基于“3D虚拟”软件的小学科学宇宙空间领域教学尝试

1、基于“3D 虚拟”软件的小学科学宇宙空间领域教学尝试-以月相变化一课为例【摘要】小学科学宇宙空间领域的学习需要学生有一定的空间想象能力，利用“3D 虚拟交互天文馆”软件的 3D 模拟技术，结合教学重难点调整设计，利用交互模拟技术帮助学生构建空间想象，助推学生自主探索与思辨，从而丰富宇宙与空间认知，培养学生对天文的兴趣。【关键词】3D 虚拟交互天文馆；月相；教学月相变化与人类关系十分密切，月相的周期变化是我们确定农历的主要依据，而大多数学生对月相的认知有限的停留在几种特殊的月相上，对整个月相变化的过程不了解，对其变化的规律及产生原因更是知之甚少。仅仅是通过观察月相变化或传统的模拟实验，部分学生还

2、是无法同化这些知识和体验知识的形成的过程。另外连续观测月相很受天气、学生自身条件、能力等制约,完整地观察月相和发现月相变化的规律难。 但是，六年级的学生有较好的信息技术素养和电脑、手机等多媒体教学工具使用能力， 且具有一定的分析能力，因此可以采用信息模拟技术，在 3D 虚拟动画模拟的宇宙环境中让学生自主探究月相变化规律，体验月相变化过程，总结月相变化规律，以解决教学实际难点问题。 一、找准教学重难点，精确突破 月相的变化一课的教学重重难点在于让学生在观察的基础上得出月相变化的规律性， 在变化规律的基础上再推理月相成因，从而激发对天文的兴趣。本节课有两大难点： 月相观察与记录难规范 本课教学时间

3、适合放在农历十五左右，课前应至少提早半个月布置学生半个月的月相观察。从农历初一开始观察，定时定点不间断的观察，特别提醒学生如实填写以下记录单。 月相观察记录表 观察日期 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 观察时间 农历 月相记录 观察日期 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 观察时间 农历 月相记录 月相变化规律亮面大小变化亮面的方向通过收集整理学生的记录单，会发现这么几个问题：观察时间不统一；大多数日期因没有观察到月相而无记录；月相记录不规范；受画图能力影响，记录中体现不出有缺到圆的逐渐变化规律等。单纯的学生课前观察是难以形成上半月月相变化规律的。

4、月相变化成因难推理 学生的观察记录表在半个月的月相观察后，学生了解了上半月月相的变化规律，接下去就是通过模拟实验感知月相变化的原因。常规的模拟实验中，也会遇到各种问题。 现象观察不明显。学生在自然光条件下参观模拟月球的小球（小球一半是亮面， 一半是暗面），并根据观察画出月相。但是受光线限制影响，很多学生根本不知道怎么观察边界，故而学生画出的月相都添加了自己的想像。 实验难操作。学生缺少元认知，不知道日、地、月三者的位置关系。不知道何时把地球放中间，何时把月球放中间，月球的亮面到底朝哪个方向， 不能理解日、地、月三者怎么转。不会演示太阳相对不动，地球自转和月球的自转、公转， 不理解月球的同步自转

5、。 原理难理解。对于“为什么能观察到月相？”不理解。 如果月球自身能发光，我们还能观察到月相的变化吗？ 这些原理如果只用文字描述学生很难理解。二、引入 3D 虚拟交互，突破难点 针对以上问题，笔者设计并制作了一个软件“3D 虚拟交互天文馆”，试图解决月相变化一课中的教学难点。 软件介绍 该软件基于 flashcs4 制作，利用 FALSHas2.0 脚本控制。由引导动画、主导航界面、内容界面、退出动画等几个部分组成。界面美工设计及内容选择根据小学科学教材宇宙单元教学需要量身定制。可满足小学生虚拟实验的要求，内容丰富，整合了一个单元的资料， 能真实模拟一个月的月相变化，还能模拟日食月食，调整轨道

6、角度，月球比例等，具有很强的真实性，突破了以往课件以看为主无法互动的局限，内容界面简洁、实用、大方避免无关因素的干扰。 自制3d 虚拟交互天文馆根据教学目标精心设计，可以有效避免无关信息干扰，而且是生成可执行文件，无需安装、也无需网络就可以在电脑、平板、手机上运行。软件默认自动循环模拟一个月相变化，可以通过“暂停”按钮控制自动播放和手动播放，也可以利用鼠标拖动相对应对象互动实施观察。 3d 虚拟交互天文馆界面实践应用 模拟操作，学会应用 结合学生前期实地观察记录，介绍软件功能和使用方法。利用多媒体教室或教学平板， 让学生独立先观察自动播放功能，提示学生观察视窗中月相和太阳的运动变化情况。介绍互

