利用VR技術促進深度學習的小學科學課例設計

摘 "要 "深度學習考驗學生是否有能力將所學知識、技能靈活運用去解決真實生活問題。虛擬現實技術的出現為實現學生的深度學習提供了一個強有力的平臺和支撐。結合深度學習理論和虛擬現實技術的特點，結合小學科學課程標準的相關教學理念，利用虛擬現實技術設計小學科學實驗教學課例。

關鍵詞 "深度學習；VR技術；小學科學

中圖分類號：G623.6 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）11-0123-04

0 "引言

目前正處在知識爆炸的時代，對學生的要求已經不再限于學生在課堂上獲取知識的數量和范圍，更多強調的是學生的學習能力。深度學習成為衡量學生是否會學習的一個關鍵性因素，它強調學生在做中學的有意義學習，強調學生的創新性、探究性學習。在小學科學課堂教學中適當利用虛擬現實等新技術，其實踐理念在學校教育中與深度學習的理念相輔相成。當前，我國正處在教育信息化高速發展階段，在新技術、新裝備不斷涌現的背景下，如何在已有的學習條件下促使學生從淺層學習過渡到深層學習，是亟待解決的問題。

1 "深度學習的內涵

1.1 "深度學習的概念

深度學習（Deep Learning）也被稱作深層學習，20世紀70年代中后期，西方學者在研究了大學生文本閱讀學習的結果后首次提出這一新的概念，并與淺層學習進行對比和深入地研究。我國知名學者黎加厚等人提出，所謂的深度學習主要是指在理解的層次上，學習者既可以批判性地掌握新思想和新事實，并將之融入原有的認知結構中，進而聯結多種思想，也能夠把已有的認知經驗轉化并遷移應用到新的情境中，為作出決策和解決問題的學習[1]。

1.2 "深度學習的特征

我國學者何克抗提出深度學習具有三個方面的基本特征：

1）通過動態的知識建構有助于產生高階思維與深層認知能力；

2）為達到深度學習的目標需采用多種教與學的方式及策略；

3）通過具身認知來發展學生的問題解決能力與創新能力[2]。

所以，深度學習是一種高投入的學習，以有效遷移為目標，培養學生創新性和批判性思維[3]。深度學習著眼于關注學習者，強調學習者批判、創新，提倡學習者情境化學習，關注學習者未來發展。隨著科學技術的迅速發展，小學科學課標已明確提出要把培養小學生的科學素養、創新精神和實踐能力作為宗旨，促進小學生全面發展，為他們未來的學習和終身發展奠定基礎[4]。

深度學習項目（SDL）的研究提出，深度學習是學生在21世紀能夠勝任工作和公民生活學習所需要的一種綜合能力，這些能力可以幫助學生更加靈活地運用、掌握和充分理解學科知識，并將其實踐應用于解決課堂上的問題和今后的工作中，主要包括六項基本能力：掌握核心學科知識、批判性思維和解決復雜問題、團隊合作、有效交流、學會學習、學習毅力[5]。深度學習對學生提出的要求與《義務教育小學科學課程標準》的訴求不謀而合，兩者具有相當大的契合度。

2 "VR技術的特點及優勢

2.1 "VR技術的特點

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術是一種集多媒體、計算機科學、傳感技術、仿真技術等多種技術于一體的全新的科學技術。Burdea和Coiffet提出虛擬現實的基本特點為沉浸感（Immer-

sion）、交互性（Interactivity）和構想性（Imagi-

nation），即“3I”特征。將VR技術引入小學科學課堂教學中，VR的沉浸感一方面為學生的深度學習提供體驗和支持，另一方面為學生提供虛擬仿真交互環境，有利于學生的經驗建構；VR的交互性為學生提供一個互動的學習平臺，能夠發展學生的操作技能和培養學生的探究精神與實踐能力；VR的構想性能夠支撐學生在探究過程中發散自己的思維，擴大自身的認知結構，以及為教學策略的應用提供支持。

2.2 "VR技術的優勢

2.2.1 "有利于營造虛擬交互的學習場景 "小學科學課程是以學生能夠感知身邊事物的自然、資源、生態、環境等方面現象進行科學的探究活動，讓學生主動參與學習過程，發展學生的動手實踐能力、創造性思維，充分發揮學生的想象力。將VR技術應用于課堂教學，有利于為學生營造一個全新的虛擬環境，提供一個接近真實的交互式學習環境，從而吸引學生的注意力，引起學生的認知沖突，將抽象理論知識具體化，提高學生學習的主動性、積極性，培養學生解決實際問題的實踐能力和實際操作能力，有效促進傳統課堂教學方式的創新和變革。學生通過在學習情境中主動建構知識，在深度理解的基礎上靈活運用知識解決各種問題，逐漸培養知識遷移能力、創新能力。

