收稿日期：2023-06-20" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 修回日期：2023-07-06

作者簡介：周小燕，女，講師，博士研究生，研究方向?yàn)榭茖W(xué)教育。

基金項(xiàng)目：2022年廣東省教育廳線上線下一流課程“‘STEM教育與創(chuàng)客教育’”（粵教高函〔2022〕33號(hào)）；2020年廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于雨課堂的科學(xué)實(shí)驗(yàn)深度教學(xué)研究和改革實(shí)踐”（粵教高函〔2020〕20號(hào)）；2023年嶺南師范學(xué)院筑峰計(jì)劃專項(xiàng)項(xiàng)目資助“小學(xué)科學(xué)教師跨學(xué)科素養(yǎng)現(xiàn)狀與提升路徑研究”（嶺南師范學(xué)院基研院〔2023〕4號(hào)）；

2022年嶺南師范學(xué)院基礎(chǔ)教育改革項(xiàng)目“湛江市小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀研究”（嶺南師范學(xué)院教務(wù)〔2022〕128號(hào)）

摘" " 要：虛擬實(shí)驗(yàn)是一種新興的教學(xué)工具。其沉浸性、交互性，以及可跨時(shí)空創(chuàng)設(shè)情境的優(yōu)點(diǎn)使其在教學(xué)過程中被廣泛應(yīng)用。實(shí)踐研究表明，在主題探究、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、合作交流和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為“腳手架”的深度教學(xué)情境下，學(xué)習(xí)者經(jīng)歷了積極主動(dòng)、交流互動(dòng)、概念理解、反思調(diào)控和積極情感體驗(yàn)等深度學(xué)習(xí)體驗(yàn)過程；學(xué)習(xí)者的反思內(nèi)容體現(xiàn)了知識(shí)整合、問題解決、判斷分析、反思改進(jìn)和遷移應(yīng)用等深層學(xué)習(xí)認(rèn)知過程。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；深度學(xué)習(xí)；反思文本；內(nèi)容分析法

中圖分類號(hào)：G642" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1002-4107（2024）03-0025-04

一、引言

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)作為一種新興的教學(xué)工具，在教學(xué)過程中的應(yīng)用越來越廣泛。通過虛擬實(shí)驗(yàn)操作，不僅可以使學(xué)生重現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行多次調(diào)整，實(shí)現(xiàn)多次實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)的沉浸性、交互性和可跨時(shí)空創(chuàng)設(shè)情境的優(yōu)點(diǎn)，可以將學(xué)科理論教學(xué)和實(shí)踐過程深入地融合。虛擬實(shí)驗(yàn)可以通過增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、提供“腳手架”等精細(xì)化教學(xué)交互設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生理解復(fù)雜概念，達(dá)到深度學(xué)習(xí)。然而，關(guān)于學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)過程中具有哪些特征，已有的研究中并沒有給出明確答案。因此，文章基于深度學(xué)習(xí)的視角，采用反思文本分析法挖掘?qū)W生在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中的元認(rèn)知能力，為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供啟示。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)模型

深度學(xué)習(xí)是一種生成過程，其要求學(xué)生積極地理解新信息，包括激活與新信息相關(guān)的現(xiàn)有知識(shí)、識(shí)別現(xiàn)有知識(shí)和新信息之間的差距，以及將新信息與現(xiàn)有知識(shí)整合成一個(gè)連貫的系統(tǒng)等。生成過程需要學(xué)生通過探索和實(shí)踐不斷更新認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并逐漸形成更深層次的理解。張浩等人認(rèn)為，深度學(xué)習(xí)是在合作探究學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)主體主動(dòng)建構(gòu)個(gè)人知識(shí)體系并遷移應(yīng)用到合作探究學(xué)習(xí)環(huán)境中，最終促進(jìn)深度學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成[1]。課堂中，深度學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的呢？郭華認(rèn)為，課堂中學(xué)生發(fā)生深度學(xué)習(xí)需要教師做好以下幾項(xiàng)工作。第一，具有清晰明確的教學(xué)目標(biāo)，并根據(jù)教學(xué)目標(biāo)準(zhǔn)備符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)化材料；第二，要有合理完整的教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)任務(wù)需要按照計(jì)劃有目的地完成；第三，營造安全、平等、合作、互動(dòng)的學(xué)習(xí)氛圍；第四，要有即時(shí)評(píng)價(jià)，同時(shí)根據(jù)教學(xué)反饋信息對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)及活動(dòng)做出相應(yīng)調(diào)整[2]。李洪修等人構(gòu)建了虛擬環(huán)境下的深度學(xué)習(xí)模型，并從深度學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備、知識(shí)遷移與建構(gòu)和深度學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)3個(gè)階段闡述了虛擬環(huán)境下深度學(xué)習(xí)模型的運(yùn)行機(jī)制[3]。茹婷婷等人將虛擬實(shí)驗(yàn)微課程融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，此模式可以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)[4]。周小燕基于B.布魯姆（B. Bloom）的教育目標(biāo)分類理論，在實(shí)驗(yàn)研究課程中融入物理實(shí)驗(yàn)推文來激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)[5]。吳秀娟等人構(gòu)建了基于反思的深度學(xué)習(xí)過程模型，認(rèn)為學(xué)習(xí)者的反思貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過程，可通過對(duì)學(xué)習(xí)過程及結(jié)果的調(diào)控來促進(jìn)問題解決，而反思作為一種重要的高階思維能力可以促進(jìn)深度學(xué)習(xí)[6]。

