在3D虛擬世界中創(chuàng)設(shè)中學(xué)生項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程的探究

吳家璐 魏云剛

摘要：核心素養(yǎng)的培養(yǎng)已成為當(dāng)今教育改革的重點(diǎn)，這使得項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、STEAM教育理念被引入中國(guó)。借鑒這些先進(jìn)的教學(xué)理念，針對(duì)中學(xué)生的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，我們展開了在3D虛擬世界中創(chuàng)設(shè)創(chuàng)新課程的探究。本文主要介紹和分析了相關(guān)課程設(shè)計(jì)理念，以及中國(guó)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)存在的問題和突破，同時(shí)展示了幾個(gè)較為典型的基于項(xiàng)目的3D虛擬世界建模探究課案例。???? 關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)??3D虛擬世界??STEAM教育

前言

面對(duì)全球化和信息化發(fā)展變革，職業(yè)需求越發(fā)豐富，教育要求也越來(lái)越高。許多國(guó)家都在思考如何培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的新公民，并紛紛進(jìn)行教育改革。

因3D虛擬世界帶給學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新型學(xué)習(xí)體驗(yàn)及對(duì)設(shè)施環(huán)境的低要求，筆者在其上開展了關(guān)于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程開發(fā)的一系列探究，并創(chuàng)設(shè)了一套創(chuàng)新課程，編寫了一本名為《3D虛擬世界項(xiàng)目式學(xué)習(xí)指南——小王子3D虛擬世界設(shè)計(jì)與制作》的課程指南。

一、相關(guān)概念

1.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與STEAM教育

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)PBL（Project Based Learning）是一種基于構(gòu)建主義的情境化教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在問題情境中小組合作自主探究，通過(guò)解決問題或完成任務(wù)來(lái)獲取知識(shí)、提升能力，逐步形成內(nèi)在的核心素養(yǎng)。四大構(gòu)成要素分別是項(xiàng)目、活動(dòng)、情境和結(jié)果，在此基礎(chǔ)上的PBL的學(xué)習(xí)模式主要由確定項(xiàng)目、制訂計(jì)劃、任務(wù)探究、產(chǎn)品創(chuàng)作、成果交流和總結(jié)評(píng)價(jià)六個(gè)基本流程組成。

STAEM教育這一概念最早在美國(guó)提出，是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Art（藝術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）的簡(jiǎn)稱，指這五門學(xué)科的交叉融合。余勝泉等認(rèn)為STEAM課程具有：跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性和技術(shù)增強(qiáng)性等特點(diǎn)。

2.3D虛擬世界及其教育應(yīng)用價(jià)值

3D虛擬世界是一種能高度逼真地模擬人在現(xiàn)實(shí)世界中的視聽觸覺等高級(jí)人機(jī)界面，由人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)和高度并行的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)等集成所生成，具有模擬三維空間、采用虛擬化身、提供交互式聊天工具這三個(gè)重要特征和創(chuàng)造性、交互性、情境性、沉浸性和多元性等多個(gè)特點(diǎn)。

3D虛擬世界提供了有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，也有助于實(shí)現(xiàn)混合式學(xué)習(xí)和在線教育。學(xué)生往往愿意主動(dòng)地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，不再受到空間和時(shí)間的限制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中難以達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo)，把構(gòu)建出的知識(shí)內(nèi)化為一種經(jīng)驗(yàn)，并遷移解決新的問題。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程的開展易受到經(jīng)費(fèi)和設(shè)備的限制，而3D虛擬世界平臺(tái)搭建于網(wǎng)絡(luò)之上，學(xué)生在線體驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù)，因此基于其上的創(chuàng)新課程的大范圍普及成為可能。

二、3D虛擬世界中項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程的設(shè)計(jì)

下面根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程的特點(diǎn)，探討在3D虛擬世界中如何開展相關(guān)工作。以探究學(xué)習(xí)《小王子3D虛擬世界設(shè)計(jì)與制作》的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為例。

1. 教學(xué)理念及目標(biāo)

讓項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在日常教學(xué)中得到應(yīng)用推廣，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展和人格健全是這次探究的目標(biāo)和重點(diǎn)。根據(jù)國(guó)家課程重構(gòu)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)特點(diǎn)和探究感悟，形成了以下五點(diǎn)教學(xué)理念。

