張瑩 楊 圓 楊貝貝 張芷靜

（陜西師范大學(xué) 教育學(xué)部，陜西 西安 710000）

一、引言

項(xiàng)目式教學(xué)將學(xué)生置于真實(shí)的問題情境中，融合學(xué)科背景知識，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索問題，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，VR 技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究有明顯的增長趨勢，對教學(xué)效果產(chǎn)生了總體較為積極的影響[1]。VR 技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)屢見不鮮，傳統(tǒng)生物課堂的教學(xué)模式亟須革新。虛擬場景體驗(yàn)是VR 技術(shù)應(yīng)用于生物課堂最大的優(yōu)勢。2021 年，賽迪研究院發(fā)布《虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2021 年）》，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在K12 教育階段已經(jīng)得到一定范圍的應(yīng)用，正在積極推動(dòng)基礎(chǔ)教育信息化高質(zhì)量發(fā)展。新課改下初中生物學(xué)科強(qiáng)調(diào)全面提升中學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)，倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師需要引用新的技術(shù)手段，創(chuàng)新教學(xué)模式，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限。將基于VR 技術(shù)的項(xiàng)目式教學(xué)引入生物課堂，為學(xué)生提供虛實(shí)結(jié)合的探索空間，可以提升學(xué)生對生物學(xué)的理解力，提高教師的教學(xué)效率。

二、初中生物教學(xué)中存在的問題

初中生物教材涉及的抽象內(nèi)容較多，但教師組織的課堂實(shí)驗(yàn)活動(dòng)較少，學(xué)生對生物學(xué)概念的理解不深刻，停留在表層，師生缺乏互動(dòng)，沒有形成良好的教學(xué)氛圍。在教學(xué)理念上，多以教師講授為主，學(xué)生缺乏探究，對知識的理解較淺，長此以往，學(xué)生的興趣大幅度降低，學(xué)習(xí)效果不理想；在教學(xué)方式上，教師在實(shí)踐教學(xué)中，教學(xué)方式單一、落后，缺乏創(chuàng)新，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，生物課堂枯燥；在角色定位上，教師在教學(xué)中對自己的定位模糊，學(xué)生的主體地位沒有在教學(xué)中得到充分體現(xiàn)，阻礙了學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。新媒體背景環(huán)境下，教師應(yīng)創(chuàng)新教學(xué)模式，構(gòu)建激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的高效生物課堂，將新型信息技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中，探索新的教學(xué)模式。在項(xiàng)目式教學(xué)中引入VR 技術(shù)，結(jié)合教材內(nèi)容，利用虛擬場景，通過生動(dòng)化的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，寓教于樂，提高教學(xué)效率。

三、VR 技術(shù)與生物項(xiàng)目式教學(xué)結(jié)合的可行性和優(yōu)勢分析

（一）VR技術(shù)特點(diǎn)

VR 技術(shù)具有構(gòu)想性、沉浸性和交互性三大特征，這些特征極大地克服了傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境的限制，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)和知識遷移[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠還原真實(shí)的場景，并與虛擬場景中的對象進(jìn)行交互，讓學(xué)習(xí)者沉浸在虛擬世界中。VR 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)微觀的3D 場景，如幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行一次穿越人體的探秘旅程，模擬呈現(xiàn)人體真實(shí)的消化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，向?qū)W生動(dòng)畫演示食物進(jìn)入人體消化系統(tǒng)的整個(gè)反應(yīng)過程。

（二）項(xiàng)目式教學(xué)特點(diǎn)

項(xiàng)目式教學(xué)遵循“以學(xué)生為中心”的教學(xué)原則，強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)，學(xué)生圍繞某一個(gè)真實(shí)且與現(xiàn)實(shí)生活緊密結(jié)合的問題，主動(dòng)探究，解決問題。項(xiàng)目式教學(xué)為學(xué)生提供了一個(gè)真實(shí)的、引人入勝的學(xué)習(xí)情境，在解決問題的過程中，學(xué)生能夠充分利用豐富的信息化工具資源開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式教學(xué)將學(xué)與用合二為一，在探究現(xiàn)實(shí)問題和創(chuàng)作項(xiàng)目作品的過程中，學(xué)生的批判性思維能力、問題解決能力、語言表達(dá)能力都得到發(fā)展[3]。

