虛擬現實技術賦能小學科學教學的探索

閆允

摘要： 針對小學生抽象思維能力和空間想象能力不強的特點，教師借助VR技術在小學科學地球與宇宙模塊中開展沉浸式、體驗式、互動式教學，可以降低學習難度，提高積極性，優化課堂結構。在“地球表面的地形”課例中，教師創設VR情境，聚焦問題，讓學生探索和體驗，參與拓展訓練，實現了學生對知識的內化。

關鍵詞：VR教學;地形探究;小學科學

小學生學習科學存在抽象思維能力沒有完全發展，空間想象能力不強等問題。在地球與宇宙科學等模塊的教學中，如果教師僅用圖片和文字，那么學生很難深入理解。教師應構建情境性更強、視野更開闊的課堂。將VR技術引入小學科學課堂，可以有效解除教師教學的困擾?！暗厍虮砻娴牡匦巍笔恰暗厍虮砻婕捌渥兓眴卧牡谝徽n。在本課教學中，圍繞“初步認識地形”，教師引導學生三次進入VR場景學習地形知識。經課堂實踐對比后，筆者發現新技術的使用降低了學生學習難度，提高了學生學習的積極性，優化了課堂結構。

一、創設VR情境，聚焦問題

基于學生身心發展特點，利用視覺的刺激導入新課，教師直接將學生的學習興趣激發至最高點，使學生在輕松的狀態下學得興趣盎然。

教師：我們的祖國山川秀麗，景色迷人。今天我們坐在教室里就可以游遍祖國的名山大川，大家想不想來一場說走就走的旅行？

學生：想。

學生戴上VR眼鏡，感受如同坐在熱氣球上俯瞰地面上各種風景，教師注意控制時間。

教師：剛才看到了什么？

學生：美麗的風景。

教師：我們看到了寬闊的草原、雄偉凸起的高山、清澈的湖泊……地球表面是平坦的嗎？

學生：不是。

教師：地球表面高高低低，凹凸不平，構成各種不同的地形。今天，我們一起來學習“地球表面的地形”。

板書：地球表面的地形。

VR場景中呈現出我國各地風景和復雜多樣的地形，這種方式的刺激效果遠遠超過圖片或視頻。通過游覽VR中祖國的大好山河引入新課（如圖1），學生的思維立即被帶入正題，注意力高度集中并且產生了濃厚的學習興趣，獲得了積極愉快地進行下一步學習的動力。學習這部分內容既能激發學生學習興趣又能培養學生熱愛祖國大好河山的情感。此環節，教師需要提醒學生VR體驗時將關注點放在地形上。

二、通過VR體驗，探索新知

小學科學教師以探究式學習為主的多樣化教學方式，促進學生主動探究^[1]。利用VR開展探究活動是本課教學的中心環節，承載教學重點和難點，學生需要深入學習地形知識。

教師：從地形的角度分類，看到的風景中都有哪些地形？

預設高山、平原、峽谷、河流、盆地等。

教師：地形的種類很多，而平原、山地、盆地、丘陵以及高原是5種常見地形。

教師：我們已經知道有5種常見的地形。每種地形都有什么特點？接下來就去認真看一看。

學生戴上VR眼鏡，觀看并記錄地形的特征。

學生填寫觀察記錄單，整理、交流并匯報。

教師加以補充，規范描述5種地形特點。

教師利用交互式電子白板的“蒙層”功能，逐一展示每種地形的特征和示意圖。

平原寬廣平坦，起伏很小，小于海拔50米;丘陵高低起伏，坡度較緩，由連綿不斷的低矮山丘組成，山頂渾圓，小于海拔200米;高原面積很大，地形開闊，周圍以明顯的陡坡為界;山地地勢較高，蜿蜒起伏，層巒疊嶂，大于海拔500米;盆地四周地勢較高，中間低平。

教師：了解5種地形的特征后，現在來用沙盤做出5種地形的模型吧。

學生活動：分組展示并介紹自制的地形模型（如圖2）。

觀察和記錄是重要的學習方法，在科學課堂上教師應抓住機會鍛煉學生觀察和記錄重要信息的能力。VR情境中會展示5種地形模型，學生需要細心觀察，在規定的時間內記錄每種地形的代表性特征。VR中的虛擬場景讓學生驚嘆不已，開始他們還無法用準確的語言描述5種地形的特點，當教師將這5種地形特點規范地表述出來時，這部分知識很自然就會在他們的頭腦中內化，不再干癟與枯燥。此環節，教師要把控好學生在VR情境中的觀察時間，關注學生收集信息的情況。

