〔摘""要〕"應(yīng)用虛擬技術(shù)，為學(xué)生打造了一個(gè)高度仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠讓他們隨時(shí)隨地進(jìn)行技能訓(xùn)練和操作練習(xí)。他們不僅可以進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作，還可以親身參與并體驗(yàn)科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，深入理解科學(xué)原理和方法。結(jié)合虛擬技術(shù)的特征，將虛擬技術(shù)應(yīng)用在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中，具有其開創(chuàng)性的意義。〔關(guān)鍵詞〕"小學(xué)科學(xué)；虛擬技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)隨著信息技術(shù)進(jìn)步，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入了多媒體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，面貌煥然一新。但傳統(tǒng)多媒體技術(shù)局限性凸顯，如線性呈現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)效果差異大、模擬精細(xì)度不足等，可能誤導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。虛擬技術(shù)的出現(xiàn)，為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了革命性改變。一、虛擬技術(shù)的內(nèi)涵虛擬技術(shù)是一種通過計(jì)算機(jī)提供真實(shí)體驗(yàn)的科技。虛擬技術(shù)的核心在于創(chuàng)造出一個(gè)逼真的三維空間，用戶可以通過特殊設(shè)備，如頭盔顯示器、手套等，進(jìn)入這個(gè)虛擬世界，并與其中的物體、環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。這種交互不僅限于視覺和聽覺，還包括觸覺、嗅覺等多種感官體驗(yàn)，使得用戶仿佛真正置身于一個(gè)虛擬的環(huán)境中。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為虛擬技術(shù)提供了豐富的視覺表現(xiàn)手段，使得虛擬世界中的物體、場景和過程能夠以逼真的形式呈現(xiàn)出來。仿真技術(shù)則通過模擬物理世界的規(guī)律和行為，讓虛擬世界中的物體能夠像真實(shí)世界一樣運(yùn)動(dòng)和變化。用戶與虛擬世界的實(shí)時(shí)沉浸互動(dòng)，則通過人機(jī)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)。二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用虛擬技術(shù)的意義小學(xué)科學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維的重要學(xué)科，應(yīng)用虛擬技術(shù)具有深遠(yuǎn)的意義。第一，傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)方式往往側(cè)重于理論知識(shí)的灌輸，難以充分激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情。而虛擬技術(shù)不僅可模擬真實(shí)場景，還可以讓學(xué)生親手操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探索科學(xué)規(guī)律，這種互動(dòng)性的學(xué)習(xí)方式更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。第二，小學(xué)科學(xué)教學(xué)包含大量的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但受到實(shí)驗(yàn)器材、場地、安全等因素的限制，很多實(shí)驗(yàn)難以在現(xiàn)實(shí)中開展。而虛擬實(shí)驗(yàn)不僅安全便捷，還可以模擬一些高風(fēng)險(xiǎn)或難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在安全的環(huán)境中進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)。第三，虛擬技術(shù)通過提供開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和豐富的實(shí)驗(yàn)資源，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中自由發(fā)揮想象力，嘗試不同的實(shí)驗(yàn)方法和條件，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。同時(shí)，虛擬技術(shù)還可以為學(xué)生提供合作學(xué)習(xí)和交流的平臺(tái)，讓他們在團(tuán)隊(duì)中共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力。第四，虛擬技術(shù)的應(yīng)用可以使小學(xué)科學(xué)教學(xué)更加符合時(shí)代要求，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享和優(yōu)化配置。通過構(gòu)建虛擬教學(xué)資源庫和在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，教師可以方便地獲取和分享教學(xué)資源，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探究。這種現(xiàn)代化的教學(xué)方式不僅能夠提高教學(xué)效率和質(zhì)量，還能為學(xué)生的全面發(fā)展提供有力支持。第五，虛擬技術(shù)還有助于小學(xué)科學(xué)教育與現(xiàn)實(shí)世界的連接。在現(xiàn)實(shí)生活中，很多科學(xué)現(xiàn)象和原理是難以直接觀察和理解的，而虛擬技術(shù)可以將這些抽象的概念具象化。這種連接現(xiàn)實(shí)世界的教學(xué)方式有助于學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。