AR技術融入小學科學教學研究

0 引言

小學階段的科學課程對于培養小學生的科學素養具有至關重要的作用。它不僅涵蓋物質科學、生命科學、宇宙科學和技術工程等領域的知識，還在培養學生的探究精神、實踐能力和學習興趣等方面發揮著引領作用。隨著現代科技的飛速發展，5G、人工智能、區塊鏈和AR/VR/MR等新興技術不斷涌現，這些技術不僅賦能教育變革，也為小學科學教學提供了全新的思路和方法。本文以新青島版（五四制）科學五年級下冊第七單元“太陽系”一課為例，將AR技術融入小學科學教學實踐，并分析教學成果，以期為一線教學提供參考。

AR技術概述

AR（AugmentedReality，增強現實）技術是一種將虛擬信息疊加于真實世界之上的現代科技手段。其核心功能可以從三個方面進行闡述：

1）AR技術利用計算機技術將虛擬對象（如圖像、文字、三維模型等）嵌入真實場景，實現虛實結合的視覺效果和圖像識別功能；2）用戶借助現代智能設備（如平板電腦、手機、AR眼鏡等）能夠實時與虛擬場景中的對象進行交互，從而實現動態的實時交互體驗;3）AR技術通過精準的空間定位功能，將虛擬物品與現實物品相匹配，創造出和諧統一的三維視覺效果，實現三維配準功能。

值得注意的是，AR技術的發展是多學科融合的成果，它不僅融合了多個領域的創新理念，還隨著科技的進步，從最初的游戲和娛樂領域逐漸拓展到教育領域。在小學科學教學中，AR技術展現出巨大的應用潛力，能夠為教學提供有力支持，發揮重要作用[]

2AR技術融入小學科學教學的價值

AR技術應用于小學科學教學，不僅革新了傳統教學理念，還為小學科學課堂注入了新的活力。AR技術能夠將抽象的概念知識轉化為直觀形象的視覺內容，幫助學生更清晰地理解教學重點。例如，通過AR模型展示細胞分裂過程或地球與太陽之間的關系，學生可以更直觀地觀察和理解這些復雜的知識點，從而加深記憶和理解。同時，AR技術的引入還能夠支持學生的個性化學習，增強他們的課堂參與感和學習興趣。由于學生之間存在個體差異，他們對學習目標和方法的需求也各不相同。在融入AR技術的小學科學課堂中，學生可以根據自己的學習進度和興趣選擇適合自己的AR資源，通過自主操作和探究，培養動手能力和解決問題的能力，進一步激發對科學的熱情。

此外，將AR技術融入小學科學教學，能夠突破傳統教育理念的局限性，改變單一的教學形式。在一些難以開展的實驗教學環節，AR技術可以與虛擬環境相結合，為學生提供沉浸式的體驗，拓寬教師的教學內容。這不僅豐富了教學手段，還為小學科學教學改革提供了助力[2]。

3AR技術融入小學科學教學的策略

小學科學是培養學生科學思維的重要學科，在教學中融入AR技術可以有效拓寬學生的科學視野，激發其思維能力，培養其探究精神和邏輯意識。筆者認為，AR技術融入小學科學教學應做好如下幾點工作。

3.1 聚焦前期設計

教師應聚焦教學目標的前期設計，以激發學生內在學習動機為導向，設置有針對性的問題環節，確保AR技術的應用緊密圍繞教學目標展開，強調技術服務于教學，而非單純的技術展示。同時，充分考慮不同學生的需求，確保AR教學資源具有良好的適配性和可拓展性，以便教師根據實際情況及時調整教學方向。此外，教師應在教學設計前期考察AR技術的安全性和易用性，確保教學環節簡單易懂，讓學生在舒適且適宜的教學環境中提升科學素養。

