小學科學實驗教學改進與科學素養的培養

邵燕萍

關鍵詞：科學素養;實驗教學;VR實驗教學

創新教育正在經歷新一輪的教育改革和創新教育實踐。新技術在教育領域的應用越來越普及。這些新技術的應用不應僅僅局限于技術而忽視理論，同時也要探索教育過程，研究構建新的教育模式，緊跟時代要求的教育質量，豐富創新人才的培養。

科學是小學教育的重要課題，在新時期素質教育活動中，科學的地位正在逐步顯現。實驗是培養學生科學思想的關鍵，為了提高科學實驗教育的實效性，在新課程標準背景下，教師更應該重視學生科學素養的培養。因此，我們可以在科學實驗室中進行VR實驗教學，為學生打開一個新的科學世界！

VR是Virtual Reality的縮寫，我們常稱其為虛擬現實。它是在計算機軟硬件技術、互聯網技術、傳感器技術、機器人技術和人工智能技術的支持下發展起來的現代科學技術。這是對多媒體技術應用的升級。當人們戴上 3D 眼鏡和數據手套時，他們面對的是一個三維模擬現實的新世界。人們由此可以看到、聽到、聞到、感受到新的世界，通過相應的設備可以實現信息的實時檢索。其實，VR技術已經應用于許多教育教學領域，并取得了優異的教學成果。

一、虛擬現實技術概述

虛擬現實技術作為一種以計算機技術為核心，并融合其他相關科學技術，在一定范圍內生成的與真實環境中視聽、觸感等高度相似的數字化環境的一種技術。教師在運用虛擬現實技術和相關裝備開展小學科學課堂教學時，應該充分發揮數字化環境和裝備中對象之間的交互作用和相互影響優勢的基礎上，為學生創設一種身臨其境的真實環境。就虛擬現實技術本身來說，如果按照虛擬程度不同劃分的話，可以詳細的分為無虛擬成分、部分虛擬、安全虛擬等幾種。另外，虛擬現實技術具有的交互性特點，則主要體現在以下兩方面，用戶與虛擬物件之間的交互，以及虛擬現實環境中多用戶之間的交互。

二、VR技術在小學科學教學中的應用

（一）教學資源豐富性

VR技術環境下的課堂教學資源包括課件、教材、多媒體資料、學習機器、虛擬現實設備、計算機以及紙筆，豐富的教學資源使其在課堂教學環節存在較大的優勢，教師可以選擇優質的數字資源，將各感官信息集合處理。要求虛擬現實課件要滿足以下幾個條件：第一，能按照教材內容制定教學目標并根據教學要求創建合適的情境模式;第二，學生通過與虛擬現實情境的交互了解并掌握科學知識;第三，教師能有效控制課堂進度和課堂秩序，指導學生進行正確操作，幫助學生及時處理學習過程中出現的問題;第四，注重學生的體驗感受，幫助學生展開學習。

在教學中要求虛擬現實課件時間要控制在一定范圍內，學習時間過長可能出現眩暈感，而且會影響教學進度，降低教學效率。教師要進行提前的操作演示和講解，交互性課件的選擇要注意難易程度，過于簡單學生容易出現厭煩心理，難度過大容易導致學生產生焦慮情緒。因此，教師在虛擬現實技術資源的選擇上要注意滿足學生的需求，再根據學生的反饋進行改進，充分發揮虛擬現實技術在科學課程中的優勢。

（二）教學活動趣味性

小學生正處于認知尚未成熟階段，對世界存在著強烈的探索欲望和好奇心，虛擬現實技術能滿足其需求，立體的視聽感受能激發其學習興趣，使其學習動機更為明確，有助于在學習的過程中放松心情，輕松理解知識，打破了傳統教學的枯燥死板，也能彌補多媒體教學中的局限。基于虛擬現實技術的課堂充滿游戲性，符合“寓教于樂”的教學理念，學生能在玩中學，在學中玩，尤其是能在虛擬環境中感受自然世界和科學現象。在教學過程中既要注重師生互動，也要注重生生互動，學生通過在虛擬現實技術設備中觀察到的場景和現象與同學展開探討，有助于增強集體凝聚力，營造良好的學習氛圍，還能有利于情感認知，養成良好的科學態度。