三、虛擬技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略（一）策略一——?jiǎng)?chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)場景，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣在虛擬現(xiàn)實(shí)場景中，用戶可以根據(jù)自己的意愿進(jìn)行探索，如自由走動(dòng)、觀察環(huán)境細(xì)節(jié)、與虛擬物體進(jìn)行交互等。這種交互性使得虛擬現(xiàn)實(shí)場景具有極高的沉浸感和真實(shí)感，用戶能夠感受到與真實(shí)世界相似的視覺、聽覺、觸覺等感官體驗(yàn)。如，在學(xué)生的知識(shí)同化與認(rèn)知結(jié)構(gòu)建構(gòu)過程中，有時(shí)會(huì)遇到一些難以通過傳統(tǒng)教學(xué)手段展現(xiàn)的環(huán)境，如火星表面、微小的微生物世界，或危險(xiǎn)的地震區(qū)域等。這些不可觸及或難以直接觀測的微觀與宏觀世界，使學(xué)生難以形成真實(shí)體驗(yàn)，進(jìn)而影響了他們對(duì)知識(shí)的深入理解和建構(gòu)。虛擬技術(shù)的輔助，讓科學(xué)教學(xué)面對(duì)這一難題有了更高效的方式。它能夠創(chuàng)建出一個(gè)高度仿真的虛擬世界，使學(xué)生仿佛置身于真實(shí)場景之中，從而獲得替代性經(jīng)驗(yàn)。以生命起源的原始地球?yàn)槔?，學(xué)生往往難以直接體驗(yàn)?zāi)莻€(gè)遙遠(yuǎn)時(shí)代的景象。傳統(tǒng)的教學(xué)媒體也很難為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)生動(dòng)逼真的學(xué)習(xí)情境。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為我們打開一扇探索新知的大門。借助3D等先進(jìn)技術(shù)，他們可以看到火山的猛烈噴發(fā)、熔巖四溢的震撼場景；可以感受到暴雨如注，原始海洋波濤洶涌的磅礴氣勢。在雷鳴電閃之中，他們仿佛能夠親身經(jīng)歷非生命的無機(jī)小分子逐漸轉(zhuǎn)化為有機(jī)小分子，進(jìn)而形成有機(jī)大分子和多分子體系，最終孕育出最初的生命的奇妙過程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種理想化的認(rèn)知工具，為學(xué)生探索新知提供了強(qiáng)有力的興趣支持，使他們在學(xué)習(xí)過程中能夠更加全面、深入地建構(gòu)自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。（二）策略二——采用三維展示，直觀理解概念三維展示是指利用特定的技術(shù)手段，將物體或場景以三維立體的形式展現(xiàn)出來，使觀察者能夠獲得更真實(shí)、更直觀的視覺體驗(yàn)。這種展示方式突破了傳統(tǒng)二維顯示的平面視覺效果，通過模擬人眼的立體視覺原理，讓物體或場景在三維空間中得以呈現(xiàn)。三維展示是一種先進(jìn)的視覺展示技術(shù)，它能夠提供真實(shí)、直觀、生動(dòng)的視覺體驗(yàn)，幫助人們更好地理解和感知物體或場景。利用虛擬技術(shù)的三維展示功能，教師可將科學(xué)概念中比較抽象的物體或場景以立體、直觀、生動(dòng)的形式呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)概念。例如，在科學(xué)教學(xué)中，對(duì)人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察常因無法直觀體驗(yàn)而效果不佳。但“虛擬人體”解剖實(shí)驗(yàn)室的三維展示改變了這一現(xiàn)狀。學(xué)生能逐層揭開人體皮膚，深入探索肌肉與骨骼，細(xì)致觀察內(nèi)臟器官。在解剖心臟時(shí)，三維立體模型可局部放大、定格，讓學(xué)生清晰看見每個(gè)細(xì)微結(jié)構(gòu)。鼠標(biāo)操控下，心臟任意翻轉(zhuǎn)，空間關(guān)系與內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)一目了然。切割分解后，視頻回放幫助學(xué)生迅速、正確復(fù)原，如同高級(jí)三維拼圖。點(diǎn)擊選項(xiàng)，心臟跳動(dòng)與血液循環(huán)等動(dòng)態(tài)過程即刻呈現(xiàn)。高品質(zhì)音頻設(shè)備更讓心跳與血流聲仿佛就在耳邊，讓學(xué)生仿佛置身真實(shí)解剖現(xiàn)場。這種教學(xué)方式不僅提升了教學(xué)效果，更讓學(xué)生在互動(dòng)與探索中，獲得了直觀且深刻的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。（三）策略三——引入虛擬實(shí)驗(yàn)，提升操作能力教師可通過虛擬技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如，小學(xué)科學(xué)教學(xué)中對(duì)托盤天平的使用，是學(xué)生需要掌握的知識(shí)點(diǎn)之一，但由于天平數(shù)量的限制，學(xué)生接觸天平機(jī)會(huì)較少，對(duì)其使用規(guī)范也就無法扎實(shí)掌握。虛擬實(shí)驗(yàn)室中，虛擬器材托盤天平、砝碼、物體一應(yīng)俱全，并可選擇實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)。通過虛擬界面的引導(dǎo)，學(xué)生可了解天平的各部件及其功能，如如何正確放置稱量物、如何調(diào)整平衡、如何讀取數(shù)值等。接著，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行托盤天平的操作練習(xí)。這些練習(xí)可以根據(jù)學(xué)生的掌握程度進(jìn)行分級(jí)設(shè)置，從簡單的稱量操作到復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)步驟，逐漸提升學(xué)生的操作水平。在操作過程中，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)，幫助學(xué)生了解自己的不足，及時(shí)修正。通過反復(fù)練習(xí)和模擬操作，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中能夠逐漸掌握托盤天平的使用技巧，提高實(shí)踐操作能力。當(dāng)他們在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，就會(huì)更加自信、熟練和準(zhǔn)確。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以模擬一些在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)的場景，例如極端環(huán)境下的稱量操作或特殊物質(zhì)的稱量。