淺談如何在科學教學中有效使用可視化虛擬教學終端

過秦勇

【摘 要】通過應用zSpace MR可視化虛擬教學終端的“虛擬現實”“增強現實”“震感模擬”等功能，可以使學生看不到的物體可視化，學生可以直觀感受物體的結構、運動等，以增強課堂教學的直觀性，增強學生學習的趣味性，增強教學的真實性、互動性、自主性，并切中重點、突破難點，既直觀又形象。

【關鍵詞】科學教學 教學可視化 虛擬教學終端 沉浸式學習

真實的情境創設、探究問題的設計、真實活動的體驗是科學課堂改革的三大重要步驟。隨著現代科學技術水平的不斷提高，越來越多的現代化技術工具被運用到教學中，zSpace MR可視化虛擬教學終端就是其中之一，其具有可視化的特點，能引領學生走進一個有內在聯系的知識體系，為學生主動思考、分析、驗證等探究活動提供豐富的載體。

在課堂上，師生可以通過zSpace MR硬件設備在構建的虛擬、可交互的教學環境中進行沉浸式學習。zSpace MR可視化虛擬教學終端可以把整個教學過程串聯起來，形成一個以教師、學生、知識為主的閉環結構體，從而演繹出真實的知識場景。

在教學中，可視化虛擬教學終端最常見的功能是“虛擬現實” “增強現實”“震感模擬”等。在“心臟和血液循環”一課的教學中，教師需帶領學生認識人為什么有心跳，即解決我們的心臟為什么會跳動、為什么會在不停地跳動、血液為什么要流動等主要疑問。而解答這些問題需要聯系人體內部尋找答案，這樣學生才能科學地認識自身的生理現象，并且在解決問題的過程中學會解決問題的方法。而運用可視化虛擬教學終端，可以很好地突破這些難點，突出重點，可以增強教學的直觀性、趣味性、真實性、互動性和自主性，使科學探究活動達到一定深度。

一、增強教學的直觀性

直觀性教學是小學科學教學常用的方法，它簡單易操作且效果明顯，其最大優勢是可以使學生了解所學物體的大小、顏色、形狀、方位等特征。

“心臟和血液循環”屬于“解暗箱”課例，要使學生掌握有關心臟和血液循環的知識，教師必須讓學生看到心臟、全身血管的分布情況以及血液的流動情況。傳統的教學方法是組織學生觀察心臟模型和血液循環掛圖，但這些都不夠鮮活與靈動，而zSpace MR可視化虛擬教學終端就能解決這一難題。

在教學中，利用zSpace MR可視化虛擬教學終端全方位呈現的技術特點，學生戴上3D眼鏡就可以清楚地看到：血管原來是立體地分布在全身的，有粗有細，最細的血管只有頭發絲那么粗，血管里流動的血液的顏色有鮮紅的，也有暗紅的。還可以通過“虛擬現實”的縮放、旋轉功能，讓學生形象、立體地了解血管在身體內部的分布情況和血液循環情況，為學生后續學習血液循環的知識奠定基礎。

zSpace MR具有大小縮放、旋轉和分解功能，可讓學生利用操作筆把心臟模型放大、縮小、旋轉和分解，在操作過程中，學生能清晰地看到心臟前后左右的構造，知道心臟的形狀，了解心臟主要由左、右心室和左、右心房組成，讓一顆鮮活的“心臟”直觀地展現在學生面前，這種學習效果是其他教學媒介無法達成的。

二、增強學習的趣味性

探究需要興趣，小學科學課就是要抓住學生渴望了解事物的秘密心理以及不斷探索陌生事物的本能來進行教學，而借助zSpace MR可視化虛擬教學終端，能使學生在習得知識的同時開闊眼界，使所學習的東西變得清晰、靈動、真實，從而激發學生的學習興趣，加深他們對知識的印象。

由于是“解暗箱”課，如果按照常規的方法，教師直接出示心臟模型或掛圖進行講解，學生就會因為內容枯燥和單一而逐漸轉移注意力和喪失學習興趣。而借助zSpace MR可視化虛擬教學終端，讓學生戴上3D眼鏡，觀察、移動、縮放血液循環模型和心臟模型，就可使學生既看到正常的心臟模型和血液循環模型，又看到放大版的模型；既可以清楚地看到全身的血管分布，又可以了解心臟的形狀；既可以看到完整的心臟模型，還可以把心臟模型進行分解；既可以看到正面的血管分布情況和心臟模型，還可以看到側面和反面的血管分布情況和心臟模型；既可以讓學生觀察人體血管模型和心臟模型，還可以通過其“增強現實”功能把心臟模型“移”到學生身體上，使學生了解心臟的大致位置；既可以通過測筆的觸感模擬功能，讓學生感受平靜狀態下心跳的頻率，還可以感受到運動狀態下心跳的頻率等。

教師將無法直接看到的事物可視化、清晰化、趣味化，能有效地調動學生的視覺、感覺、觸覺等感官，這種如臨其境的感覺，自然會使學生對所學知識產生興趣，從而激起學習相關知識的強烈欲望。

