新課程標準背景下VR技術(shù)在小學科學教學中的應用研究

許麗萍 劉星成

摘? 要 科學精神是新世紀人才培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，因此，小學科學課程教學是培養(yǎng)科技人才的第一步。分析總結(jié)當前小學科學教學中存在的問題，從應用虛擬實驗和虛擬教學的角度將VR技術(shù)應用于小學科學教學中，完成VR技術(shù)支持下的小學科學課程設(shè)計教學，取得良好的教學效果。

關(guān)鍵詞 VR技術(shù);小學科學;科學素養(yǎng);核心素養(yǎng);虛擬實驗;虛擬教學

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）09-0052-03

0? 引言

科技是第一生產(chǎn)力?！度罩屏x務教育科學課程標準（3—6年級）》中提出：培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、科學精神、科學態(tài)度、科學興趣的重要時期是小學階段;小學科學課程的基礎(chǔ)性、實踐性、綜合性對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力和科學素養(yǎng)具有重要的價值[1]。因此，小學生的科學教育十分重要。學生在小學科學課上不僅學習科學知識，還包括培養(yǎng)科學態(tài)度、科學精神、探索科學的興趣以及科學思維能力。小學科學課的任務，從單純的知識教學擴展為知識、能力、思想、精神并重的科學教育[2]。隨著時代的發(fā)展，VR技術(shù)給各個行業(yè)都帶來新的發(fā)展活力，VR技術(shù)走進小學科學教學課堂，將給科學課堂教學帶來嶄新的方法與形式，特別是給新課程標準背景下解決當前小學科學教學中存在的問題提供了新的思路。

1? 當前小學科學課程存在的問題

小學科學教學不止強調(diào)知識的習得，更應重視培養(yǎng)小學生的創(chuàng)新創(chuàng)造精神和自主探究能力，激發(fā)他們的探索好奇心和求知欲。在新課標背景下，小學科學課程存在諸多問題：在教學目標的設(shè)立上，突出小學生對科學知識的掌握學習，忽視了對小學生科學態(tài)度、科學精神的培養(yǎng)，教師在教學目標的設(shè)立上沒能讓學生對科學學習產(chǎn)生興趣，導致他們學習科學的積極主動性不高;在教學方法的使用上，現(xiàn)階段還是以傳統(tǒng)的講授法為主，而這種教學方式不利于幫助學生建構(gòu)起與實際生活相聯(lián)系的知識體系，容易讓學生產(chǎn)生認知脫節(jié)的現(xiàn)象，教師沒有站在小學生實際認知水平的角度去實施教學。在科學課程中，教師應該創(chuàng)設(shè)情境，幫助學生從生活經(jīng)驗出發(fā)，親身經(jīng)歷或體驗實踐活動，促進基本科學知識的理解，提高科學探究能力，培養(yǎng)崇尚科學的態(tài)度，最終形成在科學、技術(shù)、環(huán)境與社會領(lǐng)域的應用能力[3]。但現(xiàn)如今大部分學校因為各式各樣的原因，缺乏相應的科學實驗室，就算有也多是“擺設(shè)”，無法給予學生進行科學實踐的機會，導致大多數(shù)科學課在實際教學中只停留在理論層次，實際教學效果不好。教師也沒有充分利用新媒體、新技術(shù)去提高課堂教學的有效性，一些抽象的知識比如磁性、摩擦力、物質(zhì)變化等，如果只通過講授配以圖片、視頻的方式，小學生無法去親身體驗，無法與實際生活相聯(lián)系，便難以吸收理解，無法內(nèi)化知識，還會增加認知負荷，造成學習積極性不高。這些都與新課標的要求背道而馳。

2? VR技術(shù)與小學科學教學相融合

科學知識來源于探索?？茖W課程是一門以探索為基礎(chǔ)的學科[4]。在小學科學課程中應用VR技術(shù)是迎合新課標要求下小學科學課程發(fā)展的需要。在科學教學中，利用VR技術(shù)的沉浸性、真實性與交互性特點，將虛擬實驗與虛擬教學應用于一些較為抽象的知識講解或較難實現(xiàn)體驗的教學實踐中，將在很大程度上提升小學生學習科學的興趣，提高教學效率，實現(xiàn)培養(yǎng)小學生科學素養(yǎng)的目標要求。

2.1? 虛擬實驗

虛擬實驗是將現(xiàn)實環(huán)境中無法正常進行的實驗或者危險性較大的實驗，按照常規(guī)的實驗流程利用VR技術(shù)來實現(xiàn)，通過創(chuàng)設(shè)逼真的實驗環(huán)境，學生能夠在虛擬的環(huán)境中進行實驗，進而了解實驗的過程結(jié)果，從而完成知識的意義建構(gòu)[5]。虛擬實驗可以應用在一些實施起來較為危險或難以進行實際操作的實驗教學之中，使操作體驗具有真實感，減少實驗操作的危險性。比如在學習生命科學領(lǐng)域的知識時，為了更深刻地了解生物的組成，小學生可以通過虛擬實驗實現(xiàn)對生物體的解剖，對比了解生物在組成上的異同。

2.2? 虛擬教學

虛擬教學中的虛擬實體展示以及虛擬過程演示可以實現(xiàn)罕見事物的重現(xiàn)以及展示現(xiàn)實生活中變化太快或者沒有機會見到的事物。比如在教學地球與宇宙科學領(lǐng)域知識時，可以通過虛擬過程演示重現(xiàn)臺風、洪澇、干旱等氣象災害以及地震、火山噴發(fā)等自然災害的現(xiàn)象，激發(fā)小學生探索地球和宇宙的熱情，幫助他們建立科學的自然觀以及人與地球協(xié)調(diào)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展觀。

