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虚拟现实（VR）技术在小学科学教学中的应用研究

前言

小学科学是结合物质科学、生命科学、地球和宇宙科学、技术与工程四个领域的一门基础性、

实践性、综合性课程。小学科学课程以培养学生科学素养为宗旨，倡导以探究式学习为主的多样化

学习方式、促进学生主动探究。突出创设学习环境，为学生提供更多自主选择的学习空间和充分

的探究式学习机会。因而，将虚拟现实技术等现代化信息技术巧妙地融入到小学生喜闻乐见的各

种科学主题中，对于改变传统科学课堂、提高课堂质量有重要意义。

1、虚拟现实技术含义

虚拟现实技术（VirtualReality）通常简称“VR”，是运用计算机来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、味觉等多感官来体验虚拟场景里的事物，同时可以

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通过自然语言、肢体语言等进行实时互动，创造出一个人适化的多维信息空间。它是一种

利用计算机生成模拟环境的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户产生身临其境

的体验感。该技术目前广泛应用于教育、医学、娱乐、军事航天、室内设计、房产开发等领域。

2、虚拟现实技术在小学科学教育中的特征及优势——以STEM课程

《设计喂鸟器》为例

美国科学家BurdeaG和PhilippeCoiffe提出了虚拟现实技术的三个基本特征,即为3I，分别

是沉浸性(Immersion)、交互性（Interaction）、想象性（Imagination），获得较多学者的

认同。3I特征在小学科学教育中有巨大优势。

2.1沉浸性

是指利用计算机生成的仿真环境，带给用户一种身临其境的感觉，让用户融入到虚拟世界

中。用户所体验到的沉浸性来源于虚拟现实技术的多感官性，它除了具备一般计算机所具有的

视觉感知外，还具备听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。著名的新

西兰教育学家克里斯蒂﹒沃德在她的《“友善用脑”加速学习新方法》的书中提到，尽量充分使

用身边的每一个小道具来刺激学生的各种感官都能够达到意想不到的效果。在

STEM课程《设计喂鸟器》中，虚拟现实技术的沉浸性体现在：学生可以通过视觉、听觉、

运动感知等多种感官来观察小鸟的形态特征和行为习惯，取代传统科学课堂中单一的视觉感官

参与方式，多感官的参与有助于提高学生对知识点的记忆。

2.2交互性

指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。用户以第一人称的

视角沉浸在虚拟世界中，通过自然运动方式与虚拟环境进行互动，让用户产生置身于虚拟世界中

的感觉。用户通过动作给虚拟世界中的物体指令，虚拟世界给予用户反馈对应动作，人机互

动。沉浸性这一特征来源于交互性，这两者是虚拟现实技术最普遍也是最重要的特征。在STEM

课程《设计喂鸟器》中，交互性体现在：学生通过自然运动如前进，旋转身体等方式，置身

于虚拟世界中，寻找火烈鸟等鸟类的踪迹，将视觉红点停留在学生想了解的鸟身上数秒后，会出

现该品种鸟的三维动态外部形态、叫声、文字介绍等。通过这种交互式的体验学习，可以增强学

生的无意识记，轻而易举地达到教学目标。

2.3想象性

是运用虚拟现实技术把理性与感性相结合，创建出人为想象的场景或事物，帮助人们思

考和想象现实世界中不存在的事物，提高感性和理性认识，促使人们深化概念，引发新的联想

［2］

。这一特征的体现程度较多地取决于软件开发者的技术能力以及想象力。在STEM课程

《设计喂鸟器》中，想象性体现在“设计喂鸟器”这一环节，学生通过VR眼镜了解某一种鸟

的形态特征、生活习性（如嘴型、身形、食物…），以及虚拟世界中的喂鸟器，深化学生对

“喂鸟器”的概念，促使学生产生新的联系，发挥丰富的想象力，为其他鸟类设计合适的喂鸟

器。

3、虚拟现实技术在小学科学教学的特征体现

3.1真实比例模拟现实

是指按照真实比例1:1设计的高度模仿真实场景，为使用者带来最接近真实场景的感受。

在小学科学教学中适用于模拟客观存在但无法到现场观察的情景，像动植物的生态环境、人文

地理考察、水域考察、生态环境等场景。例如在教科版科学五年级上册中“生物环境”、

“地球表面及其变化”单元学习中，利用真