虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)課程中的應(yīng)用

摘要：1989年，美國弗吉尼亞大學(xué)的威廉沃爾夫教授第一次提出虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念。他給大家?guī)砹艘粋€利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出來的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在這個虛擬世界里學(xué)生可以非常有效地利用世界各地的各種信息、數(shù)據(jù)等自由地做著各種各樣的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)今虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)飛速發(fā)展，利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)也越來越普遍。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；小學(xué)科學(xué)；課程

一、 什么是虛擬實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)（又稱VR）等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境。學(xué)生可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。

二、 虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)的四大特點(diǎn)。

1. 虛擬實(shí)驗(yàn)突破了空間的約束

虛擬實(shí)驗(yàn)不局限于現(xiàn)有空間，它可以讓學(xué)生進(jìn)入宏觀與微觀的世界，突破了所謂的常規(guī)空間的約束。比如模擬月球登陸實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用鍵盤和鼠標(biāo)，控制登月飛行器的降落和起飛，挑戰(zhàn)不同地點(diǎn)的安全著陸，學(xué)生可以感受到月球上引力和重力的大小。學(xué)生仿佛身臨其境一般。

2. 虛擬實(shí)驗(yàn)超越了時間的限制

虛擬實(shí)驗(yàn)可以突破常規(guī)的時間限制，在極短的時間內(nèi)，向?qū)W生呈現(xiàn)幾百年甚至幾千年的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。比如巖石的風(fēng)化是一個漫長的過程。通過虛擬實(shí)驗(yàn)可以清楚地了解溫度、流水、動植物對巖石的影響。而課堂上的實(shí)驗(yàn)由于時間限制效果并不明顯。

3. 高安全性，降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)可以降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的觸電、起火、爆炸等危險(xiǎn)現(xiàn)象，特別是中學(xué)和高校里的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有一定的危險(xiǎn)性。虛擬實(shí)驗(yàn)可以提高實(shí)驗(yàn)的安全性，減小實(shí)驗(yàn)中對學(xué)生造成的不確定傷害。

4. 隨時隨地使用

虛擬實(shí)驗(yàn)可以滿足學(xué)生在課堂或課下隨時隨地使用的需求，不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時間與場地的限制。只要有一臺電腦和相關(guān)的軟件程序，我們就可以開展實(shí)驗(yàn)。

三、 虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)一般在中學(xué)及高等院校運(yùn)用比較普遍，對于小學(xué)科學(xué)課程中所涉及的實(shí)驗(yàn)我們能不能也借助高科技手段呢？下面我來談?wù)勌摂M實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)課程中的應(yīng)用。

我認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中有如下幾個方面的應(yīng)用：

1. 虛擬實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)代化教學(xué)終端提供互動教學(xué)軟件

隨著現(xiàn)代化教學(xué)均衡發(fā)展，學(xué)校教學(xué)設(shè)施得到了明顯的改善，我們要合理發(fā)揮教學(xué)設(shè)備的優(yōu)勢，優(yōu)化課堂教學(xué)。虛擬實(shí)驗(yàn)軟件強(qiáng)大的交互性，大大提高了這些教學(xué)設(shè)備的使用效率。虛擬實(shí)驗(yàn)軟件創(chuàng)建了一個讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，在這個環(huán)境里學(xué)生可以實(shí)時觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

比如四下電單元第五課《導(dǎo)體與絕緣體》。學(xué)生可以在器材中任意選擇物體放在“電路檢測器”中，當(dāng)燈泡亮?xí)r，學(xué)生就可以知道這種物體可以使電流通過，是導(dǎo)體；當(dāng)燈泡不亮?xí)r，學(xué)生就可以知道這種物體不可以使電流通過，是絕緣體。

2. 虛擬實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)因?qū)嶒?yàn)器材不足、儀器貴重或易損，造成許多實(shí)驗(yàn)無法開展的問題。