三、增強教學的真實感

科學是一門重要的基礎學科，它真實地反映了客觀世界，也反映了客觀世界中事物相互之間的變化關系。所以在科學教學中，教師必須讓學生經歷學習知識的過程，使學生牢固地掌握知識，同時掌握學習知識的技能，這樣才能增強教學的真實感。

對于這種“解暗箱”課型，如果教師僅出示塑料心臟模型，然后根據教材照本宣科，顯然缺乏真實感。

如在教學生認識人體全身血管分布情況及心臟的形狀時，使用zSpace MR中的“虛擬現實”功能，并讓學生戴上3D眼鏡，頓時清晰的、立體的、三維的人體血管模型和心臟模型就展示在了學生面前，學生仿佛看見了真實的人體血管分布和真實的心臟；運用zSpace MR中“虛擬現實”的旋轉功能，學生還可以看到全方位立體的人體血管模型和心臟模型；運用“虛擬現實”的縮放功能，還可以清晰地看到這些模型的各個部位，哪怕是最細小的毛細血管；運用“虛擬現實”的拆分功能，還可以把左、右心房和左、右心室拆分開來，使學生了解心臟的組成及血液在心臟中的流動情況；等等。

此外，通過“增強現實”的觸覺上的震感模擬功能和視覺效果，學生甚至可以感受到平靜狀態下和運動狀態下心臟的跳動。

利用zSpace MR中的“虛擬現實功能”，使原本單一、枯燥、抽象的教學內容變得生動、形象、真實，而這種真實的感覺，能讓學生體會到科學的本真。

四、增強教學的互動性

教學是教與學的雙邊活動，教師的教必須與學生的學緊密結合，在師生和教學媒介的交互中進行。傳統的教法通過觀看人體血管分布圖片、心臟模型和有關血液循環的錄像來進行單邊教學。這樣的教學方法雖然同樣能實現基本教學目標，但這種單邊教學方式缺乏互動性，不能體現學生學習的主體地位。

而使用了zSpace MR可視化虛擬教學終端，其直觀性、趣味性、真實性的特質能最大限度地激發學生的互動興趣，可使學生參與教學活動，促成師生、生生一起觀察、討論、思考、體驗的交互式探究。

例如，在教學“心臟的位置”這一難點時，究竟心臟位于身體的哪個部位，大多數學生只能說出個大概，而運用了zSpace MR中的“增強現實”功能，這個難點就能迎刃而解了。教師利用“增強現實”中的投屏功能可成功地把心臟模型“投到”互動學生的身上，讓其他學生一眼就可以看到心臟位于胸腔的正中偏左。

又如，在教學“心跳”時，利用zSpace MR中“虛擬現實”的震感模擬功能，可讓學生感受到平靜狀態下和運動狀態下心跳頻率的不同，這樣不僅增強了教學的互動性，還使學生體驗了心臟跳動的效果，學生不僅聽到了心跳的聲音，還看到了心臟跳動的情況，近距離地感受了一次“真正的”心跳。

五、增強學習的自主性

學習活動應該是以學生為主體、學生自主參與的實踐活動，如科學教學中，問題探究、問題分析、問題解決是科學探究的根本出發點，因此培養學生的自主探究能力是科學學科的主要任務之一，要讓學生像科學家一樣去探索、去發現周圍世界的秘密。在本節課中運用zSpace MR可視化虛擬教學終端能讓學生根據自己的喜好、需求進行觀察、思考，使其逐步養成自主學習和自主探究的良好習慣。

例如，運用zSpace MR 中“虛擬現實”的縮放、旋轉和拆分功能，學生在操作zSpace MR時就可以從問題出發，根據自己的學習需要來選擇到底要觀察人體血管模型的全部還是局部，是要觀察體循環還是肺循環。學生還可以決定觀察心臟模型的正面還是側面，并決定整體研究心臟模型還是把它拆分成左、右心室和左、右心房進行單個研究。又如，通過“虛擬現實”的“震感模擬”功能，學生可以自主選擇感受平靜狀態下的心跳頻率，也可以選擇感受運動狀態下的心跳頻率。這樣，通過zSpace MR，學生就可以利用其提供的模型進行自主學習、自主探究，也可以進行小組內協同式學習。

zSpace MR可視化虛擬教學終端是現代化教學儀器，是現代化科學技術作為手段在教學領域中的運用。借助它全方位、透視性、可剖分的特色功能，可以將學生無法直接觀察到的事物可視化，學生可以根據學習和探究需要把模型放大或縮小，也可以把模型旋轉；通過它的“增強現實”功能，可以將模型投屏，可以觸感模擬，等等，讓學生在課堂上通過虛擬模擬獲得最真實的學習體驗，在“假”的基礎上獲得真的知識感受；學生在打破真與假的界限的同時獲得了最直觀的知識。這樣，既能切中教學重點，又能突破教學難點；既直觀，又形象；既生動，又有趣；既有真實性，又有互動性，因為它能把學生看不見、摸不著的事物，直觀形象地展示在學生面前。

注：本文系江蘇省現代教育技術研究重點課題“現代信息技術環境下錫城青少年科學素養提升策略研究”（課題編號：2019-R-71978）的階段性研究成果。