融入虛擬現實技術建構沉浸式體驗課堂

李琦

〔摘? ? 要〕? 人工智能技術的發展日新月異，影響著我們生活的方方面面。筆者嘗試將虛擬現實技術應用于小學科學課堂教學，希望突破傳統課堂上時空的限制，讓學生身臨其境、親身體驗，進而提升學生的積極性，激發學生的好奇心，喚醒學生的內驅力。本文以小學科學三年級《月球——地球的衛星》這一節課為例，通過創設AR月球觀察體驗、激光雷達3D模型構建，以及現實化身宇航員這三個環節，讓學生在教室里開啟一場真實的探月之旅。在這個過程中，讓學生了解月球的整體地貌，探究環形山的成因。與傳統講演式的課堂相比，融入虛擬現實技術，建構沉浸式體驗科學課堂，更容易吸引學生，可以讓學生在輕松愉快的環境中完成學習任務，增加學習動力。

〔關鍵詞〕? 小學科學；虛擬現實技術；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、生活體驗與學習脫節是科學學習的障礙

科學是對自然現象的解釋，需要基于生活體驗的積累。這就要求學生將課上學習的科學理論和課后的生活實踐相結合，做到身體力行、知行合一。生活體驗是科學學習的沃土。但是在目前的科學教學中，存在生活體驗與課堂學習相脫節的問題。

（一）機械記憶，浮于表面

教師是科學課堂的主導者，學生是被動的接受者。教師教學的內容主要以教材考點為主，相關的知識對于學生來說比較抽象。教師很難做到從學生的角度出發進行教學，大多數是以講述解答的方式進行，讓學生對知識點簡單機械地記憶。這樣一來，學生對知識只是淺層記憶，無法從本質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，創新受阻

小學科學的教學內容主要分為自然現象的觀察和科學原理的理解。學生作為科學學習的主要參與者，只有通過真實感受、親身體驗，才能更好地理解科學知識，培養科學思維。在實驗探究環節中，學生一般先對實驗結果進行假設，然后通過一系列的實驗操作觀察實驗現象，進而得出實驗結論。在這個過程中，學生全身心參與，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，無法讓學生進行觀察實踐活動。小學生的抽象思維能力較弱，沒有經歷真實的實踐體驗，很難將知識原理構建到自己的知識框架中去，長此以往，學生就很難擦出創新思維的火花。

（三）資源單一，興趣缺失

利用現代人工智能技術，給學生創設一個真實的學習體驗場景，對于激發學生的科學興趣有著非常重要的意義。在常規的科學課堂上，教師往往通過幻燈片以及一些多媒體資料來展示教學內容，學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，學生更是難以理解。慢慢地，學生就失去了學習科學的興趣。同時實驗材料不足，無法滿足每位學生的探究需求，在一定程度上也會慢慢扼殺學生的學習積極性。

二、虛擬現實技術是科學教育的新方法

虛擬現實技術集合了各種先進技術，如三維立體成像技術、人機交互技術、圖像顯示技術等，旨在構建一個無比接近真實的環境，讓學生沉浸其中，進而獲得寶貴的真實體驗。這種新技術為科學教育提供了一種嶄新的思路，能喚起學生的學習興趣，點燃學習熱情，培養創新思維能力。同時虛擬現實技術可以與數字化移動網絡技術相結合，將線上豐富的資源整合融入線下教學，進而突破時間和空間的局限，將知識更加直觀化、情境化地展現在學生面前。

得益于人工智能和其他科學技術的不斷發展，虛擬現實技術越發成熟完善，并且嘗試在科學教學中應用。在化學學習中，牛津大學推出虛擬化學實驗室，在不使用化學試劑的情況下，模擬出真實的實驗現象，讓學生體驗實踐。在電路學習中，克拉克森大學推出虛擬電路平臺，學生可以在平臺上進行電路設計，模擬電路的運行情況。特別是對于一些高壓危險的實驗，學生也可以安全地進行操作體驗。除此之外，俄勒岡大學推出與熱學、能量學相關的虛擬實驗室，西北大學推出與光學相關的虛擬實驗室。在我國，如華為、科大訊飛、火花學院等公司也在積極創新開發與虛擬現實相關的技術產品。

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

基于虛擬現實技術的沉浸式課堂，可以讓學生選擇自己感興趣的內容自由地探索實踐。學生可以從自己的興趣出發，盡情感受，突破時空的限制，突破城鄉的壁壘，盡情享受現代科學技術帶來的學習盛宴。

三、課堂實踐是科學研究的源泉

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——地球的衛星》這一節課為例，嘗試融入虛擬現實技術，建構沉浸式體驗的科學課堂。

（一）利用AR創設月球真實體驗

讓每位學生戴上AR眼鏡，通過虛擬現實技術，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）。學生戴上AR眼鏡進行觀看。

（二）利用激光雷達建立實驗模型

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

（三）利用虛擬現實技術化身宇航員

利用虛擬現實技術，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，學生可以感受到我國航天技術的飛速發展，激發好奇心和學習激情的同時，也增強了民族自信心。場景如圖4所示。

四、激發興趣是科學創新的種子

激發學生學習科學的興趣、培養學生的好奇心，對于實行科教興國戰略、激活學生創新活力具有十分重要的意義。

在科學課堂上，應用現代信息技術，不僅可以更加直觀形象地展現科學知識，更可以從學生的心靈深處激發好奇心。現在的學生身處科學技術爆炸式發展的時代，作為教師，我們應該積極地創設先進的技術環境，讓學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、創新發展的重擔，為中華民族的偉大復興帶來源源不斷的動力。未來，科學課堂是開放的，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技術走進課堂。學生不再局限于方寸之地，天高海闊，任意馳騁，同時創新的種子也會悄然播下，在生活體驗的沃土上，在現代技術的新領域，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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