新課程標(biāo)準(zhǔn)背景下VR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

許麗萍 劉星成

摘? 要 科學(xué)精神是新世紀(jì)人才培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，因此，小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)是培養(yǎng)科技人才的第一步。分析總結(jié)當(dāng)前小學(xué)科學(xué)教學(xué)中存在的問題，從應(yīng)用虛擬實驗和虛擬教學(xué)的角度將VR技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，完成VR技術(shù)支持下的小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計教學(xué)，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 VR技術(shù);小學(xué)科學(xué);科學(xué)素養(yǎng);核心素養(yǎng);虛擬實驗;虛擬教學(xué)

中圖分類號：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）09-0052-03

0? 引言

科技是第一生產(chǎn)力?！度罩屏x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（3—6年級）》中提出：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)興趣的重要時期是小學(xué)階段;小學(xué)科學(xué)課程的基礎(chǔ)性、實踐性、綜合性對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實踐能力和科學(xué)素養(yǎng)具有重要的價值[1]。因此，小學(xué)生的科學(xué)教育十分重要。學(xué)生在小學(xué)科學(xué)課上不僅學(xué)習(xí)科學(xué)知識，還包括培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神、探索科學(xué)的興趣以及科學(xué)思維能力。小學(xué)科學(xué)課的任務(wù)，從單純的知識教學(xué)擴(kuò)展為知識、能力、思想、精神并重的科學(xué)教育[2]。隨著時代的發(fā)展，VR技術(shù)給各個行業(yè)都帶來新的發(fā)展活力，VR技術(shù)走進(jìn)小學(xué)科學(xué)教學(xué)課堂，將給科學(xué)課堂教學(xué)帶來嶄新的方法與形式，特別是給新課程標(biāo)準(zhǔn)背景下解決當(dāng)前小學(xué)科學(xué)教學(xué)中存在的問題提供了新的思路。

1? 當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課程存在的問題

小學(xué)科學(xué)教學(xué)不止強(qiáng)調(diào)知識的習(xí)得，更應(yīng)重視培養(yǎng)小學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造精神和自主探究能力，激發(fā)他們的探索好奇心和求知欲。在新課標(biāo)背景下，小學(xué)科學(xué)課程存在諸多問題：在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)立上，突出小學(xué)生對科學(xué)知識的掌握學(xué)習(xí)，忽視了對小學(xué)生科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神的培養(yǎng)，教師在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)立上沒能讓學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)科學(xué)的積極主動性不高;在教學(xué)方法的使用上，現(xiàn)階段還是以傳統(tǒng)的講授法為主，而這種教學(xué)方式不利于幫助學(xué)生建構(gòu)起與實際生活相聯(lián)系的知識體系，容易讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知脫節(jié)的現(xiàn)象，教師沒有站在小學(xué)生實際認(rèn)知水平的角度去實施教學(xué)。在科學(xué)課程中，教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生從生活經(jīng)驗出發(fā)，親身經(jīng)歷或體驗實踐活動，促進(jìn)基本科學(xué)知識的理解，提高科學(xué)探究能力，培養(yǎng)崇尚科學(xué)的態(tài)度，最終形成在科學(xué)、技術(shù)、環(huán)境與社會領(lǐng)域的應(yīng)用能力[3]。但現(xiàn)如今大部分學(xué)校因為各式各樣的原因，缺乏相應(yīng)的科學(xué)實驗室，就算有也多是“擺設(shè)”，無法給予學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實踐的機(jī)會，導(dǎo)致大多數(shù)科學(xué)課在實際教學(xué)中只停留在理論層次，實際教學(xué)效果不好。教師也沒有充分利用新媒體、新技術(shù)去提高課堂教學(xué)的有效性，一些抽象的知識比如磁性、摩擦力、物質(zhì)變化等，如果只通過講授配以圖片、視頻的方式，小學(xué)生無法去親身體驗，無法與實際生活相聯(lián)系，便難以吸收理解，無法內(nèi)化知識，還會增加認(rèn)知負(fù)荷，造成學(xué)習(xí)積極性不高。這些都與新課標(biāo)的要求背道而馳。

