本文發(fā)表于 《數(shù)字教育》 2020年第2期（總第32期）基礎(chǔ)教育信息化欄目，頁碼：54-60。轉(zhuǎn)載請注明出處。

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用越來越廣泛，部分中小學(xué)教師已把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)納入課程設(shè)計(jì)中，但是課程設(shè)計(jì)并沒有取得預(yù)期的效果，因此實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的首要任務(wù)是形成一個(gè)適用的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，在充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)勢的前提下設(shè)計(jì)和組織教學(xué)活動(dòng)。文章設(shè)計(jì)了一種以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和STEAM 教育理念為依托適用于虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，且從該模型的理論基礎(chǔ)、基本環(huán)節(jié)、評價(jià)機(jī)制等方面詳細(xì)闡述了該教學(xué)設(shè)計(jì)模型的構(gòu)成要素和基本結(jié)構(gòu)，然后以虛擬現(xiàn)實(shí)課程“解碼古代建筑的黑科技”為例，具體說明了該教學(xué)設(shè)計(jì)模型的應(yīng)用，以便給虛擬現(xiàn)實(shí)教育探索中的教師提供幫助和建議。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型；情境教學(xué)；STEAM 教育

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隨著虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的不斷發(fā)展和改良, 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)越來越多地應(yīng)用到中小學(xué)課程教育中。虛擬現(xiàn)實(shí)課堂不同于傳統(tǒng)課堂，學(xué)生在課堂中不僅需要使用虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔等設(shè)備，還需要虛擬學(xué)習(xí)資源與課程的教學(xué)目標(biāo)緊密結(jié)合。但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用還處于初級階段，相關(guān)的研究成果不夠豐富，且大多屬于經(jīng)驗(yàn)型研究，缺乏配套的理論指導(dǎo)和模式建構(gòu)[1]。很多中小學(xué)教師缺乏對虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 所以在設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)課堂時(shí)無所適從。為了使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更好地應(yīng)用到教育課堂中，亟須一種教學(xué)設(shè)計(jì)模型為教師提供幫助和引導(dǎo)。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用的國內(nèi)外研究綜述

（一）國內(nèi)研究綜述

國內(nèi)有大量的學(xué)者提出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可以應(yīng)用到課堂中的，這些學(xué)者涵蓋了中小學(xué)教師和高等院校教師。劉勉在其文章中指出可以設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)視域下的未來課堂教學(xué)模式，其中涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)兩種技術(shù)，并通過課堂案例講解了該模式的具體應(yīng)用[2]。同濟(jì)大學(xué)的學(xué)者提出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在歷史教學(xué)中的應(yīng)用，以再現(xiàn)歷史場景的形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[3]。

（二）國外研究綜述

國外的學(xué)者提出虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的范圍可以擴(kuò)充到音樂和樂器教學(xué)、工程建設(shè)教學(xué)、軟技能教學(xué)、世界觀教學(xué)（變革性體驗(yàn)）；Serafin 等學(xué)者[4]提出虛擬現(xiàn)實(shí)可以為學(xué)生提供更多可以獲得音樂技能的選擇；Rajeswaran 等學(xué)者[5]提出VR 在醫(yī)學(xué)訓(xùn)練中使用有很廣闊的前景；Schild 等學(xué)者[6]提出可以設(shè)計(jì)多用戶虛擬環(huán)境從而增強(qiáng)虛擬學(xué)習(xí)方式；Pena 等學(xué)者[7]提出可以在建筑工程領(lǐng)域采用虛擬現(xiàn)實(shí)，在保證施工人員的安全下，再現(xiàn)事故場景, 起到防患于未然的作用；Hickman 等學(xué)者[8]提出虛擬現(xiàn)實(shí)課堂除了可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)必要的理論知識和專業(yè)技能，還可以培養(yǎng)學(xué)生的軟技能，例如領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通能力、整合能力、跨文化學(xué)習(xí)能力和觀察反應(yīng)能力；Stepanova 學(xué)者[9]提出世界觀教育，例如可以采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)非常震撼的場景，通過影響學(xué)生的感知，從而影響學(xué)生的認(rèn)知和行為。

