淺談AR增強現實技術在小學科學課中的應用

黨新昊

隨著信息技術的飛速發展，VR虛擬現實技術、AR增強現實技術、MR混合現實技術等應運而出。這些新技術不僅可以應用在媒體、工業生產上，同樣在教學中具有強大優勢。相比傳統的教具，這些新技術在直觀性、可操作性、交互性上，都有了質的飛躍。

AR增強現實技術，顧名思義就是通過虛擬影像，豐富現實所觀察到的真實情景。例如：我們在教室里看到的是黑板、桌椅，但是我們可以通過AR增強現實技術，在教室里看到一只活生生的大恐龍，實際上就是將恐龍的虛擬影像和教室里的真實情景疊加而成。學生通過Pad或者一體機屏幕，可以真實觀察到這一切。讓大恐龍出現在學生的手掌上，對于AR增強現實技術來說，同樣不在話下。可以說，AR增強現實技術能夠讓學生對科學探究產生濃厚興趣。

特別是一些抽象、枯燥的科學知識，通過AR增強現實技術，可以更加直觀、形象地展現在學生面前。下面，我將結合自己的教學實踐，談一談小學科學課中融合AR增強現實技術的應用情況。

一、在生命科學教學中應用AR增強現實技術

在小學科學教學中，教師通常會組織觀察小動物的活動，如養蠶、養螞蟻、觀察金魚等，但對于一些較大的動物，如熊、虎、豹甚至已經滅亡的動物——恐龍，近距離觀察這些動物幾乎是不可能的。要觀察這些動物，通常可以通過瀏覽網上圖片或到動物園參觀，還可以到博物館觀看恐龍化石等。這些觀察活動費時費力，而且由于動物的作息規律特點，即使在動物園也很難保證觀察得全面。

而借助AR增強現實技術，在課堂上全面展示這些動物則可以完全實現。同樣是一只大熊貓，我們可以把它的影像展現在學生的手掌上，展現在學生的書桌上，甚至可以通過縮放、移動功能讓學生進行多角度觀察。

當學生通過Pad看到大熊貓在自己的課桌上下、左右移動的時候，他們異常興奮。雖然僅僅是虛擬影像，但是對于學生來說，它的交互性非常強，可以通過縮放和移動功能進行全方位觀察。學生的學習熱情空前高漲，所以他們會觀察得非常仔細，為后面的交流匯報奠定了堅實的基礎。

通過AR增強現實技術，將活生生的動物展現在學生面前，這不僅能夠調動學生的學習興趣，也促使學生進行更加深入的科學觀察。而對于一些已經滅絕的動物，通過使用AR增強現實技術，能夠讓學生真正走進時光隧道。

讓一只霸王龍出現在學生身邊，讓他們近距離觀察，可以說是每個學生的夢想。而AR增強現實技術，幫助他們實現了這一夢想。當學生通過Pad觀察到霸王龍就在身邊，正虎視眈眈盯著自己時，他們異常興奮。而且霸王龍的虛擬影像非常逼真，學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，進而對它的內臟器官有了更直觀的了解。

通過AR增強現實技術，這些古生物為科學課堂帶來了新的生機與活力，讓學生感覺到這些已經滅絕的動物離我們并不遙遠。學生的學習熱情被點燃，他們對古生物的研究也產生了濃厚興趣。AR增強現實技術為學生打開了一扇窗，讓各種動物盡收眼底，也讓這些小生物學家們盡享大千世界的精彩。

二、在天文教學中應用AR增強現實技術

天文知識對于學生來講，既神奇又陌生，同時他們也會感到無從下手、沒有頭緒。因為每個孩子從小都有一個摘星星的夢，他們對于天文知識有著與生俱來的親近感。但是對于普通小學生來說，天文知識是那樣遙不可及，而要想弄清宇宙中天體運動的位置關系，對學生來講非常困難，以致讓他們心生畏懼。

造成這一現象，主要是因為我們的學習手段過于傳統，要想使用普通地球儀、三球儀研究復雜的天文現象非常困難，而小學生的空間想象能力又非常薄弱。而AR增強現實技術，為學生打開了一扇通往太空的大門，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，學生可以非常清晰地觀察到那些天體的運動軌跡。

