AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)研究

0 引言

小學(xué)階段的科學(xué)課程對于培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用。它不僅涵蓋物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、宇宙科學(xué)和技術(shù)工程等領(lǐng)域的知識，還在培養(yǎng)學(xué)生的探究精神、實踐能力和學(xué)習(xí)興趣等方面發(fā)揮著引領(lǐng)作用。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，5G、人工智能、區(qū)塊鏈和AR/VR/MR等新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這些技術(shù)不僅賦能教育變革，也為小學(xué)科學(xué)教學(xué)提供了全新的思路和方法。本文以新青島版（五四制）科學(xué)五年級下冊第七單元“太陽系”一課為例，將AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)實踐，并分析教學(xué)成果，以期為一線教學(xué)提供參考。

AR技術(shù)概述

AR（AugmentedReality，增強現(xiàn)實）技術(shù)是一種將虛擬信息疊加于真實世界之上的現(xiàn)代科技手段。其核心功能可以從三個方面進行闡述：

1）AR技術(shù)利用計算機技術(shù)將虛擬對象（如圖像、文字、三維模型等）嵌入真實場景，實現(xiàn)虛實結(jié)合的視覺效果和圖像識別功能；2）用戶借助現(xiàn)代智能設(shè)備（如平板電腦、手機、AR眼鏡等）能夠?qū)崟r與虛擬場景中的對象進行交互，從而實現(xiàn)動態(tài)的實時交互體驗;3）AR技術(shù)通過精準的空間定位功能，將虛擬物品與現(xiàn)實物品相匹配，創(chuàng)造出和諧統(tǒng)一的三維視覺效果，實現(xiàn)三維配準功能。

值得注意的是，AR技術(shù)的發(fā)展是多學(xué)科融合的成果，它不僅融合了多個領(lǐng)域的創(chuàng)新理念，還隨著科技的進步，從最初的游戲和娛樂領(lǐng)域逐漸拓展到教育領(lǐng)域。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，AR技術(shù)展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，能夠為教學(xué)提供有力支持，發(fā)揮重要作用[]

2AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)的價值

AR技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)，不僅革新了傳統(tǒng)教學(xué)理念，還為小學(xué)科學(xué)課堂注入了新的活力。AR技術(shù)能夠?qū)⒊橄蟮母拍钪R轉(zhuǎn)化為直觀形象的視覺內(nèi)容，幫助學(xué)生更清晰地理解教學(xué)重點。例如，通過AR模型展示細胞分裂過程或地球與太陽之間的關(guān)系，學(xué)生可以更直觀地觀察和理解這些復(fù)雜的知識點，從而加深記憶和理解。同時，AR技術(shù)的引入還能夠支持學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)，增強他們的課堂參與感和學(xué)習(xí)興趣。由于學(xué)生之間存在個體差異，他們對學(xué)習(xí)目標和方法的需求也各不相同。在融入AR技術(shù)的小學(xué)科學(xué)課堂中，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進度和興趣選擇適合自己的AR資源，通過自主操作和探究，培養(yǎng)動手能力和解決問題的能力，進一步激發(fā)對科學(xué)的熱情。

此外，將AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)，能夠突破傳統(tǒng)教育理念的局限性，改變單一的教學(xué)形式。在一些難以開展的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，AR技術(shù)可以與虛擬環(huán)境相結(jié)合，為學(xué)生提供沉浸式的體驗，拓寬教師的教學(xué)內(nèi)容。這不僅豐富了教學(xué)手段，還為小學(xué)科學(xué)教學(xué)改革提供了助力[2]。

3AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)的策略

小學(xué)科學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要學(xué)科，在教學(xué)中融入AR技術(shù)可以有效拓寬學(xué)生的科學(xué)視野，激發(fā)其思維能力，培養(yǎng)其探究精神和邏輯意識。筆者認為，AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)做好如下幾點工作。

3.1 聚焦前期設(shè)計

教師應(yīng)聚焦教學(xué)目標的前期設(shè)計，以激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動機為導(dǎo)向，設(shè)置有針對性的問題環(huán)節(jié)，確保AR技術(shù)的應(yīng)用緊密圍繞教學(xué)目標展開，強調(diào)技術(shù)服務(wù)于教學(xué)，而非單純的技術(shù)展示。同時，充分考慮不同學(xué)生的需求，確保AR教學(xué)資源具有良好的適配性和可拓展性，以便教師根據(jù)實際情況及時調(diào)整教學(xué)方向。此外，教師應(yīng)在教學(xué)設(shè)計前期考察AR技術(shù)的安全性和易用性，確保教學(xué)環(huán)節(jié)簡單易懂，讓學(xué)生在舒適且適宜的教學(xué)環(huán)境中提升科學(xué)素養(yǎng)。