（1）學(xué)習(xí)源于問題和任務(wù)的驅(qū)動(dòng)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)在問題情境中進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，這就需要一個(gè)很好的情境創(chuàng)設(shè)，3D虛擬世界的趣味性和沉浸性恰好滿足了這一要求。如在課程設(shè)計(jì)的情境創(chuàng)設(shè)階段，借用《小王子》的故事情節(jié)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生結(jié)合文學(xué)藝術(shù)，所學(xué)數(shù)學(xué)、物理相關(guān)知識(shí)技能和實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)去完成這一任務(wù)。

（2）通過(guò)作品來(lái)展示和檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)及能力

課程通過(guò)最終作品來(lái)展示和檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，課堂上學(xué)生需要協(xié)作完成3D虛擬世界中建模項(xiàng)目，根據(jù)各組最終建造的視覺效果如人物造型是否精美、物體建造是否精巧等，就可以輕易地分辨出學(xué)生知識(shí)和能力的高低。

（3）重視學(xué)生的高級(jí)思維能力的培養(yǎng)

虛擬世界的教育應(yīng)用有利于習(xí)得高級(jí)思維能力：分析能力、評(píng)價(jià)能力、創(chuàng)造能力;學(xué)生需要全面分析項(xiàng)目以確定小組分工、故事場(chǎng)景分布與搭建等內(nèi)容;向?qū)W生提出了創(chuàng)新性的課堂任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮想象創(chuàng)造自己心目中的世界。將評(píng)價(jià)機(jī)制融合到整個(gè)項(xiàng)目以提升學(xué)生的評(píng)價(jià)能力。

（4）利用多樣化的學(xué)習(xí)工具支持學(xué)生的學(xué)習(xí)

學(xué)生在課程中會(huì)接觸并學(xué)習(xí)到多種學(xué)習(xí)工具：極具情境性的3D虛擬世界平臺(tái)、 專門的3D在線社區(qū)、Photoshop繪圖工具、視頻和PPT等多媒體技術(shù)等。

（5）采用多元化評(píng)價(jià)機(jī)制

參考了謝濤、劉革平關(guān)于Second Life中基于問題的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方式的設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)主體包括自身、同學(xué)、老師，融合了個(gè)人和小組評(píng)價(jià)、過(guò)程性和總結(jié)性評(píng)價(jià)等多種評(píng)價(jià)方式。在準(zhǔn)備階段有

評(píng)價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)針對(duì)項(xiàng)目策劃宣講的定量評(píng)價(jià);在探究階段各組需要按周完成定性評(píng)價(jià);在總結(jié)展示階段，一方面有對(duì)于展示的定量評(píng)價(jià)，一方面還有關(guān)于整體項(xiàng)目的總結(jié)性評(píng)價(jià)。

2. 課程設(shè)計(jì)思路

課程設(shè)計(jì)的總體是按照“三階段七步驟”的思路展開的：

3D虛擬世界項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)流程3. 針對(duì)相關(guān)問題的解決和突破

參考李志河和張麗梅提出的中國(guó)關(guān)于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)踐與研究方面存在的主要問題，在這次的課程設(shè)計(jì)探究中做了幾個(gè)方面的突破。

（1）項(xiàng)目化承載技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)

課程探究模擬現(xiàn)實(shí)生活中的項(xiàng)目工程開發(fā)過(guò)程，完全基于項(xiàng)目之上。通用技術(shù)課是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)和STEAM課程在中小學(xué)教育中普及的主要途徑，而虛擬世界課程可以直觀地提升通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)：技術(shù)意識(shí)、工程思維、物化能力、圖樣表達(dá)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，很好地承載通用技術(shù)新課標(biāo)的要求，同時(shí)也可以提升信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)中的信息意識(shí)、計(jì)算思維和運(yùn)用數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的能力。

（2）評(píng)價(jià)考核方式多元化

評(píng)價(jià)能力是當(dāng)代社會(huì)新公民應(yīng)該具備的高級(jí)思維能力之一，評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)對(duì)于PBL課程而言也是深化探究?jī)r(jià)值的重要手段。

（3）拓寬基礎(chǔ)教育中項(xiàng)目式學(xué)習(xí)應(yīng)用領(lǐng)域

基礎(chǔ)教育的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐主要集中在應(yīng)試科目和綜合實(shí)踐的小范圍內(nèi)，但3D虛擬世界賦予學(xué)生的“上帝視角”使其在創(chuàng)造虛擬世界的過(guò)程中自發(fā)性地學(xué)習(xí)和接受多門學(xué)科知識(shí)，自然而然地打破了應(yīng)試教育的學(xué)科界限，打上了“創(chuàng)造”和“創(chuàng)新”的烙印。

