虛擬現實技術在小學實驗教學中的應用探究

摘 要：文章旨在探究小學實驗教學中虛擬現實技術的應用情況。針對小學生的年齡特點以及小學階段的教學特點，文章重點探究虛擬現實技術在小學實驗教學中的作用與具體應用，以提升小學生對自然和科學實驗的認知和探索興趣。通過閱讀參考文獻和收集、分析數據，文章將從小學實驗教學實踐出發，闡述虛擬現實技術在小學實驗教學中的優勢和不足，并提供相應的教學實踐建議。

關鍵詞：虛擬現實技術；小學科學；實驗教學

虛擬現實技術（Virtual Reality）通常簡稱“VR”，是運用計算機模擬出現實和非現實的三維場景，使用者利用視覺、聽覺、觸覺、味覺等多感官體驗虛擬場景里的事物，同時可以通過自然語言、肢體語言等進行實時互動，創造出一個適人化的多維信息空間。虛擬現實技術是20世紀發展起來的一項全新的實用技術，在教學上也是一種新興的信息化教學方式，其特點是擁有沉浸式的體驗。小學實驗教學是培養學生科學素養的重要手段，虛擬現實技術在當中的應用正成為實驗教學的一種新的嘗試。

一、虛擬現實技術在小學實驗教學中的作用

（一）教師用于呈現基礎科學概念

虛擬現實技術在小學科學課堂教學中能夠將抽象、復雜的科學概念變換成形象、生動、直觀的視覺體驗。學生可以在虛擬環境中親身感受科學現象和原理，例如觀察心臟和血液、探索行星運動等。通過虛擬方式身臨其境地展開學習，不僅有助于激發學生的學習興趣，而且能幫助學生更直觀地理解和記憶這些相對抽象的科學概念。

（二）組織學生親身參與科學實驗

眾所周知，傳統科學實驗教學在一定條件下受到場室、實驗材料以及安全等限制，而虛擬現實技術可以在虛擬環境中模擬豐富多樣的科學實驗，學生參與實驗活動的機會顯著提升。例如，學生可以在虛擬生態系統中探索食物鏈和食物網的關系。這樣的親身體驗是傳統實驗操作無法實現的，不僅有利于學生深入地理解食物鏈和食物網科學原理，而且有助于培養學生的探究精神和實踐能力。

（三）提升學生參與度和學習興趣

學生通常對新奇的事物充滿好奇心，而虛擬現實技術的沉浸式體驗正好迎合了他們的好奇心。虛擬現實技術為課堂教學提供了豐富多樣的虛擬場景。在科學實驗課堂上，教師可以鼓勵學生主動觀察和發現。學生在虛擬環境中可以根據觀察的需要，采取自主調整觀察角度和時間的方法，進而獲得個性化的學習需求。互動體驗活動逐步培養學生的觀察能力，激發學生對科學的好奇心和探索興趣。

虛擬現實技術在小學實驗教學中的優勢不僅體現在呈現基礎科學概念、實踐科學知識，還體現在提升學生觀察力、探索興趣和增強學習的趣味性與參與度。

二、虛擬現實技術在小學實驗教學中的具體應用

（一）探索自然界中的生態系統

虛擬現實技術在小學實驗教學中可以模擬生態系統，讓學生通過虛擬場景親身感受自然界中生態平衡的脆弱性和相互依存的關系。例如，學生可以在虛擬森林中觀察不同動植物的生態角色，認識食物鏈和生態平衡。在虛擬現實實驗中，學生可以自主選擇觀察對象、改變環境參數，從而更深入地理解生態系統的復雜性，在探索中求知，在體驗中感悟，印象深刻，趣味盎然。通過對比傳統課堂教學和虛擬現實技術應用在生態系統教學，發現學生在虛擬現實中能夠更好地理解生態系統的結構和功能，通過親身體驗更深刻地認識生態系統的各個組成部分，更加通俗易懂。同時，虛擬現實技術的沉浸式體驗激發了學生的好奇心和探索欲望，提高了他們對生態環境這一單元知識學習的積極性和參與度。