這些模擬場景能夠幫助學(xué)生拓寬知識(shí)視野，提高應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜情況的能力。又如，涉及有毒氣體的實(shí)驗(yàn)、爆炸實(shí)驗(yàn)及錯(cuò)誤操作的不良后果演示等都可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生感受到，但同時(shí)又不至于讓學(xué)生置身危險(xiǎn)中，也在一定程度上避免實(shí)踐過程中的誤操作。（四）策略四——調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，滿足多樣需求虛擬實(shí)驗(yàn)通過調(diào)整改變實(shí)驗(yàn)條件、選擇不同的實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備，以及設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)場景等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，能進(jìn)一步滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。具體而言，當(dāng)學(xué)生在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果他們對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟或條件感到困惑，就可以通過調(diào)整參數(shù)來重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便更好地理解和掌握知識(shí)。同樣，如果他們希望挑戰(zhàn)自己，探索更多的可能性，也可以增加實(shí)驗(yàn)的難度或復(fù)雜性。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)，智能地推薦適合他們的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度，進(jìn)一步滿足他們的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。例如，基于“化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室”的靈活性，教師可實(shí)行個(gè)性化教學(xué)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和興趣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可自由挑選虛擬器材庫中的器材，按需組合儀器與藥品，并靈活設(shè)置屬性，通過調(diào)整參數(shù)觀察不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果，深化對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解。以小學(xué)科學(xué)拓展實(shí)驗(yàn)中的“二氧化碳?xì)怏w制備實(shí)驗(yàn)”為例。傳統(tǒng)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)有限，個(gè)性化實(shí)驗(yàn)更難實(shí)現(xiàn)。而虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室為這一難題提供了解決方案。在虛擬環(huán)境中，每位學(xué)生都能獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從選擇藥品到搭建裝置，再到探索氣體性質(zhì)和確定收集方式，均可自由進(jìn)行。尤其在氣體收集方法上，學(xué)生可嘗試不同策略，培養(yǎng)獨(dú)立思考和創(chuàng)新精神。這種個(gè)性化學(xué)習(xí)方式，滿足了學(xué)生多樣需求，使他們更好地發(fā)揮特長和優(yōu)勢。（五）策略五——實(shí)時(shí)跟蹤反饋，提高教學(xué)效率利用虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的實(shí)時(shí)跟蹤和反饋，即通過整合虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉和記錄、評(píng)估。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、交互記錄以及問題解決過程都可以被系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉和記錄。系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行分析后調(diào)整學(xué)習(xí)策略、進(jìn)度等，也方便教師隨時(shí)了解學(xué)生情況并及時(shí)干預(yù)、優(yōu)化教學(xué)。電路學(xué)習(xí)對(duì)初學(xué)者而言充滿挑戰(zhàn)，如理解串聯(lián)與并聯(lián)的差異、根據(jù)實(shí)物圖繪制電路圖等。傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)因器材缺乏、元件易損及課時(shí)限制，實(shí)踐效率低且無法實(shí)時(shí)反饋。電路虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了真實(shí)操作般的自由度，允許自由連接元件，自動(dòng)生成電路圖，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效率。該軟件能模擬任意電路結(jié)構(gòu)，操作簡便，效果逼真，支持元件自由操作及參數(shù)設(shè)置，便于保存、打開實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)出圖像，繪制電路圖。最下方提示欄實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)元件及電路連接，幫助學(xué)生反思，提高效率，使學(xué)生在愉悅氛圍中掌握電路知識(shí)。另外，根據(jù)后臺(tái)反饋的實(shí)驗(yàn)總體情況，教師可以更加精準(zhǔn)地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和難點(diǎn)，從而更有效地調(diào)整教學(xué)策略，提升教學(xué)效率。綜上所述，將虛擬技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)