3.2探索初期發(fā)展

在教學(xué)初期，教師應(yīng)積極了解學(xué)生的學(xué)習(xí)與生活狀態(tài)，以發(fā)掘?qū)W生的潛能為目標，鼓勵他們構(gòu)建良好的認知體系，強調(diào)核心能力的培養(yǎng)，確保前期目標設(shè)計與初期教育理念一致。通過AR技術(shù)呈現(xiàn)符合小學(xué)生認知水平的科學(xué)概念，確保信息的準確性和適齡性。同時，在學(xué)習(xí)初期為學(xué)生提供相關(guān)設(shè)備，鼓勵他們自主開展探究式學(xué)習(xí)，將抽象的復(fù)雜概念進行拆解，設(shè)計符合自身需求的學(xué)習(xí)目標，為后續(xù)教學(xué)奠定基礎(chǔ)[3]。

3.3 實施中期教學(xué)

教學(xué)中期是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師應(yīng)注重對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，給予必要的指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生利用現(xiàn)代化工具開展學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)中，教師可以提供持續(xù)的技術(shù)支持，設(shè)計與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的科技問題，充分發(fā)揮AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的價值。此外，可以引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作的形式開展項目式學(xué)習(xí)，在虛擬與真實場景之間切換，分配學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識，提升課堂參與度。

3.4拓展后期成果

教學(xué)成果既是終點也是起點，在教學(xué)設(shè)計中，教師應(yīng)有效拓展后期教學(xué)成果，并將其應(yīng)用于后續(xù)教學(xué)目標的構(gòu)建，形成完整的教學(xué)閉環(huán)。在教學(xué)拓展階段，教師可以鼓勵學(xué)生開展自主探究AR技術(shù)的創(chuàng)新實踐，例如，根據(jù)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計AR實驗項目，提升創(chuàng)造力和科技應(yīng)用能力。此外，教師應(yīng)定期評估融入AR技術(shù)的教學(xué)成果，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和學(xué)生反饋不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，確?，F(xiàn)代科技與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的深度融合[4]。

4AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)的實踐

將AR技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)，能夠?qū)鹘y(tǒng)的二維平面資源拓展為三維模型，使原本抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得直觀和有趣，從而提升教學(xué)質(zhì)量。本文以新青島版（五四制）科學(xué)五年級下冊第七單元“太陽系”一課為例，應(yīng)用AR技術(shù)助力小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4.1 探索教材內(nèi)容

“太陽系”作為小學(xué)科學(xué)教材的重要內(nèi)容，為AR技術(shù)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)提供了良好的載體。這一課不僅傳授太陽系的基礎(chǔ)知識，更鼓勵學(xué)生主動探究太陽系的組成及其獨特性質(zhì)?；诖耍處熆梢陨钊胪诰蚪滩闹械慕虒W(xué)重點，精心設(shè)計教學(xué)活動，拓展學(xué)生的科學(xué)思維，為學(xué)生搭建一個跨學(xué)科融合的學(xué)習(xí)平臺。

首先，借助AR技術(shù)，學(xué)生能夠以直觀且生動的方式觀察太陽系中的行星、衛(wèi)星、彗星及其他天體，分析行星之間的位置關(guān)系，并通過模擬實驗探索行星的運動軌跡和太陽對行星的引力作用。這種互動式教學(xué)方法不僅有助于學(xué)生更好地理解抽象的天文概念，還能激發(fā)他們的探究欲望，充分調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性，促使他們在自主學(xué)習(xí)過程中深化對知識的理解。

其次，借助AR技術(shù)，教師可以為學(xué)生打造跨學(xué)科、互動式的學(xué)習(xí)體驗，讓學(xué)生更深入地探索太陽系的奧秘，并在這一過程中培養(yǎng)科學(xué)應(yīng)用能力。探究式教學(xué)活動應(yīng)充分突出學(xué)生的主體地位，激發(fā)其主動性和實踐性。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生自主完成活動設(shè)計，引導(dǎo)他們提出問題、設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果并得出結(jié)論。這種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，不僅能幫助學(xué)生掌握太陽系的相關(guān)知識，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生的獨立思維能力和實操能力，進而使其具備批判性思維[5]

4.2 設(shè)計教學(xué)目標

在“太陽系”這一課的教學(xué)目標設(shè)計中，教師可以借助AR技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生探索太陽系的組成，了解各天體的特點和位置關(guān)系，制定符合小學(xué)生認知水平的教學(xué)目標。

