宋燕 曹蕾

【摘 要】增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術(shù)實現(xiàn)了物理世界和虛擬世界的無縫融合，將抽象的內(nèi)容可視化、形象化。AR技術(shù)極強的交互性，給課堂提供了一種新的教學(xué)方式，學(xué)習(xí)者能夠在虛實融合的教學(xué)情境中，以最貼近自然的方式進行自主探索。文章以小學(xué)科學(xué)課程“我們來養(yǎng)蠶”作為個案研究，嘗試將增強現(xiàn)實技術(shù)引入科學(xué)教學(xué)，通過AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教育領(lǐng)域的探索應(yīng)用和分析討論，旨在提高課堂效率的同時提升學(xué)生在課堂教學(xué)中的學(xué)習(xí)效果，形成教育新常態(tài)的價值訴求。

【關(guān)鍵詞】AR學(xué)習(xí)環(huán)境;小學(xué)科學(xué);課堂教學(xué)

【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）01-070-03

科學(xué)課是一門綜合的課程，科學(xué)問題包羅萬象，涵蓋多個學(xué)科的內(nèi)容。科學(xué)學(xué)科（物理、化學(xué)、生物、地理中天文部分）具備抽象化、微觀化、模型化、空間認知以及彰顯實驗?zāi)芰Φ膶W(xué)科特征[1]。增強現(xiàn)實以一種可見的方式將學(xué)生必須學(xué)習(xí)的知識引入現(xiàn)實環(huán)境中[2]。在教育領(lǐng)域，通過AR技術(shù)的應(yīng)用，不僅將書本上一些原本抽象平面的文字知識形象生動地展示出來，其真實環(huán)境和虛擬物體在同一個畫面或空間的實時疊加和互動，更是極大地增加了課堂教學(xué)的互動性，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生的積極主動性，進而提高課堂教學(xué)效果和效率[3]。

以蘇教版科學(xué)教材中四年級下冊的“我們來養(yǎng)蠶”為例，基于AR技術(shù)的小學(xué)科學(xué)課堂，在課程上通過AR技術(shù)探索觀察蠶的一生生長變化的歷程，利用實時的三維模型互動展示各階段的身體特征，將AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)課堂，將蠶的一生各階段的身體特征真實自然地呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者的面前，相較于傳統(tǒng)的視頻或者是圖片文字類的信息展示，使用AR技術(shù)的實時3D模型展示這種形式，學(xué)習(xí)者在課堂上的表現(xiàn)更加積極主動，專注度也有更高的提升，學(xué)習(xí)者在這樣一種沉浸感和互動性很強的學(xué)習(xí)環(huán)境中對蠶的一生變化過程有了一個更加清晰、系統(tǒng)的認識。具體教學(xué)教程設(shè)計如圖1所示。

確定目標(biāo)，組建小組

在課程開始前，教師應(yīng)做好教學(xué)目標(biāo)的梳理：（1）認識蠶的身體。（2）了解蠶的生活和成長的必要條件。（3）學(xué)會科學(xué)飼養(yǎng)蠶寶寶。（4）了解絲綢文化的意義，關(guān)心當(dāng)?shù)氐奈幕l(fā)展。通過問卷調(diào)查和觀察法對學(xué)習(xí)班級進行了解，以“組間同質(zhì)，組內(nèi)異質(zhì)”，人數(shù)控制在3-5人的原則組建學(xué)習(xí)小組。

情境創(chuàng)設(shè)，構(gòu)建經(jīng)驗

桑蠶起源于中國，早在四、五千年前，我們祖先就栽桑養(yǎng)蠶，絲綢在我國的文化發(fā)展中起著非常重要的作用，有著千年綢都美譽的南充市和桑蠶文化有密切的關(guān)系，教師通過播放南充市絲綢文化介紹片，將科學(xué)知識與日常生活場景結(jié)合起來。通過對絲綢文化的深入了解，學(xué)習(xí)者在其中找到文化根源和文化認同感，更有利于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的文化自信。觀看完視頻之后，引出制作絲綢必不可少的原料——蠶絲，再引導(dǎo)學(xué)生說出蠶絲是蠶結(jié)繭后形成的蠶繭加工制作而成的。那蠶是怎么從一顆小小的蠶卵長大的呢？蠶的一生中會發(fā)生哪些變化呢？

通過AR技術(shù)引入蠶的一生的變化教學(xué)內(nèi)容的環(huán)節(jié)，如圖2所示，學(xué)習(xí)者觀察蠶的AR教育模型。AR技術(shù)模擬的蠶的身體在移動終端手機或者平板的支持下，可以實現(xiàn)全方位的一個展示，學(xué)習(xí)者可以通過觸碰屏幕進行放大和縮小的操作，學(xué)習(xí)者也可以從不同角度觀察，這種多角度的觀察可以讓學(xué)習(xí)者對觀察對象有一個更加深入的了解。小組成員再通過屏幕進行互動的時候，主動探索新事物的欲望表現(xiàn)得更加強烈了。通過點擊終端設(shè)備上的交互按鈕，分別觀察蠶卵、幼蠶、蠶蛹、蠶蛾的身體結(jié)構(gòu)特征：（1）蠶卵是圓形的。蠶卵中間有點凹下去。蠶卵的顏色是黑灰色的。（2）幼蠶形態(tài)是圓筒形的，共有1體節(jié)，8對足，身體分為頭、胸、腹三部分，青白色。（3）蠶蛹的體形很像一個紡錘，分頭、胸、腹三個體段。頭部很小，長有復(fù)眼和觸角;胸部長有胸足和翅;鼓鼓的腹部長有9個體節(jié)。蠶蛾的形狀像蝴蝶，全身披著白色鱗毛，但由于兩對翅較小，已失去飛翔能力。蠶蛾的頭部呈小球狀，長有鼓起的復(fù)眼和觸角;胸部長有三對胸足及兩對翅;腹部已無腹足，末端體節(jié)演化為外生殖器。