由于VR 設(shè)備本身的特殊性，通常虛擬現(xiàn)實(shí)課堂中都采用協(xié)作學(xué)習(xí)，而協(xié)作學(xué)習(xí)則可以分為“full-collaborative”和“semi-collaborative”，研究表明，后者更有利于培養(yǎng)學(xué)生的社會存在感[10]。

上述研究成果為五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型的產(chǎn)生提供了理論基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)課堂可以培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)課堂五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型

（一）五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型的理論基礎(chǔ)

利用 VR 技術(shù)，完成教學(xué)類型轉(zhuǎn)換、教學(xué)手段轉(zhuǎn)換、教學(xué)方法轉(zhuǎn)換、教學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)換以及教學(xué)空間的形態(tài)轉(zhuǎn)換，形象生動(dòng)地展示了事物的性質(zhì)、規(guī)律以及事物之間的內(nèi)在聯(lián)系[11]。

首先，五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型以建構(gòu)主義為理論支撐。建構(gòu)主義有四個(gè)核心要素，即情境、協(xié)作、會話、意義建構(gòu)。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)以學(xué)為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，認(rèn)為學(xué)生的有意義學(xué)習(xí)是在一定的學(xué)習(xí)情境中學(xué)習(xí)者新舊知識間產(chǎn)生聯(lián)系后發(fā)生的；同時(shí)建構(gòu)主義認(rèn)為，在課堂學(xué)習(xí)中學(xué)生會和周圍的環(huán)境、教學(xué)媒體以及同伴發(fā)生交互，在交流互動(dòng)的過程中學(xué)生可以更好地發(fā)揮主觀能動(dòng)性，交流的過程中也可以促進(jìn)知識的建構(gòu)和升華。

其次五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型以STEAM 教育理念為依托。STEAM 教育理念強(qiáng)調(diào)將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等幾個(gè)方面的內(nèi)容有效地結(jié)合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，要讓學(xué)生學(xué)會運(yùn)用相關(guān)聯(lián)學(xué)科的研究和學(xué)習(xí)方法去分析問題、解決問題[12]。隨著素質(zhì)教育的不斷推廣，在虛擬現(xiàn)實(shí)課堂中，邏輯能力和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)成為教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中不可或缺的部分。

虛擬現(xiàn)實(shí)課堂以其強(qiáng)大的沉浸性和交互性可以為學(xué)生提供最優(yōu)的學(xué)習(xí)情境和設(shè)計(jì)創(chuàng)新的學(xué)習(xí)空間，情境設(shè)計(jì)以STEAM 教育理念為指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生知識技能的同時(shí)也提高學(xué)生的軟技能，情境教學(xué)和有意義學(xué)習(xí)能夠最大限度地發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢特征。

（二）五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型的基本結(jié)構(gòu)

教學(xué)設(shè)計(jì)模型主要用于虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)過程中主要關(guān)注的核心問題有三個(gè)：一是學(xué)生為什么要在虛擬場景中學(xué)習(xí)，二是學(xué)生要在虛擬場景中學(xué)到什么，三是學(xué)生在虛擬場景中學(xué)會了嗎。而這三個(gè)問題將在教學(xué)設(shè)計(jì)模型中具體展開，模型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1．學(xué)生需求分析

五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型的起點(diǎn)是學(xué)生需求分析。學(xué)習(xí)需求是學(xué)生期望達(dá)到的目標(biāo)和學(xué)生現(xiàn)有知識能力的一個(gè)差值。教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員在了解學(xué)生學(xué)習(xí)需求后可以根據(jù)需求的內(nèi)容選擇教學(xué)媒體。對于能夠使用非虛擬資源解決的知識問題無須使用虛擬環(huán)境，而對于一些高危險(xiǎn)、高消耗或者現(xiàn)實(shí)生活中不可及的場景則可以優(yōu)先采用虛擬資源。

