高中VR選修課教學設計案例

楊利

一、教學背景分析

（一）學習內容分析

天文學是研究宇宙空間天體、宇宙的結構和發展的學科。內容包括天體的構造、性質和運行規律等，當今的天文學已經成為了最活躍的、最富生命力的多學科交叉點。開展天文學的研究有助于學生形成正確的科學觀念、培養良好的科學思維，有利于學生科學態度和價值觀的形成。

天文學研究的對象擁有極大的尺度，極長的時間，極端的物理特性，天文學研究的重要方法之一是觀測，不斷把人的視野伸展到宇宙的新的深處。高中學校提供的觀測手段明顯不足以支撐天文選修課的教學，同樣，地面實驗室很難達到天文學的模擬情境要求，這就導致了很難成功開設天文選修課程。本次課將VR技術融入課堂，利用VR的Immersion（沉浸性）的核心特征，結合“星空@VR”、“萬有引力與宇宙演化@VR”、“阿波羅11號@VR”、“空間站@VR”等資源，讓學生能通過基于頭盔式的VR設備來體驗和感受浩瀚宇宙全貌，激發學生心靈深處的體驗，給予學生豐富的、震撼的感官刺激，促使學生對浩瀚的宇宙、無窮的奧秘產生濃厚興趣，使學生通過對天文的興趣而轉化為對探索自然、主動探究問題的興趣，提高學生思維能力和綜合知識的運用能力。

（二）學生情況分析

VR選修課學生40人，學生對VR技術和天文學均有濃厚的興趣。由于選修課學生分別來自高一10個班級，學生之間不夠熟悉。學生的數理基礎、思維能力參差不齊，部分學生數理基礎較好，知識面廣，自主學習能力強;但絕大部分學生都沒有系統學習過萬有引力定律及相關知識，課堂交流、協作探究的有效開展都受到限制。為了更有效地傳授天文知識并激發全體學生的探索熱情，本次課中我們弱化了課程對數學基礎的要求，盡量形象化地來描述相關概念。

（三）技術準備

提前一個月向VR技術設計人員提供所用VR資源的設計說明，例如“星空@VR”資源是關于宇宙、銀河系、太陽系、行星運動的全景式的VR視頻，學生可以利用VR頭盔選擇鍵的滑動，以及身體和頭的轉動，改變觀察視角，實現從全景觀察或是從局部來觀察銀河系的正視圖、側視圖;“阿波羅11號@VR”資源是關于太空飛船的視頻資源，學生利用頭盔感知航天員的觀察視角。

二、教學目標與重點、難點設計

（一）教學目標

1. 知識與技能。

（1）了解浩瀚宇宙全貌、宇宙模型發展、宇宙演化的基礎知識。

（2）了解國際太空探索，我國航天事業的發展的相關歷史。

2. 過程與方法。

（1）通過天文科普知識的講解，使學生提高理性思維能力，更加客觀地看待自然現象。

（2）在課堂中，組織學生進行合作學習、探討見解和成果，提升交流協作能力。

3. 情感態度與價值觀。

（1）利用VR技術，通過豐富的感官刺激，培養學生積極的學習態度，激發學生探索星空、探索宇宙的興趣。

（2）通過VR的的核心特征，引領學生體驗宇宙的美，幫助學生形成科學的宇宙觀，增強利用宇宙資源、保護宇宙環境的使命感。

（二）重難點設計

1. 重點：激發學生對浩瀚的宇宙產生濃厚興趣，提高學生理性思維能力和綜合知識的運用能力。

2. 難點：無法進行實地或實驗觀測，利用VR技術提供豐富的感官刺激，讓學生身臨其境，實現對宇宙天體的模擬觀測。

三、教學過程

（一）激趣導入

教師播放來自《太空旅行“穿越黑洞和蟲洞”科幻紀錄片》片段，待學生被視頻完全吸引后，導入課題。

教師演示PPT展示本課課題《浩瀚宇宙之旅》

（教師指令下達后，指導學生使用VR頭盔，學生開始興趣盎然地戴上頭盔，按照教師要求找到VR視頻“星空@VR”進行觀看，旁觀者可看到學生上下左右轉頭，和轉動椅子進行觀看。）師：同學們通過VR頭盔看到的宇宙后和我課前視頻中的宇宙給予你們的感受相同嗎？

生1：差不多，都是對太陽系和銀河系的描繪。

生2：感受不同，通過VR感受更真實，更清晰，好像親臨其境一樣，更喜歡。

（二）學習新知，開始探究過程

師：同學們通過剛才視頻的觀看，對宇宙都有了進一步的認識，其實，你們觀察到的都是我們科學家利用宇宙理論虛擬出的宇宙模型。我們本次課將從以下兩個方面來展開：1、人類對宇宙的科學認識;2、人類開展的太空探索。

（此階段文字太多，故用流程圖展示）

流程圖說明：

本次課利用VR的Immersion（沉浸性）的核心特征，結合“星空@VR”、“萬有引力與宇宙演化@VR”、“阿波羅11號@VR”、“空間站@VR”等資源，讓學生能通過基于頭盔式的VR設備來體驗和感受。通過VR資源激發學生心靈深處的體驗，給予學生豐富的、震撼的感官刺激，讓學生表現出了強烈的學習動機，在學習過程中經常處于興奮和好奇的狀態。本課教學設計從浩瀚宇宙全貌、宇宙模型的發展、宇宙演化的模擬、人類開展的太空探索排序，從客觀世界到人類的主觀能動性、到我國航天事業的發展，層層遞進，循序漸進、讓學生產生了較強的沉浸性體驗，感覺如親臨其境，能更好地幫助學生獲取宇宙知識，更好地認識我們所處的世界，與世界和諧相處。通過“沉浸”式學習，讓學生了解航天員的生活，了解我國的航天史，以此激發學生學習物理的興趣，提升學生的科學素養，激發學生的愛國熱情。這四個VR資源的運用能很好地突破教學的重點和難點，幫助學生形成科學的宇宙觀。在本課教學中，教師留足了學生觀看VR視頻及思考和交流時間，讓學生能結合VR體驗展開想象，引發學生的求知欲，這樣才有課尾的思考的驅動、認識的提升、靈感的觸發。

四、教學設計特色說明與教學反思

（一）教學設計特色

本次課是VR選修課程的第二次課，通過以VR顯示器系統設備激發學生心靈深處的體驗，從浩瀚宇宙全貌、宇宙模型的發展、宇宙演化的模擬、人類開展的太空探索排序，從客觀世界到人類的主觀能動性、到我國航天事業的發展，層層遞進，循序漸進、既使學生科學思維、科學素養得到提高，又激發了學生對航空航天事業的熱忱，增強學生的使命感。

（二）教學反思

教學過程中，我始終以學生為主體，充分發揮了學生的主動性和積極性。VR技術應用中，學生對宇宙全貌的觀測或是對空間站的了解，都是立足于學生自主選擇觀察角度來進行觀察;同時，在本課教學中，多次留足了學生思考和交流時間，讓學生能結合VR體驗展開想象，引發學生的求知欲，通過啟發學生思考，充分發揮學生的主體性，讓學生主動參與到學習中來，切實培養了學生創新思維，讓課堂教學達到了預期的效果。

基金項目：本文是四川省普教科研資助金一般課題 VR技術在中學學科教學中的創新應用與探索（教-川教函【2017】336號）的研究成果。