巧借AR教育技術(shù)靈動(dòng)助力科學(xué)教學(xué)-以小學(xué)科學(xué)“地球和宇宙”教學(xué)為例

巧借AR教育技術(shù)，靈動(dòng)助力科學(xué)教學(xué)——以小學(xué)科學(xué)“地球和宇宙”教學(xué)為例【摘要】在傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)課堂中，由于各方面條件的限制，許多科學(xué)相關(guān)知識(shí)無(wú)法直接展現(xiàn)出來(lái)。而近幾年來(lái)AR教育技術(shù)作為新興的科學(xué)技術(shù)，在現(xiàn)階段教育領(lǐng)域中，使用范圍已經(jīng)是相當(dāng)廣泛。本文應(yīng)用地球以及宇宙領(lǐng)域的知識(shí)教學(xué)，詳細(xì)介紹了各項(xiàng)使用案例，細(xì)致分解了技術(shù)在在課堂上的使用情況狀，來(lái)全方位的提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。【關(guān)鍵詞】AR技術(shù)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容大多是理解自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題，如學(xué)會(huì)辨別材料，認(rèn)識(shí)動(dòng)植物，了解太陽(yáng)系和星座等。目前，學(xué)校一般采用實(shí)驗(yàn)法，演示法等方法教授學(xué)生科學(xué)知識(shí)，這樣傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)課堂中，許多的科學(xué)知識(shí)沒(méi)有辦法直接呈現(xiàn)于學(xué)生，從而使教學(xué)質(zhì)量成下滑趨勢(shì)，尤其是地球及宇宙領(lǐng)域的教學(xué)方面，通常會(huì)發(fā)生以下現(xiàn)象:1.教師未能及時(shí)“與時(shí)俱進(jìn)”教師對(duì)地球及宇宙領(lǐng)域的重視度決定上課前備課的質(zhì)量，但有的教師對(duì)該課程并未給予高度重視。譬如一部分老師只按照書(shū)本上的內(nèi)容機(jī)械式的在課堂上講解，并不會(huì)花費(fèi)過(guò)多的精力在怎樣可以讓學(xué)生更加理解地球及其他天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2.學(xué)生理解呈現(xiàn)“一頭霧水”教師在上課時(shí)僅運(yùn)用圖片以及視頻的形式講解地球以及宇宙相關(guān)科學(xué)知識(shí)，或者構(gòu)建模型進(jìn)行展示，而對(duì)于理解能力相對(duì)較差的學(xué)生而言，通常情況下會(huì)聽(tīng)得特別疑惑，很難將知識(shí)點(diǎn)內(nèi)化吸收并且真正的理解。3.課堂拓展成效“滾芥投針”對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)，地球和宇宙科學(xué)知識(shí)理論性過(guò)強(qiáng)，了解起來(lái)有一定的難度，即使能夠了解，也具有很大的局限性。那么，如何根據(jù)教材和生情的不同利用AR技術(shù)展開(kāi)教學(xué)，有的放矢地開(kāi)展科學(xué)課堂教學(xué)是需要深入研究的。本文擬就AR教學(xué)技術(shù)與小學(xué)“地球”和“宇宙”科學(xué)知識(shí)教學(xué)為例與同行作一探討，愿能拋磚引玉。一、日新月異，學(xué)用新招基礎(chǔ)教育階段學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容以教材為主，教材呈現(xiàn)的知識(shí)材料是前人整理好的。現(xiàn)如今學(xué)生的學(xué)習(xí)處于被動(dòng)性及強(qiáng)制性，老師需不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，提升學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的熱情程度。AR教育技術(shù)的應(yīng)用可以幫助學(xué)生構(gòu)建趣味化的教學(xué)情境，為學(xué)生提供主動(dòng)探索和發(fā)現(xiàn)的認(rèn)知環(huán)境，讓學(xué)生由被動(dòng)的接受知識(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐罁?jù)一定的原則和知道進(jìn)行主動(dòng)探索和發(fā)現(xiàn)。如筆者在執(zhí)教科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)第三單元第三課《日食》時(shí)，遵循本節(jié)課的科學(xué)概念，科學(xué)探究，科學(xué)態(tài)度，科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)設(shè)置出三項(xiàng)不同教學(xué)形式，來(lái)有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力:開(kāi)場(chǎng)激趣，觸發(fā)探究欲。借助AR教育技術(shù)呈現(xiàn)日地月三者運(yùn)行虛擬三維模型（圖1），激發(fā)學(xué)生的好奇心，引出課題。人機(jī)交互，誘發(fā)主動(dòng)性。通過(guò)AR教育技術(shù)，展現(xiàn)交互功能，在日地月三維呈現(xiàn)基礎(chǔ)上，學(xué)生可進(jìn)入地球視角觀看太陽(yáng)和月球的而運(yùn)動(dòng)情況（圖2），從而發(fā)現(xiàn)日食發(fā)生時(shí)，日地月三者的位置關(guān)系。這種良好的交互功能，不僅調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、語(yǔ)言、肢體等個(gè)部位的積極性，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、帶給學(xué)生良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、從而誘發(fā)他們主動(dòng)探究的動(dòng)機(jī)。靜動(dòng)結(jié)合，真實(shí)還原。通過(guò)暫停日食觀看三球狀態(tài)，改變地球（平板）與月球之間的距離，從地球（平板）角度去發(fā)現(xiàn)、觀察日偏食（圖3）和日環(huán)食（圖4）。學(xué)生身臨其境日地月三維模型中，從自己視角去發(fā)現(xiàn)日偏食和日環(huán)食想成的不同，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的行為專(zhuān)注性和行為持續(xù)性基礎(chǔ)上，真正的實(shí)現(xiàn)主動(dòng)探索，提升科學(xué)核心素養(yǎng)。

