借助虛擬現(xiàn)實技術構建項目教學的仿真情境

隨著教育領域對核心素養(yǎng)培育的重視，項目教學逐漸成為培養(yǎng)關鍵能力的重要途徑。它以真實情境為依托，整合多學科知識，旨在培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力。然而，當前小學信息科技項目教學面臨諸多挑戰(zhàn)，如存在教師理論知識結構不完善和資源支持不足及受現(xiàn)實因素限制等問題，導致理想與現(xiàn)實之間存在較大差距。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）強調，教學應聚焦于創(chuàng)設真實情境，并融入多元資源以提升學生參與度。在此背景下，推動信息技術與教育教學深度融合尤為重要。

虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展為項目教學提供了新的機遇。它通過模擬現(xiàn)實世界的聽覺、視覺和觸覺體驗，有效輔助情境構建，增強教學的真實性和互動性，具有想象性、交互性和沉浸性的基本特征^[1]。筆者以“智能火災報警器”項目教學為例，探討如何利用虛擬現(xiàn)實技術，依據(jù)GRASPS模型構建具有真實性、開放性、復雜性和多元性的問題情境，以促進信息技術與教育教學深度融合，更好地適應新時代教育發(fā)展需求。

一、項目教學的現(xiàn)實挑戰(zhàn)與虛擬現(xiàn)實技術的機遇

項目教學以真實情境為依托，整合多學科知識，用以培養(yǎng)學生應對復雜問題的能力。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展為項目教學提供了新的機遇。它通過模擬現(xiàn)實世界的聽覺、視覺和觸覺體驗，有效輔助情境構建，增強教學的真實性和互動性。

（一）現(xiàn)實因素限制與偽情境的形成

在小學信息科技項目教學情境創(chuàng)設的過程中，教師面臨如下挑戰(zhàn)：一方面，若教師的理論知識不夠扎實，設計的情境較為單薄，難以激發(fā)學生的思考熱情，若教師過于追求新穎性，則可能設計出與學生日常生活經(jīng)驗相去甚遠的偽情境，導致學生感到困惑和迷茫；另一方面，教師在創(chuàng)設情境時往往受時空或環(huán)境限制，難以為學生提供完全真實、豐富多彩的活動場景^[2]。

（二）情境資源單一與“Z世代”的吸引力缺失

在當今的課堂教學中，情境創(chuàng)設的方式主要為師生對話或視頻圖片呈現(xiàn)?，F(xiàn)階段的小學生被稱為“Z世代的數(shù)字原住民”。他們一出生就與網(wǎng)絡信息無縫對接，生活在數(shù)字化浪潮的前沿^[3]。教師利用傳統(tǒng)信息化教學資源構建情境顯然已無法吸引學生。這在一定程度上導致學生缺少主體參與感和交互性，造成了課堂教學中師生“身”和“心”的割裂。

（三）知識傳遞的片面性與情感溫度的缺失

以往教師創(chuàng)設教學情境的方法，側重于知識的單向傳遞，而缺乏師生、生生之間情感紐帶的建立。課標明確提出，教師在創(chuàng)設仿真情境時，不僅要注重知識的情境邏輯，還需將學科知識轉化為學生的真實體驗，并引導他們將所學應用于日常生活。這一轉變無疑對教師和課堂提出了更高的要求。對真實世界的沉浸和自由、開放、靈活的規(guī)則，是構建以學生為主體的教學模式的必要條件，但同時也是傳統(tǒng)教學中情境創(chuàng)設的困境所在^[4]。

二、項目教學的起點設計：構建仿真情境

教師開展項目教學，應當以始為終，以仿真情境為起點，將成果回歸于現(xiàn)實應用。筆者分為兩大步設計項目活動。

（一）以情境為起點驅動學生學習

“智能火災報警器”項目教學目標是：學生在項目活動中了解燃燒的特點和火災發(fā)生的原因，借助圖形化編程軟件和Arduino套件實現(xiàn)火情監(jiān)測與報警。教師基于學生學習背景設置真實問題情境是整個項目的初始階段，也是推動項目進程的線索和背景。要做到以情境為起點，教師需要創(chuàng)建背景，促使學生了解問題，將大項目細化分解為具體的小問題，實現(xiàn)問題的解讀與聚焦。學生在收集相關資料時做好前期知識準備，進一步明確要解決的問題。學生參與這一過程，能夠培養(yǎng)抽象問題、分解問題、分析評估信息和建構知識的思維能力（如圖1）。

（二）以現(xiàn)實為來源設計情境

在創(chuàng)設項目教學的仿真情境時，教師要從現(xiàn)實世界出發(fā)，將學習活動根植于學生的生活經(jīng)驗之中。這樣設計不僅能夠增強學習的現(xiàn)實意義，還能激發(fā)學生的參與熱情和創(chuàng)造力。以下是構建仿真情境的三個關鍵步驟（如圖2）。