2．學(xué)習(xí)目標(biāo)分析

第二部分是學(xué)習(xí)目標(biāo)分析。教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員按照學(xué)生需求和教學(xué)大綱對將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行知識細(xì)分，保證學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生，通過課程獲得相應(yīng)的知識技能。過程與方法目標(biāo)，主要保證學(xué)生在學(xué)習(xí)借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)意義的建構(gòu)[13]。學(xué)習(xí)目標(biāo)的編寫還依賴于學(xué)習(xí)者特征分析，正確地分析學(xué)習(xí)者可以幫助教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員對教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使得教學(xué)目標(biāo)的完成度更高。

3．學(xué)習(xí)策略選擇

第三部分是學(xué)習(xí)策略選擇。虛擬現(xiàn)實(shí)課堂中教學(xué)媒體和教學(xué)資源更多的是虛擬情境中的內(nèi)容，且支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)。在虛擬環(huán)境中“以學(xué)為主”的教學(xué)策略更加實(shí)用，學(xué)生可以更好地發(fā)揮主觀能動(dòng)性， 提升學(xué)習(xí)效率。學(xué)習(xí)的路線是由教師通過問題進(jìn)行設(shè)計(jì)的，學(xué)習(xí)者走哪條路徑體現(xiàn)了教學(xué)的意志和策略[14]。

4．學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

第四部分是學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)活動(dòng)是虛擬現(xiàn)實(shí)課堂中的核心內(nèi)容，同時(shí)也是虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的實(shí)踐部分，學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)最能體現(xiàn)教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員的智慧。學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)主要包含五個(gè)基本環(huán)節(jié)：分別為情境創(chuàng)設(shè)、明確問題、探究取證、總結(jié)反思和拓展延伸。這五個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，推動(dòng)課堂有序發(fā)展，其中探究取證環(huán)節(jié)可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需求選擇不同的探究方式，這里的選擇依賴教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員對教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生特征等具體因素的具體判斷。為了更清楚地表現(xiàn)五個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，我們通過學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)模型具體介紹，模型如圖2 所示。

環(huán)節(jié)一：情境創(chuàng)設(shè)

虛擬現(xiàn)實(shí)具有極強(qiáng)的交互性，且虛擬現(xiàn)實(shí)場景高度仿真，可產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉浸感。教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)VR 資源時(shí)應(yīng)該選擇和教學(xué)目標(biāo)最為貼近且能夠和學(xué)生已有知識結(jié)構(gòu)產(chǎn)生聯(lián)系的資源或知識點(diǎn)，同時(shí)借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建逼真的問題情境，讓學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)感官沉浸、挑戰(zhàn)沉浸和想象力沉浸[15]，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)引發(fā)學(xué)生思考。虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)也有利于促進(jìn)學(xué)生心流的產(chǎn)生[16]。

環(huán)節(jié)二：明確問題

沉浸式虛擬情境更容易讓學(xué)生迅速地進(jìn)入課堂。學(xué)生切身體會后對問題的認(rèn)知會更加敏感。教師在問題引導(dǎo)的過程中會更加容易。學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題后，教師給予適當(dāng)?shù)奶嵝押椭R補(bǔ)充，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行假設(shè)，猜想問題形成的可能性因素。

環(huán)節(jié)三：根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求選擇探究方式

探究方式分為自主探究和協(xié)作探究兩種形式，課堂活動(dòng)非常靈活。在選擇時(shí)要注意以下因素：教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生人數(shù)、問題規(guī)模、課堂時(shí)間、虛擬資源類型等。當(dāng)學(xué)生人數(shù)較少時(shí)，教師可以選擇自主學(xué)習(xí)，保證自主學(xué)習(xí)的效率；反之則可以選擇協(xié)作學(xué)習(xí)，提高課堂的學(xué)習(xí)效率。

環(huán)節(jié)四：自主探究/ 協(xié)作探究

自主探究的過程為分析問題要素、虛擬環(huán)境探究、傳統(tǒng)教學(xué)資源學(xué)習(xí)、歸納分析和形成個(gè)人成果。其中所有環(huán)節(jié)的進(jìn)行依賴于學(xué)習(xí)者自己、教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員將虛擬資源和傳統(tǒng)教學(xué)資源提前設(shè)計(jì)完成，學(xué)習(xí)者以這些資源為依據(jù)開始自己的探究過程，虛擬資源支持學(xué)生的假設(shè)、推理、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、分析、數(shù)據(jù)處理等過程，教師可以為其提供教學(xué)指導(dǎo)，最終學(xué)生形成個(gè)人成果，完成探究過程。

