虚拟现实技术在小学实验教学中的应用探究

摘 要：文章旨在探究小学实验教学中虚拟现实技术的应用情况。针对小学生的年龄特点以及小学阶段的教学特点，文章重点探究虚拟现实技术在小学实验教学中的作用与具体应用，以提升小学生对自然和科学实验的认知和探索兴趣。通过阅读参考文献和收集、分析数据，文章将从小学实验教学实践出发，阐述虚拟现实技术在小学实验教学中的优势和不足，并提供相应的教学实践建议。

关键词：虚拟现实技术；小学科学；实验教学

虚拟现实技术（Virtual Reality）通常简称“VR”，是运用计算机模拟出现实和非现实的三维场景，使用者利用视觉、听觉、触觉、味觉等多感官体验虚拟场景里的事物，同时可以通过自然语言、肢体语言等进行实时互动，创造出一个适人化的多维信息空间。虚拟现实技术是20世纪发展起来的一项全新的实用技术，在教学上也是一种新兴的信息化教学方式，其特点是拥有沉浸式的体验。小学实验教学是培养学生科学素养的重要手段，虚拟现实技术在当中的应用正成为实验教学的一种新的尝试。

一、虚拟现实技术在小学实验教学中的作用

（一）教师用于呈现基础科学概念

虚拟现实技术在小学科学课堂教学中能够将抽象、复杂的科学概念变换成形象、生动、直观的视觉体验。学生可以在虚拟环境中亲身感受科学现象和原理，例如观察心脏和血液、探索行星运动等。通过虚拟方式身临其境地展开学习，不仅有助于激发学生的学习兴趣，而且能帮助学生更直观地理解和记忆这些相对抽象的科学概念。

（二）组织学生亲身参与科学实验

众所周知，传统科学实验教学在一定条件下受到场室、实验材料以及安全等限制，而虚拟现实技术可以在虚拟环境中模拟丰富多样的科学实验，学生参与实验活动的机会显著提升。例如，学生可以在虚拟生态系统中探索食物链和食物网的关系。这样的亲身体验是传统实验操作无法实现的，不仅有利于学生深入地理解食物链和食物网科学原理，而且有助于培养学生的探究精神和实践能力。

（三）提升学生参与度和学习兴趣

学生通常对新奇的事物充满好奇心，而虚拟现实技术的沉浸式体验正好迎合了他们的好奇心。虚拟现实技术为课堂教学提供了丰富多样的虚拟场景。在科学实验课堂上，教师可以鼓励学生主动观察和发现。学生在虚拟环境中可以根据观察的需要，采取自主调整观察角度和时间的方法，进而获得个性化的学习需求。互动体验活动逐步培养学生的观察能力，激发学生对科学的好奇心和探索兴趣。

虚拟现实技术在小学实验教学中的优势不仅体现在呈现基础科学概念、实践科学知识，还体现在提升学生观察力、探索兴趣和增强学习的趣味性与参与度。

二、虚拟现实技术在小学实验教学中的具体应用

（一）探索自然界中的生态系统

虚拟现实技术在小学实验教学中可以模拟生态系统，让学生通过虚拟场景亲身感受自然界中生态平衡的脆弱性和相互依存的关系。例如，学生可以在虚拟森林中观察不同动植物的生态角色，认识食物链和生态平衡。在虚拟现实实验中，学生可以自主选择观察对象、改变环境参数，从而更深入地理解生态系统的复杂性，在探索中求知，在体验中感悟，印象深刻，趣味盎然。通过对比传统课堂教学和虚拟现实技术应用在生态系统教学，发现学生在虚拟现实中能够更好地理解生态系统的结构和功能，通过亲身体验更深刻地认识生态系统的各个组成部分，更加通俗易懂。同时，虚拟现实技术的沉浸式体验激发了学生的好奇心和探索欲望，提高了他们对生态环境这一单元知识学习的积极性和参与度。