3.2探索初期發展

在教學初期，教師應積極了解學生的學習與生活狀態，以發掘學生的潛能為目標，鼓勵他們構建良好的認知體系，強調核心能力的培養，確保前期目標設計與初期教育理念一致。通過AR技術呈現符合小學生認知水平的科學概念，確保信息的準確性和適齡性。同時，在學習初期為學生提供相關設備，鼓勵他們自主開展探究式學習，將抽象的復雜概念進行拆解，設計符合自身需求的學習目標，為后續教學奠定基礎[3]。

3.3 實施中期教學

教學中期是培養學生核心素養的關鍵環節。教師應注重對學生綜合能力的培養，給予必要的指導，鼓勵學生利用現代化工具開展學習。在課堂教學中，教師可以提供持續的技術支持，設計與教學內容緊密結合的科技問題，充分發揮AR技術在小學科學教學中的價值。此外，可以引導學生通過小組合作的形式開展項目式學習，在虛擬與真實場景之間切換，分配學習任務，培養學生的團隊協作意識，提升課堂參與度。

3.4拓展后期成果

教學成果既是終點也是起點，在教學設計中，教師應有效拓展后期教學成果，并將其應用于后續教學目標的構建，形成完整的教學閉環。在教學拓展階段，教師可以鼓勵學生開展自主探究AR技術的創新實踐，例如，根據課堂學習內容設計AR實驗項目，提升創造力和科技應用能力。此外，教師應定期評估融入AR技術的教學成果，根據系統數據和學生反饋不斷優化教學內容，確保現代科技與小學科學教學的深度融合[4]。

4AR技術融入小學科學教學的實踐

將AR技術應用于小學科學教學，能夠將傳統的二維平面資源拓展為三維模型，使原本抽象的學習內容變得直觀和有趣，從而提升教學質量。本文以新青島版（五四制）科學五年級下冊第七單元“太陽系”一課為例，應用AR技術助力小學生科學素養的培養。

4.1 探索教材內容

“太陽系”作為小學科學教材的重要內容，為AR技術融入小學科學教學提供了良好的載體。這一課不僅傳授太陽系的基礎知識，更鼓勵學生主動探究太陽系的組成及其獨特性質。基于此，教師可以深入挖掘教材中的教學重點，精心設計教學活動，拓展學生的科學思維，為學生搭建一個跨學科融合的學習平臺。

首先，借助AR技術，學生能夠以直觀且生動的方式觀察太陽系中的行星、衛星、彗星及其他天體，分析行星之間的位置關系，并通過模擬實驗探索行星的運動軌跡和太陽對行星的引力作用。這種互動式教學方法不僅有助于學生更好地理解抽象的天文概念，還能激發他們的探究欲望，充分調動他們的學習積極性，促使他們在自主學習過程中深化對知識的理解。

其次，借助AR技術，教師可以為學生打造跨學科、互動式的學習體驗，讓學生更深入地探索太陽系的奧秘，并在這一過程中培養科學應用能力。探究式教學活動應充分突出學生的主體地位，激發其主動性和實踐性。教師應鼓勵學生自主完成活動設計，引導他們提出問題、設計實驗、收集數據、分析結果并得出結論。這種以學生為中心的教學方法，不僅能幫助學生掌握太陽系的相關知識，更重要的是能夠培養學生的獨立思維能力和實操能力，進而使其具備批判性思維[5]

4.2 設計教學目標

在“太陽系”這一課的教學目標設計中，教師可以借助AR技術引導學生探索太陽系的組成，了解各天體的特點和位置關系，制定符合小學生認知水平的教學目標。

教學目標一：認識太陽系的組成，了解圍繞太陽運轉的八顆行星的相對位置以及其他矮行星和小天體。引導學生深入理解太陽系的復雜性，認識到太陽系是由眾多天體組成的系統，這些天體按照特定軌道運行，幫助學生構建對太陽系的整體認知。

教學目標二：收集整理與太陽系有關的資料，小組合作進行探究，小組間進行交流分享，并掌握科學探究的方法。在此過程中，學生將掌握科學探究的基本方法。教師應引導學生主動參與資料收集與整理，學會科學地獲取和處理知識。同時，通過小組討論的形式，能夠有效增強學生的溝通協作能力，使其在系統性的學習任務中提升科學素養。

