VR一體機輔助下的課程資源開發模式及其實踐

陸吉健 沈曉媛

【摘? ?要】從教育與科技相結合的趨勢來看，虛擬現實技術將會進一步推進教育教學改革。借助VR一體機虛擬現實軟硬件平臺進行課程教學，不僅可以帶給使用者高度的沉浸感，而且能夠增進交互感，適度延伸課堂教學內容，促進學生有效學習。基于敏捷課程開發理念，建構包括準備、迭代設計、迭代開發三個階段的VR一體機輔助下的課程開發模式，結合相關VR教學資源，設計VR一體機輔助下的小學數學拓展性課程“數學VR探險”。

【關鍵詞】VR一體機;課程開發模式;小學數學;拓展性課程

近年來，隨著教育信息化的不斷推進，虛擬現實技術逐漸成為教育領域研究的熱點。當下，借助“VR頭顯”和“VR眼鏡”教學，是虛擬現實輔助課堂教學較常規的方式，這些設備雖然可以帶給學生高度的沉浸感，但在使用者協作交互等方面存在較大的局限性。借助VR一體機虛擬現實軟硬件平臺，可以增強師生、生生之間的交互感，可以適度延伸課堂教學內容，讓學生更加有效地學習。現以“數學VR探險”課程為例，介紹VR一體機輔助下的課程資源開發模式及實踐。

一、虛擬現實與小學教育

國內關于虛擬現實技術在小學教育中的應用研究目前還處于起步階段。zSpace的VR一體機是近年興起的虛擬現實教育設施，具有豐富的VR課程資源，在小學教育領域有較好的發展前景。其硬件系統主要包括3D顯示器、VR觸控筆、3D立體眼鏡等;軟件系統主要有富蘭克林實驗室、3D工作室、歐幾里得圖形等。在使用過程中，學生不僅可以利用VR觸筆對顯示器上的對象進行位移、放大、解剖等操作，帶來較高的沉浸感，而且通過平臺可以及時導出學生的學習成果，便于開展分享交流。在實際教學中，教師要將4～6位學生分為一組，并為每組學生配備一臺VR一體機進行協作探究學習。[1]

二、VR一體機輔助下的課程開發模式

為應對VUCA時代帶給教育領域的挑戰，敏捷課程開發理念應運而生。敏捷課程開發的本質就是主動、有效且高效地響應學習者個性化且不斷發展變化的學習需求，快速為學習者交付契合學習需求的可用課程[2]。利用虛擬現實技術輔助下的課程開發，不僅要考慮虛擬現實資源及課程教學特點等多方面的因素，而且要根據師生的實際需求進行課程內容的動態優化，這些要求與敏捷課程開發理念相匹配。因此，研究團隊基于Allen提出的SAM模型（Successive Approximation Model，逐漸逼近模型），建構起包括準備、迭代設計、迭代開發三個階段的VR一體機輔助下的課程開發模式，具體如圖1所示。

其中，準備階段主要是進行VR課程資源選配，研究團隊需要縱覽VR課程資源，根據學情進行案例的選配。在迭代設計階段進行VR課程規劃，生成初步創意，構建課程開發模型，并通過對課程設計內容的不斷評估，迭代設計出新穎的課程方案。其中，課程開發模型是迭代設計階段的核心，它是課程設計的基礎，可以引發更多富有創意的設計思路。迭代開發階段中，研究團隊通過課程開發、實施、反饋等環節生成標準課程設計，并對上述環節進行迭代循環產出A版本、B版本，乃至VR課程設計的黃金版本。在這個階段中，研究團隊不斷收集學生的反饋，及時發現、解決相應問題，通過不斷迭代設計方案的方式縮短課程開發周期，提升課程設計質量和實踐效果。

三、VR課程資源選配

（一）VR課程資源縱覽

zSpaceVR一體機的VR教學資源主要分為社會科學、數學、英語語言等模塊，其中科學領域的課程資源占比較大，具體如表1所示。數學模塊的VR教學資源設計較簡單，并不適合小學數學拓展型課程的開發，因此研究團隊主要從工程設計模塊進行資源選配。

（二）VR課程資源案例選配

研究團隊對上述的VR課程資源進行篩選后，確定圍繞“三角形、圓形和正方形”“問題解決者”“轎車、巴士和自行車”“工程設計過程”4個VR課程資源，進行小學數學拓展性課程的開發。

上述4個VR課程資源的3D模型演示非常形象直觀，學生置身于問題情境中學習，可以獲得良好的情景感。借助以上課程資源進行學習時，學生需要利用所學的數學知識分析問題，能深刻地體會到數學知識不僅僅是印在課本上的定理、公式，更是“活”的知識。同時，學生也要嘗試運用多學科知識來解決問題，這有助于培養學生的空間想象能力、知識遷移能力及創新思維等。課程各模塊及其VR資源、教科書內容（人教版）和核心素養指向[3]詳見表2。

四、VR小學數學拓展性課程設計

使用VR課程資源進行教學，需要教師提前進行課程規劃及課程設計。“數學VR探險”是研究團隊進行VR一體機輔助教學嘗試的重要內容之一。

（一）“數學VR探險”課程結構

“數學VR探險”課程面向5～6年級學生設計，課程由探險準備、探險啟程、探險開始、探險總結4個模塊構成，課程開展16周，每周1課時，授課教師可以根據實際情況安排具體的教學課時，具體課程計劃詳見表3。整個課程圍繞小學數學核心素養進行跨學科整合設計，根據學生的認知水平逐漸深入。在課程實施過程中學生要利用數學知識分析、解決具體情境問題，并使用VR觸控筆進行模型構建，有助于提升學生用數學思維分析、解決問題的能力，促進學生多學科知識技能的整合應用，對學生創新意識的培養也有重要意義。

