借助虛擬現實技術構建項目教學的仿真情境

隨著教育領域對核心素養培育的重視，項目教學逐漸成為培養關鍵能力的重要途徑。它以真實情境為依托，整合多學科知識，旨在培養學生解決復雜問題的能力。然而，當前小學信息科技項目教學面臨諸多挑戰，如存在教師理論知識結構不完善和資源支持不足及受現實因素限制等問題，導致理想與現實之間存在較大差距?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）強調，教學應聚焦于創設真實情境，并融入多元資源以提升學生參與度。在此背景下，推動信息技術與教育教學深度融合尤為重要。

虛擬現實技術的發展為項目教學提供了新的機遇。它通過模擬現實世界的聽覺、視覺和觸覺體驗，有效輔助情境構建，增強教學的真實性和互動性，具有想象性、交互性和沉浸性的基本特征^[1]。筆者以“智能火災報警器”項目教學為例，探討如何利用虛擬現實技術，依據GRASPS模型構建具有真實性、開放性、復雜性和多元性的問題情境，以促進信息技術與教育教學深度融合，更好地適應新時代教育發展需求。

一、項目教學的現實挑戰與虛擬現實技術的機遇

項目教學以真實情境為依托，整合多學科知識，用以培養學生應對復雜問題的能力。虛擬現實技術的發展為項目教學提供了新的機遇。它通過模擬現實世界的聽覺、視覺和觸覺體驗，有效輔助情境構建，增強教學的真實性和互動性。

（一）現實因素限制與偽情境的形成

在小學信息科技項目教學情境創設的過程中，教師面臨如下挑戰：一方面，若教師的理論知識不夠扎實，設計的情境較為單薄，難以激發學生的思考熱情，若教師過于追求新穎性，則可能設計出與學生日常生活經驗相去甚遠的偽情境，導致學生感到困惑和迷茫；另一方面，教師在創設情境時往往受時空或環境限制，難以為學生提供完全真實、豐富多彩的活動場景^[2]。

（二）情境資源單一與“Z世代”的吸引力缺失

在當今的課堂教學中，情境創設的方式主要為師生對話或視頻圖片呈現。現階段的小學生被稱為“Z世代的數字原住民”。他們一出生就與網絡信息無縫對接，生活在數字化浪潮的前沿^[3]。教師利用傳統信息化教學資源構建情境顯然已無法吸引學生。這在一定程度上導致學生缺少主體參與感和交互性，造成了課堂教學中師生“身”和“心”的割裂。

（三）知識傳遞的片面性與情感溫度的缺失

以往教師創設教學情境的方法，側重于知識的單向傳遞，而缺乏師生、生生之間情感紐帶的建立。課標明確提出，教師在創設仿真情境時，不僅要注重知識的情境邏輯，還需將學科知識轉化為學生的真實體驗，并引導他們將所學應用于日常生活。這一轉變無疑對教師和課堂提出了更高的要求。對真實世界的沉浸和自由、開放、靈活的規則，是構建以學生為主體的教學模式的必要條件，但同時也是傳統教學中情境創設的困境所在^[4]。

二、項目教學的起點設計：構建仿真情境

教師開展項目教學，應當以始為終，以仿真情境為起點，將成果回歸于現實應用。筆者分為兩大步設計項目活動。

（一）以情境為起點驅動學生學習

“智能火災報警器”項目教學目標是：學生在項目活動中了解燃燒的特點和火災發生的原因，借助圖形化編程軟件和Arduino套件實現火情監測與報警。教師基于學生學習背景設置真實問題情境是整個項目的初始階段，也是推動項目進程的線索和背景。要做到以情境為起點，教師需要創建背景，促使學生了解問題，將大項目細化分解為具體的小問題，實現問題的解讀與聚焦。學生在收集相關資料時做好前期知識準備，進一步明確要解決的問題。學生參與這一過程，能夠培養抽象問題、分解問題、分析評估信息和建構知識的思維能力（如圖1）。

（二）以現實為來源設計情境

在創設項目教學的仿真情境時，教師要從現實世界出發，將學習活動根植于學生的生活經驗之中。這樣設計不僅能夠增強學習的現實意義，還能激發學生的參與熱情和創造力。以下是構建仿真情境的三個關鍵步驟（如圖2）。

1.明確問題目標，結合生活原型

基于大概念創設仿真情境旨在培養學生的知識遷移能力。筆者鼓勵學生像專家一樣思考，理解大概念進而形成靈活解決問題的能力，逐步實現提升素養的目標。在設計過程中，筆者沒有使用抽象的“偽情境”，而是尋找現實生活中的場景原型，以此為基礎進行逆推和改編，確保情境的真實性和相關性。