圖1日地月運(yùn)行圖

圖2

地球視角看日月運(yùn)動(dòng)

圖3日偏食

圖4日環(huán)食二、砥志研思、悟明真理AR教育教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)，以“情境導(dǎo)入”、“問(wèn)題誘發(fā)”、“自主探究”、“教師闡述”、“鞏固訓(xùn)練”和“遷移提升”為一般步驟，利用AR教育手段開(kāi)展一系列教學(xué)活動(dòng)，它具有一定的目的性和互動(dòng)性。如筆者在執(zhí)教教科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)第二單元《晝夜交替現(xiàn)象成因》時(shí)，學(xué)生對(duì)于晝夜交替原因會(huì)提出很多假設(shè)，但具體哪一種是真正形成晝夜交替的原因，因?qū)W識(shí)的限制，學(xué)生幾乎不能說(shuō)出正確的成因，這時(shí)教師往往通過(guò)資料介紹地心說(shuō)和日心說(shuō)，來(lái)引出晝夜交替的成因。這樣的引出，學(xué)生習(xí)得過(guò)程聽(tīng)得懵、忘得快、內(nèi)化少，會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)信心。所以教師在明確目的前提下，利用AR教學(xué)技術(shù)，直搗黃龍，以互動(dòng)探究方式解決這個(gè)重難點(diǎn)：知何種天體有關(guān)。通過(guò)地球三維模型，學(xué)生發(fā)現(xiàn)地球始終一半被照亮，那是被誰(shuí)照亮的呢？再學(xué)生猜測(cè)是太陽(yáng)之后，來(lái)呈現(xiàn)日地模型，學(xué)生發(fā)現(xiàn)朝著太陽(yáng)的一半是亮的，背著太陽(yáng)的一半是暗的。學(xué)生自主地可發(fā)現(xiàn)晝夜交替的形成與日地兩個(gè)天體有關(guān)。曉、模晝夜假設(shè)。學(xué)生進(jìn)入“地球”位置，從地球視角出發(fā)，親自感受日、地不同運(yùn)動(dòng)方式，發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)、地球公轉(zhuǎn)、地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)、太陽(yáng)公轉(zhuǎn)等都有能形成地球上出現(xiàn)晝夜交替現(xiàn)象。懂晝夜形成原因。地球上能夠形成晝夜交替現(xiàn)象的假設(shè)不只一個(gè)，那到底哪個(gè)才符合現(xiàn)實(shí)情況，是真正形成晝夜交替的原因呢？學(xué)生再次根據(jù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行日地三維模擬。學(xué)生從地球角度出發(fā)探究獲得地球上出現(xiàn)晝夜交替的正真原因是地球自轉(zhuǎn)。三、趣味學(xué)習(xí)、吹糠見(jiàn)米在利用AR技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生多方位感知被積極調(diào)動(dòng)，學(xué)生親眼看、親耳聽(tīng)、親動(dòng)手，開(kāi)動(dòng)腦筋去思考，整個(gè)過(guò)程中，不斷提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，促使正真走向“我要學(xué)、我要聽(tīng)、我要看”。這不僅幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)具身趣味學(xué)習(xí)，還更好地滿(mǎn)足學(xué)生的好奇心，從而培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。如筆者在執(zhí)教教科版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)第三單元《太陽(yáng)、地球和月球》第4課《月相變化規(guī)律》時(shí)，利用AR教育技術(shù)，將知識(shí)點(diǎn)可視化：抽象過(guò)程形象化。知識(shí)點(diǎn)可視化的程度影響著學(xué)生理解知識(shí)的困難度。月相變化教學(xué)時(shí)比較抽像，可視性不強(qiáng)，學(xué)生很難找到月相變化規(guī)律。利用VR教學(xué)技術(shù)直觀呈現(xiàn)地、月三維模型，幫助學(xué)生更加直觀、有效地接受信息。靜態(tài)現(xiàn)象動(dòng)態(tài)化。月相學(xué)習(xí)時(shí)，教師一般會(huì)布置課外觀察月相活動(dòng)，學(xué)生即使堅(jiān)持每天觀察月相，看到的也是“靜止的圖像”，而非動(dòng)態(tài)連續(xù)的而過(guò)程。利用VR教育技術(shù)就可將抽象的月相變化過(guò)程生動(dòng)形象地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，提高學(xué)生的知識(shí)獲得效率。綜上所述，VR教學(xué)技術(shù)的發(fā)