浅谈AR增强现实技术在小学科学课中的应用

党新昊

随着信息技术的飞速发展，VR虚拟现实技术、AR增强现实技术、MR混合现实技术等应运而出。这些新技术不仅可以应用在媒体、工业生产上，同样在教学中具有强大优势。相比传统的教具，这些新技术在直观性、可操作性、交互性上，都有了质的飞跃。

AR增强现实技术，顾名思义就是通过虚拟影像，丰富现实所观察到的真实情景。例如：我们在教室里看到的是黑板、桌椅，但是我们可以通过AR增强现实技术，在教室里看到一只活生生的大恐龙，实际上就是将恐龙的虚拟影像和教室里的真实情景叠加而成。学生通过Pad或者一体机屏幕，可以真实观察到这一切。让大恐龙出现在学生的手掌上，对于AR增强现实技术来说，同样不在话下。可以说，AR增强现实技术能够让学生对科学探究产生浓厚兴趣。

特别是一些抽象、枯燥的科学知识，通过AR增强现实技术，可以更加直观、形象地展现在学生面前。下面，我将结合自己的教学实践，谈一谈小学科学课中融合AR增强现实技术的应用情况。

一、在生命科学教学中应用AR增强现实技术

在小学科学教学中，教师通常会组织观察小动物的活动，如养蚕、養蚂蚁、观察金鱼等，但对于一些较大的动物，如熊、虎、豹甚至已经灭亡的动物——恐龙，近距离观察这些动物几乎是不可能的。要观察这些动物，通常可以通过浏览网上图片或到动物园参观，还可以到博物馆观看恐龙化石等。这些观察活动费时费力，而且由于动物的作息规律特点，即使在动物园也很难保证观察得全面。

而借助AR增强现实技术，在课堂上全面展示这些动物则可以完全实现。同样是一只大熊猫，我们可以把它的影像展现在学生的手掌上，展现在学生的书桌上，甚至可以通过缩放、移动功能让学生进行多角度观察。

当学生通过Pad看到大熊猫在自己的课桌上下、左右移动的时候，他们异常兴奋。虽然仅仅是虚拟影像，但是对于学生来说，它的交互性非常强，可以通过缩放和移动功能进行全方位观察。学生的学习热情空前高涨，所以他们会观察得非常仔细，为后面的交流汇报奠定了坚实的基础。

通过AR增强现实技术，将活生生的动物展现在学生面前，这不仅能够调动学生的学习兴趣，也促使学生进行更加深入的科学观察。而对于一些已经灭绝的动物，通过使用AR增强现实技术，能够让学生真正走进时光隧道。

让一只霸王龙出现在学生身边，让他们近距离观察，可以说是每个学生的梦想。而AR增强现实技术，帮助他们实现了这一梦想。当学生通过Pad观察到霸王龙就在身边，正虎视眈眈盯着自己时，他们异常兴奋。而且霸王龙的虚拟影像非常逼真，学生可以清晰观察到霸王龙的眼睛、牙齿等器官，甚至还可以借助软件的透视功能，了解霸王龙是如何消化食物的，进而对它的内脏器官有了更直观的了解。

通过AR增强现实技术，这些古生物为科学课堂带来了新的生机与活力，让学生感觉到这些已经灭绝的动物离我们并不遥远。学生的学习热情被点燃，他们对古生物的研究也产生了浓厚兴趣。AR增强现实技术为学生打开了一扇窗，让各种动物尽收眼底，也让这些小生物学家们尽享大千世界的精彩。

二、在天文教学中应用AR增强现实技术

天文知识对于学生来讲，既神奇又陌生，同时他们也会感到无从下手、没有头绪。因为每个孩子从小都有一个摘星星的梦，他们对于天文知识有着与生俱来的亲近感。但是对于普通小学生来说，天文知识是那样遥不可及，而要想弄清宇宙中天体运动的位置关系，对学生来讲非常困难，以致让他们心生畏惧。

造成这一现象，主要是因为我们的学习手段过于传统，要想使用普通地球仪、三球仪研究复杂的天文现象非常困难，而小学生的空间想象能力又非常薄弱。而AR增强现实技术，为学生打开了一扇通往太空的大门，借助它可以很方便地将宇宙中天体的影像叠加到自己的星空彩纸上。以星空彩纸为背景，宇宙中的各天体在星空彩纸上不断移动，学生可以非常清晰地观察到那些天体的运动轨迹。

