面向基礎(chǔ)教育課程改革的5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型構(gòu)建與展望

摘要：以“情境”為中心的主張已成為當(dāng)下討論課程變革的新動(dòng)向。情境互動(dòng)的教學(xué)模型能夠促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展，契合新時(shí)代育人質(zhì)量的要求，也順應(yīng)基礎(chǔ)教育課程創(chuàng)新的發(fā)展趨勢，更好服務(wù)于高質(zhì)量基礎(chǔ)教育體系。隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，一直備受網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延限制的 AR/VR/MR/HR（統(tǒng)稱XR）等技術(shù)的教育應(yīng)用越來越得到加強(qiáng)，特別是在國家教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，XR技術(shù)將會(huì)更多地應(yīng)用于基礎(chǔ)教育。該文從新時(shí)代國家基礎(chǔ)教育課程改革的要求入手，結(jié)合XR技術(shù)的優(yōu)勢，提出5G時(shí)代XR情境互動(dòng)的基礎(chǔ)教育課程教學(xué)模型，以期為課程教學(xué)改革及區(qū)域教育信息化提供應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)教育；課程改革；5G；XR；情境互動(dòng)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

教學(xué)改革是課程改革的核心骨和主戰(zhàn)場。教育部頒布的《關(guān)于全面深化課程改革，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，強(qiáng)調(diào)“落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，聚焦人才培養(yǎng)創(chuàng)新模式，進(jìn)一步深化課堂教學(xué)改革，強(qiáng)化教學(xué)的實(shí)踐育人功能，確保實(shí)踐活動(dòng)占有一定課時(shí)或?qū)W分”[1]，這為更好地深化教育教學(xué)改革、培養(yǎng)時(shí)代新人指明了方向。教育部新修訂的《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，提出要以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向創(chuàng)新教與學(xué)關(guān)系，倡導(dǎo)基于真實(shí)情境、問題、任務(wù)、項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)[2]。縱觀國際基礎(chǔ)教育的課程理念與實(shí)踐的大變革，以“情境”為中心的主張成為當(dāng)代各國和課程論專家聚焦課程變革的新動(dòng)向[3]。

在信息時(shí)代，如何結(jié)合以5G、云計(jì)算、人工智能、XR等為新技術(shù)，來設(shè)計(jì)、實(shí)施和評價(jià)一系列聚焦情境的全新教學(xué)模型，成為當(dāng)下熱議的議題之一。伴隨我國教育信息化2.0落地生效，新一代信息技術(shù)與教育教學(xué)進(jìn)入深度融合階段，將成為促進(jìn)新時(shí)期基礎(chǔ)教育課程改革水平提升的重要途徑。與此同時(shí)，5G技術(shù)的應(yīng)用為適應(yīng)XR對網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延提升的要求提供了有力支撐。新冠肺炎疫情爆發(fā)，將人與人之間隔離成信息孤島，也意外帶來教育對于AR/VR/MR/HR（統(tǒng)稱XR）這類新興技術(shù)的強(qiáng)勁需求。十部委聯(lián)合發(fā)布的《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，提出要融合5G應(yīng)用實(shí)現(xiàn)場景化交互教學(xué)，打造沉浸式課堂[4]。

基于此，我們需要著眼“5G+”基礎(chǔ)教育課程改革總體趨勢，把握XR技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，積極探索構(gòu)建滿足基礎(chǔ)教育課程改革需求的5G+XR情景互動(dòng)教學(xué)模型，助力“供給提升需求、需求激發(fā)創(chuàng)新”的新時(shí)代基礎(chǔ)教育高質(zhì)量發(fā)展態(tài)勢。