（三）項(xiàng)目式教學(xué)引入VR技術(shù)的優(yōu)勢

1.提高學(xué)生的參與度

常規(guī)的項(xiàng)目式教學(xué)在實(shí)施過程中，缺乏真實(shí)情境，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中對復(fù)雜、抽象的生物知識的學(xué)習(xí)探索仍存在困難。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)中，許多學(xué)習(xí)項(xiàng)目在實(shí)際實(shí)施中容易演變成學(xué)生被動(dòng)參與，學(xué)生容易變成項(xiàng)目活動(dòng)中的旁觀者。而引入VR 技術(shù)后，學(xué)生在進(jìn)行虛擬體驗(yàn)時(shí)會(huì)更加投入，學(xué)生的團(tuán)體參與度也更高。由于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識基礎(chǔ)和性格特點(diǎn)等的不同，在項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施過程中經(jīng)常會(huì)遇到一些阻礙，如部分學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和參與度較低，存在渾水摸魚的現(xiàn)象。因此，提供一個(gè)能激發(fā)全體學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的項(xiàng)目環(huán)境尤為重要，確保每個(gè)學(xué)生都能主動(dòng)參與到知識探索的活動(dòng)中。

2.增強(qiáng)學(xué)生對知識點(diǎn)的理解

傳統(tǒng)生物課堂教學(xué)中，師生互動(dòng)環(huán)節(jié)較少，多以講授、PPT 展示為主，學(xué)生探究體驗(yàn)部分受到限制，大多依賴死記硬背、重復(fù)記憶的學(xué)習(xí)方式。引入VR 教育資源，創(chuàng)設(shè)虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)情境，即“真聽、真看、真感覺”，將復(fù)雜知識簡單化，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果更佳。生物學(xué)科中的許多核心知識可以借助技術(shù)手段用更生動(dòng)的方式呈現(xiàn)，如學(xué)生佩戴VR 眼鏡和頭盔，3D 生物模型出現(xiàn)在學(xué)生視野中，學(xué)生操作VR 手柄，模擬操作真實(shí)的眼球解剖過程，加深學(xué)生對眼部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，更有利于學(xué)生對生物抽象概念的理解。

3.提高學(xué)生的專注力

虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式教學(xué)環(huán)境提供了多通道感知和復(fù)合型信息檢索的機(jī)會(huì)，能夠幫助學(xué)習(xí)者集中注意力和深層次信息檢索[4]。VR 技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目式教學(xué)，提供沉浸式的體驗(yàn)和別樣的角色代入，對學(xué)生具有很強(qiáng)的吸引力，學(xué)生在交互體驗(yàn)中探索新知，大大提高了學(xué)習(xí)興趣，寓教于樂，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性更強(qiáng)，學(xué)習(xí)專注力更高。

四、基于VR技術(shù)的項(xiàng)目式教學(xué)模式

在國內(nèi)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐應(yīng)用中，張文蘭、張思琦等人從國家課程重構(gòu)的視角，提出了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于課程重構(gòu)理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目評價(jià)等環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)情境中探究問題。本文項(xiàng)目式教學(xué)模式構(gòu)建中，結(jié)合了張文蘭提出的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的核心環(huán)節(jié)，并介入新技術(shù)，引入VR 教育云平臺，該模式下的項(xiàng)目實(shí)施將具有高度的體驗(yàn)感。在專門為學(xué)生創(chuàng)設(shè)的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，項(xiàng)目探究任務(wù)切合教材主題，緊扣教學(xué)目標(biāo)，將VR 技術(shù)自身的優(yōu)勢與項(xiàng)目式教學(xué)結(jié)合，有利于深入開展項(xiàng)目式教學(xué)，學(xué)習(xí)成效也會(huì)顯著。筆者重新考慮了項(xiàng)目式教學(xué)模式的元素，綜合分析了VR 技術(shù)與項(xiàng)目式教學(xué)結(jié)合的可行性與優(yōu)勢，根據(jù)基礎(chǔ)教育實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，構(gòu)建了基于VR 技術(shù)的項(xiàng)目式教學(xué)模式，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

