融入虚拟现实技术建构沉浸式体验课堂

李琦

〔摘    要〕  人工智能技术的发展日新月异，影响着我们生活的方方面面。笔者尝试将虚拟现实技术应用于小学科学课堂教学，希望突破传统课堂上时空的限制，让学生身临其境、亲身体验，进而提升学生的积极性，激发学生的好奇心，唤醒学生的内驱力。本文以小学科学三年级《月球——地球的卫星》这一节课为例，通过创设AR月球观察体验、激光雷达3D模型构建，以及现实化身宇航员这三个环节，让学生在教室里开启一场真实的探月之旅。在这个过程中，让学生了解月球的整体地貌，探究环形山的成因。与传统讲演式的课堂相比，融入虚拟现实技术，建构沉浸式体验科学课堂，更容易吸引学生，可以让学生在轻松愉快的环境中完成学习任务，增加学习动力。

〔关键词〕  小学科学；虚拟现实技术；沉浸式体验课堂

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  12-0013-03

一、生活体验与学习脱节是科学学习的障碍

科学是对自然现象的解释，需要基于生活体验的积累。这就要求学生将课上学习的科学理论和课后的生活实践相结合，做到身体力行、知行合一。生活体验是科学学习的沃土。但是在目前的科学教学中，存在生活体验与课堂学习相脱节的问题。

（一）机械记忆，浮于表面

教师是科学课堂的主导者，学生是被动的接受者。教师教学的内容主要以教材考点为主，相关的知识对于学生来说比較抽象。教师很难做到从学生的角度出发进行教学，大多数是以讲述解答的方式进行，让学生对知识点简单机械地记忆。这样一来，学生对知识只是浅层记忆，无法从本质上对知识进行深层次剖析，探明知识点中隐含的原理及方法。

（二）探究缺乏，创新受阻

小学科学的教学内容主要分为自然现象的观察和科学原理的理解。学生作为科学学习的主要参与者，只有通过真实感受、亲身体验，才能更好地理解科学知识，培养科学思维。在实验探究环节中，学生一般先对实验结果进行假设，然后通过一系列的实验操作观察实验现象，进而得出实验结论。在这个过程中，学生全身心参与，享受探究过程，真正理解了知识点中蕴含的原理。但是有一些实验，由于受到场地和材料的限制，无法让学生进行观察实践活动。小学生的抽象思维能力较弱，没有经历真实的实践体验，很难将知识原理构建到自己的知识框架中去，长此以往，学生就很难擦出创新思维的火花。

（三）资源单一，兴趣缺失

利用现代人工智能技术，给学生创设一个真实的学习体验场景，对于激发学生的科学兴趣有着非常重要的意义。在常规的科学课堂上，教师往往通过幻灯片以及一些多媒体资料来展示教学内容，学生很难沉浸式地进行观察体验，尤其是一些抽象晦涩的知识点，学生更是难以理解。慢慢地，学生就失去了学习科学的兴趣。同时实验材料不足，无法满足每位学生的探究需求，在一定程度上也会慢慢扼杀学生的学习积极性。

二、虚拟现实技术是科学教育的新方法

虚拟现实技术集合了各种先进技术，如三维立体成像技术、人机交互技术、图像显示技术等，旨在构建一个无比接近真实的环境，让学生沉浸其中，进而获得宝贵的真实体验。这种新技术为科学教育提供了一种崭新的思路，能唤起学生的学习兴趣，点燃学习热情，培养创新思维能力。同时虚拟现实技术可以与数字化移动网络技术相结合，将线上丰富的资源整合融入线下教学，进而突破时间和空间的局限，将知识更加直观化、情境化地展现在学生面前。

得益于人工智能和其他科学技术的不断发展，虚拟现实技术越发成熟完善，并且尝试在科学教学中应用。在化学学习中，牛津大学推出虚拟化学实验室，在不使用化学试剂的情况下，模拟出真实的实验现象，让学生体验实践。在电路学习中，克拉克森大学推出虚拟电路平台，学生可以在平台上进行电路设计，模拟电路的运行情况。特别是对于一些高压危险的实验，学生也可以安全地进行操作体验。除此之外，俄勒冈大学推出与热学、能量学相关的虚拟实验室，西北大学推出与光学相关的虚拟实验室。在我国，如华为、科大讯飞、火花学院等公司也在积极创新开发与虚拟现实相关的技术产品。