（4）加入“項(xiàng)目測(cè)試”新環(huán)節(jié)

在課程開發(fā)中，筆者參照了軟件開發(fā)流程，加入了“項(xiàng)目測(cè)試”環(huán)節(jié)，學(xué)生書寫項(xiàng)目測(cè)試計(jì)劃表，從多個(gè)方面測(cè)試場(chǎng)景，并試圖改進(jìn)和優(yōu)化，使之更加貼合互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程，符合工程開發(fā)實(shí)際情況，并在總個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S和評(píng)判性思維。

三、具體案例

1.角色——小王子等

小王子角色設(shè)計(jì)【課堂任務(wù)1】設(shè)計(jì)出心目中的小王子形象。

【操作指導(dǎo)】將效果截圖和建模數(shù)據(jù)整理成指導(dǎo)步驟，按照面部與形體，調(diào)整眼睛頭發(fā)與皮膚，服裝，配飾與道具四個(gè)部分指導(dǎo)學(xué)生完成建模任務(wù)。

【課堂任務(wù)2】完成國(guó)王、飛行員的形象設(shè)計(jì)。

【教學(xué)設(shè)計(jì)意圖】鍛煉學(xué)生關(guān)于材質(zhì)的選擇、貼圖的上傳及使用、外觀參數(shù)調(diào)節(jié)、物體的穿戴技巧等技能。培養(yǎng)學(xué)生的色彩搭配、服裝設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維。

2.物體——飛機(jī)

【課堂任務(wù)1】請(qǐng)制作出一架飛機(jī)，要求：

（1）將外觀改變?yōu)樽约合矚g的顏色。

（2）機(jī)翼長(zhǎng)度為8米，機(jī)身到機(jī)尾的長(zhǎng)度為6米。

飛行員的飛機(jī)【操作指導(dǎo)】將制作過(guò)程分為貼圖、機(jī)身、機(jī)頭、機(jī)尾、機(jī)翼、著陸滑輪六個(gè)部分逐一講解建模思路，并附上零件的相關(guān)數(shù)據(jù)。

【課堂任務(wù)2】升級(jí)飛機(jī)模型，要求：

讓飛機(jī)擁有駕駛艙、更加酷炫和現(xiàn)代化。

【評(píng)價(jià)任務(wù)】完成本周的小組周報(bào)。

【教學(xué)設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)?yè)Q算各個(gè)零件的大小和位置?！菊n堂任務(wù)2】挑戰(zhàn)學(xué)生的思維，迫使學(xué)生了解更多的科學(xué)知識(shí)，重新探究新的建模思路。

結(jié)語(yǔ)

在課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目探究過(guò)程中，筆者對(duì)3D虛擬世界應(yīng)用情況和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程開發(fā)狀況都進(jìn)行了充分調(diào)研，設(shè)計(jì)出了一套基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和STEAM教學(xué)理念的創(chuàng)新課程。除此之外，我們更參考諸多文獻(xiàn)，總結(jié)出了此次探究的思想和經(jīng)驗(yàn)，包括教學(xué)理念及目標(biāo)、課程設(shè)計(jì)思路、課堂開展形式和針對(duì)相關(guān)問題的解決和突破等等，希望能夠豐富3D虛擬世界在教育改革中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧曉琦，秦健. 基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的VEX機(jī)器人比賽選手準(zhǔn)備過(guò)程模式構(gòu)建[J]. 中國(guó)教育信息化，2017（17）：7981.

[2]余勝泉，胡翔. STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開發(fā)教育研究，2015，21（4）：1322.

[3]樊曉紅. 虛擬世界的學(xué)習(xí)行為研究——教育研究的一個(gè)新領(lǐng)域[J]. 電化教育研究，2010（11）：2427.

[4]李文光，董志彪，張亞娟. 虛擬世界及其教育應(yīng)用[J]. 電化教育研究，2008，11：1620.

[5]張文蘭，張思琦. 混合式學(xué)習(xí)環(huán)境下課程項(xiàng)目式重構(gòu)研究[J]. 中小學(xué)信息技術(shù)教育，2017，11：4144.

[6]謝濤，劉革平. Second Life中基于問題的情境式學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，20（3）：107109.

[7] 李志河，張麗梅. 近十年我國(guó)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)研究綜述[J]. 中國(guó)教育信息化，2017，16：5255.

責(zé)任編輯：黃大燦小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)單設(shè)計(jì)的問題與策略