教學目標三：理解天體運動的規律。讓學生認識到太陽系內天體運動是有規律的，并且這些規律是可以被人類理解和掌握的。學生在AR技術的支持下可以更好地理解天文現象，掌握太陽系科學原理，進一步鞏固對教學重點的理解。

4.3 解析學生特征

解析學生特征能夠助力教師優化教學策略，進而提升小學科學教學效果。在講解具體科學概念時，教師應將理論與實踐相結合，通過教學實驗、模型搭建等手段將抽象概念具象化，幫助學生更好地理解和記憶。同時，教師應充分利用學生對科學的好奇心，設計開放性問題和探究式活動，鼓勵學生自主尋找答案，培養其獨立思考能力，并進一步激發學生的學習動機。

以六年級學生為例，他們的注意力相對集中，教師可以充分利用這一特點，通過有趣的實驗、故事或科學問題吸引他們的注意力，并引導他們專注于課堂重點內容。同時，教師需關注學生情緒的不穩定性，努力營造一個和諧、積極的課堂氛圍，鼓勵學生的探究精神，幫助學生樹立科學自信，使其勇于面對挑戰。

在融入AR技術的教學活動中，教師可以通過具體的教學環節了解學生的知識掌握情況，培養他們的問題分析和解決能力，并通過活動反饋提升學生的思維水平。基于此，在實際教學中，教師應著重引導學生解決關鍵性問題，通過分解問題、逐步分析、跨學科整合等方式，幫助學生構建科學知識框架，形成系統的問題解決策略，為學生后續的學科發展奠定基礎[6]。

4.4搭建教學模型

搭建以“太陽系”為主題的AR教學模型，教師需要做好以下幾點。

4.4.1 明確教學目標

教師首先需明確學生通過AR技術學習“太陽系”所要達成的認知、技能和情感目標。例如，基于上文提到的教學目標，教師應確保學生在學習與使用AR工具的過程中，激發對太空的探索興趣。為此，教師可以構建一個故事線索，讓學生扮演太空探索者的角色，去發現太陽系的科學奧秘。在此過程中，教師需梳理太陽系的相關信息，包括各行星的特點、大小、順序、運行軌道等。同時，設計交互節點，如點擊行星顯示詳細信息、拖動觀察行星運動軌跡等，以增強互動性。

4.4.2 選擇合適的AR平臺

教師需決定AR模式是應用于PC端還是特定的移動設備平臺。無論選擇哪種平臺，都應確保AR界面直觀易用，符合小學生的操作習慣和認知水平。在模型搭建過程中，合理引入“太陽系”的教學資源，如天體圖表、太陽系視頻講解、互動問答等輔助工具，以豐富學生的AR學習體驗。

4.4.3 設計教學活動

教師可以在教學活動中加入“太空旅行”主題，引導學生在課堂中共同參與AR教學模型測試，并收集學生的信息反饋，為后續的活動評估提供有效性的建議。搭建AR教學模型不僅能夠提高學生的學習興趣，還可以拓展學生的想象空間，培養學生的科學探究精神。

5 教學成果分析

為驗證AR技術對小學科學教學的實效性，本研究選取某小學五年級兩個平行班級（各40人）進行對比實驗：實驗組采用AR技術支持“太陽系”一課教學，對照組沿用傳統講授與圖片展示法。通過前測、后測、課堂觀察和問卷調查收集數據，結果如下。

5.1 知識掌握度對比

通過標準化測試（滿分100分）發現：實驗組后測成績顯著高于對照組 （Plt;0.01） ），尤其在“行星運動軌跡”與“天體比例關系”等抽象概念題項上，實驗組的正確率比對照組高出 31.0% （ 86.0% VS 55.0% ），充分印證了AR技術對復雜空間知識教學具有顯著的促進作用。