一、新時(shí)代對基礎(chǔ)教育課程改革提出新要求

課程改革是基礎(chǔ)教育改革過程中最為根本、最為核心的關(guān)鍵改革。許多國家和地區(qū)都高度重視以基礎(chǔ)教育為著力點(diǎn)的課程改革。加拿大不列顛哥倫比亞省的基礎(chǔ)教育課程改革，將認(rèn)識—實(shí)踐—理解為核心課程模式貫穿于K-12年級的教與學(xué)中[5]。日本在課改中效仿西方核心素養(yǎng)課程設(shè)計(jì)，提升學(xué)生應(yīng)對未來的資質(zhì)與能力[6]。芬蘭在新一輪課程改革中首創(chuàng)“主題式現(xiàn)象教學(xué)”理念，利用信息科技手段評價(jià)基礎(chǔ)教育課程實(shí)施效果，關(guān)注學(xué)生主體作用[7]。我國在2001年頒布綱領(lǐng)性文件《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》，強(qiáng)調(diào)要強(qiáng)化“過程與方法”目標(biāo)，倡導(dǎo)“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)方式[8]。2019年，教育部頒發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》，提出要強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐操作、情境體驗(yàn)、探索求知、親身感悟和創(chuàng)新創(chuàng)造能力水平[9]。2022年教育部刊發(fā)《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，大力推進(jìn)教學(xué)改革，轉(zhuǎn)變育人方式，推進(jìn)以學(xué)科實(shí)踐為標(biāo)志的育人方式變革[10]。信息化時(shí)代下，要推進(jìn)課程與教學(xué)變革，不但需要將新技術(shù)整合應(yīng)用于課堂教學(xué)，創(chuàng)設(shè)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、普惠優(yōu)質(zhì)教育資源，變革傳統(tǒng)課堂教學(xué)環(huán)境和資源，更需要加強(qiáng)師生互動(dòng)、創(chuàng)新教學(xué)模型，提升學(xué)生情境體驗(yàn)和教學(xué)質(zhì)量。這就需要深入探究新一代信息技術(shù)條件下基礎(chǔ)教育課程與教學(xué)改革的新路徑。

（1）基礎(chǔ)教育課程改革需要變革傳統(tǒng)課堂教學(xué)環(huán)境和資源。首先，基礎(chǔ)教育課程改革亟需智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的支撐。傳統(tǒng)課堂存在以下特征：一是教學(xué)設(shè)施陳舊、教學(xué)手段落后；二是互動(dòng)教學(xué)的功能單一、學(xué)習(xí)沉浸感不足；三是實(shí)踐課程資源匱乏，缺乏真實(shí)感。新時(shí)代課程改革，需要促進(jìn)教學(xué)環(huán)境從傳統(tǒng)模式的“重建設(shè)”時(shí)代向與信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的“重應(yīng)用”時(shí)代轉(zhuǎn)變，提升智慧課堂到智慧校園建設(shè)水平。要深入實(shí)施教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃，探索泛在、靈活、智能的環(huán)境建設(shè)，利用智能技術(shù)加快推動(dòng)教育模式改革，深化教育改革創(chuàng)新[11]。其次，基礎(chǔ)教育課程改革亟需打造基于XR等技術(shù)的多模態(tài)數(shù)字教學(xué)資源，普惠優(yōu)質(zhì)教育資源供給。以往的教學(xué)資源主要以理論教學(xué)為主，缺少與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)用知識，學(xué)生主要憑借自身想象力實(shí)現(xiàn)對未知知識點(diǎn)的模型建構(gòu)，譬如物理、化學(xué)等抽象性學(xué)科，缺乏直觀或沉浸式互動(dòng)的學(xué)科資源，教師常常面臨資源“多而無用”的困境[12]。由此，通過互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、XR等技術(shù)的交叉融合，打造和共享多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的數(shù)字教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)公平而有質(zhì)量的教育[13]。

