基于VR设备的小学科学教学策略
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作者:胡金伟
摘 要 首先分析VR设备在小学科学教学中的作用，然后就其具体应用策略展开论述，希望能为小学科学教学提供有效的参考与借鉴。
关键词 VR技术;VR设备;小学科学;探索宇宙
中图分类号：G623.6 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）09-0110-03
1 前言
小学科学涉及生命科学、物质科学等多个领域，知识范围跨度大，对教学技术、教学手段的要求较高，如何让学生更深刻地理解各个知识点是教师面临的重大挑战。VR（Virtual Reality，虚拟现实）技术是近年来兴起的新型技术，已在教学领域得到初步应用。VR是综合了计算机模拟仿真、计算机图形学、现实技术等的新型计算机应用技术，能将客观上存在的、不存在的东西通过计算机模拟在用户眼前显示出一个虚拟环境，使用户产生身临其境的感受。VR技术的这一特性使得其与小学科学教学具有天然的契合点，笔者在小学科学教学中使用VR设备，取得理想的教学效果。
2 VR設备在小学科学教学中的作用
提升教学形象性与趣味性 VR技术可以创建与现实场景相似的环境，学生只需戴上VR眼镜就可以身临其境地感受与现实相同的场景，仿佛走进某个课程的课堂上，和虚拟的人、物进行互动，有效提升了教学的趣味性。同时，借助VR眼镜，学生在教室里就可以体验到平时肉眼无法观察的物体，获得更真实、立体的感官体验，从而提高学习的形象性。如在“我们离不开呼吸”这节课程的教学过程中，借助VR设备，学生戴上VR眼镜后可以清晰地看到人体呼吸系统吸入氧气、呼出二氧化碳的过程，还可以把视角切入肺的内部，观察肺的内部结构，对肺内气体交换过程产生更深刻的理解。
加深学生对概念的理解 在以往的科学课堂上，学生理解一些概念多是通过想象或是观看幻灯片、图片、视频，虽然幻灯片和视频相对于图片、文字已经有了一定的进步性，但立体性稍显不足。现在学生只需戴上VR眼镜就能看到动态化、开放化、多角度的概念还原图。
如在“宇宙天体运动”这节课程的教学过程中，学生戴上VR眼镜就能看到各种天体的运行轨迹，还可以切换观察角度，仿佛真的进入宇宙空间，看得见、听得到甚至摸得到，从而加深对概念的理解。
再如“液体之间的溶解现象”是教科版小学科学四年级上册的教学内容，这节课的教学目的在于引导学生通过了解液体之间的溶解现象，进一步深化溶解的概念，并观察和描述液体之间的溶解现象。借助VR设备，学生在戴上VR眼镜后即可观看到虚拟的液体溶解过程，且可以放大、缩小、多角度观看，也可以加速播放或慢放，从而更加清晰地观察液体的溶解过程，加深对溶解概念的理解。
提升学习效率 VR技术能够打破时空限制，把一些长周期变化的过程压缩到几分钟甚至几秒钟以内呈现给学生，如植物的发芽、生长与开花，岩石的风化等;VR技术还能模拟那些现实中存在但很难在教学环境中重现的自然现象，如火山喷发、地震等，可以说大到宇宙天体，小到微观粒子，都可以呈现给学生，让学生足不出户地完成各种实验，从而提升学习效率，规避实验风险。
如“各种各样的动物”是一节趣味性很强的课程，学生戴上VR眼镜后，眼前会出现一片虚拟的森林，里面有各种各样的小动物。学生还可以通过虚拟按钮把场景切换成非洲大草原、南极冰川等，在富有情趣的场景中观看动物们的表演，跟动物进行交互甚至对话，有效加深对知识点的理解和记忆。
3 基于VR设备的小学科学教学策略：以“探索宇宙”为例
课文概况 “探索宇宙”是教科版小学科学六年级下册的内容，该课的教学目的在于引导学生认识宇宙中的天体，尤其是对太阳、月亮、地球等太阳系天体形成直观认识，激发学生认识宇宙、了解宇宙的兴趣。在以往，教师多采用二维视频的方式向学生展示宇宙图景，学生缺少参与感，而现在借助VR设备可以更有效地实现教学目标。
