VR技术在小学科学教学应用的现状及策略

    郑碧娟

    [摘? ?要]小学科学教育正越来越受到重视，但仍然存在师资匮乏和教具短缺等问题。将VR技术运用于小学科学教学，可使传统课堂更具沉浸感和体验感，从而提高学生的学习兴趣及课堂教学质量。通过转变教师角色、让学生参与和完善评价机制等策略，可优化VR技术在科学教学中的应用，使其更好地服务于教学，促进学生科技创新思维的发展。

    [关键词]科学教学;VR技术;创新思维

    科技创新对国家发展的重要性正在前所未有地凸显出来。只有从娃娃抓起，培养新时代接班人的创新思维、科学素养，将科学家精神塑造成一种文化，才能为创新与创造提供源源不断的动力。为此，学校科学教育要顺应时代的发展，改变传统授课方法，创新课堂模式。新的课堂模式要让课堂“活”起来、让学生思维“活”起来，这对学校科技辅导员或科学教师而言，既是机遇，也是挑战。

    2018年，教育部将虚拟现实技术纳入教育信息化的年度重点工作任务，并要求全国中小学必须深入推进信息技术与教育深度融合，将虚拟现实、人工智能以及大数据为主的新技术深入应用到教育教学中[1]。虚拟现实（Virtual Reality，以下简称VR）技术作为一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，激发了教育工作者崭新的教育思维。但每一项新技术进入教育领域，除了需要考虑技术本身以外，更要将其与学校实际、教学实际、以及使用者和受用者的实际情况相结合，从实际出发，促进技术与教育的融合。

    一、我国小学科学教学现状

    小学科学是对学生进行科学启蒙的一门重要的基础学科，对学生的创新思维和创新能力的形成具有举足轻重的作用[2]。近年来，科学课程已经成为我国中小学的重点学科。从2017年秋季起，小学科学课程起始年级调整为一年级，科学实践课正式划入一年级到六年级的教学范围。科学教育的最大特征是“综合”，然而我国科学教育最难的问题也是缺乏综合性的教材与师资。

    1.科学教师的缺乏

    从一年级开始开设的科学课，成为了与语文、数学同等重要的基础性课程，并新增了技术与工程领域的内容，折射出国家对学生科学素养的重视。但无论是专职教师的数量、排课量还是考察方式，科学课都无法与其他基础性课程相比。主要原因还在于应试教育的影响仍然存在，评价指标大多仍以分数为主。就师资方面而言，目前各地的小学科学课程仍存在专业教师少、兼职教师多的尴尬局面，培养学生创新思维的重任几乎就落到了小部分专职教师的肩上[3]。然而，学生创新思维的培养不会一蹴而就，需要专业的教师团队对相关课程不断打磨，不断研发，同时团队成员之间也需要互相促进，不断自我提升。只有这样，才能实现促进学生创新思维提升的目标。

    2.科学教师的“懂”和“教”

    师资的匮乏不仅体现在数量上，也体现在质量上。科学是一门综合探究性很强的学科，需要教师有较宽广的知识面，即便是专职教师也需要经过系统培训，对教材大纲有一定深度的了解。但大多数新任教师的“了解”只停留在对知识点的认识上，难以满足学生拓展学习的需求。例如，在“宇宙天体”一课，笔者就喜忧参半。喜的是学生充满了探究的兴趣，宇宙中的“黑洞”、地球如何诞生、太阳会不会爆炸等问题层出不穷;忧的是自己无法给予学生更好的引导。又如，在一节关于食品安全的公开课上，面对专家点评时提出的概念问题，教师却无法回答。科学教材图文并茂，看似简单，但如何真正读“懂”并能讲“活”这些内容，对科学教师尤其新教师来讲，并非易事。新科学大纲强调科学的探究性，注重学生的实践探索能力，要激发学生的探究兴趣、培养他们的创新思维，因此，教师不仅要考虑更层次化的课程设计，还要注重提升自己的专业素养[4]。

    3.“耗精力”的教具

    实验是科学课的关键环节，但调研发现，学校统一配备的实验器材往往不符合教学的实际需要。为了达到教学目标，教师就要亲自改良、创新教具与学具，使科学实验探究课变成演示实验，极大地影响了上课效果[5]。如笔者在教学二年级“看月亮”一课时，为了让学生更清楚地认识“日地月”三者之间的运行关系，从备课到授课，花费了大量精力改良日地月模型教具。课堂上看似活跃，但课后征集学生反馈发现，学生只记住了好玩的教具，并未激发创新思维。

    二、虚拟现实技术融入小学科学教学的现实意义

    VR是指利用计算机和其他设备构建三维动画，给人以身临其境的模拟仿真环境[6]。它融合了多媒体、互联网、人工智能等众多技术，是引领全球新一轮产业变革的重要力量。

    VR课堂可为学生创造虚拟教室、虚拟教学以及虚拟实验等场景，并提供逼真的虚拟教学情境、非线性的教学模式以及生动的三维立体教学资源。轻松且富有创造性的学习环境更能激励学生大胆提问，同时结合教师的引导，可促进学生创造力的发展。当前，全国各地纷纷开展VR科技进校园活动，将学习内容可视化、立体化、体验化，让学生有不一样的学习体验。如北京中关村二小通过引入VR技术，利用虛拟现实设备，带领学生模拟“航天员”穿梭于“八大行星”，把学生从现实世界带到浩瀚的太空，多角度地观察行星的运行轨迹、地表形状、内部结构等;南昌师范附属实验小学将VR技术运用于生物学科“心脏的认识”教学，全面呈现了心脏结构，激发了学生自主探究的兴趣;在青岛朝城路小学的一节数学课上，VR技术让二年级学生轻松学会了从多角度观察物体，拓展了学生的空间想象力，并赋予了数学课堂以新的生机。