（二）虛擬實踐基礎物理原理

虛擬現實技術在小學實驗教學中可以用于實踐基礎物理原理的學習。通過虛擬實驗場景，學生可以模擬物理現象，如力的作用、簡單機械、聲音傳播等，從而更直觀地理解物理原理。在“聲音是怎樣傳播的”虛擬現實實驗中，創建出各種聲音傳播的場景，如水下環境等，學生通過頭戴式顯示器，可以身臨其境地感受聲音在水下的傳播效果。同時，學生可以看到并聽到聲音在水中的傳播方式，從而理解水對聲音傳播的影響。通過對比虛擬實驗技術應用和傳統實驗教學在基礎物理原理教學中的數據，我們發現虛擬現實技術能夠顯著提高學生的實驗操作成績。學生在虛擬實驗中能夠更好地觀察和理解物理現象，而且可以多次重復實驗，進一步鞏固知識。

（三）模擬科學實驗與日常生活的關系

虛擬現實技術在小學實驗教學中還可以模擬科學實驗與日常生活的關系，幫助學生將抽象的科學原理與實際生活場景聯系起來。例如，虛擬現實技術可以模擬家庭的日常用電行為，讓學生觀察電器的能源消耗情況，從而引導學生關注能源的合理利用和節約。這樣的實踐讓學生在虛擬環境中進行科學探究，建立科學觀念與日常實踐之間的聯系。學生在虛擬現實中能夠更直觀地體驗科學原理在日常生活中的應用，提高了他們對科學知識的實際應用能力和對科學的理解，助力學科核心素養的形成與發展。

三、虛擬現實技術在小學實驗教學中的思考

（一）硬件設備與技術支持

虛擬現實技術在小學實驗教學中需要相應的硬件設備和技術支持。然而，部分學校可能缺乏必要的硬件設備，導致虛擬現實技術無法充分應用。同時，教師在虛擬現實技術的使用方面可能缺乏相關培訓和支持，導致教學效果受限。基于此，學校可通過積極投入資金購置虛擬現實技術所需的設備解決設備問題。此外，還應為教師提供相關的虛擬現實技術培訓和技術支持，幫助教師熟練掌握技術，充分發揮虛擬現實實驗設備在教學中的優勢。

（二）教學內容與虛擬實驗的匹配

虛擬現實技術在實驗中的應用需要與小學學科教學內容緊密結合，確保虛擬實驗能夠有效地輔助教學。因此，教師在使用虛擬現實技術時，應認真選擇與教學內容緊密相關的虛擬實驗，并通過教師的預操作確保虛擬實驗能夠很好地支持學科教學目標。此外，教師還可以根據學生的學習進度和需求，靈活調整虛擬實驗內容，讓學生更好地理解和應用所學知識。

（三）若干注意事項

在小學科學實驗課堂教學中，主要遵循“以傳統實現為主，虛擬實驗為輔”的原則。根據學生的年齡特點和身體發育階段特征，學生在使用虛擬現實技術時可能會面臨視覺疲勞、眩暈、沉迷等問題。長時間沉浸在虛擬環境中可能對學生的健康和學習造成一定的影響。因此，在實際教學應用中，教師應當根據不同年級的學生，分類控制學生的學習時間，避免學生過度使用虛擬設備，并定期提醒學生休息，保護學生的視力和健康。一般建議1—2年級學生每次使用時間不超過15分鐘，3—6年級學生每次使用時間不超過20分鐘。此外，還應在學生使用虛擬設備前進行系統的專業訓練，降低誤操作造成的負面影響。

四、結論

虛擬現實技術在小學實驗教學中的優勢在于生動直觀地呈現基礎科學概念，體驗科學實踐，提升學生觀察力與探索興趣，增強學習的趣味性和參與度，為傳統實驗教學賦能。然而，應用過程中存在一些挑戰，包括設備、技術支持、教學內容與虛擬實驗的匹配，以及學生的使用規范引導等問題。隨著技術不斷發展，虛擬現實技術將逐步普及和成熟。未來，虛擬現實技術將成為小學實驗教學的組成部分，它將與其他相關技術（如生成式人工智能等）深度融合，進一步提升教學效果和學生學習體驗。

參考文獻：

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