基于AR支持的小學(xué)科學(xué)教學(xué)的實(shí)踐研究

基于AR支持的小學(xué)科學(xué)教學(xué)的實(shí)踐研究陜西省西安經(jīng)開(kāi)第三小學(xué)摘要：隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR技術(shù)）、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等信息技術(shù)手段被越來(lái)越多用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)中。本文將探討如何利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)有效提升小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)。首先，介紹AR技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)，并分析其在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。其次，探討AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。最后，探討AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；小學(xué)科學(xué)教學(xué)；應(yīng)用研究一、引言小學(xué)科學(xué)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)思維的重要環(huán)節(jié)，但由于科學(xué)知識(shí)點(diǎn)繁多、抽象難懂，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中往往缺乏興趣和動(dòng)力[1]。同時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式僅僅依靠教師口頭解釋、學(xué)生手工實(shí)驗(yàn)等方式，無(wú)法完全滿足學(xué)生的需求。因此，本文將探討如何利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)有效提升小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)。二、AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)AR技術(shù)是一種將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景相結(jié)合的技術(shù)，它通過(guò)特殊的設(shè)備和軟件，將虛擬信息（如3D模型、動(dòng)畫(huà)、聲音）疊加在真實(shí)的世界中，使人們能夠在真實(shí)場(chǎng)景中感受和學(xué)習(xí)虛擬信息[2]。AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中具有以下優(yōu)勢(shì)：1.體驗(yàn)感強(qiáng)：AR技術(shù)能夠?qū)⒊橄蟮母拍?、過(guò)程以及模型直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。2.興趣度高：AR技術(shù)能夠?qū)⒖菰锏目茖W(xué)知識(shí)點(diǎn)變得更加有趣，吸引學(xué)生的注意力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。3.個(gè)性化學(xué)習(xí)：AR技術(shù)能夠針對(duì)每位學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)模式。三、AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用(一)AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)的應(yīng)用范圍1.解釋概念：AR技術(shù)可通過(guò)疊加3D模型的方式將科學(xué)概念直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生。例如，在學(xué)習(xí)五年級(jí)下冊(cè)“晝夜交替”的時(shí)候，可以通過(guò)AR技術(shù)將地球、太陽(yáng)的運(yùn)轉(zhuǎn)呈現(xiàn)在學(xué)生的視線上，讓學(xué)生更好地理解地球與太陽(yáng)的運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系以及自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)等概念。2.模擬實(shí)驗(yàn)：AR技術(shù)可以結(jié)合地理、物理、化學(xué)等實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)的效果，使學(xué)生在體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的同時(shí)更好地掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)，例如，在學(xué)習(xí)“光學(xué)原理”的時(shí)候，可以通過(guò)AR技術(shù)將光線折射、光源傳播的過(guò)程呈現(xiàn)在學(xué)生的眼前，學(xué)生可以通過(guò)觀察AR效果，更好地理解光學(xué)原理。又如，在學(xué)習(xí)“晝夜變化”時(shí)，運(yùn)用AR技術(shù)可以將地球與太陽(yáng)的運(yùn)行過(guò)程呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，幫助學(xué)生更容易理解晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程。3.識(shí)別物種特征：AR技術(shù)可結(jié)合生物課程，將不同物種的外在特征和生活方式呈現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生更好地理解物種的生活方式和相互關(guān)系，例如，在學(xué)習(xí)三年級(jí)“不同的植物”的時(shí)候，可以通過(guò)AR技術(shù)將各種不同場(chǎng)景中的植物展現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生更好理解植物的特征和生長(zhǎng)環(huán)境[3]。(二)AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)課堂的應(yīng)用實(shí)例本次研究采用藜麥（成都）科技有限公司開(kāi)發(fā)的軟件“AR學(xué)院”，以本校五年級(jí)11班來(lái)開(kāi)展教學(xué)。在“晝夜交替”這節(jié)課的教學(xué)中，教師首先創(chuàng)設(shè)情境提出問(wèn)題，讓學(xué)生探討晝夜變化的規(guī)律，其次，介紹歷史上有關(guān)晝夜變化的不同觀點(diǎn)。再次，需要對(duì)晝夜交替與地球自轉(zhuǎn)的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。在這一環(huán)節(jié)中，由于涉及地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)等場(chǎng)景演示，我們借助AR技術(shù)來(lái)進(jìn)行效果演示。同時(shí)，輔助用手電筒地球儀來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)。最后，上完這堂課后讓班上的學(xué)生填寫(xiě)一份問(wèn)卷，問(wèn)卷內(nèi)容包含一個(gè)多選題及一個(gè)單選題，題目如下：（1）這節(jié)課讓你印象最深刻的地方在哪？（多選題）A.有關(guān)晝夜交替現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)