協(xié)作探究的過程為分析問題要素、小組成員分工、虛擬環(huán)境探究、傳統(tǒng)教學(xué)資源學(xué)習(xí)、溝通交流、歸納分析、形成小組成果。其中所有環(huán)節(jié)依賴于團(tuán)隊(duì)共同完成，分析問題后小組成員要進(jìn)行明確分工，防止出現(xiàn)分配不公、學(xué)習(xí)效果差等現(xiàn)象。學(xué)生以虛擬資源為主，傳統(tǒng)資源為輔。學(xué)習(xí)完成后進(jìn)行內(nèi)部討論，將學(xué)習(xí)結(jié)果分析匯總形成最后小組成果。協(xié)作學(xué)習(xí)需要大家分享交流、取長補(bǔ)短、互相借鑒。教師在學(xué)生探究過程中應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生分享觀點(diǎn)、提出問題、解決問題，并且做好設(shè)備和課堂之間轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)備工作，不能讓設(shè)備影響課堂秩序，兩者應(yīng)相輔相成。

環(huán)節(jié)五：總結(jié)反思

課堂從問題開始，以問題解決結(jié)束。學(xué)生無論通過哪種形式解答問題，都必須經(jīng)過嚴(yán)格的探究和不斷的修改反思。教師可以組織學(xué)生對學(xué)習(xí)成果進(jìn)行匯報(bào)交流，并將學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對探究過程中發(fā)生的問題和產(chǎn)生的疑惑進(jìn)行分析和反思，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，注重學(xué)生思維習(xí)慣的養(yǎng)成，幫助學(xué)生完成高階學(xué)習(xí)目標(biāo)。

環(huán)節(jié)六：拓展延伸

知識拓展，尤其對中小學(xué)生來說非常重要。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。教師要組織學(xué)生對知識進(jìn)行拓展和應(yīng)用，將知識橫向和縱向拓展，幫助學(xué)生更深層次地發(fā)現(xiàn)問題，從而解決問題。

上述幾個(gè)環(huán)節(jié)再現(xiàn)了學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。教師或教學(xué)設(shè)計(jì)人員在使用虛擬現(xiàn)實(shí)課堂時(shí)可以按照上述內(nèi)容對課程的活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)和教育內(nèi)容的無縫對接，使技術(shù)更好地服務(wù)于教育。

5．學(xué)習(xí)評價(jià)設(shè)計(jì)

五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型的第五部分是學(xué)習(xí)評價(jià)設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)課堂看似不可控，但是借助適當(dāng)?shù)脑u價(jià)工具， 可以將靈活的虛擬環(huán)境和虛擬活動(dòng)量化。教學(xué)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)評價(jià)環(huán)節(jié)時(shí)要選擇一種適用于虛擬現(xiàn)實(shí)的評價(jià)工具，具體的評價(jià)方式如圖3 所示。

首先在分析學(xué)習(xí)者的知識結(jié)構(gòu)時(shí)可以使用思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖可以呈現(xiàn)出學(xué)習(xí)者對于某一知識的關(guān)聯(lián)性認(rèn)知，在課程結(jié)束后可以通過繪制思維導(dǎo)圖的方式測量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。教師可以及時(shí)了解學(xué)生的知識狀態(tài)[17]。為了更加明顯地呈現(xiàn)出學(xué)習(xí)變量，采用前測 后測的方式。首先讓學(xué)生繪制一個(gè)初始思維導(dǎo)圖。待課程結(jié)束后，讓學(xué)生在原有思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充繪制，通過知識增量可以評判出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)受評價(jià)反饋、技術(shù)可用性、交互性、沉浸感、構(gòu)想性等多重因素的影響。評價(jià)反饋和技術(shù)可用性是影響學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的根本因素。沉浸感和構(gòu)想性直接影響學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)[18]。為了有效判斷學(xué)生使用虛擬現(xiàn)實(shí)課堂對其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的影響，以國外學(xué)者凱勒[19]提出的ARCS 動(dòng)機(jī)激勵(lì)模型為評判標(biāo)準(zhǔn)，將原有內(nèi)容和課堂知識、課堂活動(dòng)緊密結(jié)合，在不改變原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成一份學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)測試量表。具體指標(biāo)內(nèi)容如表1。