3? 教學設(shè)計

以教科版小學科學四年級上冊第四單元“我們的身體”第一節(jié)“身體的結(jié)構(gòu)”的教學為例，進行教學設(shè)計。

3.1? 教學分析

“身體的結(jié)構(gòu)”一節(jié)主要介紹人類身體結(jié)構(gòu)，讓學生觀察身體、了解身體，總結(jié)身體的特點，知道身體各個部分是如何協(xié)同工作的，以及讓學生知道該如何保護身體，進而形成健康的生活意識，養(yǎng)成良好的生活和行為習慣。四年級的學生已有關(guān)于人體器官的先前經(jīng)驗，對人體的結(jié)構(gòu)組成有一定的了解。在此基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的教學方式大多是進行模型演示和知識點講解，不利于學生進一步深化知識，進行意義建構(gòu)。運用VR技術(shù)，教師可以在教學中組織學生通過虛擬實體展示來觀察人體，以及通過虛擬實驗解剖人體進行體驗互動，激發(fā)學生的探索興趣，增強學生的學習效果。

3.2? 教學流程

建構(gòu)主義強調(diào)學生是認知的主體，學生通過自主探究、主動發(fā)現(xiàn)的學習方式來進行認知建構(gòu)[6]。本研究基于VR技術(shù)與小學科學課堂教學相融合設(shè)計教學過程，如圖1、表1所示，在小學教學中進行實踐。在優(yōu)化傳統(tǒng)教學模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合VR技術(shù)，將課堂交還給學生，教師成為指導者，讓學生在探索中完成學習目標，培養(yǎng)科學探究精神。

3.3? 教學效果

相比傳統(tǒng)的教學方式，VR技術(shù)可以彌補關(guān)于身體結(jié)構(gòu)的教學視頻、圖像等二維呈現(xiàn)的缺陷，通過創(chuàng)設(shè)逼真的場景，將身體構(gòu)造的相關(guān)知識形象化地展現(xiàn)出來，給學生提供交互體驗的機會，營造三維立體的教學環(huán)境，給予學生沉浸式的學習體驗，增強學生對抽象知識的理解，優(yōu)化學習效果，并且在更大程度上激發(fā)學生學習科學的興趣，調(diào)動學習科學的積極性，獲得很好的教學效果。

3.3.1? 增強科學知識與探究精神的培養(yǎng)效果? 科學課程的教學內(nèi)容以自然景觀和科學原理為主，學生作為學習的主體，只有通過切身的實驗操作才能強化對科學知識的掌握和理解，提升思維水平[7]。VR教學可以實現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)知識的可視化，以及讓學生以自然的方式與人體進行交互體驗，體驗學習科學的樂趣，通過實踐探究內(nèi)化知識，實現(xiàn)預設(shè)的教學目標。

3.3.2? 促進課堂活動趣味化? 基于沉浸式VR技術(shù)的科學課堂具有游戲化的特征，可以很好地貫徹寓教于樂的教育理念[7]。通過VR設(shè)備，學生可以在栩栩如生的動態(tài)場景中真實地感受到心臟的跳動，觀察到受溫度影響時毛細血管的變化等，給予學生沉浸式的學習環(huán)境，增強學生的臨場感，讓學生主動發(fā)現(xiàn)和提出問題，使得教學氛圍更加輕松，充滿趣味性，激發(fā)課堂活力，讓小學生充分發(fā)揮想象力，涌現(xiàn)創(chuàng)新思維。

3.3.3? 提高課堂參與度? 科學實驗是小學科學教學中影響最終教學效果的環(huán)節(jié)之一。本次教學需要大量的人體骨骼模型以及可供學生進行實驗操作的實體模型，借助VR技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)資源的重復利用、反復觀察，還可以讓學生獲得真實的體驗感，實現(xiàn)自由探索，根據(jù)自己的思想、喜好探索人體的結(jié)構(gòu)組成，完成實驗操作，探索解決問題的方法。讓學生通過觀察探究的環(huán)節(jié)，主動參與課堂，提高自主探究學習能力，主動成為信息加工、處理的主體，成為知識的主動構(gòu)建者。

4? 結(jié)語

VR技術(shù)給小學科學課堂提供的具有交互性的可視化、沉浸式學習環(huán)境，讓每一個小學生都能有機會進行科學探究，體驗學習科學的樂趣，激發(fā)學習興趣，提高學習積極性、主動性，幫助他們進行知識建構(gòu)。VR技術(shù)理論與實踐方面研究的不斷深入，將會持續(xù)革新小學科學教與學的方式，打破傳統(tǒng)教育的局限性，提高教學效率，有效培養(yǎng)小學生的科學素養(yǎng)和崇尚科學的品質(zhì)，為他們繼續(xù)學習和終身發(fā)展打好基礎(chǔ)。 ■

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2]李文清.創(chuàng)設(shè)探究型虛擬現(xiàn)實學習環(huán)境，促進小學科學課程教學變革[D].上海：上海師范大學，2009.

[3]楊先通，韓慧，王娟，等.新課程標準視域下小學科學實驗教學的探討[J].首都師范大學學報（自然科學版），

2019（3）：90-95.

[4]李飛.新課程標準時期小學科學教學的思考及建議[J].湖南科技學院學報，2018（8）：137-138.

[5]徐艷.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學中的應用研究[J].中國科技信息，2008（7）：235-236.

[6]張影.基于VR體驗的小學科學課教學設(shè)計與實踐研究[D].河南：河南師范大學，2019.

[7]代依伶.基于沉浸式虛擬現(xiàn)實的小學科學課程教學設(shè)計與應用研究[D].成都：四川師范大學，2019.