李琦

〔摘? ? 要〕? 人工智能技術(shù)的發(fā)展日新月異，影響著我們生活的方方面面。筆者嘗試將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)，希望突破傳統(tǒng)課堂上時空的限制，讓學(xué)生身臨其境、親身體驗，進而提升學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的好奇心，喚醒學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。本文以小學(xué)科學(xué)三年級《月球——地球的衛(wèi)星》這一節(jié)課為例，通過創(chuàng)設(shè)AR月球觀察體驗、激光雷達3D模型構(gòu)建，以及現(xiàn)實化身宇航員這三個環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在教室里開啟一場真實的探月之旅。在這個過程中，讓學(xué)生了解月球的整體地貌，探究環(huán)形山的成因。與傳統(tǒng)講演式的課堂相比，融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建構(gòu)沉浸式體驗科學(xué)課堂，更容易吸引學(xué)生，可以讓學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中完成學(xué)習任務(wù)，增加學(xué)習動力。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；沉浸式體驗課堂

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 12-0013-03

一、生活體驗與學(xué)習脫節(jié)是科學(xué)學(xué)習的障礙

科學(xué)是對自然現(xiàn)象的解釋，需要基于生活體驗的積累。這就要求學(xué)生將課上學(xué)習的科學(xué)理論和課后的生活實踐相結(jié)合，做到身體力行、知行合一。生活體驗是科學(xué)學(xué)習的沃土。但是在目前的科學(xué)教學(xué)中，存在生活體驗與課堂學(xué)習相脫節(jié)的問題。

（一）機械記憶，浮于表面

教師是科學(xué)課堂的主導(dǎo)者，學(xué)生是被動的接受者。教師教學(xué)的內(nèi)容主要以教材考點為主，相關(guān)的知識對于學(xué)生來說比較抽象。教師很難做到從學(xué)生的角度出發(fā)進行教學(xué)，大多數(shù)是以講述解答的方式進行，讓學(xué)生對知識點簡單機械地記憶。這樣一來，學(xué)生對知識只是淺層記憶，無法從本質(zhì)上對知識進行深層次剖析，探明知識點中隱含的原理及方法。

（二）探究缺乏，創(chuàng)新受阻

小學(xué)科學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要分為自然現(xiàn)象的觀察和科學(xué)原理的理解。學(xué)生作為科學(xué)學(xué)習的主要參與者，只有通過真實感受、親身體驗，才能更好地理解科學(xué)知識，培養(yǎng)科學(xué)思維。在實驗探究環(huán)節(jié)中，學(xué)生一般先對實驗結(jié)果進行假設(shè)，然后通過一系列的實驗操作觀察實驗現(xiàn)象，進而得出實驗結(jié)論。在這個過程中，學(xué)生全身心參與，享受探究過程，真正理解了知識點中蘊含的原理。但是有一些實驗，由于受到場地和材料的限制，無法讓學(xué)生進行觀察實踐活動。小學(xué)生的抽象思維能力較弱，沒有經(jīng)歷真實的實踐體驗，很難將知識原理構(gòu)建到自己的知識框架中去，長此以往，學(xué)生就很難擦出創(chuàng)新思維的火花。

（三）資源單一，興趣缺失

利用現(xiàn)代人工智能技術(shù)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個真實的學(xué)習體驗場景，對于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣有著非常重要的意義。在常規(guī)的科學(xué)課堂上，教師往往通過幻燈片以及一些多媒體資料來展示教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生很難沉浸式地進行觀察體驗，尤其是一些抽象晦澀的知識點，學(xué)生更是難以理解。慢慢地，學(xué)生就失去了學(xué)習科學(xué)的興趣。同時實驗材料不足，無法滿足每位學(xué)生的探究需求，在一定程度上也會慢慢扼殺學(xué)生的學(xué)習積極性。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)是科學(xué)教育的新方法

虛擬現(xiàn)實技術(shù)集合了各種先進技術(shù)，如三維立體成像技術(shù)、人機交互技術(shù)、圖像顯示技術(shù)等，旨在構(gòu)建一個無比接近真實的環(huán)境，讓學(xué)生沉浸其中，進而獲得寶貴的真實體驗。這種新技術(shù)為科學(xué)教育提供了一種嶄新的思路，能喚起學(xué)生的學(xué)習興趣，點燃學(xué)習熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以與數(shù)字化移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，將線上豐富的資源整合融入線下教學(xué)，進而突破時間和空間的局限，將知識更加直觀化、情境化地展現(xiàn)在學(xué)生面前。

