浅谈如何在科学教学中有效使用可视化虚拟教学终端——以“心脏和血液循环”的教学为例.pdf

19课题成果浅谈如何在科学教学中有效使用可视化虚拟教学终端以“心脏和血液循环”的教学为例江苏省无锡市塔影中心小学 过秦勇【摘 要】通过应用zSpace MR可视化虚拟教学终端的“虚拟现实”“增强现实”“震感模拟”等功能，可以使学生看不到的物体可视化，学生可以直观感受物体的结构、运动等，以增强课堂教学的直观性，增强学生学习的趣味性，增强教学的真实性、互动性、自主性，并切中重点、突破难点，既直观又形象。【关键词】科学教学 教学可视化 虚拟教学终端 沉浸式学习真实的情境创设、探究问题的设计、真实活动的体验是科学课堂改革的三大重要步骤。随着现代科学技术水平的不断提高，越来越多的现代化技术工具被运用到教学中，zSpace MR 可视化虚拟教学终端就是其中之一，其具有可视化的特点，能引领学生走进一个有内在联系的知识体系，为学生主动思考、分析、验证等探究活动提供丰富的载体。在课堂上，师生可以通过 zSpace MR 硬件设备在构建的虚拟、可交互的教学环境中进行沉浸式学习。zSpace MR 可视化虚拟教学终端可以把整个教学过程串联起来，形成一个以教师、学生、知识为主的闭环结构体，从而演绎出真实的知识场景。在教学中，可视化虚拟教学终端最常见的功能是“虚拟现实”“增强现实”“震感模拟”等。在“心脏和血液循环”一课的教学中，教师需带领学生认识人为什么有心跳，即解决我们的心脏为什么会跳动、为什么会在不停地跳动、血液为什么要流动等主要疑问。而解答这些问题需要联系人体内部寻找答案，这样学生才能科学地认识自身的生理现象，并且在解决问题的过程中学会解决问题的方法。而运用可视化虚拟教学终端，可以很好地突破这些难点，突出重点，可以增强教学的直观性、趣味性、真实性、互动性和自主性，使科学探究活动达到一定深度。一、增强教学的直观性直观性教学是小学科学教学常用的方法，它简单易操作且效果明显，其最大优势是可以使学生了解所学物体的大小、颜色、形状、方位等特征。“心脏和血液循环”属于“解暗箱”课例，要使学生掌握有关心脏和血液循环的知识，教师必须让学生看到心脏、全身血管的分布情况以及血液的流动情况。传统的教学方法是组织学生观察心脏模型和血液循环挂图，但这些都不够鲜活与灵动，而 zSpace MR 可视化虚拟教学终端就能解决这一难题。在教学中，利用 zSpace MR 可视化虚拟教学终端全方位呈现的技术特点，学生戴上 3D 眼镜就可以清楚地看到：血管原来是立体地分布在全身的，有粗有细，最细的血管只有头发丝那么粗，血管里流动的血液的颜色有鲜红的，也有暗红的。还可以通过“虚拟现实”的缩放、旋转功能，让学生形象、立体地了解血管在身体内部的分布情况和血液循环情况，为学生后续学习血液循环的知识奠定基础。zSpace MR 具有大小缩放、旋转和分解功能，可让学生利用操作笔把心脏模型放大、缩小、旋转和分解，在操作过程中，学生能清晰地看到心脏前后左右的构造，知道心脏的形状，了解心脏主要由左、右心室和左、右心房组成，让一颗鲜活的“心脏”直观地展现在学生面前，这种学习效果是其他教学媒介无法达成的。二、增强学习的趣味性探究需要兴趣，小学科学课就是要抓住学生渴望了解事物的秘密心理以及不断探索陌生事物的本能来进行教学，而借助 zSpace MR 可视化虚拟教学终端，能使学生在习得知识的同时开阔眼界，使所学习的东西变得清晰、灵动、真实，从而激发学生的学习兴趣，加深他们对知识的印象。20由于是“解暗箱”课，如果按照常规的方法，教师直接出示心脏模型或挂图进行讲解，学生就会因为内容枯燥和单一而逐渐转移注意力和丧失学习兴趣。