。此外，他们希望学校能够提供更多资源，如时间、技术支持和数字素材，以帮助他们顺利开发和实施mAR教学材料。PSBTs还指出，教师之间的合作和交流对于提升mAR的应用效果至关重要，他们希望能够在培训过程中与其他教师分享经验和资源，从而形成一个支持性的教学社区。

在培训过程中，PSBTs通过使用简单易用的软件工具（如EyeJack Creator、Arloopa、ARize和Tinkercad）开发了初步的mAR教学材料。这些工具不需要太多的编程知识，使得教师能够更轻松地参与mAR的开发。然而，PSBTs也指出，这些工具的使用仍然存在一定的限制，特别是在功能和用户体验方面。因此，未来的mAR开发工具需要更加用户友好，以降低教师的使用门槛。

### 五、未来研究和实践建议

本研究的结果表明，未来的研究应进一步探讨mAR在生物学教学中的具体应用效果，特别是在促进学生学习成果和提高学生对数字工具的使用兴趣方面。此外，还需要更多的实证研究来评估mAR在不同教学环境中的适应性和有效性。对于实践而言，学校和教育机构应加强对教师的培训和支持，特别是在mAR的开发和应用方面。同时，应鼓励教师之间的合作和交流，形成一个支持性的教学社区，以推动mAR在生物学教学中的广泛应用。

总的来说，mAR作为一种新兴技术，为生物学教学带来了新的可能性。通过教师的主动参与和创新实践，mAR可以成为提升教学质量、增强学生学习体验的重要工具。然而，为了实现这一目标，需要克服技术复杂性、资源获取和学校支持等方面的挑战。只有在教师培训、资源支持和学校管理的共同努力下，mAR才能真正融入生物学教学，为学生提供更加丰富和互动的学习体验。