（2）基礎(chǔ)教育課程改革需要激發(fā)“人”的教學(xué)理念變革。首先，基礎(chǔ)教育課程改革亟需加強(qiáng)師生互動(dòng)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)場景中，一是將信息化設(shè)備作為展示的窗口，二是教師扮演“放片員”或“解說員”的角色，無法實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，未達(dá)到信息化設(shè)備為課堂帶來的教學(xué)便利[14]。創(chuàng)新之道，唯在得人[15]。只有教師的教學(xué)習(xí)性發(fā)生改變，才可能引發(fā)持續(xù)且擁有實(shí)質(zhì)意義的教學(xué)變革[16]。新時(shí)代課程改革，要改變過度注重單向灌輸式理論層面的授課解惑模式[17]，適當(dāng)轉(zhuǎn)向理論與實(shí)踐相匹配及側(cè)重課程實(shí)踐方面的雙結(jié)合模式，基于信息化引領(lǐng)和構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的全新教育生態(tài)[18]。其次，基礎(chǔ)教育課程改革亟需利用XR創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型，提升學(xué)生情境體驗(yàn)。為了改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需融合傳統(tǒng)教學(xué)與新興技術(shù)，提高教學(xué)過程的趣味性和真實(shí)性，結(jié)合新一代信息技術(shù)，譬如AR、VR等技術(shù)可以提高受時(shí)空限制、有危險(xiǎn)性等實(shí)驗(yàn)的效果[19]。打造適應(yīng)新時(shí)代教學(xué)中實(shí)踐育人的課程模型，以期滿足基礎(chǔ)教育課程改革的目標(biāo)。

二、5G+XR情境互動(dòng)符合新時(shí)代基礎(chǔ)教育課程改革的實(shí)踐育人趨勢

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G），是2020年之后面向移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)[20]，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器通信和高可靠低時(shí)延通信三大應(yīng)用場景[21]，在實(shí)現(xiàn)大帶寬、高可靠性和低時(shí)延方面具有極大提升[22]，是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施[23]。能與5G產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的場景持續(xù)擴(kuò)大，如在線教育、無人駕駛、服務(wù)機(jī)器人等。受疫情影響，在線教育憑借低門檻、數(shù)量大、時(shí)效性強(qiáng)風(fēng)靡一時(shí)，但這種教育形式的不足之處也逐漸顯現(xiàn)，比如缺乏情境感，教學(xué)內(nèi)容和知識缺乏可視化展示，缺乏交互等。因此，情景再現(xiàn)式教學(xué)融入課堂教育顯得尤為迫切。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）技術(shù)憑借其自身特點(diǎn)正好可以彌補(bǔ)相關(guān)缺陷。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)旨在模糊真實(shí)世界與虛擬世界的界限，或是營造全方位沉浸式虛擬體驗(yàn)的環(huán)境，包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、混合現(xiàn)實(shí)（MR）、觸感（Haptic）技術(shù)等[24]，融合應(yīng)用了多媒體、傳感器、新型顯示、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等多領(lǐng)域技術(shù)，在具備高速率、低延時(shí)、大容量傳播特點(diǎn)的5G融入之后，解決虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品因?yàn)榈蛶捄烷L時(shí)延造成的圖像渲染能力弱、終端移動(dòng)性能差、互動(dòng)體驗(yàn)感低等棘手問題[25]，5G技術(shù)能夠促進(jìn)虛實(shí)融合的情境學(xué)習(xí)，重構(gòu)新型的育人生態(tài)[26]。XR的沉浸感能夠?yàn)榻虒W(xué)提供情境體驗(yàn)和實(shí)踐支持，其虛擬交互功能可以為教學(xué)研討提供互動(dòng)支持，相比較傳統(tǒng)的幻燈片或者實(shí)際場景操作具有沉浸度高、真實(shí)感強(qiáng)、場景多等特點(diǎn)，在實(shí)操過程中掌握真實(shí)環(huán)境難以實(shí)現(xiàn)的學(xué)科（比如物理、化學(xué)等危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)）及實(shí)踐內(nèi)容。那么，如何構(gòu)建基于XR的情境互動(dòng)教學(xué)模型，以及將會(huì)為課程變革和教學(xué)帶來何種改變呢？工業(yè)和信息化部《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出要推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物理、化學(xué)、生物、地理等實(shí)驗(yàn)性、演示性課程中的應(yīng)用，構(gòu)建虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)室等教育教學(xué)環(huán)境，推動(dòng)教、學(xué)模式轉(zhuǎn)型[27]。隨著5G牌照的正式發(fā)放，加速推動(dòng)了VR產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，5G+XR將釋放出無限可能[28]?；赬R的情境互動(dòng)教學(xué)模型應(yīng)運(yùn)而生。

三、面向基礎(chǔ)教育課程改革的5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型構(gòu)建

（一）5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型構(gòu)建的學(xué)理依據(jù)