通過上表中關(guān)注的問題對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評價(jià)，可以了解學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的動(dòng)機(jī)變化。

最后為了更好地評價(jià)個(gè)人在協(xié)作學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)效果，采用量表的形式對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)。該量表由浙江大學(xué)課程與學(xué)習(xí)科學(xué)系劉徽老師團(tuán)隊(duì)[20]提出，用于評價(jià)協(xié)作學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的合作情況。其中包括3 個(gè)一級指標(biāo)和28 個(gè)二級指標(biāo)，為了更符合虛擬現(xiàn)實(shí)課堂環(huán)境，將該量表進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，去除“自己做”這個(gè)一級指標(biāo)，調(diào)整后形成的量表共計(jì)兩個(gè)一級指標(biāo)，14 個(gè)二級指標(biāo)，該量表在使用過程中采用1—5 分制，分?jǐn)?shù)越高表示學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的該行為越強(qiáng)烈，若量表中的行為學(xué)生未出現(xiàn)則可以用0 填充，具體評價(jià)內(nèi)容如表2 所示。

通過上述幾種評價(jià)方式，可以從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、協(xié)作學(xué)習(xí)效果以及學(xué)生的知識剩余量來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，同時(shí)也可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)變化情況進(jìn)一步分析虛擬現(xiàn)實(shí)課堂相較于傳統(tǒng)課堂是否可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為了驗(yàn)證教學(xué)設(shè)計(jì)流程的適用性，下面通過具體的案例對該模式的應(yīng)用展開敘述。

三、五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型應(yīng)用案例

結(jié)合北京市教委組織的北京市開放實(shí)踐活動(dòng)，積極探索虛擬現(xiàn)實(shí)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，課題組選定多所實(shí)驗(yàn)學(xué)校，根據(jù)五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型共計(jì)制作了20 多節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)課程，并已形成一系列完善可推廣的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，選取“解碼古代建筑的黑科技”作為應(yīng)用案例。

該課程面向七、八年級學(xué)生， 本次實(shí)驗(yàn)對象選擇的是北京市景山中學(xué)七年級學(xué)生，該課程的設(shè)計(jì)過程嚴(yán)格按照五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型展開，著重闡述該課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)部分。

中國古代建筑具有悠久的歷史傳統(tǒng)和光輝的成就， 為了更好地幫助學(xué)生認(rèn)知古建筑中的每個(gè)組件，并且能給學(xué)生帶來身臨其境的感覺，故選擇虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)課程內(nèi)容。

首先需要完成的環(huán)節(jié)是情境創(chuàng)設(shè)和明確問題。借助虛擬現(xiàn)實(shí)完成問題情境的創(chuàng)設(shè)后，學(xué)生進(jìn)入場景體驗(yàn)，虛擬場景可以模擬地震效果，學(xué)生通過體驗(yàn)并觀察地震后保和殿的結(jié)構(gòu)變化從中發(fā)現(xiàn)問題。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的人數(shù)先組織學(xué)生自主學(xué)習(xí)，隨后組織學(xué)生協(xié)作探究。

其次是自主探究環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。教師為保證每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，采取自主探究的形式，讓學(xué)生盡可能發(fā)揮自己的想象力和邏輯能力。學(xué)生假設(shè)，推理并進(jìn)行驗(yàn)證，最終得出探究結(jié)果，具體內(nèi)容如圖4 所示。

學(xué)生形成成果后，教師引導(dǎo)學(xué)生對成果進(jìn)行分享和交流，將想法和思路一致的學(xué)生重新分組，將不一致的觀點(diǎn)和想法進(jìn)行凝練升華后形成更加清晰的問題，引導(dǎo)學(xué)生再次探究。學(xué)生在新的探究過程中可以設(shè)計(jì)出自己認(rèn)為能夠抗震的組件，并與保和殿中原有的組件進(jìn)行對比分析，可以搭建保和殿，了解古代建筑的搭建順序，了解古建筑之美，詳細(xì)內(nèi)容如圖5 所示。