    总之，VR技术能使传统课堂更具沉浸感和体验感，为授课者提供更开放的学习空间和视野，提高课堂教学质量，在教育领域发挥重要作用。

    三、优化VR技术在小学科学教学中应用的策略

    对小学生来说，创新思维主要表现在学习活动中，这种表现比较碎片化、较为模糊[7]。VR技术能够使教材中静态的文字、图片、人物变得非常生动，增强互动性，激发学生的想象力、学习兴趣与热情。但是在震撼于新技术的神奇与便利的同时，教育者首先要清醒地认识到，VR是对现有教育方式的一种补充，而不是取代，未来的虚拟现实教育也一定会包含传统方法。对于新技术衍生出来的新设备，应让其更好地促进教学，而不是支配教学。

    1.转变教师角色

    要真正运用好VR技术，教师应转变角色，由课堂掌控者转向学习导航者，成为专家型学习者，做到不急于评估，也不急于将其与原有的知识同化。教师对VR课程资源不应照搬照用，而是要经过对知识的理解，从学生的实际认知水平出发，设计有利于促进其思维发展的课程体验[8]。正如安德鲁·芬伯格说的：“教师们努力去感受技术，领会到如何激活技术，将他们的‘声音在技术上表现出来”[9]。

    2.学生参与VR课程开发设计

    前期制作出的VR课件内容质量是决定一节VR课堂成功的关键因素，而VR技术应用于教育的最大挑战是缺少教学资源[10]。教师可以让学生参与资源开发。每个学生都是天生的梦想家，拥有好奇心的小学生探索事物的强烈欲望使他们比成年人更具创造力。相比于传统教学，VR不仅能够极大地激发学生的兴趣，还能够激发学生的创造性。因此，如果能够尝试让学生参与课程设计，这一体验不仅能让教学内容更加科学合理，提升逻辑连贯性，其中蕴含的科学知识也更容易被学生内化，同时培养教师和学生的创新思维。例如在笔者曾开展的一节VR课上，学生在VR体验环节非常兴奋，对自己的所见所想侃侃而谈，他们新奇的讲解带给教师无限惊喜，他们对课程设计的建议使教师收获了很多创意。

    3.用5G+VR完善评价机制，实现体系化

    近年来，很多学校逐渐加大了对VR技术的资金投入，但产出效益并不高。实体设备的投入大大增加了学校的运维成本，且关注点更多停留在硬件方面。随着5G时代的到来，5G+VR将虚拟世界与现实世界进一步深度融合，使课堂更具个性化和互动性。通过5G云服务，实现云端教学资源的存储、传输、计算，极大地减少了实体设备的投入。为了更好地将VR技術融入教学，学校应积极参与国家智慧教育示范区、虚拟实验教学实验校等的申报，加大虚拟教学的引入。在利用5G平台提高技术运营效率的同时，更要完善教学内容，制定相应的教学质量评价机制并实现体系化。

    善用技术的教师更具职业胜任力，且不会被科技取代。使用VR技术的目的是激发学生的求知欲和好奇心，以沉浸式的互动环境培养学生独立思考、勇于探索的良好行为习惯。“教育现代化的终极价值判断是人的发展，是人的解放和主体性的跃升。[11]”科学教师要基于实践，不断探索并创新VR技术与传统课堂的融合，促成学生个性化的学习体验;采取问题驱动、理念引领的发展思路，让创新成为学生的一种思维习惯。

    参考文献

    [1]何克抗.如何贯彻落实《教育信息化2.0行动计划》的远大目标[J].开放教育研究， 2018（5）：11-22.

    [2]王钱海.谈小学科学课程对培养学生思维能力的影响[J].内蒙古教育，2015（36）：30.

    [3]杜悦.科学教育亟需突破应试瓶颈[N].中国教育报，2012-10-25.

    [4]朱家华，崔鸿.小学科学教师专业化发展现状调查研究——以湖北省为例[J].中国考试，2018（8）：52-59.

    [5]郑永春.上好小学科学课不是一件“小事”[N].人民政协报，2019-06-05.

    [6]刘建.虚拟现实技术在智慧课堂中的应用[J].中国教育技术装备， 2018（9）：36-43.

    [7]栗玉波，宋慧俐，朱莉娟，等.关于小学生创造力思维的发展与培养的探索[J].人力资源管理，2011（4）：200-201.

    [8]汪颖.虚拟现实（VR）技术在中小学课堂应用中教师角色的转向[J].中小学电教，2018（9）：25-27.

    [9][美]安德鲁·芬伯格著.技术批判理论[M].韩连庆，曹观法，译.北京：北京大学出版社，2005：146，157，162.

    [10]卢秋红，徐靖程.VR+教育：真正的创新在教师那里——访北京师范大学智慧学习研究院院长黄荣怀教授[J].中小学信息技术教育， 2016（11）：9-11.

    [11]裴娣娜.我国基础教育现代化发展的根本转化[J]. 北京大学教育评论，2004（2）：63-69.

    （责任编辑? ?郭向和）