方案背景

《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》提出实施青少年科学素质提升行动。要求，提升基础教育阶段科学教育水平。引导变革教学方式，倡导启发式、探究式、开放式教学，保护学生好奇心，激发求知欲和想象力。完善初高中包括科学、数学、物理、化学、生物学、通用技术、信息技术等学科在内的学业水平考试和综合素质评价制度，引导有创新潜质的学生个性化发展。加强农村中小学科学教育基础设施建设和配备，加大科学教育活动和资源向农村倾斜力度。推进信息技术与科学教育深度融合，推行场景式、体验式、沉浸式学习。

《义务教育科学课程标准》（2022年版）明确了科学课程的目标是培养学生核心素养，主要包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任4个方面。

今年5月教育部等十八部门联合印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》要求，要改进学校教学与服务。按照课程方案开齐开足开好科学类课程，修订完善课程标准及教材，同时将教辅书纳入监管体系。强化实验教学，并广泛组织中小学生前往科学教育场所，进行场景式、体验式科学实践活动。为薄弱地区、薄弱学校援建科学教育场所，提供设备、器材、图书、软件等，并探索利用人工智能、虚拟现实等技术手段改进和强化实验教学，弥补优质教育教学资源不足的状况。

需求分析

科学对于小学生是神奇的未知领域，科学教学可引领学生获得对知识的初步认识，有助于培养学生热爱科学的态度，提高学习热情。然而科学课中的某些知识具有很强的抽象性，如太阳系中行星的运转、地球自传、公转等知识体系，学生理解起来相对困难，极易形成抵触甚至排斥学习的现象。如何将科学知识体系传授给学生，了解科学世界的奇妙？如何利用学生的好奇心激发其对科学知识的探索欲望？如何将科学授课内容之外的技能转化为学生的科学素养形成（探究能力、思维能力、动手能力、情感态度、价值观、团队探讨协作等）教师在改变传统教学方式上急切需要引进新的教学手段。

AI科学科技创新室通过AR增强现实和VR虚拟现实技术的利用和介入，让身在现实课堂中的教学者和学习者可以随心所欲地拥有和走进这个虚拟实验世界，身临其境般的操作虚拟物品，将“科学原理”转化为趣味化、游戏化、生活化的知识体系，帮助学生学习相关的科学知识，达到优化教育资源、提高教学质量的目的，是一种有效且不必要过多投入的教学手段。

功能介绍

1)   系统组成

AI科学科技创新室依托增强现实、虚拟现实、多媒体、人机交互、VR头盔、数据库和网络等技术，以根据小学科学1-6年级教材内容而开发的优质教学资源（或模型）为基础，搭建AI现场课教学平台，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在高度仿真的虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学目的。整套平台系统给使用者营造出一种全新的感官效果，实现虚实结合、实时交互的教学作用。

2)   教学资源

AI科学科技创新室配套的课程资源涵盖小学阶段地球与宇宙科学、物质科学、技术与工程、生命科学等领域涉及的教学课程，完全匹配1-6年级小学科学教材。

AR教学资源

VR教学资源

AI科学科技创新课程融合最前沿的AR增强现实和VR虚拟现实技术应用于课堂教学，能很好的适应和配合教师高效率的创设情景、寓教于乐。针对于课程中需要教师课前准备的模拟实验，利用现有条件无法真实还原的，或者耗时过长而增加负担影响课堂效率的，比如宇宙、星空、月相、昼夜交替、天气变化等等，AR增强现实课程资源贴合教材教学任务，能很方便的辅助教师进行概念解释，展示模拟实验及情景导入。以学生为主，教师为知识引导者，增加学生实践动作操作、探究与讨论等。释放教师教学压力，培养学生创新思维、学习兴趣。

AR教学资源部分目录：

VR教学资源部分目录：