學(xué)生小組匯報(bào)成果并分享交流。教師對最終的問題和結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和反思，并通過“魯班鎖”等生活案例進(jìn)行知識拓展。完成后該課程的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)束。

評價(jià)方式從五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型中選擇了兩種：第一種評價(jià)方式是知識建構(gòu)思維導(dǎo)圖，第二種評價(jià)方式是協(xié)作學(xué)習(xí)績效量表，課程結(jié)束后回收觀察數(shù)據(jù)，著重分析學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)效果。

對于學(xué)生個(gè)人在合作學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)情況，選擇其中一個(gè)小組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（分值1-5，分值越高表示狀態(tài)越強(qiáng)烈，0 表示沒有該行為）具體數(shù)據(jù)見表3。

學(xué)生參與協(xié)作學(xué)習(xí)的記錄顯示，小組內(nèi)的各個(gè)成員在合作的過程中表現(xiàn)得非常友好，在小組內(nèi)其他成員完成任務(wù)時(shí)基本沒有出現(xiàn)“批評”的行為。大多數(shù)會表現(xiàn)出贊同和欣賞的態(tài)度，組內(nèi)學(xué)習(xí)氛圍良好；而在大家一起協(xié)同完成任務(wù)的時(shí)候，大家非常有禮貌，輪流表達(dá)自己的意見和看法，學(xué)習(xí)秩序很好?；緵]有學(xué)生游離于團(tuán)體之外，表中最后一位學(xué)生在協(xié)作過程中狀態(tài)不好，經(jīng)詢問后表示身體不舒服，但仍然積極參與討論。

綜合上述數(shù)據(jù)，文章發(fā)現(xiàn)本次虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的學(xué)習(xí)效果良好，學(xué)生對虛擬現(xiàn)實(shí)情境表現(xiàn)出高度的學(xué)習(xí)興趣，在體驗(yàn)過程中表現(xiàn)得非常積極，同時(shí)在小組協(xié)作的過程中，組內(nèi)成員可以較為高效地發(fā)揮自己的作用，積極參與討論，互相交流觀點(diǎn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)一步證明五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型適用于虛擬現(xiàn)實(shí)課堂，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用感興趣的教師可以使用該教學(xué)設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)并組織自己的課堂。

四、總結(jié)

虛擬現(xiàn)實(shí)課堂已成為現(xiàn)在教育發(fā)展的一個(gè)趨勢。五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型有效地提高了虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的設(shè)計(jì)效率，避免了設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的資源和目標(biāo)分離的不良現(xiàn)象，并且有效解除了設(shè)備和課程學(xué)習(xí)之間的連接障礙，使得技術(shù)和學(xué)習(xí)相輔相成。

目前五段式教學(xué)設(shè)計(jì)模型已應(yīng)用于北京市部分中小學(xué)課程的設(shè)計(jì)中。通過調(diào)查和訪談任課教師，發(fā)現(xiàn)該模型在應(yīng)用過程中方便簡潔，可實(shí)施性強(qiáng)，幫助任課教師節(jié)約了很多設(shè)計(jì)課程的時(shí)間。此外該模式提供評價(jià)工具，可以直接回收學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，幫助教師多元化評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。但是該模型仍有不足之處，模型還需要經(jīng)歷更多測試。目前的試點(diǎn)主要是中小學(xué)， 高校尚未開始實(shí)驗(yàn)，為了使模型更加優(yōu)化，使用效率更高，下一步將抽樣選擇部分高校進(jìn)行測試，測試結(jié)果將在后續(xù)研究中加以體現(xiàn)。

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作者簡介：

姬志敏（1996— ），女，河南鶴壁人，碩士研究生，研究方向?yàn)榻逃浖こ蹋?/p>

文福安（1962— ），男，山西新絳人，北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)研究中心主任，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樘摂M仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用，教育信息化和虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用；

谷文忠（1982— ），男，山西新絳人，工程師，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用。

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