三、結合VR應用，考察拓展

學生對科學知識的掌握不是一蹴而就的，課堂教學中教師利用VR技術，創設情境與活動，帶領學生鞏固知識，實現知識的內化。

教師：大家制作的模型非常逼真。接下來我們再次登上熱氣球，去實地看看這些地形。請在VR中選出你們看到的地形。

學生戴上VR眼鏡，利用手柄在VR中選出所見地形，并認真聽小度對每種地形的講解。

教師操作平板電腦了解學生的答題情況。

教師：大家剛才都去了哪些地方？

學生：去四川省稻城亞丁風景看到了山地，云南省香格里拉地區有一處小范圍丘陵，去了內蒙古的嫩江平原（如圖3）……

教師：數據顯示，大家可以識別每種地形。去了這么多地方，想不想知道合肥的地形？

學生觀看谷歌地圖，鳥瞰合肥。（谷歌地圖會顯示海拔數據。）

教師：請根據學習的知識判斷家鄉的地形。

學生：有平原和丘陵，以平原為主。

教師： 通過今天的學習，有什么收獲？

學生總結所學。

教師：今天大家收獲很多。假期里，大家旅行的時候可以關注一下當地的地形特征，回來分享。

通過VR觀看了我國的幾種典型地形，學生對地形的認識不再局限于數據和模型，而是更深刻地感受到這些地形真實存在的狀態。在VR的虛擬場景中，學生可以通過操控手柄，分辨眼前的地形種類。如此當堂檢測，真實有趣，學生情緒高漲，學習積極而踴躍。最后一個環節是拓展也是應用，即利用谷歌地圖鳥瞰合肥市。合肥市地勢平坦整體海拔不高，地形為平原和丘陵兩種。學生對家鄉很熟悉，但是從未科學規范地研究過其地形特征。學生也會意識到某地的地形往往不是單一的而是多種地形特征并存，這將為后續高年級的深層次知識的學習打下基礎。

四、總結與展望

（一）VR技術在科學教學中的作用

興趣是學生對事物的一種向往或積極追求的心理傾向，它是最重要、最直接的學習動力。兒童是有主動性的群體，所見事物讓他們充滿興趣并滿足其需求，能有效地促進其發展。如何激發學生的學習興趣？教師要為學生創建生動有趣的情境。VR中呈現的內容不同于課本上的文字，新穎、鮮活的場景更能引發學生興趣，也更能吸引學生注意力。此外，VR教學可充分調動學生眼、耳、口、手、腦等器官，讓學生在看、聽、說、做、思一體的環境中，快速獲取清晰和準確的信息。

《義務教育小學科學課程標準》強調小學科學課程教學應以培養科學素養為宗旨，注重學生的探究能力的提高，探究既是科學學習的目標，又是科學學習的方式。學生學習科學需要親身經歷各種探究活動。學生在VR情境中體驗不僅需要眼觀察，而且需要動手、動腦。本節課上教師用VR展示了5種地形的模型，讓學生根據模型了解所學知識，以及知識之間的關系，并探究規律。這樣的學習過程是開放的、具有探究性的。以直觀感受直接分析取代枯燥的試題訓練，這樣學習輕松且有效，也有利于提高學生分析處理問題的能力。

VR情境中有虛擬的教師（小度）為學生引導與講解，指引學生獲取資源。更可貴的是虛擬教師（小度）會針對學生的表現給予鼓勵與表揚，作出積極有效的評價，增強學生的信心，激發學生學習熱情。VR 的應用使原本單向的知識講授更具實踐性、創造性、探究性。

（二）有效使用VR技術的教學過程

一種新鮮的事物在課堂上出現，最興奮的是學生。他們對新事物充滿好奇，爭著去嘗試。這種情況下，教師要正確引導，合理安排才能將教學有條不紊地進行下去。剛接觸VR時，筆者發現大部分學生只是沉浸于虛擬環境帶來的刺激，而忽視了對知識的學習。如何解決這些問題，筆者認為VR教學需要做到以下幾點。

其一，明確學習目標。課前，教師明確告訴學生，VR只是學習工具，用VR進入虛擬情境的目的是探索知識，以便直觀學習知識。

其二，分組并選出組長。組長管理本組學生，提醒監督組員完成當前任務。小組組員在使用VR眼鏡時，組長要及時提示組員認真觀看VR中的關鍵環節。

其三，實時跟進。教師要及時了解學生在體驗過程中的各種動向，把握他們的體驗進度，指導他們正確使用手柄。

其四，課前充分備課。在上VR課前教師要充分準備，不僅要將VR內容合理穿插在教學環節中，而且要合理設計學生的體驗順序和體驗次數（如圖4）。

（三）VR技術在未來科學教學中的應用

VR技術不斷發展，日漸成熟。用VR技術構建虛擬教學情境有著巨大的發展潛力，改變了一直以來的單向教學局面，使教師、學生、知識三者之間的互動更加靈活;VR的應用使抽象概念具體化，改變了傳統的學習過程。筆者所在學校的VR教室由專業技術團隊設計，獨特的太空主題設計富有強烈的科技感。分組排位，協作學習，既能增加學生之間的交流，又能充分發揮組員之間幫助、監督的作用。該VR平臺提供了豐富優質的VR內容，并實時更新補充，充分滿足教學需求。

VR技術不單可用于科學課堂教學也適用于其他學科。VR教學的目的不是追求時尚，而是根據學生需求和課堂教學需要，對教學內容進行創新設計。教師應適度使用VR技術教學，而非用它取代傳統教學，兩者是相互促進、相輔相成的關系。關于VR這種教學工具，我們還需要繼續探索，以便將其更加有效、創新地與課堂教學相融合。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2017.

（作者系安徽省合肥市習友路小學教師）

責任編輯：祝元志