在3D虛擬世界中創設中學生項目式學習課程的探究

吳家璐 魏云剛

摘要：核心素養的培養已成為當今教育改革的重點，這使得項目式學習、STEAM教育理念被引入中國。借鑒這些先進的教學理念，針對中學生的核心素養的培養，我們展開了在3D虛擬世界中創設創新課程的探究。本文主要介紹和分析了相關課程設計理念，以及中國項目式學習存在的問題和突破，同時展示了幾個較為典型的基于項目的3D虛擬世界建模探究課案例。???? 關鍵詞：項目式學習??3D虛擬世界??STEAM教育

前言

面對全球化和信息化發展變革，職業需求越發豐富，教育要求也越來越高。許多國家都在思考如何培養適應新時代發展的新公民，并紛紛進行教育改革。

因3D虛擬世界帶給學習者的創新型學習體驗及對設施環境的低要求，筆者在其上開展了關于項目式學習課程開發的一系列探究，并創設了一套創新課程，編寫了一本名為《3D虛擬世界項目式學習指南——小王子3D虛擬世界設計與制作》的課程指南。

一、相關概念

1.項目式學習與STEAM教育

項目式學習PBL（Project Based Learning）是一種基于構建主義的情境化教學方式，強調學生在問題情境中小組合作自主探究，通過解決問題或完成任務來獲取知識、提升能力，逐步形成內在的核心素養。四大構成要素分別是項目、活動、情境和結果，在此基礎上的PBL的學習模式主要由確定項目、制訂計劃、任務探究、產品創作、成果交流和總結評價六個基本流程組成。

STAEM教育這一概念最早在美國提出，是Science（科學）、Technology（技術）、Art（藝術）、Engineering（工程）、Mathematics（數學）的簡稱，指這五門學科的交叉融合。余勝泉等認為STEAM課程具有：跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協作性、設計性、藝術性、實證性和技術增強性等特點。

2.3D虛擬世界及其教育應用價值

3D虛擬世界是一種能高度逼真地模擬人在現實世界中的視聽觸覺等高級人機界面，由人工智能、計算機圖形學、人機接口技術、傳感器技術和高度并行的實時計算技術等集成所生成，具有模擬三維空間、采用虛擬化身、提供交互式聊天工具這三個重要特征和創造性、交互性、情境性、沉浸性和多元性等多個特點。

3D虛擬世界提供了有利于激發學生學習動力的沉浸式學習環境，也有助于實現混合式學習和在線教育。學生往往愿意主動地完成學習任務，不再受到空間和時間的限制，實現現實生活中難以達成的學習目標，把構建出的知識內化為一種經驗，并遷移解決新的問題。

項目式學習課程的開展易受到經費和設備的限制，而3D虛擬世界平臺搭建于網絡之上，學生在線體驗學習任務，因此基于其上的創新課程的大范圍普及成為可能。

二、3D虛擬世界中項目式學習課程的設計

下面根據項目式學習課程的特點，探討在3D虛擬世界中如何開展相關工作。以探究學習《小王子3D虛擬世界設計與制作》的課程設計內容為例。

1. 教學理念及目標

讓項目式學習在日常教學中得到應用推廣，促進學生思維發展和人格健全是這次探究的目標和重點。根據國家課程重構的項目式學習特點和探究感悟，形成了以下五點教學理念。

（1）學習源于問題和任務的驅動

項目式學習強調在問題情境中進行探究學習，這就需要一個很好的情境創設，3D虛擬世界的趣味性和沉浸性恰好滿足了這一要求。如在課程設計的情境創設階段，借用《小王子》的故事情節，驅動學生結合文學藝術，所學數學、物理相關知識技能和實際生活經驗去完成這一任務。

（2）通過作品來展示和檢驗學生的知識及能力

課程通過最終作品來展示和檢驗學生的學習情況，課堂上學生需要協作完成3D虛擬世界中建模項目，根據各組最終建造的視覺效果如人物造型是否精美、物體建造是否精巧等，就可以輕易地分辨出學生知識和能力的高低。

（3）重視學生的高級思維能力的培養

虛擬世界的教育應用有利于習得高級思維能力：分析能力、評價能力、創造能力;學生需要全面分析項目以確定小組分工、故事場景分布與搭建等內容;向學生提出了創新性的課堂任務，鼓勵學生發揮想象創造自己心目中的世界。將評價機制融合到整個項目以提升學生的評價能力。

（4）利用多樣化的學習工具支持學生的學習

學生在課程中會接觸并學習到多種學習工具：極具情境性的3D虛擬世界平臺、 專門的3D在線社區、Photoshop繪圖工具、視頻和PPT等多媒體技術等。

（5）采用多元化評價機制

參考了謝濤、劉革平關于Second Life中基于問題的學習評價方式的設計，評價主體包括自身、同學、老師，融合了個人和小組評價、過程性和總結性評價等多種評價方式。在準備階段有

