摘 "要 "以zSpace為研究對象，對zSpace進(jìn)行介紹，闡述zSpace應(yīng)用于教學(xué)的優(yōu)勢，并梳理歸納出目前小學(xué)科學(xué)教學(xué)存在的問題。在此基礎(chǔ)上，以小學(xué)科學(xué)教學(xué)為例，構(gòu)建基于zSpace的小學(xué)科學(xué)探究式教學(xué)設(shè)計流程，以期為zSpace在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞 "zSpace；小學(xué)科學(xué)；探究式教學(xué)；虛擬現(xiàn)實

中圖分類號：G623.6 " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）11-0043-04

0 "引言

虛擬現(xiàn)實是近幾年的研究熱點，特別是在醫(yī)學(xué)、軍事、航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，很多研究者逐漸將虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用延伸到教育領(lǐng)域。為提高教育信息化水平，相關(guān)部門出臺一系列政策，2018年發(fā)布的《教育信息化2.0行動計劃》提出將數(shù)字教育資源列入中小學(xué)教材配備要求范圍，推進(jìn)信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)全過程[1]。

2019年，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》，提出將虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)作為支撐建設(shè)一體化智能化教學(xué)的重要技術(shù)[2]。一系列政策文件表明，虛擬現(xiàn)實作為一種新興技術(shù)，正逐漸被引入教育領(lǐng)域并發(fā)揮重要作用。

1 "zSpace應(yīng)用綜述

zSpace是虛擬現(xiàn)實桌面交互一體機設(shè)備，結(jié)合了虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，能為學(xué)生提供沉浸、交互及仿真的體驗感，有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與探究能力。zSpace集硬件與軟件于一體，其硬件部分由采用zSpace頭部跟蹤立體顯示技術(shù)的顯示器、3D立體眼鏡、反立體眼鏡、zSpace觸筆、zView、鍵盤、鼠標(biāo)等組成[3]。zSpace還包括軟件工具和開發(fā)好的素材包，如zSpace Stu-

dio虛擬工作室、居里夫人元素、Leopoly等。在實際教學(xué)中，教師可以利用已開發(fā)好的素材包進(jìn)行教學(xué)，亦可以根據(jù)課程內(nèi)容開發(fā)與修改素材。

查閱相關(guān)資料了解到，zSpace在美國已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，且在教育領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用，可增強學(xué)生的問題解決能力，幫助學(xué)生探索科學(xué)、藝術(shù)、工程等領(lǐng)域的專業(yè)技能[4]。在國內(nèi)，zSpace作為近年來新興的虛擬現(xiàn)實教學(xué)設(shè)備，現(xiàn)階段使用的學(xué)校并不多，但也有學(xué)校在課堂中使用，如上海市高安路第一小學(xué)、北京匯文中學(xué)等學(xué)校，都獲得很好的教學(xué)效果。

2 "zSpace應(yīng)用于教學(xué)的優(yōu)勢

2.1 "使知識“觸手可得”

在小學(xué)科學(xué)課程中有較多抽象的概念性知識，如科學(xué)課程中的“宇宙”“磁場”“細(xì)胞”等知識，教師更多是采取講授與圖像、視頻等相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)效果并不理想。zSpace為學(xué)生提供虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的場景，將抽象知識呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，讓學(xué)生零距離接觸知識，感受它們的真實存在。這種可視化學(xué)習(xí)給學(xué)生帶來感官上的極大的沖擊，學(xué)生對抽象化知識有了更深層次的理解，同時能激發(fā)對科學(xué)知識的探索欲望[5]。

2.2 "為學(xué)生提供深入觀察的機會，激發(fā)探索欲望[6]

