淺談AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在小學(xué)科學(xué)課中的應(yīng)用

■天津市北辰區(qū)佳園里小學(xué) 黨新昊

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)等應(yīng)運(yùn)而出。這些新技術(shù)不僅可以應(yīng)用在媒體、工業(yè)生產(chǎn)上，同樣在教學(xué)中具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。相比傳統(tǒng)的教具，這些新技術(shù)在直觀性、可操作性、交互性上，都有了質(zhì)的飛躍。

AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，顧名思義就是通過(guò)虛擬影像，豐富現(xiàn)實(shí)所觀察到的真實(shí)情景。例如：我們?cè)诮淌依锟吹降氖呛诎?、桌椅，但是我們可以通過(guò)AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在教室里看到一只活生生的大恐龍，實(shí)際上就是將恐龍的虛擬影像和教室里的真實(shí)情景疊加而成。學(xué)生通過(guò)Pad 或者一體機(jī)屏幕，可以真實(shí)觀察到這一切。讓大恐龍出現(xiàn)在學(xué)生的手掌上，對(duì)于AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)說(shuō)，同樣不在話下。可以說(shuō)，AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠讓學(xué)生對(duì)科學(xué)探究產(chǎn)生濃厚興趣。

特別是一些抽象、枯燥的科學(xué)知識(shí)，通過(guò)AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以更加直觀、形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前。下面，我將結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，談一談小學(xué)科學(xué)課中融合AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用情況。

一、在生命科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師通常會(huì)組織觀察小動(dòng)物的活動(dòng)，如養(yǎng)蠶、養(yǎng)螞蟻、觀察金魚(yú)等，但對(duì)于一些較大的動(dòng)物，如熊、虎、豹甚至已經(jīng)滅亡的動(dòng)物——恐龍，近距離觀察這些動(dòng)物幾乎是不可能的。要觀察這些動(dòng)物，通?？梢酝ㄟ^(guò)瀏覽網(wǎng)上圖片或到動(dòng)物園參觀，還可以到博物館觀看恐龍化石等。這些觀察活動(dòng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且由于動(dòng)物的作息規(guī)律特點(diǎn)，即使在動(dòng)物園也很難保證觀察得全面。

而借助AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在課堂上全面展示這些動(dòng)物則可以完全實(shí)現(xiàn)。同樣是一只大熊貓，我們可以把它的影像展現(xiàn)在學(xué)生的手掌上，展現(xiàn)在學(xué)生的書(shū)桌上，甚至可以通過(guò)縮放、移動(dòng)功能讓學(xué)生進(jìn)行多角度觀察。

當(dāng)學(xué)生通過(guò)Pad 看到大熊貓?jiān)谧约旱恼n桌上下、左右移動(dòng)的時(shí)候，他們異常興奮。雖然僅僅是虛擬影像，但是對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，它的交互性非常強(qiáng)，可以通過(guò)縮放和移動(dòng)功能進(jìn)行全方位觀察。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情空前高漲，所以他們會(huì)觀察得非常仔細(xì)，為后面的交流匯報(bào)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過(guò)AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將活生生的動(dòng)物展現(xiàn)在學(xué)生面前，這不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也促使學(xué)生進(jìn)行更加深入的科學(xué)觀察。而對(duì)于一些已經(jīng)滅絕的動(dòng)物，通過(guò)使用AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠讓學(xué)生真正走進(jìn)時(shí)光隧道。

讓一只霸王龍出現(xiàn)在學(xué)生身邊，讓他們近距離觀察，可以說(shuō)是每個(gè)學(xué)生的夢(mèng)想。而AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，幫助他們實(shí)現(xiàn)了這一夢(mèng)想。當(dāng)學(xué)生通過(guò)Pad 觀察到霸王龍就在身邊，正虎視眈眈盯著自己時(shí)，他們異常興奮。而且霸王龍的虛擬影像非常逼真，學(xué)生可以清晰觀察到霸王龍的眼睛、牙齒等器官，甚至還可以借助軟件的透視功能，了解霸王龍是如何消化食物的，進(jìn)而對(duì)它的內(nèi)臟器官有了更直觀的了解。