評價機制設計針對項目策劃宣講的定量評價;在探究階段各組需要按周完成定性評價;在總結展示階段，一方面有對于展示的定量評價，一方面還有關于整體項目的總結性評價。

2. 課程設計思路

課程設計的總體是按照“三階段七步驟”的思路展開的：

3D虛擬世界項目式學習課程設計流程3. 針對相關問題的解決和突破

參考李志河和張麗梅提出的中國關于項目式學習的實踐與研究方面存在的主要問題，在這次的課程設計探究中做了幾個方面的突破。

（1）項目化承載技術學科核心素養

課程探究模擬現實生活中的項目工程開發過程，完全基于項目之上。通用技術課是項目化學習和STEAM課程在中小學教育中普及的主要途徑，而虛擬世界課程可以直觀地提升通用技術學科核心素養：技術意識、工程思維、物化能力、圖樣表達和創新設計，很好地承載通用技術新課標的要求，同時也可以提升信息技術學科素養中的信息意識、計算思維和運用數字化學習資源的能力。

（2）評價考核方式多元化

評價能力是當代社會新公民應該具備的高級思維能力之一，評價環節對于PBL課程而言也是深化探究價值的重要手段。

（3）拓寬基礎教育中項目式學習應用領域

基礎教育的項目式學習實踐主要集中在應試科目和綜合實踐的小范圍內，但3D虛擬世界賦予學生的“上帝視角”使其在創造虛擬世界的過程中自發性地學習和接受多門學科知識，自然而然地打破了應試教育的學科界限，打上了“創造”和“創新”的烙印。

（4）加入“項目測試”新環節

在課程開發中，筆者參照了軟件開發流程，加入了“項目測試”環節，學生書寫項目測試計劃表，從多個方面測試場景，并試圖改進和優化，使之更加貼合互聯網產品開發過程，符合工程開發實際情況，并在總個過程中培養學生嚴謹的邏輯思維和評判性思維。

三、具體案例

1.角色——小王子等

小王子角色設計【課堂任務1】設計出心目中的小王子形象。

【操作指導】將效果截圖和建模數據整理成指導步驟，按照面部與形體，調整眼睛頭發與皮膚，服裝，配飾與道具四個部分指導學生完成建模任務。

【課堂任務2】完成國王、飛行員的形象設計。

【教學設計意圖】鍛煉學生關于材質的選擇、貼圖的上傳及使用、外觀參數調節、物體的穿戴技巧等技能。培養學生的色彩搭配、服裝設計能力和創新思維。

2.物體——飛機

【課堂任務1】請制作出一架飛機，要求：

（1）將外觀改變為自己喜歡的顏色。

（2）機翼長度為8米，機身到機尾的長度為6米。

飛行員的飛機【操作指導】將制作過程分為貼圖、機身、機頭、機尾、機翼、著陸滑輪六個部分逐一講解建模思路，并附上零件的相關數據。

【課堂任務2】升級飛機模型，要求：

讓飛機擁有駕駛艙、更加酷炫和現代化。

【評價任務】完成本周的小組周報。

【教學設計意圖】學生需要運用數學知識來換算各個零件的大小和位置。【課堂任務2】挑戰學生的思維，迫使學生了解更多的科學知識，重新探究新的建模思路。

結語

在課程設計項目探究過程中，筆者對3D虛擬世界應用情況和項目式學習課程開發狀況都進行了充分調研，設計出了一套基于項目式學習和STEAM教學理念的創新課程。除此之外，我們更參考諸多文獻，總結出了此次探究的思想和經驗，包括教學理念及目標、課程設計思路、課堂開展形式和針對相關問題的解決和突破等等，希望能夠豐富3D虛擬世界在教育改革中的應用。

參考文獻：

[1]盧曉琦，秦健. 基于項目式學習（PBL）的VEX機器人比賽選手準備過程模式構建[J]. 中國教育信息化，2017（17）：7981.

[2]余勝泉，胡翔. STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開發教育研究，2015，21（4）：1322.

[3]樊曉紅. 虛擬世界的學習行為研究——教育研究的一個新領域[J]. 電化教育研究，2010（11）：2427.

[4]李文光，董志彪，張亞娟. 虛擬世界及其教育應用[J]. 電化教育研究，2008，11：1620.

[5]張文蘭，張思琦. 混合式學習環境下課程項目式重構研究[J]. 中小學信息技術教育，2017，11：4144.

[6]謝濤，劉革平. Second Life中基于問題的情境式學習環境構建[J]. 現代教育技術，2010，20（3）：107109.

[7] 李志河，張麗梅. 近十年我國項目式學習研究綜述[J]. 中國教育信息化，2017，16：5255.

責任編輯：黃大燦小學數學學習任務單設計的問題與策略