（一）VR教育云平臺

VR 教育資源設(shè)計(jì)采用飛蝶公司自主研發(fā)的VR 沉浸式教育云平臺，該平臺主要包括VR 智慧教學(xué)管理系統(tǒng)，XR 課件創(chuàng)編工具，優(yōu)質(zhì)課程資源等。平臺支持虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)形式，通過5G、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)，融合基礎(chǔ)教育各學(xué)科知識，讓學(xué)生在虛擬世界的知識情境中進(jìn)行體驗(yàn)式、互動(dòng)式學(xué)習(xí)。此外，平臺實(shí)現(xiàn)了VR 沉浸式教學(xué)管理模式，輔助教師教學(xué)，提升教學(xué)效果。借助VR 技術(shù)創(chuàng)設(shè)高逼真、多感知的學(xué)習(xí)情境，帶給學(xué)生可交互、可探索的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在這種高度自由的交互體驗(yàn)中，易于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極投入到復(fù)雜問題的解決中，注重學(xué)習(xí)的過程，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，滿足數(shù)字時(shí)代高效教學(xué)的需求，助力基礎(chǔ)教育創(chuàng)新發(fā)展。

（二）項(xiàng)目設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)是項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施的前提，由學(xué)科教師、教研專家和VR 教育資源開發(fā)團(tuán)隊(duì)等共同設(shè)計(jì)、開發(fā)完成。學(xué)科教師和教研專家負(fù)責(zé)對教材的精準(zhǔn)解讀以及前期腳本的設(shè)計(jì)，并與技術(shù)團(tuán)隊(duì)及時(shí)溝通、反饋。腳本設(shè)計(jì)通過后，技術(shù)團(tuán)隊(duì)完成后期腳本的開發(fā)與測試，制作出符合學(xué)科課程目標(biāo)的虛擬教學(xué)資源，并保障其能在虛擬教學(xué)平臺上運(yùn)行。

（三）項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施包括情景引入、問題解決、實(shí)踐探究、沉浸學(xué)習(xí)、交互創(chuàng)作等步驟，是項(xiàng)目式教學(xué)的核心。學(xué)生是項(xiàng)目實(shí)踐的主體，在虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生利用教師提供的技術(shù)工具，如頭盔、手柄等，完成別具一格的交互體驗(yàn)式學(xué)習(xí)任務(wù)。在此期間，教師可通過顯示屏觀察學(xué)生探索學(xué)習(xí)的具體情況并提供及時(shí)的指導(dǎo)，幫助學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)。在項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施過程中，教師的身份是多重的，在項(xiàng)目開展前，教師是項(xiàng)目的設(shè)計(jì)者，確定好契合所授學(xué)科知識的項(xiàng)目主題，緊扣課程目標(biāo)，不脫離實(shí)際；在項(xiàng)目活動(dòng)開展中，教師又是觀察者和引導(dǎo)者，為學(xué)生提供項(xiàng)目學(xué)習(xí)資源，觀察學(xué)生在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施中的變化，給予指導(dǎo)和幫助。

（四）項(xiàng)目評價(jià)

