虚拟现实技术赋能小学科学教学的探索

闫允

摘要： 针对小学生抽象思维能力和空间想象能力不强的特点，教师借助VR技术在小学科学地球与宇宙模块中开展沉浸式、体验式、互动式教学，可以降低学习难度，提高积极性，优化课堂结构。在“地球表面的地形”课例中，教师创设VR情境，聚焦问题，让学生探索和体验，参与拓展训练，实现了学生对知识的内化。

关键词：VR教学;地形探究;小学科学

小学生学习科学存在抽象思维能力没有完全发展，空间想象能力不强等问题。在地球与宇宙科学等模块的教学中，如果教师仅用图片和文字，那么学生很难深入理解。教师应构建情境性更强、视野更开阔的课堂。将VR技术引入小学科学课堂，可以有效解除教师教学的困扰。“地球表面的地形”是“地球表面及其变化”单元的第一课。在本课教学中，围绕“初步认识地形”，教师引导学生三次进入VR场景学习地形知识。经课堂实践对比后，笔者发现新技术的使用降低了学生学习难度，提高了学生学习的积极性，优化了课堂结构。

一、创设VR情境，聚焦问题

基于学生身心发展特点，利用视觉的刺激导入新课，教师直接将学生的学习兴趣激发至最高点，使学生在轻松的状态下学得兴趣盎然。

教师：我们的祖国山川秀丽，景色迷人。今天我们坐在教室里就可以游遍祖国的名山大川，大家想不想来一场说走就走的旅行？

学生：想。

学生戴上VR眼镜，感受如同坐在热气球上俯瞰地面上各种风景，教师注意控制时间。

教师：刚才看到了什么？

学生：美丽的风景。

教师：我们看到了宽阔的草原、雄伟凸起的高山、清澈的湖泊……地球表面是平坦的吗？

学生：不是。

教师：地球表面高高低低，凹凸不平，构成各种不同的地形。今天，我们一起来学习“地球表面的地形”。

板书：地球表面的地形。

VR场景中呈现出我国各地风景和复杂多样的地形，这种方式的刺激效果远远超过图片或视频。通过游览VR中祖国的大好山河引入新课（如图1），学生的思维立即被带入正题，注意力高度集中并且产生了浓厚的学习兴趣，获得了积极愉快地进行下一步学习的动力。学习这部分内容既能激发学生学习兴趣又能培养学生热爱祖国大好河山的情感。此环节，教师需要提醒学生VR体验时将关注点放在地形上。

二、通过VR体验，探索新知

小学科学教师以探究式学习为主的多样化教学方式，促进学生主动探究^[1]。利用VR开展探究活动是本课教学的中心环节，承载教学重点和难点，学生需要深入学习地形知识。

教师：从地形的角度分类，看到的风景中都有哪些地形？

预设高山、平原、峡谷、河流、盆地等。

教师：地形的种类很多，而平原、山地、盆地、丘陵以及高原是5种常见地形。

教师：我们已经知道有5种常见的地形。每种地形都有什么特点？接下来就去认真看一看。

学生戴上VR眼镜，观看并记录地形的特征。

学生填写观察记录单，整理、交流并汇报。

教师加以补充，规范描述5种地形特点。

教师利用交互式电子白板的“蒙层”功能，逐一展示每种地形的特征和示意图。

平原宽广平坦，起伏很小，小于海拔50米;丘陵高低起伏，坡度较缓，由连绵不断的低矮山丘组成，山顶浑圆，小于海拔200米;高原面积很大，地形开阔，周围以明显的陡坡为界;山地地势较高，蜿蜒起伏，层峦叠嶂，大于海拔500米;盆地四周地势较高，中间低平。

教师：了解5种地形的特征后，现在来用沙盘做出5种地形的模型吧。

学生活动：分组展示并介绍自制的地形模型（如图2）。

观察和记录是重要的学习方法，在科学课堂上教师应抓住机会锻炼学生观察和记录重要信息的能力。VR情境中会展示5种地形模型，学生需要细心观察，在规定的时间内记录每种地形的代表性特征。VR中的虚拟场景让学生惊叹不已，开始他们还无法用准确的语言描述5种地形的特点，当教师将这5种地形特点规范地表述出来时，这部分知识很自然就会在他们的头脑中内化，不再干瘪与枯燥。此环节，教师要把控好学生在VR情境中的观察时间，关注学生收集信息的情况。