（二）“給恐龍建房屋”教學活動設計

下面以VR一體機輔助下“數學VR探險”課程中“給恐龍建房屋”這一代表性案例為例，介紹其具體的實施流程。

1.熱身環節

教師確定課程主題和教學目標后，融合多學科交叉知識，設計“熱身環節”激發學生的學習動機，并為后續工程設計流程的探究做鋪墊。在學生都佩戴好3D眼鏡后，教師首先介紹著名的工程師及其相關貢獻，讓學生體會工程師在日常工作和生活中的重要性。教師通過在zSpace上出示各類發明成果，引導學生思考：這些發明成果都解決了什么問題？并請學生在軟件上輸入自己的想法，之后進行交流分享。

教師引導學生先想一想：工程師解決問題的一般流程是怎樣的？然后在zSpace上出示工程設計流程圖，介紹工程設計實踐的相關知識。接著引導學生進行小組討論：“為什么工程師需要遵循這個流程？”讓學生初步感知設計流程的環節。

2.設計

在這一環節中，學生需要收集、運用相關信息設計解決方案。設計流程可以分為以下三步：①確定需解決的問題，明確評價要求。②收集信息，確定最佳解決方案。③繪制設計草圖。教師通過zSpace創設任務情境：“想象一下，你有一個寵物劍龍，你需要在后院為它建造一間房子。”引導學生先厘清任務情境中自己需要解決的問題是什么，為了解決這個問題需要考慮哪些因素。然后讓學生通過獨立思考、討論交流，將要解決的大問題分解為若干個小問題，形成大致的解決思路。接著學生可以借助計算機、書本等工具進行資料的收集與整理。在擁有了解決問題的相關知識、初步理解了解決問題具體方法背后的原理后，教師組織學生以小組為單位進行討論，讓每個學生闡述自己的想法和方案，并在小組內討論各種方案的優點與不足，在總結出一個完整的、組內認為最優的問題解決方案后，明確小組成員的分工。最后，學生需要繪制解決方案的模型草圖，并思考所需要的材料。

3.原型創建

原型是模型的物理、計算機、數學或概念的實例化，學生能夠對原型進行相應的操作和測試。[4]在這個環節中，學生在設計方案的基礎上利用zSpace系統中的模型（如木塊等）建造房屋原型，并驗證所提出的解決方案是否合理。教師在此過程中引導學生運用數學知識來完成原型的構建與驗證。

4.評價反思階段

各個小組在VR一體機上生成并提交小組成果，展現探究過程與成果。在這個過程中，學生要向他人說明本組的設計運用了哪些知識，是如何解決問題的。教師與其他學生則對成果展示進行反饋，提出相關建議，學習小組可以在此基礎上進行設計方案和原型的優化，并呈現最終成果。學生與他人進行交流反饋的過程，就是對作品進行優化的過程，他們在不斷改進方案的經歷中內化對相關知識、方法的理解。

5.小結與拓展階段

在小結與拓展階段，教師再次出示工程設計流程圖，先讓學生在體驗完整設計流程的基礎上思考以下問題：“工程設計流程為什么顯示為一個圓圈？”“工程師為什么需要多次完成該圓圈？”引導學生感悟工程設計的科學性與嚴謹性。然后，教師引導學生根據之前的活動，結合自己的經驗思考“當工程師面臨一個難以解決的問題時，他們會做什么”，并引出“快速原型創建”的概念與作用。最后，教師鼓勵學生遷移所學知識，針對生活中的問題進行解決方案的設計，完成對日常生活中的問題的探索。

學生在zSpace上完整地完成課程學習后，將學習過程中的反饋與成果以PDF的形式導出，教師可以在此基礎上進行課程內容的反思與優化。

五、研究展望

VR一體機輔助下的課程資源開發模式，雖然還需要更多的案例實踐來佐證與優化，但研究團隊已經開始在這條路上進行探索。從教育與科技相結合的趨勢來看，虛擬現實技術將會進一步推進教育教學改革，而這也需要更多學者和一線教師的研究與參與。相信在具身認知理論、敏捷課程和創客教育等理念的支持下，一定會有更多的教師和學生基于zSpace中的資源進行更成熟的課程開發與學習實踐。

參考文獻：

[1] 陸吉健，錢雨楊，陳子涵.VR一體機輔助下的中學數學教學設計模式及其實踐[J].教學月刊·中學版（教學參考），2021（6）：3-6.

[2] 李笑櫻，閆寒冰，彭紅超.敏捷課程開發：VUCA時代課程開發新趨向[J].電化教育研究，2021（5）：86-93.

[3] 馬云鵬.關于數學核心素養的幾個問題[J].課程·教材·教法，2015（9）：36-39.

[4] 周安然，柏毅，黃雪瑩.基于工程設計思維的STEM課程開發研究及啟示：以NASA“宇宙飛船安全”課程為例[J].東南大學學報（哲學社會科學版），2020，22（S1）：122-126.

（杭州師范大學經亨頤教育學院? ?311121）