項(xiàng)目評價(jià)主要包括作品展示和總結(jié)反思，是整個(gè)項(xiàng)目式教學(xué)的重要組成部分。項(xiàng)目式教學(xué)評價(jià)的方式豐富多樣，學(xué)生自評、小組互評以及學(xué)生實(shí)踐過程中的具體表現(xiàn)等均可作為評價(jià)的依據(jù)，并且項(xiàng)目作品也是評價(jià)的主要依據(jù)。評價(jià)貫穿項(xiàng)目學(xué)習(xí)的全過程，注重培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)新能力。在該模式中，教師可借助技術(shù)工具觀察記錄學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過程中的表現(xiàn)，如通過視頻記錄學(xué)生在交互活動(dòng)中的具體操作，即時(shí)指導(dǎo)并做出相應(yīng)的評價(jià)。最后，由參加項(xiàng)目的所有人員對該項(xiàng)目的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行反思，查漏補(bǔ)缺，為新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供建議，設(shè)計(jì)出更多優(yōu)質(zhì)的項(xiàng)目式教學(xué)案例。

五、基于VR 技術(shù)的項(xiàng)目式教學(xué)在初中生物課程中的實(shí)踐

《義務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，生物學(xué)課程要求學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，注重學(xué)生探究體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，以提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)為主要目的。本文以初中人教版生物上冊中的《開花和結(jié)果》為例，介紹基于VR 技術(shù)的生物項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施過程，教學(xué)實(shí)施過程主要包括五個(gè)環(huán)節(jié)：第一，確定項(xiàng)目主題，項(xiàng)目主題緊扣生物教材知識；第二，需求分析，確保教學(xué)活動(dòng)符合初中生的知識能力水平；第三，創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)境，還原真實(shí)的生物知識場景，讓學(xué)生交互體驗(yàn)；第四，項(xiàng)目反思，從學(xué)生的角度出發(fā)，遵循一切教學(xué)服務(wù)于學(xué)生的原則；第五，項(xiàng)目評價(jià)，采用教師點(diǎn)評、學(xué)生互評的方式對學(xué)生的作品以及活動(dòng)過程中的表現(xiàn)等進(jìn)行評價(jià)，并根據(jù)反饋改進(jìn)項(xiàng)目，完善項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

（一）確定項(xiàng)目主題

教師和技術(shù)組借助虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造出奇妙的項(xiàng)目活動(dòng)場景——花果山水簾洞，讓學(xué)生在生動(dòng)有趣的教學(xué)環(huán)境中自主探索學(xué)習(xí)，在虛擬場景中多維度呈現(xiàn)生物知識，調(diào)動(dòng)學(xué)生多感官參與。學(xué)生進(jìn)入虛擬空間后，與動(dòng)畫人物孫悟空展開對話，學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的花果山中，人與物完美融合在一起。項(xiàng)目引入場景極具故事性與趣味性，一開場就抓住了學(xué)生的注意力，極強(qiáng)的逼真感有利于激發(fā)學(xué)生對生物的學(xué)習(xí)興趣。

（二）需求分析

生物學(xué)是自然科學(xué)六大基礎(chǔ)學(xué)科之一，初中生物課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生在生物學(xué)知識、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維等方面應(yīng)全面發(fā)展。初中生已具備一定的操作能力，可以在教師的引導(dǎo)下快速掌握VR 手柄的基本操作（如通過手柄放大、縮小桃花模型），且對新事物的好奇度高，佩戴VR頭盔，進(jìn)入虛擬世界沉浸式探索，學(xué)習(xí)效果更佳。