在小學(xué)科學(xué)中，較多課程內(nèi)容需要學(xué)生深入觀察，但由于受資源限制，難以很好地探討模型深層次的部分，如地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、人體的器官等。運用zSpace交互式一體機提供實驗?zāi)Ｐ偷耐瑫r，還能讓學(xué)生在虛擬的3D空間中細(xì)致地觀察模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，甚至可對模型進(jìn)行“解剖”，幫助學(xué)生深入理解模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。相對于傳統(tǒng)教學(xué)，zSpace增強了學(xué)生的動手實踐能力，讓學(xué)生在原有的知識經(jīng)驗基礎(chǔ)上加深對知識的理解，通過實踐操作進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的求知欲。

2.3 "重復(fù)實驗，避免材料的浪費

在虛擬環(huán)境中，zSpace具有可重復(fù)實驗的優(yōu)點，學(xué)生可以從不同的角度、通過不同的形式嘗試自己的想法，在多次的探究實驗中不僅能探索知識，還能有效避免材料的浪費。zSpace的可重復(fù)性和節(jié)約資源的優(yōu)點也是其逐漸應(yīng)用到教學(xué)場景中的主要原因。歷經(jīng)整個虛擬的探究知識過程，能激發(fā)學(xué)生探索知識的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維[7]。

3 "目前小學(xué)科學(xué)教學(xué)中存在的問題

3.1 "教學(xué)設(shè)施不完善，科學(xué)課程資源缺乏

小學(xué)科學(xué)課程較多內(nèi)容以實踐操作為主，但實際的教學(xué)中用于科學(xué)課程的實踐設(shè)備可能不足以支撐眾多的學(xué)生同時操作，只能提供給教師演示[8]。小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容不斷更新、發(fā)展，教學(xué)設(shè)備也需要不斷更新?lián)Q代，否則無法開展相關(guān)的實驗。另外，小學(xué)生對科學(xué)課程的認(rèn)知主要從教材或教師講授獲得，而教材中有關(guān)的科學(xué)課程內(nèi)容較為單薄[9]。

綜上，現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備與教學(xué)資源無法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。

3.2 "學(xué)生的課程參與度不高，主動探究意識較弱

在小學(xué)階段，學(xué)校、教師更關(guān)注語文、數(shù)學(xué)、英語等主科，忽視了科學(xué)課程對于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的重要性。伴隨著學(xué)業(yè)壓力逐漸變大，學(xué)生對科學(xué)課程的參與度逐漸降低，主動探究問題的積極性也有所下降。學(xué)生在科學(xué)課程中遇到較難的問題時，與同學(xué)的互動交流較少，忽視探究知識的過程，而想直接獲得答案[10]。

3.3 "教師對探究式教學(xué)認(rèn)識不足，忽視了探究的重要作用[11]

由于教學(xué)設(shè)備與教學(xué)資源的限制，教師在實施探究式教學(xué)時，通常以講授法來傳授知識，缺乏對探究式教學(xué)深層次的理解與運用，導(dǎo)致學(xué)生在合作探究活動中不夠積極主動，而是等待教師說出探究結(jié)果。這些情況削弱了學(xué)生對科學(xué)課程的興趣。

4 "基于zSpace的小學(xué)科學(xué)探究式教學(xué)設(shè)計流程構(gòu)建

基于zSpace的小學(xué)科學(xué)探究式教學(xué)設(shè)計是以zSpace為技術(shù)支撐來展開對小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)，使小學(xué)科學(xué)發(fā)揮其內(nèi)在的教學(xué)意義，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。而zSpace與探究式教學(xué)的結(jié)合，能拓展學(xué)生的知識視野，同時發(fā)揮探究式教學(xué)的真正意義，讓學(xué)生感受到探究的樂趣，有助于學(xué)生探究精神的養(yǎng)成[12]。

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出小學(xué)科學(xué)課程應(yīng)倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)，以促進(jìn)學(xué)生主動探究。何克抗教授[13]認(rèn)為探究性教學(xué)模式能夠滿足各學(xué)科普通課程的開展，指出探究性教學(xué)模式的基本特征是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，并將其概括為五個步驟，如圖1所示。