（三）多用戶學習融為一體

教師在小學科學課堂教學中，運用的分布式虛擬現實學習環境創設方法最大的優點就是，借助網絡式的虛擬學習環境。學習者不僅沖破了時空的限制，同時也達到了共享虛擬環境中多樣化學習資源的目的。在相關技術和硬件的支持下，通過網絡式虛擬學習環境，學習者在隨時隨地與他人交流溝通的過程中，發現并修正自身在學習過程中存在的不足，有效提升了學習效果，為學生的成長與發展營造了良好的氛圍。由于小學科學課堂教學注重的是學生之間的真實交流，所以，教師在課堂教學過程中，必須引導學生通過互動交流的方式，說出自己內心真實的想法，才能在共享觀點的過程中理清自己的邏輯思維。而分布式虛擬環境則主要發揮著為不善言辭的學生提供保障的方式，幫助和引導這些學生勇敢地面對虛擬環境表達自己內心的想法，通過與其他學生相互交流溝通的方式，不斷進步和成長。

（四）運用VR開展情境教學，增強學生學習體驗

VR 具有創建視覺虛擬環境的能力，并使用相關環境的具體圖像來增強環境的真實體驗。在基礎科學教學中，教師可以結合課程要求，利用VR技術將學生帶入真實的學習世界，從而有效地吸引學生的注意力，提高學生參與課程活動的機率。在這樣的視覺虛擬環境中，學生可以找到一些東西，更好地理解它，并增強他們的學習體驗。

例如，在“食物鏈與食物網”的教學中，教師引入了VR技術。學生戴上VR眼鏡，馬上就會被海洋生物捕食的驚險一幕所迷惑：無數條鏈狀的硅藻在他們面前自由飄蕩，突然一只磷蝦出現，盯著吃硅藻。所有這些場景都太真實了，許多學生不自覺地跑來取磷蝦，但當他們到達時，一條鱈魚沖了進來，一口吃掉了磷蝦。戴著VR眼鏡的同學們震驚了眼前的每一個人，不免讓全班同學“哇”了一聲，讓同學們興奮不已。其實很多空間在教學過程中是遙不可及的，海下是遙不可及的，時空的變遷是無形的……這一切都可以讓學生通過VR設備體驗。他們甚至可以像鳥兒一樣在天空中飛翔，像宇宙飛船一樣在太空中游泳，探索太陽系的八顆行星，看看它們與太陽的距離、它們的大小以及一些秩序。因為虛擬現實教室可以更敏捷，學習可以更有吸引力，更重要的是，有了經驗，科學知識可以更容易理解。

（五）教學環境虛擬性

戴爾的經驗之塔理論認為，教學要有具體的經驗，而且會逐漸從具體的經驗走向抽象的經驗。虛擬現實技術可以利用語音識別、視覺表現、觸覺反饋等手段營造積極的學習環境，提高學習環境的真實感。小學科學教育的主要目的是讓學生掌握簡單的科學技能，樹立正確的科學價值觀，并提供學習生物、物理和化學等學科的途徑。

學生將能夠通過VR技術了解動物的外貌和特征，更好地了解動物之間的異同。整體聲音效率增加了場景的可靠性，讓學生感覺他們是在與動物自然互動。觀看，提高學生參與度。 “觀察動物”部分主要是幫助學生了解不同動物的本性。傳統多媒體技術只能播放視頻、音頻或文字圖片進行教學。虛擬現實技術允許學生與動物互動。同時可以從各個角度觀察動物的形態和行為，完美的吸引學生的注意力，讓他們在觀察過程中獲得知識，也可以節省大量的野外實踐成本并提高教學質量。此外，教師應通過本單元課程的教學，引導學生熱愛動物，保護自然環境，培養尊重自然的知識。

三、結事

綜上所述，VR技術在小學科學中的應用能使學生在課堂中占主動地位，增強其觀察能力和分析能力，還能幫助學生將科學知識與現實生活相結合，達到理論充分融入實踐的效果，在高度還原現實的虛擬世界進行學習和交互，提高課堂的趣味性和生動性，滿足新課程標準要求，使學生能樹立正確的科學價值觀，也推動了小學教育教學的科學性發展。

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