學(xué)校很難有條件或提供充足的時間讓學(xué)生對貴重儀器進(jìn)行操作學(xué)習(xí)。在虛擬技術(shù)的支持下，虛擬實(shí)驗(yàn)室與真正的實(shí)驗(yàn)室可以相互媲美，我們可以讓虛擬儀器與實(shí)際儀器功能相同，操作方法一樣，實(shí)驗(yàn)者在虛擬實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練操作技能和獲取知識，與在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里同樣方便。虛擬實(shí)驗(yàn)擺脫條件和時間的束縛。

在學(xué)習(xí)六年級《宇宙》這一單元中，我們很難讓學(xué)生觀察宇宙中的各個天體。我們可以通過Stellarium軟件來模擬宇宙這樣一個大環(huán)境。Stellarium是一款模擬星空軟件，它可以根據(jù)觀測者所處的時間和地點(diǎn)，計(jì)算天空中太陽、月球、行星和恒星的位置，并將其顯示出來。它還可以繪制星座，模擬流星雨、日食和月食，運(yùn)用了這個軟件相當(dāng)于在計(jì)算機(jī)中建造了一個天文館。學(xué)生的興趣高了，教師也輕松了。

3. 虛擬實(shí)驗(yàn)可以有效激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的興趣，將抽象的概念形象化、具體化。

例如我們小學(xué)科學(xué)種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生選擇不同的種子、改變水的多少、溫度的高低以及光照強(qiáng)度等，在很短的時間內(nèi)就可以看到幾天后種子發(fā)芽的情況。我們還可以把這幾天種子發(fā)芽的信息收集起來，不斷改變對比實(shí)驗(yàn)的相關(guān)條件，將每次實(shí)驗(yàn)收集的信息進(jìn)行對比分析，就能找出種子萌發(fā)和水、溫度、光照的關(guān)系。

4. 虛擬實(shí)驗(yàn)可以有效解決教師無法解決的實(shí)驗(yàn)問題。

例如在四下第二單元《新的生命》中，對于辨別各種各樣的植物，是一個讓很多教師感到非常頭疼的問題。有的植物長得非常相像，有的植物有很多種學(xué)名。在常規(guī)教學(xué)中我們可以借助于圖卡或者圖片來讓學(xué)生辨別，這樣的教學(xué)不夠準(zhǔn)確。我們可以通過建立植物特征庫解決學(xué)生常見的植物識別問題。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程，學(xué)生可以從觀察植物的根、莖、葉、花、果實(shí)的特點(diǎn)開始，在特征庫中尋找植物的相關(guān)特征，最終查詢到植物名稱及其他更多的植物特征。

在四上《聲音》單元中，關(guān)于音高音量的問題經(jīng)常會產(chǎn)生分歧。利用虛擬實(shí)驗(yàn)，我們可以利用麥克風(fēng)、聲音傳感器、一臺電腦、一個聲音頻率軟件，通過麥克風(fēng)采集聲音，在軟件中對音波進(jìn)行分析，實(shí)時顯示聲音的頻率圖像，頻率越高，音高越高。用數(shù)據(jù)說話，準(zhǔn)確可靠。

四、 虛擬實(shí)驗(yàn)的弊端

每一個新型事物都有它的兩面性，虛擬實(shí)驗(yàn)也不例外。

1. 虛擬實(shí)驗(yàn)無法替代動手實(shí)驗(yàn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是不可否認(rèn)，學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)才能獲得最真實(shí)的感受，虛擬實(shí)驗(yàn)再精彩也代替不了動手實(shí)驗(yàn)；

2. 虛擬實(shí)驗(yàn)不能有效培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手操作技能與實(shí)踐能力。

虛擬實(shí)驗(yàn)只是通過鼠標(biāo)和鍵盤等手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的操作技能無法得到提高，測力計(jì)、溫度計(jì)、顯微鏡等儀器的使用，只有在實(shí)際操作中才能掌握。

所以我們教師不能完全用虛擬實(shí)驗(yàn)代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)，能用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)解決的、課外容易得到探究材料的我們一般不選擇虛擬實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際教學(xué)中，二者應(yīng)靈活運(yùn)用，相輔相成，優(yōu)勢互補(bǔ)，共同為科學(xué)實(shí)驗(yàn)添光加彩。

作者簡介：章漪雯，江蘇省太倉市，太倉市港口開發(fā)區(qū)第一小學(xué)。endprint