利用VR技術(shù)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)課例設(shè)計(jì)

摘 "要 "深度學(xué)習(xí)考驗(yàn)學(xué)生是否有能力將所學(xué)知識(shí)、技能靈活運(yùn)用去解決真實(shí)生活問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的平臺(tái)和支撐。結(jié)合深度學(xué)習(xí)理論和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)教學(xué)理念，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課例。

關(guān)鍵詞 "深度學(xué)習(xí)；VR技術(shù)；小學(xué)科學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G623.6 " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）11-0123-04

0 "引言

目前正處在知識(shí)爆炸的時(shí)代，對(duì)學(xué)生的要求已經(jīng)不再限于學(xué)生在課堂上獲取知識(shí)的數(shù)量和范圍，更多強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。深度學(xué)習(xí)成為衡量學(xué)生是否會(huì)學(xué)習(xí)的一個(gè)關(guān)鍵性因素，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生在做中學(xué)的有意義學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新性、探究性學(xué)習(xí)。在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中適當(dāng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)，其實(shí)踐理念在學(xué)校教育中與深度學(xué)習(xí)的理念相輔相成。當(dāng)前，我國(guó)正處在教育信息化高速發(fā)展階段，在新技術(shù)、新裝備不斷涌現(xiàn)的背景下，如何在已有的學(xué)習(xí)條件下促使學(xué)生從淺層學(xué)習(xí)過(guò)渡到深層學(xué)習(xí)，是亟待解決的問(wèn)題。

1 "深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

1.1 "深度學(xué)習(xí)的概念

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）也被稱(chēng)作深層學(xué)習(xí)，20世紀(jì)70年代中后期，西方學(xué)者在研究了大學(xué)生文本閱讀學(xué)習(xí)的結(jié)果后首次提出這一新的概念，并與淺層學(xué)習(xí)進(jìn)行對(duì)比和深入地研究。我國(guó)知名學(xué)者黎加厚等人提出，所謂的深度學(xué)習(xí)主要是指在理解的層次上，學(xué)習(xí)者既可以批判性地掌握新思想和新事實(shí)，并將之融入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而聯(lián)結(jié)多種思想，也能夠把已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化并遷移應(yīng)用到新的情境中，為作出決策和解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)[1]。

1.2 "深度學(xué)習(xí)的特征

我國(guó)學(xué)者何克抗提出深度學(xué)習(xí)具有三個(gè)方面的基本特征：

1）通過(guò)動(dòng)態(tài)的知識(shí)建構(gòu)有助于產(chǎn)生高階思維與深層認(rèn)知能力；

2）為達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)需采用多種教與學(xué)的方式及策略；

3）通過(guò)具身認(rèn)知來(lái)發(fā)展學(xué)生的問(wèn)題解決能力與創(chuàng)新能力[2]。

所以，深度學(xué)習(xí)是一種高投入的學(xué)習(xí)，以有效遷移為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性和批判性思維[3]。深度學(xué)習(xí)著眼于關(guān)注學(xué)習(xí)者，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者批判、創(chuàng)新，提倡學(xué)習(xí)者情境化學(xué)習(xí)，關(guān)注學(xué)習(xí)者未來(lái)發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，小學(xué)科學(xué)課標(biāo)已明確提出要把培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力作為宗旨，促進(jìn)小學(xué)生全面發(fā)展，為他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)[4]。

深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目（SDL）的研究提出，深度學(xué)習(xí)是學(xué)生在21世紀(jì)能夠勝任工作和公民生活學(xué)習(xí)所需要的一種綜合能力，這些能力可以幫助學(xué)生更加靈活地運(yùn)用、掌握和充分理解學(xué)科知識(shí)，并將其實(shí)踐應(yīng)用于解決課堂上的問(wèn)題和今后的工作中，主要包括六項(xiàng)基本能力：掌握核心學(xué)科知識(shí)、批判性思維和解決復(fù)雜問(wèn)題、團(tuán)隊(duì)合作、有效交流、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)毅力[5]。深度學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生提出的要求與《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的訴求不謀而合，兩者具有相當(dāng)大的契合度。

