VR技術(shù)輔助小學(xué)科學(xué)教學(xué)實踐案例引言隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）的頒布，小學(xué)科學(xué)教學(xué)強調(diào)“探究式學(xué)習(xí)”“跨學(xué)科實踐”與“真實情境”的融合。然而，傳統(tǒng)教學(xué)中，抽象概念（如種子萌發(fā)的微觀過程）、長周期實驗（如植物生長）及安全限制（如有毒實驗材料）等問題，往往制約了學(xué)生的探究深度。虛擬現(xiàn)實（VirtualReality,VR）技術(shù)以其沉浸式體驗“交互性操作”“情境化模擬”的優(yōu)勢，為解決這些問題提供了新路徑。本文以“種子的萌發(fā)與生長”為例，探討VR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的實踐應(yīng)用，為一線教師提供可借鑒的操作范式。一、實踐背景（一）小學(xué)科學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)小學(xué)科學(xué)課程以“培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)”為核心，要求學(xué)生“通過觀察、實驗、探究等活動，認(rèn)識自然現(xiàn)象與規(guī)律”。但傳統(tǒng)教學(xué)中存在以下痛點：1.抽象概念難感知：如種子萌發(fā)時胚根、胚芽的生長過程，無法用肉眼實時觀察；2.長周期實驗難開展：植物從種子到開花需要數(shù)周，課堂上無法完整呈現(xiàn)；3.實驗條件受限制：如探究“水分對種子萌發(fā)的影響”時，無法同時模擬干旱、適宜、過濕三種環(huán)境；4.安全與資源約束：部分實驗（如化學(xué)實驗）存在安全風(fēng)險，或因?qū)嶒灢牧希ㄈ缦∮兄参锓N子）匱乏無法開展。（二）VR技術(shù)在科學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢VR技術(shù)通過沉浸式三維場景“實時交互操作”“動態(tài)數(shù)據(jù)可視化”，解決了傳統(tǒng)教學(xué)的痛點：1.具象化抽象知識：用VR模擬種子萌發(fā)的微觀過程，學(xué)生可“進入”種子內(nèi)部，觀察胚根突破種皮的瞬間；2.壓縮長周期實驗：將植物生長過程從數(shù)周縮短到幾分鐘，實時觀察不同階段的變化；3.創(chuàng)設(shè)多元實驗環(huán)境：學(xué)生可自主調(diào)整水分、溫度、光照等變量，觀察種子的生長反應(yīng)；4.安全與低成本：避免了真實實驗的安全風(fēng)險，且VR資源可重復(fù)使用，降低了實驗成本。二、實踐案例設(shè)計與實施——以“種子的萌發(fā)與生長”為例（一）課程定位與設(shè)計思路本案例選自小學(xué)科學(xué)三年級下冊“植物的生長”單元，對應(yīng)《課標(biāo)》中“生命科學(xué)”領(lǐng)域的“生物的生長與發(fā)育”主題，要求學(xué)生“觀察并描述植物從種子到幼苗的生長過程，說出種子萌發(fā)需要的條件”。設(shè)計思路以探究式學(xué)習(xí)為核心，結(jié)合VR技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建“情境導(dǎo)入—問題提出—實驗探究—結(jié)論總結(jié)—拓展應(yīng)用”的教學(xué)流程，具體如下：1.用VR創(chuàng)設(shè)“種子的旅程”情境，引發(fā)學(xué)生興趣；2.提出問題“種子萌發(fā)需要什么條件？”，引導(dǎo)學(xué)生作出假設(shè)；3.用VR開展“種子生長實驗”，讓學(xué)生自主調(diào)整變量，觀察生長過程；4.小組討論得出結(jié)論，教師總結(jié)種子萌發(fā)的條件；5.用VR展示真實植物的生長過程，聯(lián)系生活實際，拓展應(yīng)用。（二）教學(xué)目標(biāo)1.知識目標(biāo)：能說出種子萌發(fā)需要的條件（水分、溫度、光照），描述種子萌發(fā)的過程（胚根突破種皮、胚芽生長）；2.能力目標(biāo)：通過VR實驗探究，提高觀察能力、邏輯推理能力；3.情感目標(biāo)：激發(fā)對植物生長的興趣，培養(yǎng)熱愛生命的情感。（三）實施過程1.