5.2學習興趣與參與度對比

通過Likert5級量表（ 1= 非常不同意， 5= 非常同意）調查發現：1）課堂專注度：實驗組有 83.5% 的學生表示“AR互動讓我更專注”，對照組為 61.1% 2）課后探究意愿：實驗組有 82.5% 的學生主動查閱太陽系擴展資料，較對照組（ 45.0% ）高出37.5% 3）學習難度感知：實驗組認為“課程內容容易理解”的比例達 90.0% ，而對照組僅為 66.0% 。

5.3長期知識保留率對比

課程結束一個月后的復測結果顯示：實驗組的知識遺忘率為 16.2% ，而對照組達到 37.0% 。在描述“行星自轉與公轉差異”等三維動態過程的準確性方面，實驗組的準確率（ 78.0% ）顯著高于對照組（ 45.0% ）。

這些數據表明，AR技術通過多感官沉浸式體驗和動態模型交互，有效提升了學生的知識內化效率和長期記憶留存能力，進一步驗證了其作為科學教育數字化轉型工具的核心價值。

6 結束語

將AR技術應用于小學科學教學，不僅豐富了教學資源與內容，更強化了探究性教育理念。它能夠將枯燥的概念性知識以直觀生動的形式呈現出來，引導學生主動構建創新的科學知識體系，積極探索科學奧秘。從活動課程的學習成果來看，多數學生在融入AR技術的教學活動中能夠順利完成指定學習任務，且知識掌握程度遠超傳統課堂下。同時，AR技術的應用使學生注意力更加集中，觀察能力不再局限于知識的表面，而是能夠透過現象深入探究科學的本質。

此外，AR技術的應用極大地提升了學生對科學的學習興趣，使他們對多元化學習環境和科技化學習氛圍感到滿意。教師結合AR技術的互動特性，鼓勵學生通過視覺、聽覺、動手操作和實踐思考等多種方式積極參與課堂活動。學生在情境化的活動設定中，應用AR技術探索得出相關結論，使學習內容更加真實、生動且具象化。這種沉浸式的學習環境不僅幫助學生提升獨立思考能力，還讓他們理解科技源于生活并應用于生活的實踐意義，不斷激發學生更深層次的學習潛能，推動他們科學素養的發展[7]。

AR技術與小學科學教學的融合，契合當前小學生的認知與學習需求。本文將AR技術應用于小學科學“太陽系”一課的教學，應用結果表明，AR技術在小學科學教學中能夠顯著提升學生的實踐應用能力，對增強其科學素養具有關鍵作用。對小學生而言，教師應用AR技術構建學習環境，能夠有效激發他們的探究精神，提升他們的學習興趣。此外，利用AR技術解決教學中的難點和重點問題，有助于學生更深入地理解科學知識，從而顯著提高小學科學教學效果。

7參考文獻

[1]宋燕，曹蕾.AR在小學科學實驗教學中的應用：以“我們來養蠶”為例[J]．中小學信息技術教育，2021（1）：70-72.

[2]甘亦來．“互聯網 + ”視域下小學科學教學的優化策略分析[J].中國新通信，2023，25（7）：209-211.

[3]王玲.基于AR應用的小學科學混合式教學實踐初探［J]互動軟件，2021（8）：2191.

[4]鄭永和，李佳，吳軍其，等．我國小學科學教師教學實踐現狀及影響機制：基于31個省（自治區、直轄市）的調研[J].中國遠程教育，2022（11）：46-57.

[5]張雪蓮.數字工具與技術在小學科學教學中的應用與教育效果研究［J].電腦愛好者（電子刊），2021（9）：2307-2308.

[6]陳金玲，曾夢霞，劉凌波.5G技術支持下的中小學遠程教學發展策略探究［J].中國信息技術教育，2021（17）：89-91.

[7]王麗榮，魏丹丹．深度學習視角下融合AR的科學探究式教學活動設計：以小學“科學”課程為例［J].教育現代化，2022，9（4）：156-162.

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