得益于人工智能和其他科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)越發(fā)成熟完善，并且嘗試在科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用。在化學(xué)學(xué)習中，牛津大學(xué)推出虛擬化學(xué)實驗室，在不使用化學(xué)試劑的情況下，模擬出真實的實驗現(xiàn)象，讓學(xué)生體驗實踐。在電路學(xué)習中，克拉克森大學(xué)推出虛擬電路平臺，學(xué)生可以在平臺上進行電路設(shè)計，模擬電路的運行情況。特別是對于一些高壓危險的實驗，學(xué)生也可以安全地進行操作體驗。除此之外，俄勒岡大學(xué)推出與熱學(xué)、能量學(xué)相關(guān)的虛擬實驗室，西北大學(xué)推出與光學(xué)相關(guān)的虛擬實驗室。在我國，如華為、科大訊飛、火花學(xué)院等公司也在積極創(chuàng)新開發(fā)與虛擬現(xiàn)實相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品。

相較于一般的科學(xué)學(xué)習方式，基于虛擬現(xiàn)實打造的沉浸式課堂有如下幾個優(yōu)點：營造構(gòu)建接近真實的自然景觀和實驗現(xiàn)象，讓學(xué)生充分感受體驗，點燃學(xué)習興趣，激發(fā)探究熱情；將抽象的知識點剖析開來，直白地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生可以看到、聽到，以后更可以聞到、摸到，化抽象為具象，更加容易被學(xué)生理解接納；通過情境化的一段旅行、一次探秘來完成科學(xué)知識的學(xué)習，讓學(xué)習活動變得更加有趣生動，科學(xué)學(xué)習不再枯燥乏味，而是像逛游樂園一樣，學(xué)生可以在玩中學(xué)，在學(xué)中玩；避免一些危險場景的出現(xiàn)，教師不用再考慮學(xué)生的安全問題，可以讓學(xué)生根據(jù)自己的意愿觀察實驗，充分體驗。

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸式課堂，可以讓學(xué)生選擇自己感興趣的內(nèi)容自由地探索實踐。學(xué)生可以從自己的興趣出發(fā)，盡情感受，突破時空的限制，突破城鄉(xiāng)的壁壘，盡情享受現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)帶來的學(xué)習盛宴。

三、課堂實踐是科學(xué)研究的源泉

再完美的理論也離不開真實的課堂教育實踐，接下來，筆者以《月球——地球的衛(wèi)星》這一節(jié)課為例，嘗試融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建構(gòu)沉浸式體驗的科學(xué)課堂。

（一）利用AR創(chuàng)設(shè)月球真實體驗

讓每位學(xué)生戴上AR眼鏡，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，親自登上月球進行觀察。這里使用iPad中的“solar?walk?ads+”軟件，再通過iPad實時投射到希沃一體機上。具體效果如圖1（遠觀）、圖2（近景）。學(xué)生戴上AR眼鏡進行觀看。

（二）利用激光雷達建立實驗?zāi)Ｐ?/p>

在模擬月球表面小行星撞擊形成環(huán)形山這一實驗中，利用iPad自帶的激光雷達可以掃描出學(xué)生撞擊后形成的沙坑，并生成3D模型，使結(jié)果匯報更加直觀真實。如圖3所示，是學(xué)生撞擊后形成沙坑的3D模型。學(xué)生可以通過3D模型更好地看到撞擊形成的環(huán)形山高度、深度等相關(guān)參數(shù)，解決了之前用肉眼難以精確觀察、形象對比的問題。

（三）利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)化身宇航員

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，化身為宇航員，從宇航員的視角體驗一次登月之旅。在這個體驗過程中，學(xué)生可以感受到我國航天技術(shù)的飛速發(fā)展，激發(fā)好奇心和學(xué)習激情的同時，也增強了民族自信心。場景如圖4所示。

四、激發(fā)興趣是科學(xué)創(chuàng)新的種子

激發(fā)學(xué)生學(xué)習科學(xué)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的好奇心，對于實行科教興國戰(zhàn)略、激活學(xué)生創(chuàng)新活力具有十分重要的意義。

在科學(xué)課堂上，應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，不僅可以更加直觀形象地展現(xiàn)科學(xué)知識，更可以從學(xué)生的心靈深處激發(fā)好奇心?，F(xiàn)在的學(xué)生身處科學(xué)技術(shù)爆炸式發(fā)展的時代，作為教師，我們應(yīng)該積極地創(chuàng)設(shè)先進的技術(shù)環(huán)境，讓學(xué)生更好地擁抱這個科技時代，這樣他們才能更好地肩負起未來科教興國、創(chuàng)新發(fā)展的重擔，為中華民族的偉大復(fù)興帶來源源不斷的動力。未來，科學(xué)課堂是開放的，不再是一間小小的教室，不再是一塊小小的黑板，山川湖海、日月星辰都可以通過科學(xué)技術(shù)走進課堂。學(xué)生不再局限于方寸之地，天高海闊，任意馳騁，同時創(chuàng)新的種子也會悄然播下，在生活體驗的沃土上，在現(xiàn)代技術(shù)的新領(lǐng)域，在體驗實踐的源泉澆灌下，生長為科技強國的棟梁之材。

參考文獻

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