【修改】新聞報道：某小學發生火災，其中一間教室堆積大量易燃物，起火后煙霧彌漫，熊熊大火迅速擴散至所有教室，至少20名學生被困不幸喪生。筆者這樣設計情境，引導學生迅速捕捉問題背后的關鍵知識點，即如何利用燃燒的特點實施火情監測。

2.解構問題維度，設計情境框架

筆者采用威金斯GRASPS模型設計“智能火災報警器”項目的教學活動。該模型要求教師在設計情境框架時整合6個維度（如圖3）：目標、角色、對象、情境、產品和標準。這種多維度的設計有助于還原真實性，使學生能夠深入挖掘所需的條件和資源^[5]。

在“智能火災報警器”項目教學中，筆者對基本要素分解架構如下。

目標：設計一款能夠實時監測火災并及時報警的智能火災報警器。

角色：作為校園安全工程師，負責設計和實施火災報警系統。

對象：面向學校師生，確保他們的安全。

情境：尼日爾校園草房起火，需要緊急應對。

產品：編制產品手冊，闡述設計理念和實施方案。

標準：以口頭或書面方式匯報，展示成果，接受教師和學生的評價。

3.細化問題要素，精致內容呈現

在情境細化時，筆者注重情境是否符合目標，能否反映目標；是否符合學情，能否引起學生的興趣、聯結學生既有經驗；情境呈現是否具有可行性。筆者調查發現，非洲草房教室起火的情境并不符合大部分學生的既有認知。因此，筆者調整和細化情境內容，使其更貼近學生的校園生活實際。

【情境呈現】近期校園火災事件頻發，學校需要更新火災報警系統，并將其放置在校園火災逃生的最佳路線上。學校召開了安全工程專家研討會，各組學生將作為校園安全工程師，基于校園環境設計一款智能火災報警器。最優方案將被采納，作為火災報警系統，首要功能是實現火情監測，并在火災發生時第一時間發出警報，其次要能夠指示逃生路線。

三、虛擬現實技術：仿真情境的呈現實踐

在“智能火災報警器”項目中，虛擬現實技術的應用為學生提供了沉浸式的學習環境，使他們能夠在仿真情境中體驗和學習。以下是虛擬現實技術在仿真情境構建中的三個關鍵應用。

（一）以虛擬環境為原型，增強現實情境

虛擬現實技術能夠仿真并高度還原現實生活中的事物，甚至將人腦中的想象內容進行細節化呈現。教師借助Unity等工具構建校園虛擬場景，讓學生仿真體驗學校環境（如圖4），從而更好地規劃火災逃生路線。這種虛擬場景的體驗對于小學生尤為重要，因為他們的抽象思維和立體空間感仍在發展中，而虛擬現實提供了一個直觀的學習平臺。

（二）以人機交互為引導，提升知識儲備

人機交互是虛擬現實的關鍵要素，它使得學生能夠與虛擬角色（NPC）互動，操作虛擬環境中的物體以完成特定的行為目標。這種互動性不僅提升了學生的參與度，而且有助于學生接受觸覺、聽覺和視覺反饋及NPC的評估與指導，豐富知識庫。以下是三種主要的人機交互方式。

1.介紹性動畫：深入了解項目背景

動畫是一種集合文字、色彩、圖形和音樂的教學資源，教師用其能夠有效地為學生創設良好的課堂環境，增強課堂教學的趣味性和生動性^[6]。教師基于Unity設計動畫，能夠將智能火災報警器項目背景中的細節以動態形式呈現，以更生動的方式介紹消防安全知識。

2.交互式卡片：立體感知物品模型

Vuforia是一款專為移動設備設計的增強現實軟件開發工具包，它賦予開發者創建引人入勝的增強現實應用的能力。依托于先進的計算機視覺技術，Vuforia能夠實時識別和追蹤平面圖像以及3D對象，實現圖像配準的神奇功能。這有助于開發者精準地在移動設備的攝像頭視場中，將虛擬對象與現實世界中的物體進行匹配和定位。

利用Vuforia軟件，筆者設計了一系列交互式卡片，每張卡片都與一件物品的三維模型相對應。學生只需使用平板電腦掃描這些卡片，就能在屏幕上觀看到栩栩如生的消防安全相關用品的三維模型（如圖5）。這種互動方式不僅讓學生對每件物品的特征有了直觀的認識，還讓他們了解了物品的使用方法和適用情境，極大地提升了學習效率和體驗。