1.明確問題目標，結合生活原型

基于大概念創(chuàng)設仿真情境旨在培養(yǎng)學生的知識遷移能力。筆者鼓勵學生像專家一樣思考，理解大概念進而形成靈活解決問題的能力，逐步實現(xiàn)提升素養(yǎng)的目標。在設計過程中，筆者沒有使用抽象的“偽情境”，而是尋找現(xiàn)實生活中的場景原型，以此為基礎進行逆推和改編，確保情境的真實性和相關性。

【修改】新聞報道：某小學發(fā)生火災，其中一間教室堆積大量易燃物，起火后煙霧彌漫，熊熊大火迅速擴散至所有教室，至少20名學生被困不幸喪生。筆者這樣設計情境，引導學生迅速捕捉問題背后的關鍵知識點，即如何利用燃燒的特點實施火情監(jiān)測。

2.解構問題維度，設計情境框架

筆者采用威金斯GRASPS模型設計“智能火災報警器”項目的教學活動。該模型要求教師在設計情境框架時整合6個維度（如圖3）：目標、角色、對象、情境、產(chǎn)品和標準。這種多維度的設計有助于還原真實性，使學生能夠深入挖掘所需的條件和資源^[5]。

在“智能火災報警器”項目教學中，筆者對基本要素分解架構如下。

目標：設計一款能夠實時監(jiān)測火災并及時報警的智能火災報警器。

角色：作為校園安全工程師，負責設計和實施火災報警系統(tǒng)。

對象：面向學校師生，確保他們的安全。

情境：尼日爾校園草房起火，需要緊急應對。

產(chǎn)品：編制產(chǎn)品手冊，闡述設計理念和實施方案。

標準：以口頭或書面方式匯報，展示成果，接受教師和學生的評價。

3.細化問題要素，精致內容呈現(xiàn)

在情境細化時，筆者注重情境是否符合目標，能否反映目標；是否符合學情，能否引起學生的興趣、聯(lián)結學生既有經(jīng)驗；情境呈現(xiàn)是否具有可行性。筆者調查發(fā)現(xiàn)，非洲草房教室起火的情境并不符合大部分學生的既有認知。因此，筆者調整和細化情境內容，使其更貼近學生的校園生活實際。

【情境呈現(xiàn)】近期校園火災事件頻發(fā)，學校需要更新火災報警系統(tǒng)，并將其放置在校園火災逃生的最佳路線上。學校召開了安全工程專家研討會，各組學生將作為校園安全工程師，基于校園環(huán)境設計一款智能火災報警器。最優(yōu)方案將被采納，作為火災報警系統(tǒng)，首要功能是實現(xiàn)火情監(jiān)測，并在火災發(fā)生時第一時間發(fā)出警報，其次要能夠指示逃生路線。

三、虛擬現(xiàn)實技術：仿真情境的呈現(xiàn)實踐

在“智能火災報警器”項目中，虛擬現(xiàn)實技術的應用為學生提供了沉浸式的學習環(huán)境，使他們能夠在仿真情境中體驗和學習。以下是虛擬現(xiàn)實技術在仿真情境構建中的三個關鍵應用。

（一）以虛擬環(huán)境為原型，增強現(xiàn)實情境

虛擬現(xiàn)實技術能夠仿真并高度還原現(xiàn)實生活中的事物，甚至將人腦中的想象內容進行細節(jié)化呈現(xiàn)。教師借助Unity等工具構建校園虛擬場景，讓學生仿真體驗學校環(huán)境（如圖4），從而更好地規(guī)劃火災逃生路線。這種虛擬場景的體驗對于小學生尤為重要，因為他們的抽象思維和立體空間感仍在發(fā)展中，而虛擬現(xiàn)實提供了一個直觀的學習平臺。

（二）以人機交互為引導，提升知識儲備

人機交互是虛擬現(xiàn)實的關鍵要素，它使得學生能夠與虛擬角色（NPC）互動，操作虛擬環(huán)境中的物體以完成特定的行為目標。這種互動性不僅提升了學生的參與度，而且有助于學生接受觸覺、聽覺和視覺反饋及NPC的評估與指導，豐富知識庫。以下是三種主要的人機交互方式。

1.介紹性動畫：深入了解項目背景

動畫是一種集合文字、色彩、圖形和音樂的教學資源，教師用其能夠有效地為學生創(chuàng)設良好的課堂環(huán)境，增強課堂教學的趣味性和生動性^[6]。教師基于Unity設計動畫，能夠將智能火災報警器項目背景中的細節(jié)以動態(tài)形式呈現(xiàn)，以更生動的方式介紹消防安全知識。

2.交互式卡片：立體感知物品模型

Vuforia是一款專為移動設備設計的增強現(xiàn)實軟件開發(fā)工具包，它賦予開發(fā)者創(chuàng)建引人入勝的增強現(xiàn)實應用的能力。依托于先進的計算機視覺技術，Vuforia能夠實時識別和追蹤平面圖像以及3D對象，實現(xiàn)圖像配準的神奇功能。這有助于開發(fā)者精準地在移動設備的攝像頭視場中，將虛擬對象與現(xiàn)實世界中的物體進行匹配和定位。