B.地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的知識(shí)介紹

C.手電筒地球儀模擬實(shí)驗(yàn)

D.晝夜交替的AR實(shí)驗(yàn)演示（2）這樣的科學(xué)課堂你喜歡嗎？（單選題）A.很喜歡B.喜歡C.還行D.不喜歡本次授課的班級(jí)學(xué)生人數(shù)為50人。通過(guò)整理收回的50份問(wèn)卷，發(fā)現(xiàn)學(xué)生印象最深刻的地方主要是在晝夜交替的AR實(shí)驗(yàn)演示和手電筒地球儀模擬實(shí)驗(yàn)，選擇的人數(shù)分別為49人和47人[4]。在選擇是否喜歡加入AR實(shí)驗(yàn)演示的科學(xué)課堂時(shí)，有47人選擇了很喜歡，2人選擇了喜歡。通過(guò)對(duì)授課過(guò)程中學(xué)生表現(xiàn)狀態(tài)的觀察以及課后思考題的完成情況的統(tǒng)計(jì)，整理出課堂教學(xué)情況表，如表1所示。表1“晝夜交替”課教學(xué)情況表統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目主動(dòng)參與課堂互動(dòng)交流的學(xué)生課堂試題檢測(cè)90分以上人數(shù)4540從表1以看出，通過(guò)AR實(shí)驗(yàn)演示模擬的情景，學(xué)生基本都掌握了晝夜交替現(xiàn)象。在授課過(guò)程中，各小組的組員積極參與，積極提出問(wèn)題，進(jìn)行互動(dòng)探討，本節(jié)課取得了較好的效果。四、AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向1.技術(shù)限制：目前AR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中仍存在技術(shù)限制，如設(shè)備不足、內(nèi)容過(guò)于單一、成本較高等問(wèn)題，需要科技公司和制造商加大投入，優(yōu)化技術(shù)和設(shè)備。2.視覺(jué)疲勞：AR技術(shù)在課堂上的應(yīng)用還需要技術(shù)上的完美，以使學(xué)生免于反復(fù)調(diào)整和調(diào)節(jié)AR設(shè)備造成的視覺(jué)疲勞以及其它影響。3.教師和學(xué)生素質(zhì)：AR教學(xué)需要營(yíng)造積極向上的學(xué)術(shù)氛圍。教師需要具備一定的科學(xué)素養(yǎng)，調(diào)整教學(xué)策略，創(chuàng)造更多的探究性課程使用AR技術(shù)，使得知識(shí)更加易于接受。五、結(jié)論AR技術(shù)可以有效提升小學(xué)科學(xué)教學(xué)的質(zhì)量和效果，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、興趣和學(xué)習(xí)效果，一定程度上緩解了學(xué)生對(duì)科學(xué)難點(diǎn)的理解和掌握。同時(shí)，AR技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展中，還有大量待發(fā)掘和完善的內(nèi)容和方法，有望成為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要補(bǔ)充和動(dòng)力。參考文獻(xiàn)[1]張影.基于VR體驗(yàn)的小學(xué)科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2019.[2]孟晨，李利，沈曉茜.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)課堂的學(xué)習(xí)活動(dòng)與動(dòng)機(jī)激發(fā)策略研究——基于小學(xué)科學(xué)課的視頻分析[J].中國(guó)教育信息化，2019（10）：36-41.[3]宋燕,曹蕾.AR在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用——以“我們來(lái)養(yǎng)蠶”為例[J]