通過(guò)AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這些古生物為科學(xué)課堂帶來(lái)了新的生機(jī)與活力，讓學(xué)生感覺(jué)到這些已經(jīng)滅絕的動(dòng)物離我們并不遙遠(yuǎn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情被點(diǎn)燃，他們對(duì)古生物的研究也產(chǎn)生了濃厚興趣。AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生打開(kāi)了一扇窗，讓各種動(dòng)物盡收眼底，也讓這些小生物學(xué)家們盡享大千世界的精彩。

二、在天文教學(xué)中應(yīng)用AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

天文知識(shí)對(duì)于學(xué)生來(lái)講，既神奇又陌生，同時(shí)他們也會(huì)感到無(wú)從下手、沒(méi)有頭緒。因?yàn)槊總€(gè)孩子從小都有一個(gè)摘星星的夢(mèng)，他們對(duì)于天文知識(shí)有著與生俱來(lái)的親近感。但是對(duì)于普通小學(xué)生來(lái)說(shuō)，天文知識(shí)是那樣遙不可及，而要想弄清宇宙中天體運(yùn)動(dòng)的位置關(guān)系，對(duì)學(xué)生來(lái)講非常困難，以致讓他們心生畏懼。

造成這一現(xiàn)象，主要是因?yàn)槲覀兊膶W(xué)習(xí)手段過(guò)于傳統(tǒng)，要想使用普通地球儀、三球儀研究復(fù)雜的天文現(xiàn)象非常困難，而小學(xué)生的空間想象能力又非常薄弱。而AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為學(xué)生打開(kāi)了一扇通往太空的大門(mén)，借助它可以很方便地將宇宙中天體的影像疊加到自己的星空彩紙上。以星空彩紙為背景，宇宙中的各天體在星空彩紙上不斷移動(dòng)，學(xué)生可以非常清晰地觀察到那些天體的運(yùn)動(dòng)軌跡。

此外，AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還提供了多視角功能，讓學(xué)生可以全方位觀察宇宙中的天體；還提供了縮放功能，不僅可以觀察太陽(yáng)系中的某一顆行星，也可以觀察整個(gè)太陽(yáng)系所有行星的運(yùn)動(dòng)軌跡。可以想象，當(dāng)我們的學(xué)生樂(lè)此不疲地在自己手指之間觀察太陽(yáng)系中的每顆行星之時(shí)，他們一定會(huì)思考：太陽(yáng)系外又是什么樣子呢？

就連學(xué)生非常喜歡的星座，在AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)下也有非常豐富的內(nèi)容。學(xué)生選擇不同方位的天空和四季時(shí)間表，通過(guò)縮放功能，可以在天空中觀察不同的星座。特別是對(duì)于大城市的學(xué)生來(lái)說(shuō)，因?yàn)閲?yán)重的空氣污染和光污染，會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)中的觀測(cè)效果不佳，而AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)真正幫助這些孩子圓了“星座夢(mèng)”。這種直觀、形象、多角度的觀察，讓學(xué)生對(duì)于天文知識(shí)不再心生畏懼。通過(guò)AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，他們還會(huì)實(shí)現(xiàn)心中摘星星的夢(mèng)想。

特別重要的是，AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還為學(xué)生提供了實(shí)時(shí)講解功能，學(xué)生用手點(diǎn)擊某顆行星，立刻會(huì)出現(xiàn)這個(gè)天體的相關(guān)資料。

這種交互式操作，讓學(xué)生對(duì)探究天文知識(shí)不再感到枯燥、乏味，因?yàn)樗麄兺耆两诳茖W(xué)研究過(guò)程中，他們的小小天文家夢(mèng)正在一步步變成現(xiàn)實(shí)。這都得益于AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)幫助他們打開(kāi)心中的夢(mèng)想，引領(lǐng)他們一步步走向太空。