（三）項(xiàng)目活動(dòng)探究

利用XR 虛擬現(xiàn)實(shí)編程軟件提供的海量的VR 學(xué)科教學(xué)資源，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)有趣的花果山闖關(guān)學(xué)習(xí)情境，設(shè)置多個(gè)“闖關(guān)”學(xué)習(xí)任務(wù)供學(xué)生自主探索，激發(fā)學(xué)生對本單元學(xué)習(xí)的濃厚興趣。在虛擬場景中全方位展示3D 桃花模型，最大限度地還原真實(shí)的傳粉和受精的過程，讓學(xué)生體驗(yàn)到真實(shí)世界中不易觀察的微觀場景。學(xué)生佩戴VR 頭盔，進(jìn)入花果山虛擬探索空間，孫悟空動(dòng)畫角色騰空出現(xiàn)，引領(lǐng)學(xué)生互動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生扮演穿越時(shí)空的角色，愿意主動(dòng)體驗(yàn)更多的學(xué)習(xí)活動(dòng)。在虛擬空間里，學(xué)生可獲得沉浸式的虛擬學(xué)習(xí)體驗(yàn)，如通過手柄放大觀察3D桃花模型，利用系統(tǒng)提供的“解剖”功能，剝離花瓣，對花瓣的每一層結(jié)構(gòu)都能夠清晰地觀察和自由交互，傳統(tǒng)生物課本中抽象的知識在虛擬場景中真正“活”了。此外，學(xué)生以闖關(guān)這種游戲化的方式進(jìn)入到該課程不同模塊的探究學(xué)習(xí)，每個(gè)關(guān)卡的情境都緊密圍繞課程知識模塊，貼合教學(xué)需求，有利于加深學(xué)生對抽象概念的理解。具體設(shè)置有：第一關(guān)——“花的結(jié)構(gòu)”、第二關(guān)——“雄蕊雌蕊組成”、第三關(guān)——“傳粉和受精”、第四關(guān)——“果實(shí)和種子的形成”，學(xué)生自主解決不同模塊中的問題，對新知識的學(xué)習(xí)變得輕松和愉悅，有利于幫助學(xué)生建構(gòu)生物知識體系。具體學(xué)習(xí)內(nèi)容和探究活動(dòng)如表1所示。

表1 VR 項(xiàng)目活動(dòng)實(shí)施

（四）項(xiàng)目反思

在該案例中，需要對項(xiàng)目的主題、VR 教育資源的選擇、項(xiàng)目探究等環(huán)節(jié)進(jìn)行總結(jié)與反思，查漏補(bǔ)缺，完善教學(xué)設(shè)計(jì)。如學(xué)生對VR 手柄的操作是否需要進(jìn)一步熟悉、虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式學(xué)習(xí)中教師的指導(dǎo)是否及時(shí)以及學(xué)生在實(shí)踐探索中的時(shí)長是否合理等。

（五）項(xiàng)目評價(jià)

在“開花和結(jié)果”案例中，學(xué)生在虛擬空間中通過手柄“復(fù)原”桃花結(jié)構(gòu)，顯示屏中記錄學(xué)生復(fù)原過程，由小組交流評價(jià)手柄復(fù)原桃花的過程中出現(xiàn)的問題。學(xué)生在虛擬空間中使用“時(shí)空加速”功能，觀看了桃花變成果實(shí)的全過程，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下使用XR 編程軟件，利用VR 圖形化軟件系統(tǒng)提供的相關(guān)學(xué)習(xí)資源，完成作品創(chuàng)作。最后可通過小組互評的方式對作品進(jìn)行評價(jià)，促進(jìn)生物教學(xué)質(zhì)量全面提升。

六、總結(jié)

本文分析了當(dāng)前初中生物教學(xué)中存在的問題，闡述了VR 技術(shù)與生物項(xiàng)目式教學(xué)的可行性和優(yōu)勢，結(jié)合實(shí)際教學(xué)提出了基于VR 技術(shù)的項(xiàng)目式教學(xué)模式，并以《開花和結(jié)果》生物課程為例，介紹了基于該教學(xué)模式的實(shí)施過程。對于生物學(xué)科而言，筆者認(rèn)為將VR 技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐中，能讓學(xué)生更加親近大自然，快速掌握生物學(xué)知識，相比傳統(tǒng)的PPT、圖片、視頻等多媒體，基于該模式下的生物課堂可以提供學(xué)生別樣的體驗(yàn)感。教育工作者與VR 技術(shù)開發(fā)者應(yīng)合力推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與基礎(chǔ)教育的融合，結(jié)合各學(xué)科教學(xué)特點(diǎn)，開發(fā)出適用于生物課堂教學(xué)的優(yōu)質(zhì)資源，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢充分應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中。