三、结合VR应用，考察拓展

学生对科学知识的掌握不是一蹴而就的，课堂教学中教师利用VR技术，创设情境与活动，带领学生巩固知识，实现知识的内化。

教师：大家制作的模型非常逼真。接下来我们再次登上热气球，去实地看看这些地形。请在VR中选出你们看到的地形。

学生戴上VR眼镜，利用手柄在VR中选出所见地形，并认真听小度对每种地形的讲解。

教师操作平板电脑了解学生的答题情况。

教师：大家刚才都去了哪些地方？

学生：去四川省稻城亚丁风景看到了山地，云南省香格里拉地区有一处小范围丘陵，去了内蒙古的嫩江平原（如图3）……

教师：数据显示，大家可以识别每种地形。去了这么多地方，想不想知道合肥的地形？

学生观看谷歌地图，鸟瞰合肥。（谷歌地图会显示海拔数据。）

教师：请根据学习的知识判断家乡的地形。

学生：有平原和丘陵，以平原为主。

教师： 通过今天的学习，有什么收获？

学生总结所学。

教师：今天大家收获很多。假期里，大家旅行的时候可以关注一下当地的地形特征，回来分享。

通过VR观看了我国的几种典型地形，学生对地形的认识不再局限于数据和模型，而是更深刻地感受到这些地形真实存在的状态。在VR的虚拟场景中，学生可以通过操控手柄，分辨眼前的地形种类。如此当堂检测，真实有趣，学生情绪高涨，学习积极而踊跃。最后一个环节是拓展也是应用，即利用谷歌地图鸟瞰合肥市。合肥市地势平坦整体海拔不高，地形为平原和丘陵两种。学生对家乡很熟悉，但是从未科学规范地研究过其地形特征。学生也会意识到某地的地形往往不是单一的而是多种地形特征并存，这将为后续高年级的深层次知识的学习打下基础。

四、总结与展望

（一）VR技术在科学教学中的作用

兴趣是学生对事物的一种向往或积极追求的心理倾向，它是最重要、最直接的学习动力。儿童是有主动性的群体，所见事物让他们充满兴趣并满足其需求，能有效地促进其发展。如何激发学生的学习兴趣？教师要为学生创建生动有趣的情境。VR中呈现的内容不同于课本上的文字，新颖、鲜活的场景更能引发学生兴趣，也更能吸引学生注意力。此外，VR教学可充分调动学生眼、耳、口、手、脑等器官，让学生在看、听、说、做、思一体的环境中，快速获取清晰和准确的信息。

《义务教育小学科学课程标准》强调小学科学课程教学应以培养科学素养为宗旨，注重学生的探究能力的提高，探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。学生学习科学需要亲身经历各种探究活动。学生在VR情境中体验不仅需要眼观察，而且需要动手、动脑。本节课上教师用VR展示了5种地形的模型，让学生根据模型了解所学知识，以及知识之间的关系，并探究规律。这样的学习过程是开放的、具有探究性的。以直观感受直接分析取代枯燥的试题训练，这样学习轻松且有效，也有利于提高学生分析处理问题的能力。

VR情境中有虚拟的教师（小度）为学生引导与讲解，指引学生获取资源。更可贵的是虚拟教师（小度）会针对学生的表现给予鼓励与表扬，作出积极有效的评价，增强学生的信心，激发学生学习热情。VR 的应用使原本单向的知识讲授更具实践性、创造性、探究性。

（二）有效使用VR技术的教学过程

一种新鲜的事物在课堂上出现，最兴奋的是学生。他们对新事物充满好奇，争着去尝试。这种情况下，教师要正确引导，合理安排才能将教学有条不紊地进行下去。刚接触VR时，笔者发现大部分学生只是沉浸于虚拟环境带来的刺激，而忽视了对知识的学习。如何解决这些问题，笔者认为VR教学需要做到以下几点。

其一，明确学习目标。课前，教师明确告诉学生，VR只是学习工具，用VR进入虚拟情境的目的是探索知识，以便直观学习知识。

其二，分组并选出组长。组长管理本组学生，提醒监督组员完成当前任务。小组组员在使用VR眼镜时，组长要及时提示组员认真观看VR中的关键环节。

其三，实时跟进。教师要及时了解学生在体验过程中的各种动向，把握他们的体验进度，指导他们正确使用手柄。

其四，课前充分备课。在上VR课前教师要充分准备，不仅要将VR内容合理穿插在教学环节中，而且要合理设计学生的体验顺序和体验次数（如图4）。

（三）VR技术在未来科学教学中的应用

VR技术不断发展，日渐成熟。用VR技术构建虚拟教学情境有着巨大的发展潜力，改变了一直以来的单向教学局面，使教师、学生、知识三者之间的互动更加灵活;VR的应用使抽象概念具体化，改变了传统的学习过程。笔者所在学校的VR教室由专业技术团队设计，独特的太空主题设计富有强烈的科技感。分组排位，协作学习，既能增加学生之间的交流，又能充分发挥组员之间帮助、监督的作用。该VR平台提供了丰富优质的VR内容，并实时更新补充，充分满足教学需求。

VR技术不单可用于科学课堂教学也适用于其他学科。VR教学的目的不是追求时尚，而是根据学生需求和课堂教学需要，对教学内容进行创新设计。教师应适度使用VR技术教学，而非用它取代传统教学，两者是相互促进、相辅相成的关系。关于VR这种教学工具，我们还需要继续探索，以便将其更加有效、创新地与课堂教学相融合。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2017.

（作者系安徽省合肥市习友路小学教师）

责任编辑：祝元志