2.2.2 "有利于程序性知識的獲得 "認知心理學家安德森主張將知識分成兩類：陳述性知識和程序性知識。其中，陳述性知識（也稱為描述性或事實性知識）主要表現為概念命題、定理、理論等形式，是一種靜態表征的信息方式，能通過語言所傳授；而程序性知識是智力技能和認知策略上的動態知識的體現，形成這種知識的關鍵在于對操作方法的熟練掌握。

在現階段小學科學課程教學中，大部分教師照本宣科地講解知識點，更多的是傳授、講解陳述性知識的內容，忽視了程序性知識和操作技能的講授。VR技術提供了多種感官體驗的交互式學習環境，能夠培養學生多方面的實踐能力。在這樣的環境下，學生學習的不僅是教材上的內容，還可以獲得程序性知識。

3 "利用VR技術促進深度學習的小學科學

課例設計

3.1 "具身認知理論和探究式學習理論

具身認知理論關注身體經驗對人類認知的影響。學者王辭曉[6]認為，認知是具身的、情境的，身體及其經驗、身體與環境之間的交互，能夠有助于人們更好地理解概念和知識，且具身經驗是默會的、抽象的。可以利用VR技術來進一步強化自身經驗，在VR技術的支持下，在虛擬交互環境中，學生的身體動作、心理、認知結構都參與身體情境的交互，學生可以通過活動來鞏固和加深所學的內容與經驗。

探究式學習理論強調以學生為主體，以問題為導向，以培養學生能力或技能為中心，在研究真實世界問題的過程中，提出探究性問題，學生不僅能獲得和運用相關學科知識，在此過程中能幫助學生在不同學科領域知識之間建立聯系，還可以提供給學生更為適合和全面連貫的學習方式，在以后的學習和生活中對知識加以理解、使用和遷移[7]。

綜上可知，以具身認知理論和探究式學習理論為指導的課堂教學倡導學生進行探究式學習，教師要突出學生的主體地位，創設情境，誘發探究動機，將學生置身于虛擬交互環境中，引起學生積極探究，誘發學生思考，培養學生的創新思維能力。

3.2 "利用VR技術促進深度學習的小學科學課例設計

研究是以具身認知理論和探究式學習理論為指導，根據小學科學課標的教學理念和教育目標，利用VR技術設計促進深度學習的小學科學課例。

3.2.1 "課程名稱 "課程名稱為“火山噴發的成因及其作用”。

3.2.2 "教學對象 "教學對象為小學五年級學生。

3.2.3 "目標設計

1）科學知識：初步了解火山噴發這一自然現象是地球的地殼運動造成的；利用VR設備探索火山噴發的成因，認識人與自然資源和能源、環境的關系。

2）科學探究：利用VR相備觀察火山噴發時的情景和地表活動，培養學生合作探究的能力；通過分析火山噴發的成因以及對地表的影響，培養學生的想象力和推理能力；了解火山噴發對人類的影響。

3）科學態度：通過VR設備探索火山噴發的成因，學生在探究過程中表現出科學探究的好奇心和興趣；利用VR設備的交互式功能，學生在科學事實證據的基礎上分析、觀察、模擬火山噴發并進行反思，調整自己的探究過程。

4）科學、技術、社會和環境：通過探究火山爆發的成因實驗，了解人類賴以生存的地球環境，從宏觀和微觀的角度觀察地球、了解地球，認識人類、動植物、環境的相互影響和相互依存關系，了解事物存在與發生具有正反兩面的影響，要客觀地認識自然現象，學會愛護我們的家園；利用VR設備融入課堂教學，體會科學技術的快速發展，從小培養學生對事物的探索精神。

3.2.4 "教學環節

1）創設情境。

【教師活動】引導學生回顧地震形成的原因，講解火山噴發與地震都是地球內部運動的表現形式；利用VR設備帶領學生感受火山噴發時的場景，觀察并思考火山噴發時伴隨的現象，領略大自然的壯觀和神奇；探究火山噴發的原因和火山噴發對地表產生的影響。