而借助zSpace MR 可视化虚拟教学终端，让学生戴上 3D 眼镜，观察、移动、缩放血液循环模型和心脏模型，就可使学生既看到正常的心脏模型和血液循环模型，又看到放大版的模型；既可以清楚地看到全身的血管分布，又可以了解心脏的形状；既可以看到完整的心脏模型，还可以把心脏模型进行分解；既可以看到正面的血管分布情况和心脏模型，还可以看到侧面和反面的血管分布情况和心脏模型；既可以让学生观察人体血管模型和心脏模型，还可以通过其“增强现实”功能把心脏模型“移”到学生身体上，使学生了解心脏的大致位置；既可以通过测笔的触感模拟功能，让学生感受平静状态下心跳的频率，还可以感受到运动状态下心跳的频率等。教师将无法直接看到的事物可视化、清晰化、趣味化，能有效地调动学生的视觉、感觉、触觉等感官，这种如临其境的感觉，自然会使学生对所学知识产生兴趣，从而激起学习相关知识的强烈欲望。三、增强教学的真实感科学是一门重要的基础学科，它真实地反映了客观世界，也反映了客观世界中事物相互之间的变化关系。所以在科学教学中，教师必须让学生经历学习知识的过程，使学生牢固地掌握知识，同时掌握学习知识的技能，这样才能增强教学的真实感。对于这种“解暗箱”课型，如果教师仅出示塑料心脏模型，然后根据教材照本宣科，显然缺乏真实感。如在教学生认识人体全身血管分布情况及心脏的形状时，使用 zSpace MR 中的“虚拟现实”功能，并让学生戴上 3D 眼镜，顿时清晰的、立体的、三维的人体血管模型和心脏模型就展示在了学生面前，学生仿佛看见了真实的人体血管分布和真实的心脏；运用zSpace MR中“虚拟现实”的旋转功能，学生还可以看到全方位立体的人体血管模型和心脏模型；运用“虚拟现实”的缩放功能，还可以清晰地看到这些模型的各个部位，哪怕是最细小的毛细血管；运用“虚拟现实”的拆分功能，还可以把左、右心房和左、右心室拆分开来，使学生了解心脏的组成及血液在心脏中的流动情况；等等。此外，通过“增强现实”的触觉上的震感模拟功能和视觉效果，学生甚至可以感受到平静状态下和运动状态下心脏的跳动。利用zSpace MR中的“虚拟现实功能”，使原本单一、枯燥、抽象的教学内容变得生动、形象、真实，而这种真实的感觉，能让学生体会到科学的本真。四、增强教学的互动性教学是教与学的双边活动，教师的教必须与学生的学紧密结合，在师生和教学媒介的交互中进行。传统的教法通过观看人体血管分布图片、心脏模型和有关血液循环的录像来进行单边教学。这样的教学方法虽然同样能实现基本教学目标，但这种单边教学方式缺乏互动性，不能体现学生学习的主体地位。而使用了 zSpace MR 可视化虚拟教学终端，其直观性、趣味性、真实性的特质能最大限度地激发学生的互动兴趣，可使学生参与教学活动，促成师生、生生一起观察、讨论、思考、体验的交互式探究。例如，在教学“心脏的位置”这一难点时，究竟心脏位于身体的哪个部位，大多数学生只能说出个大概，而运用了 zSpace MR 中的“增强现实”功能，这个难点就能迎刃而解了。教师利用“增强现实”中的投屏功能可成功地把心脏模型“投到”互动学生的身上，让其他学生一眼就可以看到心脏位于胸腔的正中偏左。又如，在教学“心跳”时，利用 zSpace MR 中“虚拟现实”的震感模拟功能，可让学生感受到平静状态下和运动状态下心跳频率的不同，这样不仅增强了教学的互动性，还使学生体验了心脏跳动的效果，学生不仅听到了心跳的声音，还看到了心脏跳动的情况，近距离地感受了一次“真正的”心跳。五、增强学习的自主性学习活动应该是以学生为主体、学生自主参与的实践活动，如科学教学中，问题探究、问题分析、问题解决是科学探究的根本出发点，因此培养学生的自主探究能力是科学学科的主要任务之一，要让学生像科学家一样去探索、去发现周围世界的秘密。在本节课中运用 zSpace MR 可视化虚拟教学终端能让学生根据自己的喜好、需求进行观察、思考，使其逐步养成自主学习和自主探究的良好习惯。例如，运用 zSpace MR 中“虚拟现实”的缩放、旋转和拆分功能，学生在操作 zSpace MR 时就可以从问题出发，根据自己的学习需要来选择到底要观察人体血管模型的全部还是局部，是要观察体循环还是肺循环。学生还可以决定观察心脏模型的正面还是侧面，并决定整体研究心脏模型还是把它拆分成左、右心室和左、右心房进行单个研究。