教學(xué)目標一：認識太陽系的組成，了解圍繞太陽運轉(zhuǎn)的八顆行星的相對位置以及其他矮行星和小天體。引導(dǎo)學(xué)生深入理解太陽系的復(fù)雜性，認識到太陽系是由眾多天體組成的系統(tǒng)，這些天體按照特定軌道運行，幫助學(xué)生構(gòu)建對太陽系的整體認知。

教學(xué)目標二：收集整理與太陽系有關(guān)的資料，小組合作進行探究，小組間進行交流分享，并掌握科學(xué)探究的方法。在此過程中，學(xué)生將掌握科學(xué)探究的基本方法。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生主動參與資料收集與整理，學(xué)會科學(xué)地獲取和處理知識。同時，通過小組討論的形式，能夠有效增強學(xué)生的溝通協(xié)作能力，使其在系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)任務(wù)中提升科學(xué)素養(yǎng)。

教學(xué)目標三：理解天體運動的規(guī)律。讓學(xué)生認識到太陽系內(nèi)天體運動是有規(guī)律的，并且這些規(guī)律是可以被人類理解和掌握的。學(xué)生在AR技術(shù)的支持下可以更好地理解天文現(xiàn)象，掌握太陽系科學(xué)原理，進一步鞏固對教學(xué)重點的理解。

4.3 解析學(xué)生特征

解析學(xué)生特征能夠助力教師優(yōu)化教學(xué)策略，進而提升小學(xué)科學(xué)教學(xué)效果。在講解具體科學(xué)概念時，教師應(yīng)將理論與實踐相結(jié)合，通過教學(xué)實驗、模型搭建等手段將抽象概念具象化，幫助學(xué)生更好地理解和記憶。同時，教師應(yīng)充分利用學(xué)生對科學(xué)的好奇心，設(shè)計開放性問題和探究式活動，鼓勵學(xué)生自主尋找答案，培養(yǎng)其獨立思考能力，并進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。

以六年級學(xué)生為例，他們的注意力相對集中，教師可以充分利用這一特點，通過有趣的實驗、故事或科學(xué)問題吸引他們的注意力，并引導(dǎo)他們專注于課堂重點內(nèi)容。同時，教師需關(guān)注學(xué)生情緒的不穩(wěn)定性，努力營造一個和諧、積極的課堂氛圍，鼓勵學(xué)生的探究精神，幫助學(xué)生樹立科學(xué)自信，使其勇于面對挑戰(zhàn)。

在融入AR技術(shù)的教學(xué)活動中，教師可以通過具體的教學(xué)環(huán)節(jié)了解學(xué)生的知識掌握情況，培養(yǎng)他們的問題分析和解決能力，并通過活動反饋提升學(xué)生的思維水平?；诖?，在實際教學(xué)中，教師應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生解決關(guān)鍵性問題，通過分解問題、逐步分析、跨學(xué)科整合等方式，幫助學(xué)生構(gòu)建科學(xué)知識框架，形成系統(tǒng)的問題解決策略，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)科發(fā)展奠定基礎(chǔ)[6]。

4.4搭建教學(xué)模型

搭建以“太陽系”為主題的AR教學(xué)模型，教師需要做好以下幾點。

4.4.1 明確教學(xué)目標

教師首先需明確學(xué)生通過AR技術(shù)學(xué)習(xí)“太陽系”所要達成的認知、技能和情感目標。例如，基于上文提到的教學(xué)目標，教師應(yīng)確保學(xué)生在學(xué)習(xí)與使用AR工具的過程中，激發(fā)對太空的探索興趣。為此，教師可以構(gòu)建一個故事線索，讓學(xué)生扮演太空探索者的角色，去發(fā)現(xiàn)太陽系的科學(xué)奧秘。在此過程中，教師需梳理太陽系的相關(guān)信息，包括各行星的特點、大小、順序、運行軌道等。同時，設(shè)計交互節(jié)點，如點擊行星顯示詳細信息、拖動觀察行星運動軌跡等，以增強互動性。

4.4.2 選擇合適的AR平臺

教師需決定AR模式是應(yīng)用于PC端還是特定的移動設(shè)備平臺。無論選擇哪種平臺，都應(yīng)確保AR界面直觀易用，符合小學(xué)生的操作習(xí)慣和認知水平。在模型搭建過程中，合理引入“太陽系”的教學(xué)資源，如天體圖表、太陽系視頻講解、互動問答等輔助工具，以豐富學(xué)生的AR學(xué)習(xí)體驗。

