基于AR支持的小学科学教学的实践研究

基于AR支持的小学科学教学的实践研究

李美婷

710000

陕西省西安经开第三小学

摘要：随着人工智能和大数据等技术的快速发展，增强现实技术（AR技术）、虚拟现实技术等信息技术手段被越来越多用于小学科学教学中。本文将探讨如何利用增强现实（AR）技术有效提升小学科学课堂教学。首先，介绍AR技术的基本原理及特点，并分析其在小学科学教学中的优势。其次，探讨AR技术在小学科学教学中的应用。最后，探讨AR技术在小学科学教学中的挑战与未来发展方向。

关键词：增强现实技术；小学科学教学；应用研究

一、引言

小学科学教学是培养学生科学素养和科学思维的重要环节，但由于科学知识点繁多、抽象难懂，使得学生在学习过程中往往缺乏兴趣和动力[1]。同时，传统的教学方式仅仅依靠教师口头解释、学生手工实验等方式，无法完全满足学生的需求。因此，本文将探讨如何利用增强现实（AR）技术有效提升小学科学课堂教学。

二、AR技术在小学科学教学中的优势

AR技术是一种将虚拟信息与现实场景相结合的技术，它通过特殊的设备和软件，将虚拟信息（如3D模型、动画、声音）叠加在真实的世界中，使人们能够在真实场景中感受和学习虚拟信息[2]。AR技术在小学科学教学中具有以下优势：

1. 体验感强：AR技术能够将抽象的概念、过程以及模型直观地呈现给学生，有效提升学生的学习体验。

2. 兴趣度高：AR技术能够将枯燥的科学知识点变得更加有趣，吸引学生的注意力，提升学生的学习兴趣。

3. 个性化学习：AR技术能够针对每位学生的不同学习需求，提供个性化的学习资源和学习模式。

三、AR技术在小学科学教学中的应用

(一)AR技术在小学科学的应用范围

1. 解释概念：AR技术可通过叠加3D模型的方式将科学概念直观地呈现给学生。例如，在学习五年级下册“昼夜交替”的时候，可以通过AR技术将地球、太阳的运转呈现在学生的视线上，让学生更好地理解地球与太阳的运转关系以及自转、公转等概念。

2. 模拟实验：AR技术可以结合地理、物理、化学等实验的过程和现象，实现虚拟实验的效果，使学生在体验实验过程的同时更好地掌握实验知识，例如，在学习“光学原理”的时候，可以通过AR技术将光线折射、光源传播的过程呈现在学生的眼前，学生可以通过观察AR效果，更好地理解光学原理。又如，在学习“昼夜变化”时，运用AR技术可以将地球与太阳的运行过程呈现在学生眼前，帮助学生更容易理解昼夜运转的过程。

3. 识别物种特征：AR技术可结合生物课程，将不同物种的外在特征和生活方式呈现出来，帮助学生更好地理解物种的生活方式和相互关系，例如，在学习三年级“不同的植物”的时候，可以通过AR技术将各种不同场景中的植物展现出来，帮助学生更好理解植物的特征和生长环境[3]。

(二)AR技术在小学科学课堂的应用实例

本次研究采用藜麦（成都）科技有限公司开发的软件“AR学院”，以本校五年级11班来开展教学。在“昼夜交替”这节课的教学中，教师首先创设情境提出问题，让学生探讨昼夜变化的规律，其次，介绍历史上有关昼夜变化的不同观点。再次，需要对昼夜交替与地球自转的关系进行验证。在这一环节中，由于涉及地球自转、公转等场景演示，我们借助 AR 技术来进行效果演示。同时，辅助用手电筒地球仪来模拟实验。最后，上完这堂课后让班上的学生填写一份问卷，问卷内容包含一个多选题及一个单选题，题目如下：

（1）这节课让你印象最深刻的地方在哪？（多选题）

A. 有关昼夜交替现象的认识      B. 地球自转和公转的知识介绍     

C.手电筒地球仪模拟实验          D. 昼夜交替的AR实验演示

（2）这样的科学课堂你喜欢吗？（单选题）

A. 很喜欢 B. 喜欢 C. 还行 D. 不喜欢

本次授课的班级学生人数为50人。通过整理收回的50份问卷，发现学生印象最深刻的地方主要是在昼夜交替的AR实验演示和手电筒地球仪模拟实验，选择的人数分别为49人和47人[4]。在选择是否喜欢加入AR实验演示的科学课堂时，有47人选择了很喜欢，2人选择了喜欢。通过对授课过程中学生表现状态的观察以及课后思考题的完成情况的统计，整理出课堂教学情况表，如表 1 所示。

表 1 “昼夜交替”课教学情况表

从表1以看出，通过AR实验演示模拟的情景，学生基本都掌握了昼夜交替现象。在授课过程中，各小组的组员积极参与，积极提出问题，进行互动探讨，本节课取得了较好的效果。

四、AR技术在小学科学教学中的挑战与未来发展方向

1. 技术限制：目前AR技术在小学科学教学中仍存在技术限制，如设备不足、内容过于单一、成本较高等问题，需要科技公司和制造商加大投入，优化技术和设备。

2. 视觉疲劳：AR技术在课堂上的应用还需要技术上的完美，以使学生免于反复调整和调节AR设备造成的视觉疲劳以及其它影响。

3. 教师和学生素质：AR教学需要营造积极向上的学术氛围。教师需要具备一定的科学素养，调整教学策略，创造更多的探究性课程使用AR技术，使得知识更加易于接受。

五、结论

AR技术可以有效提升小学科学教学的质量和效果，能够提高学生的学习体验、兴趣和学习效果，一定程度上缓解了学生对科学难点的理解和掌握。同时，AR技术在未来的发展中，还有大量待发掘和完善的内容和方法，有望成为小学科学教学的重要补充和动力。

参考文献

[1]张影.基于VR体验的小学科学课教学设计与实践研究 [D]. 新乡：河南师范大学，2019.

[2]孟晨，李利，沈晓茜 . 增强现实课堂的学习活动与动机激发策略研究——基于小学科学课的视频分析 [J]. 中国教育信息化，2019（10）：36-41.

[3]宋燕,曹蕾.AR在小学科学实验教学中的应用——以“我们来养蚕”为例[J].中小学信息技术教育,2021(01):70-72.

[4]黄键,卓皓,董湛.AR技术在小学科学教育中的应用研究[J].现代信息科技,2020,4(19):180-182.DOI:10.19850/j.cnki.2096-4706.2020.19.046.