從學(xué)理上來講，情境教學(xué)理論能夠?yàn)?G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型構(gòu)建提供依據(jù)。首先，杜威（Dewey，J.）率先在教育研究中融入情境因素[29]，提出要有“探究問題的情境”[30]。20世紀(jì)20年代，張士一作為先驅(qū)主張開展外語情境教學(xué)，提倡將情境和情感融入語言學(xué)習(xí)[31]。李吉林將外語的情境教學(xué)遷移到小學(xué)語文教學(xué)中，提出情境的本質(zhì)是“人為優(yōu)化的環(huán)境”[32]。其次，已有理論研究證明，情境教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)并賦能基礎(chǔ)教育課程改革。潘新民和張燕提出為了轉(zhuǎn)變教師教學(xué)行為，要建立符合課堂情境中深度學(xué)習(xí)理念的教學(xué)規(guī)程，激發(fā)學(xué)生探究動(dòng)機(jī)的真實(shí)生活情境和設(shè)計(jì)讓學(xué)生探究去“做”的情境[33]。李利等總結(jié)出教學(xué)情境感知（有效教學(xué)、互動(dòng)與反饋、自主學(xué)習(xí)、認(rèn)知投入以及情感體驗(yàn)）能夠?qū)W(xué)生的深度學(xué)習(xí)產(chǎn)生顯著的正向作用[34]。鄭權(quán)等用30多年實(shí)踐，驗(yàn)證了情境教學(xué)能夠促進(jìn)兒童主動(dòng)學(xué)習(xí)并提高教學(xué)質(zhì)量，而由VR創(chuàng)設(shè)的虛擬情境，能夠緩解傳統(tǒng)觀察學(xué)習(xí)中情境易逝和評價(jià)延遲等弊端，節(jié)省人、財(cái)、物、時(shí)成本[35]。張軼駿等創(chuàng)建基于VR、AI和5G下的沉浸式情境口譯教學(xué)模式，發(fā)現(xiàn)5G與VR深度融合的虛擬場景能夠提升學(xué)生的實(shí)踐能力、認(rèn)知能力和心理素質(zhì)[36]。由此可見，5G支持下的XR以其虛擬性、沉浸性和交互性的優(yōu)勢，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)情境教學(xué)易逝性的不足，提升情境互動(dòng)教學(xué)效果。這些文獻(xiàn)的研究證明了在情境理論指導(dǎo)下，構(gòu)建基于XR的情境互動(dòng)教學(xué)模型能夠促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)提升教學(xué)效果，變革傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，助推基礎(chǔ)教育改革發(fā)展。

格蘭特·威金斯與杰伊·麥克泰在“理解為先的單元設(shè)計(jì)”中指出要實(shí)現(xiàn)掌握知能、理解意義和學(xué)會(huì)遷移，需要對知識進(jìn)行解釋、釋義、應(yīng)用、洞察、移情和自知[37]?；诖?，我們設(shè)計(jì)了5G+XR情景互動(dòng)概念模型，如圖1所示。對于真實(shí)生活中的危險(xiǎn)環(huán)境及應(yīng)急能力，以消防演習(xí)的VR體驗(yàn)屋為例，學(xué)生通過理論理解火災(zāi)的特點(diǎn)及造成的危害損失，從逃生的角度了解自我防護(hù)需要掌握的要點(diǎn)，建筑物的簡單構(gòu)造及可能造成的二次傷害，了解并掌握基本消防設(shè)施的使用規(guī)范等，通過動(dòng)畫等激發(fā)學(xué)生興趣的形式，讓學(xué)生可以積極參與并到主動(dòng)要求體驗(yàn)VR消防屋的模擬環(huán)境中，從心理欲望（心流）的角度出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，從而在模擬環(huán)境下，感知實(shí)踐過程中的各種險(xiǎn)情及應(yīng)急方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)踐育人的目的。面向基礎(chǔ)教育課程改革，從5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型的結(jié)果出發(fā)，利用逆向思維倒推出所要實(shí)施的核心教學(xué)活動(dòng)，并在這個(gè)過程中，利用真實(shí)情景任務(wù)評估學(xué)生是否達(dá)到真正的理解。