2 "VR技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

2.1 "VR技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR）技術(shù)是一種集多媒體、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感技術(shù)、仿真技術(shù)等多種技術(shù)于一體的全新的科學(xué)技術(shù)。Burdea和Coiffet提出虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特點(diǎn)為沉浸感（Immer-

sion）、交互性（Interactivity）和構(gòu)想性（Imagi-

nation），即“3I”特征。將VR技術(shù)引入小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中，VR的沉浸感一方面為學(xué)生的深度學(xué)習(xí)提供體驗(yàn)和支持，另一方面為學(xué)生提供虛擬仿真交互環(huán)境，有利于學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)；VR的交互性為學(xué)生提供一個(gè)互動(dòng)的學(xué)習(xí)平臺(tái)，能夠發(fā)展學(xué)生的操作技能和培養(yǎng)學(xué)生的探究精神與實(shí)踐能力；VR的構(gòu)想性能夠支撐學(xué)生在探究過(guò)程中發(fā)散自己的思維，擴(kuò)大自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以及為教學(xué)策略的應(yīng)用提供支持。

2.2 "VR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.2.1 "有利于營(yíng)造虛擬交互的學(xué)習(xí)場(chǎng)景 "小學(xué)科學(xué)課程是以學(xué)生能夠感知身邊事物的自然、資源、生態(tài)、環(huán)境等方面現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的探究活動(dòng)，讓學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程，發(fā)展學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)造性思維，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力。將VR技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)，有利于為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)全新的虛擬環(huán)境，提供一個(gè)接近真實(shí)的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，從而吸引學(xué)生的注意力，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，將抽象理論知識(shí)具體化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐能力和實(shí)際操作能力，有效促進(jìn)傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式的創(chuàng)新和變革。學(xué)生通過(guò)在學(xué)習(xí)情境中主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，在深度理解的基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用知識(shí)解決各種問(wèn)題，逐漸培養(yǎng)知識(shí)遷移能力、創(chuàng)新能力。

2.2.2 "有利于程序性知識(shí)的獲得 "認(rèn)知心理學(xué)家安德森主張將知識(shí)分成兩類(lèi)：陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)。其中，陳述性知識(shí)（也稱(chēng)為描述性或事實(shí)性知識(shí)）主要表現(xiàn)為概念命題、定理、理論等形式，是一種靜態(tài)表征的信息方式，能通過(guò)語(yǔ)言所傳授；而程序性知識(shí)是智力技能和認(rèn)知策略上的動(dòng)態(tài)知識(shí)的體現(xiàn)，形成這種知識(shí)的關(guān)鍵在于對(duì)操作方法的熟練掌握。

在現(xiàn)階段小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中，大部分教師照本宣科地講解知識(shí)點(diǎn)，更多的是傳授、講解陳述性知識(shí)的內(nèi)容，忽視了程序性知識(shí)和操作技能的講授。VR技術(shù)提供了多種感官體驗(yàn)的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠培養(yǎng)學(xué)生多方面的實(shí)踐能力。在這樣的環(huán)境下，學(xué)生學(xué)習(xí)的不僅是教材上的內(nèi)容，還可以獲得程序性知識(shí)。

3 "利用VR技術(shù)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)

課例設(shè)計(jì)

3.1 "具身認(rèn)知理論和探究式學(xué)習(xí)理論

具身認(rèn)知理論關(guān)注身體經(jīng)驗(yàn)對(duì)人類(lèi)認(rèn)知的影響。學(xué)者王辭曉[6]認(rèn)為，認(rèn)知是具身的、情境的，身體及其經(jīng)驗(yàn)、身體與環(huán)境之間的交互，能夠有助于人們更好地理解概念和知識(shí)，且具身經(jīng)驗(yàn)是默會(huì)的、抽象的。可以利用VR技術(shù)來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化自身經(jīng)驗(yàn)，在VR技術(shù)的支持下，在虛擬交互環(huán)境中，學(xué)生的身體動(dòng)作、心理、認(rèn)知結(jié)構(gòu)都參與身體情境的交互，學(xué)生可以通過(guò)活動(dòng)來(lái)鞏固和加深所學(xué)的內(nèi)容與經(jīng)驗(yàn)。

探究式學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生能力或技能為中心，在研究真實(shí)世界問(wèn)題的過(guò)程中，提出探究性問(wèn)題，學(xué)生不僅能獲得和運(yùn)用相關(guān)學(xué)科知識(shí)，在此過(guò)程中能幫助學(xué)生在不同學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)之間建立聯(lián)系，還可以提供給學(xué)生更為適合和全面連貫的學(xué)習(xí)方式，在以后的學(xué)習(xí)和生活中對(duì)知識(shí)加以理解、使用和遷移[7]。

綜上可知，以具身認(rèn)知理論和探究式學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)的課堂教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，教師要突出學(xué)生的主體地位，創(chuàng)設(shè)情境，誘發(fā)探究動(dòng)機(jī)，將學(xué)生置身于虛擬交互環(huán)境中，引起學(xué)生積極探究，誘發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