3.對話式學習：強化測評知識內容

在對話式學習這一動態過程中，學生被邀請參與圍繞特定主題的互動對話和問答活動，與計算機進行知識交流并深化學習體驗。這種學習環境提供了多樣化和廣泛的選擇，以個性化的方式支持每個人的學習旅程，并擴展了傳統課堂訓練的邊界。學生與虛擬學習伙伴進行有目的且富有生氣的對話，不僅能有效提高學習效率，而且能獲得對學習成果的即時反饋，從而精準衡量和強化學習成效。

在精心構建的虛擬現實場景中，智能對話式學習得以充分實現。當用戶步入特定的觸發區域時，相關的知識點會以角色間對話的方式自然地展現出來，為學生提供了一個互動的學習平臺。這種學習方式覆蓋了識別常用消防器材、了解易燃物品、掌握火災特性及消防基礎知識多個方面。學生在這種模擬情境中吸收知識后，將面臨一系列問題，促進他們鞏固知識。根據學生的回答，系統將提供不同的反饋結果，進一步促進知識的內化和應用。這種互動和反饋機制不僅增強了學習的吸引力，也確保了教育目標的實現^[7]。

（三）以沉浸游戲為形式，激發學習主動性

虛擬現實游戲提供了一種沉浸式的火場逃生體驗。學生在游戲中使用WASD控制人物移動，尋找消防用品，避開火焰，最終到達安全區域（如圖6）。這種游戲化的學習活動不僅讓學生體驗到火場逃生的緊迫感，還能以第一視角享受沉浸式體驗，增強學生的主動性和參與感，使學習變得更加生動和有趣。

四、仿真情境設計與實踐的策略總結與思考

筆者針對當前項目教學中情境構建存在的諸多難題，創新性地將虛擬現實技術引入其中，構建了“三環”模型，并在該模型的指導下以“智能火災報警器”項目為例，開展情境構建的深入實踐。對于實踐的過程與成效，筆者有以下思考與啟示。

（一）以“虛”補實，實現情境類型多元化

利用虛擬現實技術構建教學情境，能夠彌補傳統教學情境創設中的局限，允許學生跨越時空、沉浸體驗，已成為教學中呈現情境多元化的有效工具和橋梁^[8]。但這種教學模式并非對傳統教學情境創設方式的全面替代，而是作為其寶貴的補充和有力輔助。在教學過程中，教師應充分考慮課程內容和學生的學習狀態，審慎地選擇虛擬現實技術的體驗時間和教學情境的類型，以確保學生在教學情境的引導下，獲得更為豐富、深刻且高效的學習體驗。

（二）以“境”激趣，豐富學生的感知渠道

小學階段的學生在開展自主式探究性學習時，往往需要從簡單的、直觀的直接經驗開始，逐步形成抽象的思維能力，而融合虛擬現實技術的真實性場景融合了聲與光，讓學習內容可觸摸、可感知、可互動。學生自主學習的開展需要基于更真實的場景和問題，如此才能激發他們的學習興趣。但在情境教學中，小學階段的學生同樣展現出了較弱的自控能力，因此在課程教學中教師要充分發揮“引導者”的作用，引導學生在保持學習主體性的同時合理利用資源，產生正向的行為。

（三）以“真”喚情，內化知識促情感升華

教師應把握新興熱點，充分利用資源，真正實現技術賦能教育。在教育教學中情境的創設應根植于社會問題，在知識傳遞的過程中，培養學生的同理心和責任感；在教學活動的創設中關注科技的發展，培養學生的創新意識和探索精神。在信息科技課堂教學中，教師應五育并舉，營造數字人文環境，促進學生情感的升華，實現課程育人的目標，承擔起培根鑄魂、啟智潤心的職責，將學生培養成有理想、有本領、有擔當的時代新人。

注：本文系2023年浙江省教育信息化研究課題“融媒體背景下信息社會責任的跨學科培養策略”（編號：2023ETC002）、2023年金華市教科研課題“指向信息社會責任的小學跨學科主題實踐研究”（編號：01205）的研究成果。

參考文獻

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[7]劉俐利，凌毓濤，王艷鳳.虛擬學習環境中構建三維動畫資源與交互設計研究[J].中國電化教育，2014（2）：123-128.

[8]沙璇.利用虛擬現實技術的初中語文情境教學探索[D].揚州：揚州大學，2023.

（作者系浙江大學教育學院研究生，浙江省金華市外國語實驗學校教師）

責任編輯：祝元志