5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型，依托其具有的沉浸性、交互性、虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互等強(qiáng)認(rèn)知感的優(yōu)勢，教師的教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式都將會(huì)發(fā)生改變[38]，所謂言傳不如身教，身教不如境教，具身認(rèn)知比抽象說教更具說服力，改變傳統(tǒng)被動(dòng)灌輸為主動(dòng)交互的學(xué)習(xí)模式，并通過XR情境互動(dòng)的全新教學(xué)模型輔助，改變傳統(tǒng)教學(xué)模型，營造基礎(chǔ)教育課程教學(xué)新體驗(yàn)。

（二）5G+XR技術(shù)與基礎(chǔ)教育課堂深度融合框架模型

基于上述理論依據(jù)和概念模型，突破傳統(tǒng)課堂填鴨式的教學(xué)模式，通過“教、學(xué)、練”與XR的“人、場、物”交互的模式，打破時(shí)空限制，營造虛實(shí)相融的教學(xué)環(huán)境，打造基于5G+XR技術(shù)下的情景式教學(xué)課堂環(huán)境。如圖2所示。

通過融合新一代信息技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于基礎(chǔ)教育課堂虛實(shí)融合的5G+XR云化教學(xué)系統(tǒng)。如下頁圖3所示。由于XR擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)對網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延的要求較高，基于5G+XR云化教學(xué)系統(tǒng)模型，配備高速率、低時(shí)延的5G網(wǎng)絡(luò)，以及大規(guī)模數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)邊緣計(jì)算的服務(wù)器做支撐，通過云端渲染，能夠?yàn)閄R教學(xué)提供優(yōu)質(zhì)的顯示畫質(zhì)和更低的渲染時(shí)延。該系統(tǒng)主要構(gòu)建滿足異地、多人、多端的虛實(shí)融合環(huán)境，適用于豐富多元的教學(xué)應(yīng)用，以期為基礎(chǔ)教育課堂教學(xué)實(shí)踐提供參考。

5G+XR云化教學(xué)系統(tǒng)是以基礎(chǔ)教育課程改革的實(shí)踐應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，以課程開發(fā)和課程實(shí)踐兩條主線進(jìn)行模型構(gòu)建。教師與學(xué)生作為課程改革的兩大主體，存在于課程教學(xué)的全過程，教師擁有對課程開發(fā)的實(shí)施權(quán)，學(xué)生作為課程實(shí)踐的完成者，教師通過評價(jià)結(jié)果、學(xué)業(yè)情況等反饋進(jìn)一步改進(jìn)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施，從而形成良性循環(huán)。該系統(tǒng)主要包含三部分：基礎(chǔ)支撐層、管理層與應(yīng)用層，分別對應(yīng)學(xué)校智慧校園建設(shè)、教師課程資源開發(fā)與學(xué)生課程實(shí)踐應(yīng)用。

基礎(chǔ)支撐層：主要由學(xué)校端來完成，目的是實(shí)現(xiàn)基于5G網(wǎng)絡(luò)下智慧校園的環(huán)境搭建，包含環(huán)境層與技術(shù)層，其中環(huán)境層主要搭建支撐XR課程教學(xué)所需的軟硬件設(shè)備，通過大規(guī)模的資源服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對海量教與學(xué)各類型數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)與管理，Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)及人工智能平臺(tái)以滿足智慧學(xué)習(xí)需求為目標(biāo)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，針對學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的聚集性、主題性和復(fù)雜性進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并形成可以定制化的數(shù)據(jù)庫及資源庫；技術(shù)層主要通過融合擴(kuò)展顯示技術(shù)、人工智能識別技術(shù)、智能云化及4K/8K技術(shù)為智慧課堂教學(xué)環(huán)境提供技術(shù)支撐。

管理層：主要服務(wù)于教師的課程資源開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行評估管理進(jìn)而指導(dǎo)教學(xué)。平臺(tái)通過對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)評估及認(rèn)知診斷管理，實(shí)現(xiàn)對資源的測評管理，通過多源數(shù)據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行課程的二次設(shè)計(jì)與開發(fā)，達(dá)到教學(xué)資源可迭代式更新，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源儲(chǔ)備，解決教學(xué)資源不足的問題。