課前準(zhǔn)備（1）設(shè)備與資源：準(zhǔn)備10臺PicoNeo3VR一體機（每小組2臺），安裝自主開發(fā)的“種子生長實驗室”VR軟件（包含種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)、生長變量調(diào)整、動態(tài)生長模擬等功能）；（2）學(xué)生分組：將學(xué)生分為5組，每組4人，明確組長（負(fù)責(zé)組織討論）、操作員（負(fù)責(zé)操作VR設(shè)備）、記錄員（記錄實驗數(shù)據(jù)）、匯報員（匯報實驗結(jié)果）；（3）前置學(xué)習(xí)：讓學(xué)生提前種植綠豆種子，記錄發(fā)芽時間，為課堂探究做準(zhǔn)備。2.課中實施（40分鐘）（1）情境導(dǎo)入（5分鐘）教師用VR一體機展示“種子的旅程”場景：學(xué)生“變成”一粒綠豆種子，從土壤中“鉆”出來，看到陽光、雨水，周圍有蚯蚓、螞蟻等小動物。教師提問：“種子是怎樣從土壤中鉆出來的？需要什么幫助？”引發(fā)學(xué)生思考。（2）問題提出與假設(shè)（5分鐘）教師展示學(xué)生課前種植的綠豆種子（有的發(fā)芽，有的沒發(fā)芽），提問：“為什么有的種子發(fā)芽了，有的沒有？種子萌發(fā)需要什么條件？”學(xué)生分組討論，作出假設(shè)（如“需要水”“需要陽光”“需要合適的溫度”）。（3）VR實驗探究（20分鐘）學(xué)生分組使用“種子生長實驗室”VR軟件，開展實驗：步驟1：選擇“綠豆種子”，進入“實驗場景”（包含土壤、陽光、水壺等元素）；步驟2：調(diào)整變量（水分：干旱/適宜/過濕；溫度：低溫/適宜/高溫；光照：黑暗/適宜/強光）；步驟3：點擊“開始生長”，實時觀察種子的生長過程（如干旱環(huán)境下種子不發(fā)芽，適宜環(huán)境下胚根突破種皮，過濕環(huán)境下種子腐爛）；步驟4：記錄實驗數(shù)據(jù)（如不同變量下的發(fā)芽時間、生長高度）。教師巡回指導(dǎo)，提醒學(xué)生注意變量控制（如探究水分的影響時，保持溫度、光照不變）。（4）結(jié)論總結(jié)（8分鐘）各小組匯報實驗結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：“種子萌發(fā)需要適宜的水分、溫度和光照。”教師用VR展示“種子萌發(fā)的正確流程”（胚根突破種皮→胚芽生長→長出葉子），強化學(xué)生的認(rèn)知。（5）拓展應(yīng)用（2分鐘）教師用VR展示“不同植物的生長”場景（如向日葵、西瓜、小麥），提問：“這些植物的種子萌發(fā)需要的條件一樣嗎？”引導(dǎo)學(xué)生課后觀察不同植物的生長，拓展思維。3.課后延伸（1）VR作業(yè)：讓學(xué)生用VR軟件“種植”不同植物的種子（如向日葵、番茄），記錄生長過程，上傳到班級群分享；（2）真實實驗：學(xué)生繼續(xù)種植綠豆種子，對比VR實驗與真實實驗的結(jié)果，撰寫實驗報告；（3）主題探究：以“種子的旅行”為主題，探究種子傳播的方式（如風(fēng)力、動物），用VR展示種子傳播的過程。（四）技術(shù)支持與交互設(shè)計（1）設(shè)備選擇：采用PicoNeo3VR一體機，無需連接電腦，操作便捷，適合小學(xué)生使用；（2）軟件設(shè)計：用Unity引擎開發(fā)“種子生長實驗室”場景，包含以下功能：微觀視角：點擊“放大”按鈕，可進入種子內(nèi)部，觀察胚根、胚芽的結(jié)構(gòu)；變量調(diào)整：用滑塊調(diào)整水分（0-100%）、溫度（0-40℃）、光照（0-100%），實時顯示變量值；動態(tài)模擬：種子生長過程采用實時渲染，如胚根突破種皮時會有“破裂”的音效，增強沉浸感；數(shù)據(jù)可視化：實驗結(jié)束后，自動生成“生長曲線”（如發(fā)芽時間、生長高度），幫助學(xué)生分析數(shù)據(jù)。三、效果分析與評價（一）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與參與度通過問卷調(diào)查（30名學(xué)生）顯示：92%的學(xué)生認(rèn)為“VR教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)更有趣”；88%的學(xué)生“主動參與了實驗探究”（傳統(tǒng)教學(xué)中這一比例為65%）；75%的學(xué)生“希望以后更多使用VR上課”。課堂觀察發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在VR實驗中表現(xiàn)出極高的參與度，如有的學(xué)生反復(fù)調(diào)整水分變量，觀察種子的不同反應(yīng)；有的學(xué)生主動記錄實驗數(shù)據(jù)，與同伴討論。