7、动控制功能演示初七一天的月相从升到落情况。通过停止按钮，选择初六，用鼠标拖着月球或者时钟指针，可以观察到月相初七升起的位置、时间，继续拖动可以观察到初七月亮下落时间，从而知道，初七晚上月相出现的时间， 月相亮面朝向、日月地三者位置关系等信息。 任务驱动，修正观察 在学生学会了使用“3D 虚拟交互天文馆”相关操作后，接下去通过任务驱动的形式，让学生自主去探究月相的变化，进一步完善他们在实践中的观察。 模拟实验任务一：利用软件，修正上半月月相观察记录表 通过学生自己模拟观察，可以顺利观察到初一到十五月亮升起的时间与位置、下落时间， 月相形状、亮面朝向、每天可以观察到月相的时间节点这些信息。通过模拟

8、验证结合实际观察记录，再来总结上半月月相变化规律：亮面越来越大，位置低-高-低；每天向东移动；亮面朝西。 模拟实验任务二：利用软件，预测下半月月相变化 在结合软件模拟了解了上半月月相变化后，让学生根据总结的规律，预测下半月月相变化规律，并记录在下半月观察记录表中。同时通过典型日期重点观察，来验证下半月月相规律，得出下半月亮面越来越小，位置低-高-低；每天向西移动；亮面朝东。 习题巩固，助推推理 学生根据上下半月虚实结合的观察，已经总结一个月月相变化规律，接下去可以出一些例题进行检测和巩固。例如可以让学生根据月相判断日期，如下题。 例题：下列四幅图各是什么日期观测的？东西东西东西东西甲乙丙丁经历

9、了前期学习，学生能大致说出这些典型的月相出现在什么时候，为了验证学生的推测，可以用虚拟软件根据日期验证到通过月相形状、位置来判断观察日期，进行逆向思维训练，通过典型日期月相形状片段联系，进一步掌握月相变化规律。 三、3D 虚拟交互应用效果分析 提供空间想象载体 在宇宙与空间的教学中，需要学生有丰富的空间想象能力，但是六年级的学生还不完全具备这种能力。利用自制的“3D 虚拟交互天文馆”软件，可以很好地给学生提供空间想象的载体。月相变化一课中引入“3D 虚拟交互天文馆”教学，有效解决了实验难观察、难理解、难操作的问题，帮助学生理解日、地、月三者的位置关系，地球自转、月球公转和同步自转，以及月相随日

10、、地、月位置变化而变化的规律。 “3D 虚拟交互天文馆”使用对比效果表检测的方面 不使用“3D 虚拟交互天文馆”软件授课 使用“3D 虚拟交互天文馆”软件授课 “上半月月相变化规律”准确率 83% 97% “上半月月相变化规律”准确率 65% 92% “月相变化成因推理”准确率 78% 95% 助推互动学习 虚实结合、线上线下结合的教学是改变了课堂教学方式，促进学生主动发展、主动学习。改变了传统科学课堂教学信息不对称和单向传递的情况；教师和学生拥有同样的资源。教学过程是一个互动的过程，学生学习情况可以及时反馈，教师一方面可对学生进行个别指导，促进全体学生发展；另一方面可根据学生反馈的情况调整教

11、学进程和教学方式，达到最佳教学效果（见右图）。 助力个性化教学 利用“3D 虚拟交互天文馆”软件的教学过程中，根据教学内容设计了三个阶梯式学习任务， 逐渐递进，每个任务后都设计了相应地模拟实教学内容教师实地观察教反学馈内容线上反馈虚拟实验平台学习个体教师与学生互动过程验，帮助学生学习。经过实际操作、模拟月相变化过程，思考相关问题，让学生发现和总结月相变化的规律，然后再迁移应用解决实际问题。这种形式的课堂教学，充分体现了差别化教学。学习能力较强的同学，完成学习任务后可以浏览拓展学习内容和阅读相关资源；学习能力差的同学，经过小组交流和教师指导，基本可以完成学习任务，如在课内不能完成，还可以课后在电脑等终端上继续浏览学习。把教学从课内延伸到课外，课内和课外相结合。 总结语： 小学科学中关于宇宙空间领域教学一直是难题，小学阶段的学生擅长形象思维，缺乏抽象思维，从而让学生学习缺乏有效的空间思维支撑。再者学生自律能力、逻辑能力能力等不足，让观察、推理等缺乏科学。“3D 虚拟交互天文馆”软件可以通过影像模拟出宇宙空间， 并且可操控和调节，通过调节时间快进键让时间加速流逝，即可在短时间内观察到星空中“北斗七星围绕北极星旋转”的现象。除了模