又如，通过“虚拟现实”的“震感模拟”功能，学生可以自主选择感受平静状态下的心跳频率，也可以选择感受运动状态下的心跳频率。这样，通过 zSpace MR，学生就可以利用其提供的模型进行自主学习、自主探究，也可以进行小组内协同式学习。zSpace MR 可视化虚拟教学终端是现代化教学仪21课题成果器，是现代化科学技术作为手段在教学领域中的运用。借助它全方位、透视性、可剖分的特色功能，可以将学生无法直接观察到的事物可视化，学生可以根据学习和探究需要把模型放大或缩小，也可以把模型旋转；通过它的“增强现实”功能，可以将模型投屏，可以触感模拟，等等，让学生在课堂上通过虚拟模拟获得最真实的学习体验，在“假”的基础上获得真的知识感受；学生在打破真与假的界限的同时获得了最直观的知识。这样，既能切中教学重点，又能突破教学难点；既直观，又形象；既生动，又有趣；既有真实性，又有互动性，因为它能把学生看不见、摸不着的事物，直观形象地展示在学生面前。注：本文系江苏省现代教育技术研究重点课题“现代信息技术环境下锡城青少年科学素养提升策略研究”（课题编号：2019-R-71978）的阶段性研究成果。受到黄山奇石名字的奇特。在此基础上，教师追问：“黄山奇石还 奇 在哪里？找一块自己最喜欢的石头，进行探究。”儿童的思维再一次被调动。在讲到“仙桃石”时，教师先引导儿童说出这块石头奇特在哪里，进而鼓励儿童将自己的疑惑提出来，而儿童疑惑的正是这块石头的奇特之处。经过探讨，本课最核心的问题“黄山奇石 奇 在哪里？”迎刃而解。在教学中，教师以“问”串联起了儿童的“学”，又在“学”的过程中引发儿童“问”。“问”与“学”相生相长，儿童思维得到提升，“问”的意识被不断激发。四、迁移运用，以问促思语言是重要的交际工具和思维工具，语言发展的过程也是思维发展的过程。儿童的语言能力是在运用语言的过程中逐步建构与发展起来的，教师的讲解与知识的记忆，都无法替代儿童的言语实践。学会迁移、学以致用是重要的学习能力，教师要善于设计具有思维含量的练习。当然，教师要把握好这种练习的思维深度，适当的思维深度有利于儿童进行有意义的学习。片段 5：出示图。师：同学们，你们能描述一下图片里的石头吗？生 1：这块石头好像一只可爱的小狗。师：同学们，你们对生 1 的描述有没有一些建议？生 2：还可以说说这只小狗是怎样的。师：你能根据生 2 的建议把句子说完整吗？生 1：这块石头好像一只可爱的小狗，静静地望着远处的山峰。师：这一次，你不但说出了石头像什么，还说清楚了它的状态，真了不起！生 3：那块巨石好像一个老人，正在陡峭的山峰上采药。师：你的想象可真有新意！生 4：那巨石好像孙悟空的金箍棒，直插云霄。师：你的观察视角很独特，给你点赞！在教学过程中，教师结合课后习题设计了迁移练习：（什么）像（什么），（怎么样）。这一句式仿写的关键点在两处:一是比喻；二是完整。“这块石头好像一只可爱的小狗”这样的语句，是儿童已有的言语水平，而教学就是要在此基础上往前推进一步，要求学生不但要写出像什么，还要写出怎么样。当儿童没有说完整、言语表达还停留在原有水平时，教师可以请其他同学帮帮他，给他提点小建议。此时，儿童的思维会飞速运转，他们结合之前文中的语言表达，立刻想到还要写出这块石头怎么样。教学落点于此，才能真正促进儿童言语水平的提升。这就是用语言建构形象，建构起的是儿童自己的语言，让儿童在表达中提升思维。在教学时，教师只要能遵循儿童的天性，把儿童置于课的中央，把“问”的权利还给儿童，培育儿童“问”的意识，激发儿童“问”的兴趣，就能最大化地激活儿童，调动儿童学习的主动性和积极性。【参考文献】1 潘文彬.还学习本来的样子：潘文彬儿童问学课堂十讲 M.上海：华东师范大学出版社，2022.2 侯春艳，薛法根.词句训练为主线 用好课文学语言黄山奇石（统编本二上）教学及评析 J.小学语文教学，2018（25）.注：本文系全国教育科学“十四五”规划 2021 年度教育部重点课题“项目化学习视域下儿童问学课堂的理论与实践研究”（课题编号：DHA210388）的阶段性成果。（上接第15页）