此外，AR增强现实技术还提供了多视角功能，让学生可以全方位观察宇宙中的天体；还提供了缩放功能，不仅可以观察太阳系中的某一颗行星，也可以观察整个太阳系所有行星的运动轨迹。可以想象，当我们的学生乐此不疲地在自己手指之间观察太阳系中的每颗行星之时，他们一定会思考：太阳系外又是什么样子呢？

就连学生非常喜欢的星座，在AR增强现实技术下也有非常丰富的内容。学生选择不同方位的天空和四季时间表，通过缩放功能，可以在天空中观察不同的星座。特别是对于大城市的学生来说，因为严重的空气污染和光污染，会导致现实中的观测效果不佳，而AR增强现实技术真正帮助这些孩子圆了“星座梦”。这种直观、形象、多角度的观察，让学生对于天文知识不再心生畏惧。通过AR增强现实技术，他们还会实现心中摘星星的梦想。

特别重要的是，AR增强现实技术还为学生提供了实时讲解功能，学生用手点击某颗行星，立刻会出现这个天体的相关资料。

这种交互式操作，让学生对探究天文知识不再感到枯燥、乏味，因为他们完全沉浸在科学研究过程中，他们的小小天文家梦正在一步步变成现实。这都得益于AR增强现实技术帮助他们打开心中的梦想，引领他们一步步走向太空。

三、在工程技术教学中应用AR增强现实技术

小学科学新课标实施之后，对工程技术的学习提出了更高要求，而我们的学生动手能力比较薄弱。究其原因，是长期受应试教育的影响，只重视分数而忽视动手能力培养的结果。学生对工程技术的理解，仅仅停留在简单的公式和计算上，对工程的设计、建造缺乏最基本的常识，甚至他们连建筑物的朝向都弄不清楚。

随着社会的进步，对劳动者动手能力提出了更高要求，这就要求学生不仅要掌握最基本的科学原理，还要能够动手设计、操作。而小学科学课上有些工程技术项目，受场地限制不能进行实际建造，则可以借助AR增强现实技术，帮助学生设计、施工、修改。

例如：学生学习世界建筑时，可以借助AR增强现实技术，将世界上有代表性的建筑的影像展现在自己的课桌上。还可以通过缩放、移动等操作，对建筑进行多角度观察。这种全方位观察，比单纯对比图片更加直观、形象。操作过程中，学生的沉浸感非常强，建筑物就像长在手心里一样，可以随意观察。这种全新的科学探究过程，比传统的搭积木更加直观。学生在观察过程中，能够总结出世界各大建筑物的外形特点——上小下大、上轻下重，同时为自己设计建筑物打下了坚实基础。

借助AR增强现实技术，设计、建造工程也非常简单，能够将整个建筑物的建造过程完全呈现在学生眼前。他们可以通过搭建、拼接等交互式操作，使用3D模式来建造房屋。水泥、沙子、木材等建筑材料，都添加了相应的数据。如果房屋设计存在严重缺陷，在建造过程中，建筑物会因为下陷、受力不均等原因而倒塌。因为建筑物是3D影像合成的，所以不会危及学生安全，整个建造过程，学生乐在其中。

在学生操作过程中，如果出现问题，AR增强现实技术还会给予相关提示。例如：为了让居室获得充足的光照，建筑物一般是坐北朝南。如果学生弄错建筑物的朝向，借助AR增强现实技术，可以随时展现建筑物采光情况，并给予相应提示。这样可以帮助学生及时发现建筑物的朝向问题，保证建造过程的科学性、实用性。

借助AR增强现实技术，让学生对工程技术产生了浓厚兴趣，也让他们感觉到工程建设不再高不可攀。有了科学数据的支持和丰富多样的交互式操作，在整个探究过程中，学生就像真正的建筑师一样。我想，随着信息技术的飞速发展，AR增强现实技术的功能会越来越丰富，学生的科学探究过程定会充满挑战和乐趣。随着AR增强现实技术的发展，其在小学科学课中的应用也会更加普遍。因为该项技术转变了学生机械、被动的学习方式，促使他们更加积极主动地参与科学探究活动，由“要我学”真正转变成“我要学”。AR增强现实技术，就像学生手中的魔术棒，让这些小小科学家绽放梦想。

（柳艳芳）