應(yīng)用層：包含但不限于在沉浸互動(dòng)、XR培訓(xùn)、虛擬課堂、虛擬研討、虛擬考評等應(yīng)用。沉浸式互動(dòng)、虛擬研討可以解決學(xué)習(xí)過程中的互動(dòng)教學(xué)功能單一、沉浸感不足等問題，提高學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和生生協(xié)作學(xué)習(xí)能力；XR培訓(xùn)可以解決異地或貧困地區(qū)信息化設(shè)備短缺、優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源不均衡等問題以及區(qū)域教育信息化不均衡的矛盾問題。對于學(xué)生而言，通過沉浸在虛擬課堂中，解決傳統(tǒng)課堂只可意會(huì)，不可言傳的填鴨式教學(xué)模式，通過再現(xiàn)真實(shí)的虛擬場景，提高學(xué)生的沉浸感與真實(shí)感，讓學(xué)習(xí)變得更智慧。

（三）基于基礎(chǔ)教育課程改革的5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型促進(jìn)課程改革的展望

基于5G+XR技術(shù)融合下云化教學(xué)系統(tǒng)，將實(shí)現(xiàn)三大主要情景互動(dòng)教學(xué)應(yīng)用：情景探究課堂、虛擬研討情景課堂及沉浸互動(dòng)情景課堂，相比傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式，在知識遷移、深度理解、多元發(fā)展等方面都有提升教學(xué)質(zhì)量的作用。

1.情境探究課堂：促進(jìn)知識建構(gòu)和認(rèn)知遷移

面向基礎(chǔ)教育課程改革，利用5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)的虛擬課堂應(yīng)用促進(jìn)學(xué)生掌握相關(guān)知識和能力，引導(dǎo)知識構(gòu)建向知識遷移轉(zhuǎn)化，有利于提升學(xué)生解決實(shí)際問題的應(yīng)變力。課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要場所，課堂內(nèi)容掌握的好與壞對學(xué)生學(xué)習(xí)和基礎(chǔ)教育課程改革效果有十分重要的影響。虛擬課堂，是為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)課堂，學(xué)生通過與虛擬情境交互，進(jìn)而獲得對現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知[39]。與傳統(tǒng)課堂相比，應(yīng)用虛擬課堂開展課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)將普通的文字課程進(jìn)行實(shí)景演繹，從而讓同學(xué)們身體力行，提高對課堂知識點(diǎn)的掌握度。5G環(huán)境下的虛擬課堂可以實(shí)時(shí)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)探索與創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生在新情境中完成知識的遷移，解決實(shí)際問題。在5G+XR虛實(shí)融合情景探究課堂中，教師按照學(xué)科特點(diǎn)及學(xué)生學(xué)業(yè)評估反饋情況，設(shè)計(jì)出刺激學(xué)生進(jìn)行新舊知識對比的個(gè)性化XR數(shù)字化課程資源，讓學(xué)生在課內(nèi)、課外均可以依托虛擬課堂平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)與互動(dòng)交流，以賦能基礎(chǔ)教育課程改革。