學(xué)習(xí)者進行組內(nèi)討論交流，提出自己的疑問，如為什么蠶在不同時期是不一樣的呢？蠶寶寶在蠶卵里會不會餓死？蠶卵需要什么條件才能進行孵化？蠶需要吃什么才能吐絲？

多向交互，探究創(chuàng)新

學(xué)習(xí)者在AR環(huán)境中多角度認識蠶的四個發(fā)育階段之后，對蠶的結(jié)構(gòu)概念已經(jīng)有清晰的認識，在對基礎(chǔ)概念有一個知識框架之后，教師引導(dǎo)學(xué)生進入高階思維的學(xué)習(xí)：蠶的生活和成長的必要條件。學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)概念知識后，借助AR交互實驗，通過調(diào)節(jié)溫度、濕度、空氣流通程度的交互按鈕，控制適合蠶卵孵化的條件。小組成員通過AR交互實驗，在游戲化的界面操作中進行關(guān)于蠶的生活和成長的必要條件的學(xué)習(xí)，包括養(yǎng)蠶需要的食物和居住條件等注意事項。例如，蠶卵孵化成幼蟲的溫度條件是要保持溫度在24～25℃這個區(qū)間，這是孵化蠶卵的最佳溫度條件，還要注意空氣流通和保持適宜的濕度;蟻蠶是黑色的，像小螞蟻似的。蟻蠶一出殼就要吃，因此要趕快用毛筆或羽毛輕輕地把它刷到桑葉上。

學(xué)習(xí)者經(jīng)過在AR學(xué)習(xí)環(huán)境中提前感受蠶一生神奇的變化過程，對養(yǎng)蠶需要的食物和居住條件等注意事項有了深刻和清晰的認知，課后通過小組協(xié)商和討論，共同完成“蠶寶寶喂養(yǎng)手冊”的制作，作為小組的學(xué)習(xí)成果，為后續(xù)在現(xiàn)實生活中養(yǎng)蠶提供理論和實踐的指導(dǎo)。

總結(jié)評價，深化提升

案例借助“AR小學(xué)科學(xué)”創(chuàng)建增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境，通過創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生主動探究思考問題，在增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境中探索學(xué)習(xí)相關(guān)知識，解決學(xué)習(xí)者的困惑，通過小組協(xié)作學(xué)習(xí)，在增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境中的交互實驗里進行動手實踐，以游戲化的學(xué)習(xí)方式“做中學(xué)”，進而掌握蠶生長的必要條件。

評價由形成性評價和總結(jié)性評價按照一定的權(quán)重比例構(gòu)成。形成性評價包括課內(nèi)小組評價以及個人評價，小組評價以組間互評確定。個人評價由小組成員互評和自評組成。總結(jié)性評價利用“NB小學(xué)科學(xué)”教學(xué)平臺中的動手實驗?zāi)K中與蠶有關(guān)的實驗以檢驗所學(xué)知識，如圖3所示。同時，讓學(xué)生以“蠶寶寶喂養(yǎng)手冊”的制作來向老師反饋學(xué)習(xí)效果，以達到學(xué)習(xí)評價的目的。

在AR小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)過程中，通過設(shè)計優(yōu)質(zhì)高效的課程活動為AR學(xué)習(xí)環(huán)境下的小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)提供策略指導(dǎo)，有助于創(chuàng)建符合小學(xué)生認知發(fā)展的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進學(xué)生將小學(xué)科學(xué)實驗課堂所學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實世界環(huán)境中。但目前基于AR的學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)費用相對較高、受到學(xué)校人力資源和物力資源的限制，不能做到給每一位學(xué)生分發(fā)實驗設(shè)備。同時網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備等因素造成了AR畫面顯示過程中出現(xiàn)的卡頓現(xiàn)象，影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗。

基金項目：2020年度南充市社科規(guī)劃項目“虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境中兒童消防安全教育探索”研究成果（項目編號：NC2020C167）

2020年西華師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃訓(xùn)練項目“混合現(xiàn)實技術(shù)在小學(xué)安全教育中的應(yīng)用研究”研究成果（項目編號：cxcy2020008）

作者單位：西華師范大學(xué)教育學(xué)院

參考文獻

林曉凡，朱倩儀，吳倩意，申偉鵬，王佳慧. 增強現(xiàn)實體驗式教學(xué)資源的科學(xué)教育應(yīng)用：策略與案例[J]. 中國電化教育，2019（9）： 60-67.

Wojciechowski， R.; Cellary， W. Evaluation of learnersattitude toward learning in ARIES augmented reality environments. Comput. Educ. 2013， 68， 570-585. [CrossRef]

劉秀娟，梁立鋒，米小建. AR技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用初探——以“地球的運動”為例[J]. 教育教學(xué)論壇，2020（13）： 250-251.