鄧燕麗

〔摘? ? 要〕? 小學科學學習很多只停留在表面，為加強小學科學“沉浸式”學習，以“央管虛擬實驗”作為載體，在虛擬世界中進行建模，依據(jù)“以虛輔實”的設計思路，建立感知沉浸、思維沉浸和心智沉浸三個“沉浸式”學習模塊。通過多樣化、動態(tài)化的感官整合為“沉浸式學習”創(chuàng)造條件，通過可設計可交互的實驗場景為思維發(fā)展搭建支架，通過多變化智能化的拓展方法為學習評價提供依據(jù)，以此改變學生學習小學科學的學習方式，讓學生自動參與、合作探究。

〔關鍵詞〕? 小學科學；央館虛擬；“沉浸式”學習；以虛輔實

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 02? ? 010-012

小學科學課堂上所需的資源較多，教師往往很難正常開展教學，學生無法“沉浸式”探索科學界的奧秘規(guī)律。借助于“央館虛擬實驗”，利用現(xiàn)實（又稱VR）、多媒體和仿真等技術，在計算機上營造可輔助、部分替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的相關軟硬件操作環(huán)境，實驗者通過人機交互的方式操作實驗，開展各種實驗項目，讓學生在感知、思維、心智中“沉浸式”學習，使學生的思維、能力發(fā)展不再浮于表層，優(yōu)化小學科學素養(yǎng)的沉淀。

一、具象感知：多模化的感官整合，以虛輔實，為“沉浸式”學習創(chuàng)造條件

單單依靠聽覺的學習方式，學生收獲的信息是單一的。相關機構研究表明，通過單一的學習形式，如，閱讀文字或觀看圖片，學習效率約為10%。在小學科學教學中滲透央館虛擬技術，利用三維立體、多元驅動、萬象場景三種“感知”，全面覆蓋學生學習。在虛擬實驗中創(chuàng)設各種感知情境，對學生多種感官形成一定沖擊，可使學生全方位、具象地感知學習，大幅度提高學生小學科學的學習效率。

（一）“三維立體感知”啟全景式學習

小學科學實驗涉及領域眾多，以往多將資料編制成圖片。利用“央館虛擬實驗”設備，將原有的二維照片與文字信息轉變?yōu)槿S立體的，使知識學習從2D轉化為3D，從平面圖片轉化為視頻動畫，從而實現(xiàn)仿真虛擬實驗、三維結構的交互性、三維結構的可視化，讓小學科學學習更深層化和具體化，大大增強學生對小學科學知識的全景式感知體驗。

如，在學習“植物生長”時，對于某些生長于難尋地區(qū)的植物，可采用“央館虛擬實驗”設計植物生長動畫，從而實現(xiàn)學生對植物的觀察。不單是通過平面圖片觀看，設計完整的植物生長周期，動態(tài)呈現(xiàn)植物的生長變化，讓生長時間軌跡覆蓋春夏秋冬四個季節(jié)，學生還可通過虛擬實驗多方位觀察植物一年的生長狀態(tài)和外部生長變化。三維動畫讓學生更身臨其境地感知，更完整地觸發(fā)學生學習技能。

（二）“多元驅動感知”促交互式學習

不論是以講知識為主，還是以看圖片為主的科學課堂，學生接受的感覺過于簡單化。在央館虛擬現(xiàn)實技術中，可以計算機技術為核心生成一個三維空間的虛擬世界，借用設備為學生提供關于聽覺、視覺、觸覺的感官模擬，并通過鼠標、鍵盤等設備操作實現(xiàn)人機交互。單方感知變?yōu)槎喾礁兄Y合，“多元感知”驅動學生對小學科學的學習更有深層次的體驗。

如，在學習《彈簧測力計》一課中，學生要觀察探究“彈簧測力計”的具體使用方法，利用“央館虛擬實驗”，學生可以在鼠標控制下研究彈簧測力計內外部結構特征，并使用彈簧測力計測量眾多物品，在虛實結合下加深對工具的了解。