本节课的教学目标具体可以分为五个方面。
1）认识方面：要求学生了解太阳与月球的基本情况，明确太阳活动对人类的影响、太阳系九大行星的排列顺序，认识太阳系、银河系与宇宙的关系，关注我国空间技术的进展及人类对宇宙的探索。
2）地球知识点：要求学生了解地球的概貌与物质、自转与昼夜变化的关系、公转与四季变化的关系、地球运动对地貌与动植物的影响。
3）月球知识点：要求学生知道月球是地球的卫星，知道月球的运动模式，了解人类对月球的探索历史。
4）星座知识点：认识四季中的主要星座、天空中的主要星星。
5）情感方面：培养学生求真务实的科学态度与探究意识，提升学生的核心素养。
VR设备的具体应用 鉴于小学生正处于活泼爱动的年龄，笔者选用有着可爱、卡通界面风格的VR设备（见图1），以符合小学生的兴趣爱好与心理特征。界面右下角有两个按钮，分别为“进入环境”和“操作说明”。其中“进入环境”下包括三个二级菜单，可以进入对应的虚拟场景;
“操作说明”则是供初次使用者阅读的各类操作规定。
根据本课的教学目标和知识点，VR学习系统共包括四个场景，分别为“太阳系大家族”“我们的地球”“月球之旅”“揭秘星座”，各场景的内容如表1所示。各个学习模块还包含“小Q来挑战”按钮，用以检验学生对知识点的掌握情况。
学生在进入场景“太阳系大家族”后，可以直观地看到太阳、星星、卫星等天体沿着轨道缓慢运行，各个星体的大小与距离都按照比例缩小，视觉效果非常逼真。学生可以借助鼠标和键盘遨游太空，通过放大、缩小、自由转换视角来观察太阳系环境，也可以停留在某个星体上阅读详细的文字说明。
进入场景“我们的地球”后，学生可以直观地看到一个地球模型，再通过点击地球模型进入学习。在这里，学生可以通过操纵虚拟角色在地球任意区域行走，了解地球各个区域的地貌环境，掌握赤道半径、周长等知识。学生也可以观察地球的三维解剖图，直观地观察地球的内部构造。 “月球之旅”“揭秘星座”两个场景也具有类似的功能，学生可以自由转换视角来观察和学习。
学生在学习后，还可以通过“小Q来挑战”按钮检验知识掌握水平。如“我们的地球”场景中的题目为：
1）如何证明地球在自传？
2）小明以4千米/小时的速度每天沿着赤道行走8小
时，当他绕行一周后，他的年龄是多大？
通过借助VR设备进行教学，学生对知识点有了更深刻的领悟，有效激发了对探索宇宙的兴趣，及时巩固了学习成果。可以说，VR设备的使用有效优化了课堂教学，收到理想的效果。
4 小学科学课堂采用VR设备开展教学的注意事项
VR技术具有传统教学手段所不具备的优点，但教师在借助VR设备开展教学时仍有几点须注意。
1）VR系统是一种三维虚拟的互动式场景，部分学生在使用时可能会出现头晕的问题。对此，教师可以帮助学生把场景拉到最远，从最高视角俯视全局，同时做好方向标记，这样可以减轻3D眩晕问题。此外，教师可以让学生在出现眩晕等感受时及时摘下VR眼镜，缓和一段时间后继续学习。
2）小学生正处于好动爱玩的年龄，有的学生使用VR设备时玩心太强，忽略了对知识点的学习，导致出现喧宾夺主的现象。如部分小学生不认真阅读各类使用说明，贪玩好动，有了新发现后就迫不及待地向其他学生分享，以致打乱同学的学习进度。对此，教师应及时纠正和引导学生的行为，做好课堂纪律管理。
5 结语
VR设备具有仿真性、交互性强等优势，与小学科学教学有着天然的契合点。小学科学教师在教学中应充分发挥VR设备的优势，帮助学生掌握各类知识点，同时注意引导学生的学习行为，真正使VR设备为学生所用，推动学生学习效率的提升，促进小学科学高效课堂的构建。
参考文献
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