三、在工程技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

小學(xué)科學(xué)新課標(biāo)實(shí)施之后，對(duì)工程技術(shù)的學(xué)習(xí)提出了更高要求，而我們的學(xué)生動(dòng)手能力比較薄弱。究其原因，是長(zhǎng)期受應(yīng)試教育的影響，只重視分?jǐn)?shù)而忽視動(dòng)手能力培養(yǎng)的結(jié)果。學(xué)生對(duì)工程技術(shù)的理解，僅僅停留在簡(jiǎn)單的公式和計(jì)算上，對(duì)工程的設(shè)計(jì)、建造缺乏最基本的常識(shí)，甚至他們連建筑物的朝向都弄不清楚。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)勞動(dòng)者動(dòng)手能力提出了更高要求，這就要求學(xué)生不僅要掌握最基本的科學(xué)原理，還要能夠動(dòng)手設(shè)計(jì)、操作。而小學(xué)科學(xué)課上有些工程技術(shù)項(xiàng)目，受場(chǎng)地限制不能進(jìn)行實(shí)際建造，則可以借助AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，幫助學(xué)生設(shè)計(jì)、施工、修改。

例如：學(xué)生學(xué)習(xí)世界建筑時(shí)，可以借助AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將世界上有代表性的建筑的影像展現(xiàn)在自己的課桌上。還可以通過(guò)縮放、移動(dòng)等操作，對(duì)建筑進(jìn)行多角度觀察。這種全方位觀察，比單純對(duì)比圖片更加直觀、形象。操作過(guò)程中，學(xué)生的沉浸感非常強(qiáng)，建筑物就像長(zhǎng)在手心里一樣，可以隨意觀察。這種全新的科學(xué)探究過(guò)程，比傳統(tǒng)的搭積木更加直觀。學(xué)生在觀察過(guò)程中，能夠總結(jié)出世界各大建筑物的外形特點(diǎn)——上小下大、上輕下重，同時(shí)為自己設(shè)計(jì)建筑物打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

借助AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)、建造工程也非常簡(jiǎn)單，能夠?qū)⒄麄€(gè)建筑物的建造過(guò)程完全呈現(xiàn)在學(xué)生眼前。他們可以通過(guò)搭建、拼接等交互式操作，使用3D 模式來(lái)建造房屋。水泥、沙子、木材等建筑材料，都添加了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果房屋設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷，在建造過(guò)程中，建筑物會(huì)因?yàn)橄孪荨⑹芰Σ痪仍蚨顾?。因?yàn)榻ㄖ锸?D 影像合成的，所以不會(huì)危及學(xué)生安全，整個(gè)建造過(guò)程，學(xué)生樂(lè)在其中。

在學(xué)生操作過(guò)程中，如果出現(xiàn)問(wèn)題，AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還會(huì)給予相關(guān)提示。例如：為了讓居室獲得充足的光照，建筑物一般是坐北朝南。如果學(xué)生弄錯(cuò)建筑物的朝向，借助AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以隨時(shí)展現(xiàn)建筑物采光情況，并給予相應(yīng)提示。這樣可以幫助學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑物的朝向問(wèn)題，保證建造過(guò)程的科學(xué)性、實(shí)用性。

借助AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓學(xué)生對(duì)工程技術(shù)產(chǎn)生了濃厚興趣，也讓他們感覺(jué)到工程建設(shè)不再高不可攀。有了科學(xué)數(shù)據(jù)的支持和豐富多樣的交互式操作，在整個(gè)探究過(guò)程中，學(xué)生就像真正的建筑師一樣。我想，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的功能會(huì)越來(lái)越豐富，學(xué)生的科學(xué)探究過(guò)程定會(huì)充滿挑戰(zhàn)和樂(lè)趣。隨著AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，其在小學(xué)科學(xué)課中的應(yīng)用也會(huì)更加普遍。因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)變了學(xué)生機(jī)械、被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，促使他們更加積極主動(dòng)地參與科學(xué)探究活動(dòng)，由“要我學(xué)”真正轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”。AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就像學(xué)生手中的魔術(shù)棒，讓這些小小科學(xué)家綻放夢(mèng)想。