（三）“萬象場景感知”激具象式學習

實驗材料有部分較難獲得，有時教師會用其他物品替代實驗場景，學生的感觀大大減弱。借助央館虛擬技術組織學生學習科學活動，學生不僅能體驗逼真的實驗場景，還有更多選擇。虛擬技術可以提供瞬間轉換場景的可能性，將整個科學實驗過程由多個不同的生活場景拼接起來，打破空間、時間的限制，讓學生從起始到結束完整感受實驗過程。

如，在《動物是怎樣適應新環(huán)境的》一課中，聚焦問題“動物如何適應不同的環(huán)境”，設計三個環(huán)節(jié)，運用“央館虛擬實驗”，轉換不同動物在不同環(huán)境中的生存活動，通過比較青蛙、丹頂鶴以及植物等，在春、夏、秋、冬中行為活動的不同，進而分析動物適應環(huán)境的能力。

二、具身探究：可交互的實驗場景，以虛促實，為沉浸思維搭建支架

小學科學中涉及周期長、實驗條件難以滿足或操作準備復雜的實驗項目，是當前傳統(tǒng)演示實驗或無實驗模式的弊端。通過央館虛擬仿真實驗，學生的學習在虛擬技術構建起來的實驗操作環(huán)境中進行3D仿真實驗探究，將實驗課延伸到第二課堂。體驗周期完整、現(xiàn)象可視、變量嚴控的生物實驗探究，可將學生動手實踐與高階思維融合，規(guī)范學生對小學科學實驗的操作，提高學生的實驗技能和動手能力。

（一）集零為整：完整周期場景育“關系思維”

“央館虛擬實驗”可突破實驗操作的空間和時間限制，對于小學科學中周期長或者需要耗費較長時間的實驗，可以在較短時間內讓學生完整觀察到某些變化過程。如種植鳳仙花、飼養(yǎng)蠶等實驗，需要一個月乃至數(shù)月的時間，而利用虛擬仿真技術，把條件有所限制的教學內容放到理想化的情境中，在一堂課內高效完成自主實驗探究，學生可以隨時隨地開展實驗。完整的實驗周期讓學生對生物生長有了整體化的閉合思維，極大地提升了實驗“關系思維”能力。

（二）化隱為顯：可視現(xiàn)象場景育“邏輯思維”

因生物生長環(huán)境、宇宙多樣變化、地球內部運動等無法采集到真實材料的實驗，會因涉及復雜的空間想象能力以及思維能力而成為學習難點。采用“央館虛擬實驗”，將虛擬和實際場景相結合，即將虛擬物體疊加到真實環(huán)境中，或者將真實物體添加到虛擬環(huán)境中，讓學生在可視化的狀態(tài)下開展探究實驗。通過將可視化物質放入虛擬場景，使難理解的結構或抽象、看不見、摸不到的物質形象化，使課堂教學化難為易，能夠幫助學生認識科學本質，形成思路簡單化的“邏輯思維”，厘清小學科學知識關系，更好地掌握科學知識的深層理念。

（三）化繁為簡：嚴控變量場景育“批判思維”

小學科學實驗反應受很多內在和外部因素的影響，且各因素間又相互關聯(lián)、相互影響，較難簡便精確地控制單一變量，這使實驗結果不易觀察。利用央館虛擬現(xiàn)實技術開展探究活動，可排除天然干擾，嚴格控制每個變量條件，嚴格控制每個外部影響因素。絕對化的實驗條件可讓每位學生真正、絕對地完成變量探究過程。學有余力的學生還可以根據(jù)自己的實際情況完成多個條件的探究，在精準探究中形成“批判思維”，真正讓學生用心體會后掌握科學知識，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

三、真心拓展：智能化的拓展方法，虛實相融，為沉浸評價提供依據(jù)

學習以學生為主，實驗課堂的器材、步驟都是教師限定好的，往往不利于學生知識的進化構建。可以借助“央館虛擬實驗”平臺的實驗創(chuàng)編功能開展研究性課題，布置一些科學學習延伸拓展內容，供學生自我思考。學生利用創(chuàng)編系統(tǒng)中的3D實驗器材庫，自主設計新的實驗方案，并在平臺上不斷試錯糾錯、競賽探索、發(fā)展創(chuàng)新。不落窠臼的拓展學習可以拓寬學生的知識面，培養(yǎng)智力因素和非智力因素，提高思維、認知、素養(yǎng)等。