2? VR技術(shù)與小學(xué)科學(xué)教學(xué)相融合

科學(xué)知識來源于探索?？茖W(xué)課程是一門以探索為基礎(chǔ)的學(xué)科[4]。在小學(xué)科學(xué)課程中應(yīng)用VR技術(shù)是迎合新課標(biāo)要求下小學(xué)科學(xué)課程發(fā)展的需要。在科學(xué)教學(xué)中，利用VR技術(shù)的沉浸性、真實性與交互性特點，將虛擬實驗與虛擬教學(xué)應(yīng)用于一些較為抽象的知識講解或較難實現(xiàn)體驗的教學(xué)實踐中，將在很大程度上提升小學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，提高教學(xué)效率，實現(xiàn)培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)要求。

2.1? 虛擬實驗

虛擬實驗是將現(xiàn)實環(huán)境中無法正常進(jìn)行的實驗或者危險性較大的實驗，按照常規(guī)的實驗流程利用VR技術(shù)來實現(xiàn)，通過創(chuàng)設(shè)逼真的實驗環(huán)境，學(xué)生能夠在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行實驗，進(jìn)而了解實驗的過程結(jié)果，從而完成知識的意義建構(gòu)[5]。虛擬實驗可以應(yīng)用在一些實施起來較為危險或難以進(jìn)行實際操作的實驗教學(xué)之中，使操作體驗具有真實感，減少實驗操作的危險性。比如在學(xué)習(xí)生命科學(xué)領(lǐng)域的知識時，為了更深刻地了解生物的組成，小學(xué)生可以通過虛擬實驗實現(xiàn)對生物體的解剖，對比了解生物在組成上的異同。

2.2? 虛擬教學(xué)

虛擬教學(xué)中的虛擬實體展示以及虛擬過程演示可以實現(xiàn)罕見事物的重現(xiàn)以及展示現(xiàn)實生活中變化太快或者沒有機(jī)會見到的事物。比如在教學(xué)地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域知識時，可以通過虛擬過程演示重現(xiàn)臺風(fēng)、洪澇、干旱等氣象災(zāi)害以及地震、火山噴發(fā)等自然災(zāi)害的現(xiàn)象，激發(fā)小學(xué)生探索地球和宇宙的熱情，幫助他們建立科學(xué)的自然觀以及人與地球協(xié)調(diào)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展觀。

3? 教學(xué)設(shè)計

以教科版小學(xué)科學(xué)四年級上冊第四單元“我們的身體”第一節(jié)“身體的結(jié)構(gòu)”的教學(xué)為例，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。

3.1? 教學(xué)分析

“身體的結(jié)構(gòu)”一節(jié)主要介紹人類身體結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生觀察身體、了解身體，總結(jié)身體的特點，知道身體各個部分是如何協(xié)同工作的，以及讓學(xué)生知道該如何保護(hù)身體，進(jìn)而形成健康的生活意識，養(yǎng)成良好的生活和行為習(xí)慣。四年級的學(xué)生已有關(guān)于人體器官的先前經(jīng)驗，對人體的結(jié)構(gòu)組成有一定的了解。在此基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的教學(xué)方式大多是進(jìn)行模型演示和知識點講解，不利于學(xué)生進(jìn)一步深化知識，進(jìn)行意義建構(gòu)。運用VR技術(shù)，教師可以在教學(xué)中組織學(xué)生通過虛擬實體展示來觀察人體，以及通過虛擬實驗解剖人體進(jìn)行體驗互動，激發(fā)學(xué)生的探索興趣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3.2? 教學(xué)流程

建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)生是認(rèn)知的主體，學(xué)生通過自主探究、主動發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)方式來進(jìn)行認(rèn)知建構(gòu)[6]。本研究基于VR技術(shù)與小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)相融合設(shè)計教學(xué)過程，如圖1、表1所示，在小學(xué)教學(xué)中進(jìn)行實踐。在優(yōu)化傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合VR技術(shù)，將課堂交還給學(xué)生，教師成為指導(dǎo)者，讓學(xué)生在探索中完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，培養(yǎng)科學(xué)探究精神。