相较于一般的科学学习方式，基于虚拟现实打造的沉浸式课堂有如下几个优点：营造构建接近真实的自然景观和实验现象，让学生充分感受体验，点燃学习兴趣，激发探究热情；将抽象的知识点剖析开来，直白地展现在学生面前，让学生可以看到、听到，以后更可以闻到、摸到，化抽象为具象，更加容易被学生理解接纳；通过情境化的一段旅行、一次探秘来完成科学知识的学习，让学习活动变得更加有趣生动，科学学习不再枯燥乏味，而是像逛游乐园一样，学生可以在玩中学，在学中玩；避免一些危险场景的出现，教师不用再考虑学生的安全问题，可以让学生根据自己的意愿观察实验，充分体验。

基于虚拟现实技术的沉浸式课堂，可以让学生选择自己感兴趣的内容自由地探索实践。学生可以从自己的兴趣出发，尽情感受，突破时空的限制，突破城乡的壁垒，尽情享受现代科学技术带来的学习盛宴。

三、课堂实践是科学研究的源泉

再完美的理论也离不开真实的课堂教育实践，接下来，笔者以《月球——地球的卫星》这一节课为例，尝试融入虚拟现实技术，建构沉浸式体验的科学课堂。

（一）利用AR创设月球真实体验

让每位学生戴上AR眼镜，通过虚拟现实技术，亲自登上月球进行观察。这里使用iPad中的“solar walk ads+”软件，再通过iPad实时投射到希沃一体机上。具体效果如图1（远观）、图2（近景）。学生戴上AR眼镜进行观看。

（二）利用激光雷达建立实验模型

在模拟月球表面小行星撞击形成环形山这一实验中，利用iPad自带的激光雷达可以扫描出学生撞击后形成的沙坑，并生成3D模型，使结果汇报更加直观真实。如图3所示，是学生撞击后形成沙坑的3D模型。学生可以通过3D模型更好地看到撞击形成的环形山高度、深度等相关参数，解决了之前用肉眼难以精确观察、形象对比的问题。

（三）利用虚拟现实技术化身宇航员

利用虚拟现实技术，化身为宇航员，从宇航员的视角体验一次登月之旅。在这个体验过程中，学生可以感受到我国航天技术的飞速发展，激发好奇心和学习激情的同时，也增强了民族自信心。场景如图4所示。

四、激发兴趣是科学创新的种子

激发学生学习科学的兴趣、培养学生的好奇心，对于实行科教兴国战略、激活学生创新活力具有十分重要的意义。

在科学课堂上，应用现代信息技术，不仅可以更加直观形象地展现科学知识，更可以从学生的心灵深处激发好奇心。现在的学生身处科学技术爆炸式发展的时代，作为教师，我们应该积极地创设先进的技术环境，让学生更好地拥抱这个科技时代，这样他们才能更好地肩负起未来科教兴国、创新发展的重担，为中华民族的伟大复兴带来源源不断的动力。未来，科学课堂是开放的，不再是一间小小的教室，不再是一块小小的黑板，山川湖海、日月星辰都可以通过科学技术走进课堂。学生不再局限于方寸之地，天高海阔，任意驰骋，同时创新的种子也会悄然播下，在生活体验的沃土上，在现代技术的新领域，在体验实践的源泉浇灌下，生长为科技强国的栋梁之材。

参考文献

[1]沈阳，逯行，曾海军.虚拟现实：教育技术发展的新篇章：访中国工程院院士赵沁平教授[J].电化教育研究，2020（1）：5-9.

[2]傅永超.国外虚拟现实（VR）教育研究与启示[J].中国教育信息化，2019（22）：6-12.

[3]冯佳，安建强.虚拟现实技术在国内教育中的运用现状与趋势分析[J].开放学习研究，2020（1）：39-47