利用Vuforia軟件，筆者設計了一系列交互式卡片，每張卡片都與一件物品的三維模型相對應。學生只需使用平板電腦掃描這些卡片，就能在屏幕上觀看到栩栩如生的消防安全相關用品的三維模型（如圖5）。這種互動方式不僅讓學生對每件物品的特征有了直觀的認識，還讓他們了解了物品的使用方法和適用情境，極大地提升了學習效率和體驗。

3.對話式學習：強化測評知識內容

在對話式學習這一動態(tài)過程中，學生被邀請參與圍繞特定主題的互動對話和問答活動，與計算機進行知識交流并深化學習體驗。這種學習環(huán)境提供了多樣化和廣泛的選擇，以個性化的方式支持每個人的學習旅程，并擴展了傳統(tǒng)課堂訓練的邊界。學生與虛擬學習伙伴進行有目的且富有生氣的對話，不僅能有效提高學習效率，而且能獲得對學習成果的即時反饋，從而精準衡量和強化學習成效。

在精心構建的虛擬現(xiàn)實場景中，智能對話式學習得以充分實現(xiàn)。當用戶步入特定的觸發(fā)區(qū)域時，相關的知識點會以角色間對話的方式自然地展現(xiàn)出來，為學生提供了一個互動的學習平臺。這種學習方式覆蓋了識別常用消防器材、了解易燃物品、掌握火災特性及消防基礎知識多個方面。學生在這種模擬情境中吸收知識后，將面臨一系列問題，促進他們鞏固知識。根據(jù)學生的回答，系統(tǒng)將提供不同的反饋結果，進一步促進知識的內化和應用。這種互動和反饋機制不僅增強了學習的吸引力，也確保了教育目標的實現(xiàn)^[7]。

（三）以沉浸游戲為形式，激發(fā)學習主動性

虛擬現(xiàn)實游戲提供了一種沉浸式的火場逃生體驗。學生在游戲中使用WASD控制人物移動，尋找消防用品，避開火焰，最終到達安全區(qū)域（如圖6）。這種游戲化的學習活動不僅讓學生體驗到火場逃生的緊迫感，還能以第一視角享受沉浸式體驗，增強學生的主動性和參與感，使學習變得更加生動和有趣。

四、仿真情境設計與實踐的策略總結與思考

筆者針對當前項目教學中情境構建存在的諸多難題，創(chuàng)新性地將虛擬現(xiàn)實技術引入其中，構建了“三環(huán)”模型，并在該模型的指導下以“智能火災報警器”項目為例，開展情境構建的深入實踐。對于實踐的過程與成效，筆者有以下思考與啟示。

（一）以“虛”補實，實現(xiàn)情境類型多元化

利用虛擬現(xiàn)實技術構建教學情境，能夠彌補傳統(tǒng)教學情境創(chuàng)設中的局限，允許學生跨越時空、沉浸體驗，已成為教學中呈現(xiàn)情境多元化的有效工具和橋梁^[8]。但這種教學模式并非對傳統(tǒng)教學情境創(chuàng)設方式的全面替代，而是作為其寶貴的補充和有力輔助。在教學過程中，教師應充分考慮課程內容和學生的學習狀態(tài)，審慎地選擇虛擬現(xiàn)實技術的體驗時間和教學情境的類型，以確保學生在教學情境的引導下，獲得更為豐富、深刻且高效的學習體驗。

（二）以“境”激趣，豐富學生的感知渠道

小學階段的學生在開展自主式探究性學習時，往往需要從簡單的、直觀的直接經(jīng)驗開始，逐步形成抽象的思維能力，而融合虛擬現(xiàn)實技術的真實性場景融合了聲與光，讓學習內容可觸摸、可感知、可互動。學生自主學習的開展需要基于更真實的場景和問題，如此才能激發(fā)他們的學習興趣。但在情境教學中，小學階段的學生同樣展現(xiàn)出了較弱的自控能力，因此在課程教學中教師要充分發(fā)揮“引導者”的作用，引導學生在保持學習主體性的同時合理利用資源，產(chǎn)生正向的行為。

（三）以“真”喚情，內化知識促情感升華

教師應把握新興熱點，充分利用資源，真正實現(xiàn)技術賦能教育。在教育教學中情境的創(chuàng)設應根植于社會問題，在知識傳遞的過程中，培養(yǎng)學生的同理心和責任感；在教學活動的創(chuàng)設中關注科技的發(fā)展，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和探索精神。在信息科技課堂教學中，教師應五育并舉，營造數(shù)字人文環(huán)境，促進學生情感的升華，實現(xiàn)課程育人的目標，承擔起培根鑄魂、啟智潤心的職責，將學生培養(yǎng)成有理想、有本領、有擔當?shù)臅r代新人。

注：本文系2023年浙江省教育信息化研究課題“融媒體背景下信息社會責任的跨學科培養(yǎng)策略”（編號：2023ETC002）、2023年金華市教科研課題“指向信息社會責任的小學跨學科主題實踐研究”（編號：01205）的研究成果。

參考文獻

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（作者系浙江大學教育學院研究生，浙江省金華市外國語實驗學校教師）

責任編輯：祝元志