【學生活動】回顧先前學習過的知識，將地震形成的原因與火山噴發的現象進行知識的聯結；通過VR設備觀察火山噴發的現象，基于所學知識，從中提出可探究的科學問題。

【設計意圖】通過對上節課內容的復習，讓學生領會火山噴發和地震都是由于地球地殼運動所產生的現象，幫助學生在原有知識的結構上進一步理解火山噴發這一現象產生的原因。

2）猜想假設。

【教師活動】引導學生對火山噴發這一現象的產生及伴隨的現象成因進行猜想、假設和探究。

【學生活動】在教師有意識的引導下，對提出的問題進行有針對性的假設。

【設計意圖】學生能基于所學知識進行分析，并能對該問題進行假設、推理，為探究、驗證做準備。

3）設計探究。

【教師活動】引導學生利用VR設備探究火山噴發的外部表現，進而引導學生對火山噴發的原因進行探究、驗證。

【學生活動】進行小組合作、探究，通過VR情境化設備直觀地呈現火山噴發時伴隨的現象：形成裂縫、熔巖噴涌、充滿泡沫的火山巖小山等。根據其外部現象推測火山噴發的形成。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設備實驗功能設計科學實驗方案，驗證猜想。

【設計意圖】讓學生體會科學技術的發展，產生強烈的學習興趣；培養學生初步具備實驗方案的設計能力，開拓思維，為以后的學習和發展奠定基礎；通過探索火山噴發的成因及其現象，培養學生思考、分析和解決問題的能力與邏輯思維能力。

4）收集和分析數據。

【教師活動】引導學生利用VR設備做模擬實驗來驗證火山噴發的成因，組織學生整理、記錄探究過程中的實驗現象。

【學生活動】將探究過程中的實驗現象進行記錄、總結，說明每項實驗材料代表的物質及狀態，介紹科學實驗的操作方法。

【設計意圖】培養學生對數據的處理能力以及合作交流的能力。

5）得出結論。

【教師活動】進行巡視，及時跟進小組探究活動進展，引導學生討論，總結歸納火山噴發的成因及其作用。

【學生活動】總結、介紹科學實驗的操作方法；依據探究實驗的現象，解釋火山噴發的原因。

【設計意圖】培養學生獲取、歸納和總結信息的能力。

6）表達交流。

【教師活動】組織學生用自己的方式呈現對探究過程的說明和結論，引導學生學會評價他人的探究報告，同時對學生的知識點掌握程度進行評估和測試。

【學生活動】寫出自己的探究報告，可以采取不同的表示形式，準確運用科學術語描述探究的過程與結論，并且完成測試。

【設計意圖】培養學生科學寫作和口語表述的能力。

7）知識拓展。

【教師活動】引導學生探索火山噴發對環境產生的影響和了解防災的基本安全知識。

【學生活動】互相討論、交流自己的調查情況并整理、歸納結論。

【設計意圖】培養學生辯證分析的思維能力，認識地球物質是不斷變化并且互相影響的，了解火山噴發等自然災害對人類的影響，了解防災的基本安全常識。

8）教學反思。將VR技術引入小學科學課堂中，教師應在學生探究、討論過程中進行巡視，及時引導學生、撥正討論方向。教師應培養學生深度學習的能力，利用舊知促進新知，通過辯證分析、邏輯推理等方法，發展學生的空間、模型思維和邏輯推理能力，幫助學生合理利用各種資源學習并掌握新知識。

4 "結束語

《2015年地平線報告（基礎教育版）》指出，深度學習策略的發展對課堂教學產生深遠的影響，有效推動了教育技術在學校的應用[8]。21世紀技能框架的標準與評價指出：聚焦于21世紀技能的內容知識與專業，不僅要重視核心課程，而且要理解21世紀跨學科主題，強調對所學內容的深度理解而非淺層理解，要求學生深入他們學習工作生活中的問題[9]。將VR技術引入小學科學課堂中，創設一個高沉浸的虛擬學習環境，培養學生的學習興趣和探究精神，符合新課標的教學理念，同時為課堂教育和教學研究開辟了一個新的視角，希望本文能夠為小學科學教學提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] 何玲，黎加厚.促進學生深度學習[J].現代教學，

2005（5）：29-30.

[2] 何克抗.深度學習：網絡時代學習方式的變革[J].

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[3] 劉偉，戚萬學，宋守君.致力于知識遷移的深度學習

探究[J].現代教育技術，2019，29（3）：25-31.

[4] 中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準

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[5] William and Flora Hewlett Foundation. Deeper

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[6] 王辭曉.具身認知的理論落地：技術支持下的情境交

互[J].電化教育研究，2018，39（7）：20-26.

[7] What is RSA Opening Minds？[DB/OL].http：//www.

rsaopeningminds.org.uk/about-rsa-openingminds/.

[8] NMC. Horizon Report： 2015K-l2 Edition[DB/OL].

https：//xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show？

paperid=f8790f91501f73ce0563c04d9d6ef2ec.

[9] 張義兵.美國的“21世紀技能”內涵解讀：兼析對我

國基礎教育改革的啟示[J].比較教育研究，2012，

34（5）：86-90.