（二）虚拟实践基础物理原理

虚拟现实技术在小学实验教学中可以用于实践基础物理原理的学习。通过虚拟实验场景，学生可以模拟物理现象，如力的作用、简单机械、声音传播等，从而更直观地理解物理原理。在“声音是怎样传播的”虚拟现实实验中，创建出各种声音传播的场景，如水下环境等，学生通过头戴式显示器，可以身临其境地感受声音在水下的传播效果。同时，学生可以看到并听到声音在水中的传播方式，从而理解水对声音传播的影响。通过对比虚拟实验技术应用和传统实验教学在基础物理原理教学中的数据，我们发现虚拟现实技术能够显著提高学生的实验操作成绩。学生在虚拟实验中能够更好地观察和理解物理现象，而且可以多次重复实验，进一步巩固知识。

（三）模拟科学实验与日常生活的关系

虚拟现实技术在小学实验教学中还可以模拟科学实验与日常生活的关系，帮助学生将抽象的科学原理与实际生活场景联系起来。例如，虚拟现实技术可以模拟家庭的日常用电行为，让学生观察电器的能源消耗情况，从而引导学生关注能源的合理利用和节约。这样的实践让学生在虚拟环境中进行科学探究，建立科学观念与日常实践之间的联系。学生在虚拟现实中能够更直观地体验科学原理在日常生活中的应用，提高了他们对科学知识的实际应用能力和对科学的理解，助力学科核心素养的形成与发展。

三、虚拟现实技术在小学实验教学中的思考

（一）硬件设备与技术支持

虚拟现实技术在小学实验教学中需要相应的硬件设备和技术支持。然而，部分学校可能缺乏必要的硬件设备，导致虚拟现实技术无法充分应用。同时，教师在虚拟现实技术的使用方面可能缺乏相关培训和支持，导致教学效果受限。基于此，学校可通过积极投入资金购置虚拟现实技术所需的设备解决设备问题。此外，还应为教师提供相关的虚拟现实技术培训和技术支持，帮助教师熟练掌握技术，充分发挥虚拟现实实验设备在教学中的优势。

（二）教学内容与虚拟实验的匹配

虚拟现实技术在实验中的应用需要与小学学科教学内容紧密结合，确保虚拟实验能够有效地辅助教学。因此，教师在使用虚拟现实技术时，应认真选择与教学内容紧密相关的虚拟实验，并通过教师的预操作确保虚拟实验能够很好地支持学科教学目标。此外，教师还可以根据学生的学习进度和需求，灵活调整虚拟实验内容，让学生更好地理解和应用所学知识。

（三）若干注意事项

在小学科学实验课堂教学中，主要遵循“以传统实现为主，虚拟实验为辅”的原则。根据学生的年龄特点和身体发育阶段特征，学生在使用虚拟现实技术时可能会面临视觉疲劳、眩晕、沉迷等问题。长时间沉浸在虚拟环境中可能对学生的健康和学习造成一定的影响。因此，在实际教学应用中，教师应当根据不同年级的学生，分类控制学生的学习时间，避免学生过度使用虚拟设备，并定期提醒学生休息，保护学生的视力和健康。一般建议1—2年级学生每次使用时间不超过15分钟，3—6年级学生每次使用时间不超过20分钟。此外，还应在学生使用虚拟设备前进行系统的专业训练，降低误操作造成的负面影响。

四、结论

虚拟现实技术在小学实验教学中的优势在于生动直观地呈现基础科学概念，体验科学实践，提升学生观察力与探索兴趣，增强学习的趣味性和参与度，为传统实验教学赋能。然而，应用过程中存在一些挑战，包括设备、技术支持、教学内容与虚拟实验的匹配，以及学生的使用规范引导等问题。随着技术不断发展，虚拟现实技术将逐步普及和成熟。未来，虚拟现实技术将成为小学实验教学的组成部分，它将与其他相关技术（如生成式人工智能等）深度融合，进一步提升教学效果和学生学习体验。

参考文献：

［1］李新，陆峰.虚拟现实技术在实验教学中的应用［J］.软件导刊（教育技术），2010（11）.

［2］刘园.VR技术在教育领域的研究与应用［J］.电脑知识与技术，2016（12）.