3.2 "利用VR技術(shù)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)課例設(shè)計(jì)

研究是以具身認(rèn)知理論和探究式學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，根據(jù)小學(xué)科學(xué)課標(biāo)的教學(xué)理念和教育目標(biāo)，利用VR技術(shù)設(shè)計(jì)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)課例。

3.2.1 "課程名稱(chēng) "課程名稱(chēng)為“火山噴發(fā)的成因及其作用”。

3.2.2 "教學(xué)對(duì)象 "教學(xué)對(duì)象為小學(xué)五年級(jí)學(xué)生。

3.2.3 "目標(biāo)設(shè)計(jì)

1）科學(xué)知識(shí)：初步了解火山噴發(fā)這一自然現(xiàn)象是地球的地殼運(yùn)動(dòng)造成的；利用VR設(shè)備探索火山噴發(fā)的成因，認(rèn)識(shí)人與自然資源和能源、環(huán)境的關(guān)系。

2）科學(xué)探究：利用VR相備觀察火山噴發(fā)時(shí)的情景和地表活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生合作探究的能力；通過(guò)分析火山噴發(fā)的成因以及對(duì)地表的影響，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和推理能力；了解火山噴發(fā)對(duì)人類(lèi)的影響。

3）科學(xué)態(tài)度：通過(guò)VR設(shè)備探索火山噴發(fā)的成因，學(xué)生在探究過(guò)程中表現(xiàn)出科學(xué)探究的好奇心和興趣；利用VR設(shè)備的交互式功能，學(xué)生在科學(xué)事實(shí)證據(jù)的基礎(chǔ)上分析、觀察、模擬火山噴發(fā)并進(jìn)行反思，調(diào)整自己的探究過(guò)程。

4）科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境：通過(guò)探究火山爆發(fā)的成因?qū)嶒?yàn)，了解人類(lèi)賴以生存的地球環(huán)境，從宏觀和微觀的角度觀察地球、了解地球，認(rèn)識(shí)人類(lèi)、動(dòng)植物、環(huán)境的相互影響和相互依存關(guān)系，了解事物存在與發(fā)生具有正反兩面的影響，要客觀地認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象，學(xué)會(huì)愛(ài)護(hù)我們的家園；利用VR設(shè)備融入課堂教學(xué)，體會(huì)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，從小培養(yǎng)學(xué)生對(duì)事物的探索精神。

3.2.4 "教學(xué)環(huán)節(jié)

1）創(chuàng)設(shè)情境。

【教師活動(dòng)】引導(dǎo)學(xué)生回顧地震形成的原因，講解火山噴發(fā)與地震都是地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式；利用VR設(shè)備帶領(lǐng)學(xué)生感受火山噴發(fā)時(shí)的場(chǎng)景，觀察并思考火山噴發(fā)時(shí)伴隨的現(xiàn)象，領(lǐng)略大自然的壯觀和神奇；探究火山噴發(fā)的原因和火山噴發(fā)對(duì)地表產(chǎn)生的影響。

【學(xué)生活動(dòng)】回顧先前學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)，將地震形成的原因與火山噴發(fā)的現(xiàn)象進(jìn)行知識(shí)的聯(lián)結(jié)；通過(guò)VR設(shè)備觀察火山噴發(fā)的現(xiàn)象，基于所學(xué)知識(shí)，從中提出可探究的科學(xué)問(wèn)題。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)對(duì)上節(jié)課內(nèi)容的復(fù)習(xí)，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)火山噴發(fā)和地震都是由于地球地殼運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的現(xiàn)象，幫助學(xué)生在原有知識(shí)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步理解火山噴發(fā)這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

2）猜想假設(shè)。

【教師活動(dòng)】引導(dǎo)學(xué)生對(duì)火山噴發(fā)這一現(xiàn)象的產(chǎn)生及伴隨的現(xiàn)象成因進(jìn)行猜想、假設(shè)和探究。

【學(xué)生活動(dòng)】在教師有意識(shí)的引導(dǎo)下，對(duì)提出的問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的假設(shè)。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生能基于所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，并能對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行假設(shè)、推理，為探究、驗(yàn)證做準(zhǔn)備。

3）設(shè)計(jì)探究。

【教師活動(dòng)】引導(dǎo)學(xué)生利用VR設(shè)備探究火山噴發(fā)的外部表現(xiàn)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)火山噴發(fā)的原因進(jìn)行探究、驗(yàn)證。