此外，AR增強現實技術還提供了多視角功能，讓學生可以全方位觀察宇宙中的天體；還提供了縮放功能，不僅可以觀察太陽系中的某一顆行星，也可以觀察整個太陽系所有行星的運動軌跡。可以想象，當我們的學生樂此不疲地在自己手指之間觀察太陽系中的每顆行星之時，他們一定會思考：太陽系外又是什么樣子呢？

就連學生非常喜歡的星座，在AR增強現實技術下也有非常豐富的內容。學生選擇不同方位的天空和四季時間表，通過縮放功能，可以在天空中觀察不同的星座。特別是對于大城市的學生來說，因為嚴重的空氣污染和光污染，會導致現實中的觀測效果不佳，而AR增強現實技術真正幫助這些孩子圓了“星座夢”。這種直觀、形象、多角度的觀察，讓學生對于天文知識不再心生畏懼。通過AR增強現實技術，他們還會實現心中摘星星的夢想。

特別重要的是，AR增強現實技術還為學生提供了實時講解功能，學生用手點擊某顆行星，立刻會出現這個天體的相關資料。

這種交互式操作，讓學生對探究天文知識不再感到枯燥、乏味，因為他們完全沉浸在科學研究過程中，他們的小小天文家夢正在一步步變成現實。這都得益于AR增強現實技術幫助他們打開心中的夢想，引領他們一步步走向太空。

三、在工程技術教學中應用AR增強現實技術

小學科學新課標實施之后，對工程技術的學習提出了更高要求，而我們的學生動手能力比較薄弱。究其原因，是長期受應試教育的影響，只重視分數而忽視動手能力培養的結果。學生對工程技術的理解，僅僅停留在簡單的公式和計算上，對工程的設計、建造缺乏最基本的常識，甚至他們連建筑物的朝向都弄不清楚。

隨著社會的進步，對勞動者動手能力提出了更高要求，這就要求學生不僅要掌握最基本的科學原理，還要能夠動手設計、操作。而小學科學課上有些工程技術項目，受場地限制不能進行實際建造，則可以借助AR增強現實技術，幫助學生設計、施工、修改。

例如：學生學習世界建筑時，可以借助AR增強現實技術，將世界上有代表性的建筑的影像展現在自己的課桌上。還可以通過縮放、移動等操作，對建筑進行多角度觀察。這種全方位觀察，比單純對比圖片更加直觀、形象。操作過程中，學生的沉浸感非常強，建筑物就像長在手心里一樣，可以隨意觀察。這種全新的科學探究過程，比傳統的搭積木更加直觀。學生在觀察過程中，能夠總結出世界各大建筑物的外形特點——上小下大、上輕下重，同時為自己設計建筑物打下了堅實基礎。

借助AR增強現實技術，設計、建造工程也非常簡單，能夠將整個建筑物的建造過程完全呈現在學生眼前。他們可以通過搭建、拼接等交互式操作，使用3D模式來建造房屋。水泥、沙子、木材等建筑材料，都添加了相應的數據。如果房屋設計存在嚴重缺陷，在建造過程中，建筑物會因為下陷、受力不均等原因而倒塌。因為建筑物是3D影像合成的，所以不會危及學生安全，整個建造過程，學生樂在其中。

在學生操作過程中，如果出現問題，AR增強現實技術還會給予相關提示。例如：為了讓居室獲得充足的光照，建筑物一般是坐北朝南。如果學生弄錯建筑物的朝向，借助AR增強現實技術，可以隨時展現建筑物采光情況，并給予相應提示。這樣可以幫助學生及時發現建筑物的朝向問題，保證建造過程的科學性、實用性。

借助AR增強現實技術，讓學生對工程技術產生了濃厚興趣，也讓他們感覺到工程建設不再高不可攀。有了科學數據的支持和豐富多樣的交互式操作，在整個探究過程中，學生就像真正的建筑師一樣。我想，隨著信息技術的飛速發展，AR增強現實技術的功能會越來越豐富，學生的科學探究過程定會充滿挑戰和樂趣。隨著AR增強現實技術的發展，其在小學科學課中的應用也會更加普遍。因為該項技術轉變了學生機械、被動的學習方式，促使他們更加積極主動地參與科學探究活動，由“要我學”真正轉變成“我要學”。AR增強現實技術，就像學生手中的魔術棒，讓這些小小科學家綻放夢想。

（柳艷芳）