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》將探究式教學(xué)過程分為八大步驟，分別為提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流、反思評價[14]?；诖?，本文借鑒何克抗教授的探究性教學(xué)模式的教學(xué)流程與《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中的探究式教學(xué)過程，以zSpace為技術(shù)支撐，歸納出適合小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)設(shè)計流程，如圖2所示，

4.1 "創(chuàng)設(shè)情境，提出探究問題

教師使用zSpace創(chuàng)設(shè)虛擬情境，讓學(xué)生身臨其境地感受與觀察事物，從而引出課程主題。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，輕松且快速地進(jìn)入學(xué)習(xí)情境。教師在此基礎(chǔ)上將主動權(quán)交給學(xué)生，并作為輔助角色，啟發(fā)學(xué)生思考并提出主題中感興趣的探究問題。通過zSpace提供虛擬的探究情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題并進(jìn)行探討，培養(yǎng)學(xué)生的探究思維。

4.2 "作出假設(shè)

在提出探究問題的基礎(chǔ)上，學(xué)生針對情境以及探究的事物進(jìn)行深入探討，結(jié)合自身原有的知識經(jīng)驗作出假設(shè)。zSpace在這個過程中可以作為事物展示的平臺，讓學(xué)生深入了解探究事物的深層次結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提出更有針對性的假設(shè)，且能說明假設(shè)的實際依據(jù)。教師在這一環(huán)節(jié)作為引導(dǎo)者，當(dāng)學(xué)生遇到問題時應(yīng)對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)點撥，引導(dǎo)學(xué)生對事物進(jìn)行深入觀察與思考，進(jìn)而對探究問題作出假設(shè)。學(xué)生只有發(fā)現(xiàn)問題，才會更加主動地對問題進(jìn)行探究，并積極尋找答案。

4.3 "制訂探究計劃

對問題作出假設(shè)之后，每個學(xué)生對將要探究的問題有初步的想法。因此，小組成員之間要進(jìn)行協(xié)作討論，進(jìn)行思維的碰撞，從眾多的想法之中選擇最優(yōu)的探究想法。在進(jìn)一步合作交流后，學(xué)生對探究計劃產(chǎn)生初步的雛形，逐步厘清探究的思路，制訂探究計劃。在此過程中，如發(fā)現(xiàn)小組遇到困難，教師應(yīng)及時指引學(xué)生從探究問題出發(fā)，啟發(fā)學(xué)生思考，協(xié)助學(xué)生形成初步的探究思路，避免出現(xiàn)無效探究。另一方面，當(dāng)學(xué)生表達(dá)想法時，教師要盡可能地給予學(xué)生鼓勵與肯定的評價，以保持學(xué)生探究的自信心和積極性。

4.4 "自主探究，體驗探究過程

在探究過程中，學(xué)生根據(jù)他們的探究計劃進(jìn)行分工合作，明確各自的任務(wù)，對探究問題或事物進(jìn)行觀察、資料查閱、案例分析等來獲取相關(guān)信息，并處理與分析信息。當(dāng)學(xué)生自主探究過程中發(fā)現(xiàn)問題或有想法時可以進(jìn)行小組討論。同時，小組可以利用zSpace進(jìn)行上機探究，不斷地進(jìn)行觀察、實驗、修改、驗證，并逐漸構(gòu)建知識體系和內(nèi)化知識。

教師在這個過程中要進(jìn)行巡回觀察，對有困難的學(xué)生給予幫助與指導(dǎo)，適當(dāng)?shù)貐⑴c小組討論。同時，教師要了解每個小組的探究活動，觀察并總結(jié)學(xué)生在探究活動中存在的問題，師生共同解決或小組協(xié)作學(xué)習(xí)解決問題。在這一環(huán)節(jié)，zSpace作為探究工具，提供了豐富的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生根據(jù)探究資源進(jìn)行針對性的探究活動，虛擬的仿真技術(shù)為學(xué)生呈現(xiàn)事物的內(nèi)部構(gòu)造與運動變化過程，學(xué)生能真實且全方位地感受事物，這為解決問題提供了重要的實踐依據(jù)。在zSpace豐富的學(xué)習(xí)資源中，學(xué)生可以朝著更深遠(yuǎn)的方向進(jìn)行探究，能夠有效完成探究活動。