4.4.3 設(shè)計教學(xué)活動

教師可以在教學(xué)活動中加入“太空旅行”主題，引導(dǎo)學(xué)生在課堂中共同參與AR教學(xué)模型測試，并收集學(xué)生的信息反饋，為后續(xù)的活動評估提供有效性的建議。搭建AR教學(xué)模型不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以拓展學(xué)生的想象空間，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。

5 教學(xué)成果分析

為驗證AR技術(shù)對小學(xué)科學(xué)教學(xué)的實效性，本研究選取某小學(xué)五年級兩個平行班級（各40人）進行對比實驗：實驗組采用AR技術(shù)支持“太陽系”一課教學(xué)，對照組沿用傳統(tǒng)講授與圖片展示法。通過前測、后測、課堂觀察和問卷調(diào)查收集數(shù)據(jù)，結(jié)果如下。

5.1 知識掌握度對比

通過標準化測試（滿分100分）發(fā)現(xiàn)：實驗組后測成績顯著高于對照組 （Plt;0.01） ），尤其在“行星運動軌跡”與“天體比例關(guān)系”等抽象概念題項上，實驗組的正確率比對照組高出 31.0% （ 86.0% VS 55.0% ），充分印證了AR技術(shù)對復(fù)雜空間知識教學(xué)具有顯著的促進作用。

5.2學(xué)習(xí)興趣與參與度對比

通過Likert5級量表（ 1= 非常不同意， 5= 非常同意）調(diào)查發(fā)現(xiàn)：1）課堂專注度：實驗組有 83.5% 的學(xué)生表示“AR互動讓我更專注”，對照組為 61.1% 2）課后探究意愿：實驗組有 82.5% 的學(xué)生主動查閱太陽系擴展資料，較對照組（ 45.0% ）高出37.5% 3）學(xué)習(xí)難度感知：實驗組認為“課程內(nèi)容容易理解”的比例達 90.0% ，而對照組僅為 66.0% 。

5.3長期知識保留率對比

課程結(jié)束一個月后的復(fù)測結(jié)果顯示：實驗組的知識遺忘率為 16.2% ，而對照組達到 37.0% 。在描述“行星自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)差異”等三維動態(tài)過程的準確性方面，實驗組的準確率（ 78.0% ）顯著高于對照組（ 45.0% ）。

這些數(shù)據(jù)表明，AR技術(shù)通過多感官沉浸式體驗和動態(tài)模型交互，有效提升了學(xué)生的知識內(nèi)化效率和長期記憶留存能力，進一步驗證了其作為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型工具的核心價值。

6 結(jié)束語

將AR技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)，不僅豐富了教學(xué)資源與內(nèi)容，更強化了探究性教育理念。它能夠?qū)⒖菰锏母拍钚灾R以直觀生動的形式呈現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生主動構(gòu)建創(chuàng)新的科學(xué)知識體系，積極探索科學(xué)奧秘。從活動課程的學(xué)習(xí)成果來看，多數(shù)學(xué)生在融入AR技術(shù)的教學(xué)活動中能夠順利完成指定學(xué)習(xí)任務(wù)，且知識掌握程度遠超傳統(tǒng)課堂下。同時，AR技術(shù)的應(yīng)用使學(xué)生注意力更加集中，觀察能力不再局限于知識的表面，而是能夠透過現(xiàn)象深入探究科學(xué)的本質(zhì)。

此外，AR技術(shù)的應(yīng)用極大地提升了學(xué)生對科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，使他們對多元化學(xué)習(xí)環(huán)境和科技化學(xué)習(xí)氛圍感到滿意。教師結(jié)合AR技術(shù)的互動特性，鼓勵學(xué)生通過視覺、聽覺、動手操作和實踐思考等多種方式積極參與課堂活動。學(xué)生在情境化的活動設(shè)定中，應(yīng)用AR技術(shù)探索得出相關(guān)結(jié)論，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加真實、生動且具象化。這種沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境不僅幫助學(xué)生提升獨立思考能力，還讓他們理解科技源于生活并應(yīng)用于生活的實踐意義，不斷激發(fā)學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)潛能，推動他們科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展[7]。

AR技術(shù)與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的融合，契合當前小學(xué)生的認知與學(xué)習(xí)需求。本文將AR技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)“太陽系”一課的教學(xué)，應(yīng)用結(jié)果表明，AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中能夠顯著提升學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，對增強其科學(xué)素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用。對小學(xué)生而言，教師應(yīng)用AR技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠有效激發(fā)他們的探究精神，提升他們的學(xué)習(xí)興趣。此外，利用AR技術(shù)解決教學(xué)中的難點和重點問題，有助于學(xué)生更深入地理解科學(xué)知識，從而顯著提高小學(xué)科學(xué)教學(xué)效果。

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