3.3? 教學(xué)效果

相比傳統(tǒng)的教學(xué)方式，VR技術(shù)可以彌補關(guān)于身體結(jié)構(gòu)的教學(xué)視頻、圖像等二維呈現(xiàn)的缺陷，通過創(chuàng)設(shè)逼真的場景，將身體構(gòu)造的相關(guān)知識形象化地展現(xiàn)出來，給學(xué)生提供交互體驗的機(jī)會，營造三維立體的教學(xué)環(huán)境，給予學(xué)生沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，增強(qiáng)學(xué)生對抽象知識的理解，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果，并且在更大程度上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)科學(xué)的積極性，獲得很好的教學(xué)效果。

3.3.1? 增強(qiáng)科學(xué)知識與探究精神的培養(yǎng)效果? 科學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容以自然景觀和科學(xué)原理為主，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，只有通過切身的實驗操作才能強(qiáng)化對科學(xué)知識的掌握和理解，提升思維水平[7]。VR教學(xué)可以實現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)知識的可視化，以及讓學(xué)生以自然的方式與人體進(jìn)行交互體驗，體驗學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，通過實踐探究內(nèi)化知識，實現(xiàn)預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)。

3.3.2? 促進(jìn)課堂活動趣味化? 基于沉浸式VR技術(shù)的科學(xué)課堂具有游戲化的特征，可以很好地貫徹寓教于樂的教育理念[7]。通過VR設(shè)備，學(xué)生可以在栩栩如生的動態(tài)場景中真實地感受到心臟的跳動，觀察到受溫度影響時毛細(xì)血管的變化等，給予學(xué)生沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生的臨場感，讓學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)和提出問題，使得教學(xué)氛圍更加輕松，充滿趣味性，激發(fā)課堂活力，讓小學(xué)生充分發(fā)揮想象力，涌現(xiàn)創(chuàng)新思維。

3.3.3? 提高課堂參與度? 科學(xué)實驗是小學(xué)科學(xué)教學(xué)中影響最終教學(xué)效果的環(huán)節(jié)之一。本次教學(xué)需要大量的人體骨骼模型以及可供學(xué)生進(jìn)行實驗操作的實體模型，借助VR技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)資源的重復(fù)利用、反復(fù)觀察，還可以讓學(xué)生獲得真實的體驗感，實現(xiàn)自由探索，根據(jù)自己的思想、喜好探索人體的結(jié)構(gòu)組成，完成實驗操作，探索解決問題的方法。讓學(xué)生通過觀察探究的環(huán)節(jié)，主動參與課堂，提高自主探究學(xué)習(xí)能力，主動成為信息加工、處理的主體，成為知識的主動構(gòu)建者。

4? 結(jié)語

VR技術(shù)給小學(xué)科學(xué)課堂提供的具有交互性的可視化、沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，讓每一個小學(xué)生都能有機(jī)會進(jìn)行科學(xué)探究，體驗學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)積極性、主動性，幫助他們進(jìn)行知識建構(gòu)。VR技術(shù)理論與實踐方面研究的不斷深入，將會持續(xù)革新小學(xué)科學(xué)教與學(xué)的方式，打破傳統(tǒng)教育的局限性，提高教學(xué)效率，有效培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和崇尚科學(xué)的品質(zhì)，為他們繼續(xù)學(xué)習(xí)和終身發(fā)展打好基礎(chǔ)。 ■

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2]李文清.創(chuàng)設(shè)探究型虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)變革[D].上海：上海師范大學(xué)，2009.

[3]楊先通，韓慧，王娟，等.新課程標(biāo)準(zhǔn)視域下小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)的探討[J].首都師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），

2019（3）：90-95.

[4]李飛.新課程標(biāo)準(zhǔn)時期小學(xué)科學(xué)教學(xué)的思考及建議[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報，2018（8）：137-138.

[5]徐艷.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國科技信息，2008（7）：235-236.

[6]張影.基于VR體驗的小學(xué)科學(xué)課教學(xué)設(shè)計與實踐研究[D].河南：河南師范大學(xué)，2019.

[7]代依伶.基于沉浸式虛擬現(xiàn)實的小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用研究[D].成都：四川師范大學(xué)，2019.