4.5 "協(xié)作探究，完成探究任務(wù)

經(jīng)過自主探究，學(xué)生對探究活動有各自的看法與成果。小組成員共享資源，交流想法與探究成果，在互相協(xié)作的過程中進(jìn)一步完善探究活動，深化探究知識，共同完成探究任務(wù)。在小組合作交流中，小組成員需將問題與成果記錄下來，以便查看探究進(jìn)程或匯報。

zSpace為學(xué)生提供多次的觀察與實驗的機會，讓學(xué)生充分體驗整個探究過程且不浪費資源與材料。在協(xié)作探究中，學(xué)生對知識進(jìn)一步理解與內(nèi)化，提高思維能力。教師組織學(xué)生進(jìn)行小組協(xié)作交流，實現(xiàn)資源互通，共同參與小組討論與交流。如果小組出現(xiàn)邏輯不清楚、存在困難等問題，教師應(yīng)馬上給予幫助，為學(xué)生解答疑惑，讓學(xué)生了解和掌握更多解決問題的方法。

4.6 "得出探究結(jié)論

學(xué)生經(jīng)過自主探究與協(xié)作探究，得出探究結(jié)論。為了驗證探究結(jié)論，學(xué)生可使用zSpace反復(fù)實驗來驗證結(jié)果，以確保實驗的準(zhǔn)確性。在反復(fù)驗證的過程中，知識進(jìn)一步鞏固與強化。在這一環(huán)節(jié)，教師主要監(jiān)督各個小組的完成情況，同時對結(jié)論存在疑惑的小組進(jìn)行點撥指正。

4.7 "展示成果，表達(dá)交流

教師組織小組進(jìn)行成果交流，各小組展示探究成果，分享探究心得，如探究過程中遇到的困難、解決的方法、收獲與感悟等。組間進(jìn)行探究結(jié)果的評價，傾聽其他小組的建議并與之交流。在這里，zSpace主要是作為探究成果展示區(qū)，給學(xué)生一個展示探究成果的機會，能直觀且全方位地展示小組的探究成果，同時對知識加以鞏固。教師通過小組的展示來了解學(xué)生探究活動的想法以及評價學(xué)生的探究成果，如有問題可以及時糾正，并且可以直接在zSpace上進(jìn)行演示，能更加直觀地觀察到結(jié)果。

4.8 "總結(jié)評價

經(jīng)過探究成果的交流，學(xué)生對探究過程與成果進(jìn)行反思，總結(jié)探究活動的優(yōu)點與存在的不足且作出自我評價，以使后續(xù)的探究活動做得更好。如果對探究成果進(jìn)行完善與修改，可以在zSpace的學(xué)習(xí)資源基礎(chǔ)上繼續(xù)探究。教師在zSpace上對學(xué)生的探究成果進(jìn)行總結(jié)與評價，在學(xué)生探究成果的基礎(chǔ)上對知識進(jìn)行補充與深入講解，糾正學(xué)生對一些知識的錯誤理解，以便學(xué)生加深對知識的理解，更好地構(gòu)建知識體系。

5 "結(jié)束語

zSpace能將教材中的知識呈現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生近距離觀察知識，幫助教師更好地完成教學(xué)。在基于zSpace的小學(xué)科學(xué)探究式教學(xué)設(shè)計流程中，學(xué)生能充分運用豐富的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行深入探究，體驗探究的過程；教師也能借助zSpace更好地開展個性化教學(xué)。在zSpace支撐下探究知識，能極大地提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生高階思維中的問題解決能力，促進(jìn)學(xué)生探究精神和實踐能力的養(yǎng)成。希望基于zSpace的小學(xué)科學(xué)探究式教學(xué)設(shè)計流程能為小學(xué)科學(xué)探究式教學(xué)更好地開展提供參考與借鑒。

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