（一）試誤型拓展：“思維織密”生長可見

小學科學教學領域，需要觀察、研究物質的變化發(fā)展，必須關注過程，而央館虛擬技術能夠為學生提供試誤過程，幫助學生在實驗拓展過程中反復學習。在開展虛擬實驗操作時，虛擬系統(tǒng)會全程跟蹤學生的操作過程。如學生實驗操作有誤，系統(tǒng)還會以逼真的場景提示，并及時糾正錯誤的操作步驟。學生通過在虛擬平臺上反復試錯，可不斷加深實踐體驗，拓寬實驗學習內容，形成縝密思維，以至于產生沉浸感，更好地理解小學科學實驗原理和內容。

如《月相變化》一課，在以往傳統(tǒng)學習方式中，學生首先猜測月相的形成原因，然后模擬在宇宙中俯視觀察太陽、地球和月球的三球關系，從而判斷猜測正確與否。這樣的觀察角度單一，無法幫助觀察者真正理解月相變化的原因。利用虛擬技術，不但單可以從宇宙的角度觀察，還可轉變不同方位觀察到三球的運動關系，在轉變角度觀察中多次批判自身的猜測，亦可以通過虛擬技術的幫助，模擬人們在地球上觀察月相變化的過程。這突破了傳統(tǒng)演示的視角局限，幫助學生真正地建構空間概念。

（二）競賽型拓展：“認知結構”生長可見

“央館虛擬實驗”學習環(huán)境可以整合競賽化的特點，競賽可設計科學點數(shù)、科學積分和科學排行榜，強調角色的增強。虛擬競賽的主要特點是“參與”，讓學生以主角的身份參與到虛擬科學競賽之中去。在虛擬科學競賽中，一方面強化虛擬技能訓練，另一方面強化小學科學的知識概念，提高學生的認知結構，同時又強調學生學習科學過程的沉浸性和即時性。這種在虛擬世界中的競賽挑戰(zhàn)更受學生歡迎。

如，學生在學習“一炷香”計時工具時，全班8個小組分別設計、測量燃香的計時功能。項目設計成功者獲2積分，項目設計改良者獲4積分，項目設計遷移者獲6積分。通過觀察、設計燃香的規(guī)律，使學生遷移應用不同形狀的蠟燭計時工具的設計，以至深層次認知。

（三）創(chuàng)新型拓展：“科學素養(yǎng)”生長可見

在解決科學課堂實驗遺留問題中，利用央館虛擬技術可以適時進行創(chuàng)新拓展，學生可提出五花八門的問題，問題形式、問題內容可延伸課本知識。結合這些有針對性的問題進行分析，打破原有固定模式，發(fā)散學生的思維，形成“問題—探究—問題”的學習循環(huán)。在虛擬實驗中，學生可創(chuàng)設一個創(chuàng)作自己的作品、親自動手模擬實驗操作或充分發(fā)揮自己想象的情境，以此培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力、想象力和感知力，提升小學科學素養(yǎng)。

如，學習“給動物分類”時，教師先讓學生利用虛擬現(xiàn)實眼鏡觀看，要求學生對看到的這些動物做出判斷，并說出其名字、生活區(qū)域和突出特點。學生對動物有一定認識，自然能夠積極參與辨識活動。針對動物分類標準，學生開始討論和思考。點到可以分為脊椎動物和無脊椎動物時，讓學生根據(jù)這個標準，將熟悉的動物重新分類，學生再度進入熱議環(huán)節(jié)。教師利用“央館虛擬實驗”，讓學生觀察動物，激發(fā)了學生的學習興趣。虛擬技術展示的信息對學生的感官形成更強的沖擊。雖然沒有讓學生看到更多內容，但在情境設計方面形成突破，給學生帶來更大的觸動，其助學效果是極為可觀的。

在3～6年級每冊每單元科學教學中，都或多或少會涉及一些學生無法實際操作研究的實驗，借助“央館虛擬實驗”，將真實教學與虛擬實驗相結合，能突破感知簡單化、探究淺表化和素養(yǎng)虛無化的困境，實現(xiàn)高效的沉浸式學習，讓學生全身投入情境中學習，進而提升學習水平。

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