【學(xué)生活動(dòng)】進(jìn)行小組合作、探究，通過(guò)VR情境化設(shè)備直觀地呈現(xiàn)火山噴發(fā)時(shí)伴隨的現(xiàn)象：形成裂縫、熔巖噴涌、充滿泡沫的火山巖小山等。根據(jù)其外部現(xiàn)象推測(cè)火山噴發(fā)的形成。梳理歸納猜

想：高溫高壓、地殼中存在薄弱地帶、巖漿中存在大量的氣體。借助VR設(shè)備實(shí)驗(yàn)功能設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證猜想。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣；培養(yǎng)學(xué)生初步具備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力，開(kāi)拓思維，為以后的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)；通過(guò)探索火山噴發(fā)的成因及其現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析和解決問(wèn)題的能力與邏輯思維能力。

4）收集和分析數(shù)據(jù)。

【教師活動(dòng)】引導(dǎo)學(xué)生利用VR設(shè)備做模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證火山噴發(fā)的成因，組織學(xué)生整理、記錄探究過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生活動(dòng)】將探究過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行記錄、總結(jié)，說(shuō)明每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)材料代表的物質(zhì)及狀態(tài)，介紹科學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作方法。

【設(shè)計(jì)意圖】培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力以及合作交流的能力。

5）得出結(jié)論。

【教師活動(dòng)】進(jìn)行巡視，及時(shí)跟進(jìn)小組探究活動(dòng)進(jìn)展，引導(dǎo)學(xué)生討論，總結(jié)歸納火山噴發(fā)的成因及其作用。

【學(xué)生活動(dòng)】總結(jié)、介紹科學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作方法；依據(jù)探究實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，解釋火山噴發(fā)的原因。

【設(shè)計(jì)意圖】培養(yǎng)學(xué)生獲取、歸納和總結(jié)信息的能力。

6）表達(dá)交流。

【教師活動(dòng)】組織學(xué)生用自己的方式呈現(xiàn)對(duì)探究過(guò)程的說(shuō)明和結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)他人的探究報(bào)告，同時(shí)對(duì)學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)掌握程度進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試。

【學(xué)生活動(dòng)】寫(xiě)出自己的探究報(bào)告，可以采取不同的表示形式，準(zhǔn)確運(yùn)用科學(xué)術(shù)語(yǔ)描述探究的過(guò)程與結(jié)論，并且完成測(cè)試。

【設(shè)計(jì)意圖】培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)寫(xiě)作和口語(yǔ)表述的能力。

7）知識(shí)拓展。

【教師活動(dòng)】引導(dǎo)學(xué)生探索火山噴發(fā)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響和了解防災(zāi)的基本安全知識(shí)。

【學(xué)生活動(dòng)】互相討論、交流自己的調(diào)查情況并整理、歸納結(jié)論。

【設(shè)計(jì)意圖】培養(yǎng)學(xué)生辯證分析的思維能力，認(rèn)識(shí)地球物質(zhì)是不斷變化并且互相影響的，了解火山噴發(fā)等自然災(zāi)害對(duì)人類(lèi)的影響，了解防災(zāi)的基本安全常識(shí)。

8）教學(xué)反思。將VR技術(shù)引入小學(xué)科學(xué)課堂中，教師應(yīng)在學(xué)生探究、討論過(guò)程中進(jìn)行巡視，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生、撥正討論方向。教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力，利用舊知促進(jìn)新知，通過(guò)辯證分析、邏輯推理等方法，發(fā)展學(xué)生的空間、模型思維和邏輯推理能力，幫助學(xué)生合理利用各種資源學(xué)習(xí)并掌握新知識(shí)。

4 "結(jié)束語(yǔ)

《2015年地平線報(bào)告（基礎(chǔ)教育版）》指出，深度學(xué)習(xí)策略的發(fā)展對(duì)課堂教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，有效推動(dòng)了教育技術(shù)在學(xué)校的應(yīng)用[8]。21世紀(jì)技能框架的標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)指出：聚焦于21世紀(jì)技能的內(nèi)容知識(shí)與專(zhuān)業(yè)，不僅要重視核心課程，而且要理解21世紀(jì)跨學(xué)科主題，強(qiáng)調(diào)對(duì)所學(xué)內(nèi)容的深度理解而非淺層理解，要求學(xué)生深入他們學(xué)習(xí)工作生活中的問(wèn)題[9]。將VR技術(shù)引入小學(xué)科學(xué)課堂中，創(chuàng)設(shè)一個(gè)高沉浸的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究精神，符合新課標(biāo)的教學(xué)理念，同時(shí)為課堂教育和教學(xué)研究開(kāi)辟了一個(gè)新的視角，希望本文能夠?yàn)樾W(xué)科學(xué)教學(xué)提供借鑒和參考。

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