2.深度研討與指導(dǎo)：增強(qiáng)意義生成與認(rèn)知理解

立足基礎(chǔ)教育課程改革，利用5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)的虛擬研討應(yīng)用設(shè)置情境促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行表達(dá)與移情，有利于強(qiáng)化學(xué)生對知識本質(zhì)意義的領(lǐng)悟。傳統(tǒng)課堂的研討內(nèi)容主要是以教師對學(xué)生單方面講授為主，限制了給學(xué)生提供最直接的感性認(rèn)識。而虛擬研討是以網(wǎng)絡(luò)為中介，通過模擬真實(shí)的工作場景以檢驗(yàn)理論知識、強(qiáng)化專業(yè)技能及提高綜合素質(zhì)[40]，滿足學(xué)生群體學(xué)習(xí)與交流互動(dòng)的需求。通過使用5G+XR云化教學(xué)系統(tǒng)的虛擬研討情景課堂，教師將學(xué)生所處的不同學(xué)習(xí)小組或任務(wù)小組進(jìn)行空間虛擬化，讓學(xué)生體驗(yàn)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行真實(shí)生活的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。比如教師通過創(chuàng)設(shè)虛擬研討應(yīng)用設(shè)置情景，讓學(xué)生觀察在現(xiàn)實(shí)中要維持3個(gè)月以上的厄爾尼諾氣候現(xiàn)象，使學(xué)生在虛擬空間短時(shí)間內(nèi)感受這個(gè)長期過程，讓學(xué)生直觀地思考問題，產(chǎn)生移情；教師通過引導(dǎo)學(xué)生討論每個(gè)過程可能出現(xiàn)的事件或現(xiàn)象，根據(jù)學(xué)生的表達(dá)和解釋是否恰當(dāng)，理解相關(guān)知識點(diǎn)的語言是否準(zhǔn)確且有邏輯，來判斷是否給學(xué)生以個(gè)性化指導(dǎo)。這種教與學(xué)模式，不但能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，而且可以加深學(xué)生對抽象知識點(diǎn)的深度感知與理解，也順應(yīng)基礎(chǔ)教育課程改革的發(fā)展趨勢。

3.多元發(fā)展與提升：促進(jìn)育人質(zhì)量的螺旋上升

多模態(tài)感知下的5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)的沉浸虛擬互動(dòng)應(yīng)用，有利于教師重新定義教學(xué)效果，引導(dǎo)學(xué)生在虛擬世界中加深對知識點(diǎn)的具身認(rèn)知，在互動(dòng)討論中提升反思能力；有利于將實(shí)時(shí)評估結(jié)果及時(shí)反饋給教師與學(xué)生，提升教師教學(xué)效果及學(xué)生的多元發(fā)展能力水平，雙向賦能基礎(chǔ)教育課程改革。虛擬互動(dòng)是以抽象的數(shù)字化圖文符號為中介，寓意在知識構(gòu)建中、學(xué)與教過程中和虛擬學(xué)習(xí)的教育實(shí)踐中[41]。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感源自多模態(tài)感知（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等），學(xué)習(xí)者全身心投入到虛擬世界中，達(dá)到真?zhèn)坞y辨的體驗(yàn)感。有調(diào)查證明，針對同一個(gè)知識點(diǎn)，采用不同的教學(xué)模式，學(xué)生的掌握程度各有不同。通過聽覺領(lǐng)會(huì)的內(nèi)容占到整個(gè)知識點(diǎn)的20%，通過視覺記住的內(nèi)容占整個(gè)內(nèi)容的30%，通過親身互動(dòng)感受過的內(nèi)容會(huì)記住90%。由此可知互動(dòng)教學(xué)在認(rèn)知領(lǐng)域占的分量極大[42]?；?dòng)教學(xué)情境下，教師需要對探究的問題進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)，學(xué)生需要對互動(dòng)討論的內(nèi)容進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)與思考，并帶著問題進(jìn)行交流探討。傳統(tǒng)課堂的互動(dòng)探究教師講授時(shí)間減少，主要靠學(xué)生自身去思考，容易造成教學(xué)內(nèi)容理解不透徹，知識探究不細(xì)化，不利于充分理解教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)習(xí)深度受限。與XR課堂中構(gòu)建的虛實(shí)教學(xué)環(huán)境中所有內(nèi)容（包括人、物、場）進(jìn)行交互，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)要求利用智慧終端（手機(jī)、PC或VR眼鏡）實(shí)時(shí)參與到虛擬平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)與研討，教師通過沉浸虛擬互動(dòng)應(yīng)用評估教學(xué)效果，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我認(rèn)知。5G環(huán)境支撐下，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)場景內(nèi)容與交互協(xié)助無縫銜接，教師實(shí)時(shí)評估教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知水平實(shí)現(xiàn)螺旋上升，契合新時(shí)代加強(qiáng)基礎(chǔ)教育課程改革，提升教學(xué)質(zhì)量的要求。