（二）知識掌握與探究能力提升通過測試（10道題，涵蓋種子萌發(fā)的條件、過程）顯示：VR教學(xué)班級的平均分（89分）比傳統(tǒng)教學(xué)班級（71分）高18分；85%的學(xué)生能準(zhǔn)確描述種子萌發(fā)的過程（傳統(tǒng)教學(xué)中這一比例為60%）；78%的學(xué)生能說出種子萌發(fā)的三個條件（傳統(tǒng)教學(xué)中這一比例為55%）。（三）教師反饋與教學(xué)反思參與教學(xué)的教師反饋：“VR能展示抽象的微觀過程，學(xué)生更容易理解；”“學(xué)生的參與度很高，主動提出問題，比如‘為什么過濕的環(huán)境下種子會腐爛？’；”“節(jié)省了實驗時間，傳統(tǒng)教學(xué)中需要一周才能觀察到的發(fā)芽過程，VR中只要幾分鐘就能完成?！保ㄋ模┌咐咙c1.探究式學(xué)習(xí)與VR的融合：VR技術(shù)支持學(xué)生自主調(diào)整變量，開展“做中學(xué)”，符合《課標(biāo)》的探究式學(xué)習(xí)要求；2.虛實結(jié)合：課前、課后的真實實驗與課中的VR實驗相結(jié)合，實現(xiàn)了“虛擬探究—真實驗證”的閉環(huán)；3.個性化學(xué)習(xí)：學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇不同的種子（如綠豆、向日葵），調(diào)整不同的變量，滿足個性化需求。四、問題與展望（一）當(dāng)前應(yīng)用中的不足1.設(shè)備成本較高：PicoNeo3一體機的價格約為3000元/臺，學(xué)校購買10臺需要3萬元，成本較高；2.內(nèi)容開發(fā)難度大：自主開發(fā)VR資源需要專業(yè)的技術(shù)人員（如Unity程序員、3D建模師），教師無法自主完成；3.教師技術(shù)能力不足：部分教師不會調(diào)試VR設(shè)備，遇到問題需要找技術(shù)人員，影響教學(xué)進度；4.沉浸感與真實感的平衡：VR場景雖然生動，但與真實實驗存在差異，部分學(xué)生可能過度依賴VR，忽視真實觀察。（二）未來發(fā)展方向1.降低設(shè)備成本：隨著技術(shù)發(fā)展，VR設(shè)備的價格會逐漸降低，學(xué)校可通過政府采購、企業(yè)捐贈等方式購買更多設(shè)備；2.豐富內(nèi)容資源：與科技公司、教育機構(gòu)合作，開發(fā)符合課程標(biāo)準(zhǔn)的VR資源庫（如“小學(xué)科學(xué)VR實驗包”），涵蓋物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域；3.提升教師能力：開展VR教學(xué)培訓(xùn)（如設(shè)備操作、資源開發(fā)、教學(xué)設(shè)計），讓教師掌握VR技術(shù)的應(yīng)用方法；4.虛實融合教學(xué)：將VR實驗與真實實驗結(jié)合，如用VR模擬種子萌發(fā)的微觀過程，用真實實驗觀察種子的生長，實現(xiàn)“虛擬輔助—真實驗證”的效果；5.個性化學(xué)習(xí)：結(jié)合AI技術(shù)，根據(jù)學(xué)生的操作情況（如調(diào)整變量的次數(shù)、實驗數(shù)據(jù)的記錄），提供個性化的反饋（如“你可以嘗試調(diào)整溫度，看看種子的生長情況”），提高學(xué)習(xí)效果。結(jié)論VR技術(shù)作為一種新型的教學(xué)工具，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中具有獨特的優(yōu)勢，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強探究能力、展示抽象過程。本文以“種子的萌發(fā)與生長”為例，構(gòu)建了VR技術(shù)輔助小學(xué)科學(xué)教學(xué)的實踐模式，包括課程定位、設(shè)計思路、實施過程、技術(shù)支持等環(huán)節(jié)，為一線教師提供了可借鑒的操作范式。然而，VR技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用還存在一些問題，如設(shè)備成本高、內(nèi)容開發(fā)難度大、教師能力不足等，需要隨著技術(shù)發(fā)展和教育改革逐步解決。未來，隨著VR技術(shù)的不斷成熟和教育資源的不斷豐富，VR技術(shù)將成為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要輔助工具，推動科學(xué)教育向“沉浸