為了更好達(dá)到基于XR的情境互動(dòng)教學(xué)模型賦能基礎(chǔ)教育課程改革的目的，在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用過程中，需要適度融合信息技術(shù)，通過建構(gòu)與熟練認(rèn)知圖式，提高學(xué)生將已學(xué)到的知能遷移到陌生新情境中的能力[43]，以學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)基于XR的情境互動(dòng)教學(xué)模型應(yīng)用效果。同時(shí)，要防止在新型教與學(xué)模式中，信息化應(yīng)用目標(biāo)與教學(xué)改革目標(biāo)“兩張皮”的現(xiàn)象產(chǎn)生，保證其一致性[44]。技術(shù)也是把雙刃劍，在新興技術(shù)的運(yùn)用過程中，我們也要警惕信息化帶來的人倫方面的影響。以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的情景互動(dòng)教學(xué)環(huán)境，在增強(qiáng)沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)的同時(shí)，亦模糊了真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境的界限，可能會(huì)造成更甚尋常的影響。昂貴的頭戴顯示設(shè)備、不夠友好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、可供教學(xué)互動(dòng)及實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容偏少，也會(huì)影響課堂教學(xué)的交互式體驗(yàn)效果。因此，在推廣和運(yùn)用5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型過程中，要因地制宜，針對區(qū)域信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)搭配“+XR”解決方案。例如：在鄉(xiāng)村地區(qū)選擇只要有帶攝像頭的設(shè)備就能使用的AR技術(shù)，在城市虛擬教學(xué)設(shè)備完善的學(xué)?？梢赃x擇基于頭戴顯示器VR技術(shù)進(jìn)行情境互動(dòng)式的教學(xué)。此外，5G+XR技術(shù)在基礎(chǔ)教育課程教學(xué)應(yīng)用過程中也要保持清醒的認(rèn)識，根據(jù)校情、學(xué)情及課程內(nèi)容適度選擇適合的課堂教學(xué)模型，以服務(wù)基礎(chǔ)教育課程改革的發(fā)展要求。

四、結(jié)語

面對百年未有的大變局，基于5G+XR情境互動(dòng)教學(xué)模型對于提升基礎(chǔ)教育育人質(zhì)量能夠發(fā)揮重要作用?！笆奈濉逼陂g是實(shí)現(xiàn)我國基礎(chǔ)教育課程改革與發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，大寬帶高流量的環(huán)境已經(jīng)不再困擾信息化技術(shù)在課堂教學(xué)的應(yīng)用推廣，如何將5G+新興技術(shù)有效融合到教育教學(xué)中來，創(chuàng)新基于XR的情境互動(dòng)式教學(xué)模型，在推動(dòng)教育公平的基礎(chǔ)上提高教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而打造出適應(yīng)5G時(shí)代，具有中國特色的基礎(chǔ)教育課程體系和教學(xué)模型，我們的創(chuàng)新之路仍舊任重道遠(yuǎn)。

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作者簡介：

胡欽太：教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹腔劢逃碚撆c應(yīng)用。

丁娜：在讀博士，研究方向?yàn)橹腔劢逃碚撆c應(yīng)用。

李汶頤：助理研究員，研究方向?yàn)樾畔⒒逃?/p>

The Construction and Prospect of 5G+XR Situational Interactive Teaching Model for Elementary Education Curriculum Reform

Hu Qintai1， Ding Na1， Li Wenyi2

（1.School of Information Technology in Education， South China Normal University， Guangzhou 510631， Guangdong； 2.Guangdong Intelligent Learning Engineering Technology Research Center， Guangzhou 510631， Guangdong）

Abstract： The proposition of focusing on “Situation” has become a new trend in discussing curriculum reform. For better serving the high-quality elementary education system， the teaching model of situational interaction can promote the development of students’ cognitive levels， which meets the requirements of educational quality in the new era， and also complies with the curriculum innovative trends. With the application of 5G technology， the educational applications of AR/VR/MR/HR （termed together as XR） and other technologies， which have been subject to network bandwidth and latency limitations， are increasingly used widely. Especially in the background of the digital transformation of national education， XR will be more applied in elementary education. From the requirements of the elementary education curriculum reform in the new era， this paper combines with the advantages of XR and proposes a teaching model for XR situational interaction in the 5G era， in order to provide application reference for curriculum teaching reform and regional educational informationization.

Keywords： elementary education； curriculum reform； 5G； XR； situational interaction

責(zé)任編輯：趙云建