B.布魯姆的教育目標(biāo)分類理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者獲得知識(shí)的過程要經(jīng)歷記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造這種由低至高的6個(gè)層次的認(rèn)知過程。這與深度學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者的認(rèn)知發(fā)展過程基本一致?；诖?，本研究構(gòu)建了基于反思的虛擬實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)模型（圖1）。

三、研究實(shí)施過程

本研究中的虛擬實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)過程是由教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，選擇虛擬實(shí)驗(yàn)探究主題。學(xué)生了解虛擬實(shí)驗(yàn)的原理、任務(wù)和目標(biāo)；教師講授虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的操作方法；學(xué)生通過小組合作探究，并進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)交流、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐、虛擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。虛擬實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，教師都會(huì)引導(dǎo)學(xué)生分析、反思，整個(gè)過程循環(huán)迭代。最后，教師要求每個(gè)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)過程寫一份反思文本。

學(xué)生的學(xué)習(xí)反思文本最能體現(xiàn)個(gè)人的真實(shí)思維發(fā)展過程，是深度學(xué)習(xí)的一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。卜彩麗等人研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)反思日記可以有效促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的發(fā)展，撰寫反思日記可作為提升學(xué)生元認(rèn)知能力的重要策略[7]。綜上所述，學(xué)生的反思文本可以體現(xiàn)深度學(xué)習(xí)過程，是學(xué)生元認(rèn)知能力發(fā)展最有力的依據(jù)，因此，教師通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)反思文本，可以挖掘?qū)W生參與深度學(xué)習(xí)的過程。

四、研究樣本和分析方法

本研究以GD省LN高等師范院?？茖W(xué)教育專業(yè)大三年級(jí)46名學(xué)生為研究對(duì)象，對(duì)“數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究”課程的反思文本進(jìn)行調(diào)查研究。作為課程考查的一部分，反思文本內(nèi)容包括：對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的真實(shí)感受、收獲、體會(huì)和想法；虛擬實(shí)驗(yàn)探究過程中遇到的問題、解決方法、是否得到收獲；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如何創(chuàng)新、遷移等。

本研究主要采用內(nèi)容分析法，并利用分析工具對(duì)反思文本進(jìn)行編碼歸類與分析，具體操作步驟為：將個(gè)人反思文本批量導(dǎo)入 NVivo 12 Plus（專業(yè)級(jí)的質(zhì)性數(shù)據(jù)分析和編碼）軟件中；反復(fù)閱讀反思文本，根據(jù)內(nèi)容分析編碼表建立各個(gè)節(jié)點(diǎn)，完成節(jié)點(diǎn)編碼。同時(shí)，為了避免主觀因素對(duì)研究結(jié)論產(chǎn)生爭議，邀請(qǐng)兩位研究助理對(duì)此進(jìn)行編碼，結(jié)合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，三者的編碼結(jié)果一致，說明本研究內(nèi)容分析有較高一致性信度。

五、反思文本內(nèi)容分析

（一）深度學(xué)習(xí)體驗(yàn)分析

從課堂教學(xué)角度來看，深度學(xué)習(xí)就是學(xué)生在教師的幫助下，依據(jù)某主題，全身心參與、體驗(yàn)、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。在淺層學(xué)習(xí)中，學(xué)生能注意到某種現(xiàn)象并在情感上做出簡單反應(yīng)，其情感水平停留在較低的“接受、反應(yīng)”層次。但在深度學(xué)習(xí)中，學(xué)生有著強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣、內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、積極的情感投入，能正確評(píng)估某種現(xiàn)象的價(jià)值，其情感水平處于較高的“價(jià)值評(píng)價(jià)、組織、價(jià)值體系個(gè)性化”層次?；诖?，深度學(xué)習(xí)體驗(yàn)應(yīng)該包括主動(dòng)學(xué)習(xí)，師生、生生之間保持有效互動(dòng)，學(xué)習(xí)材料、時(shí)間和空間得到充分保障，學(xué)生對(duì)知識(shí)形成真正的理解，學(xué)生的自我監(jiān)控和反思能力得到培養(yǎng)，學(xué)生獲得積極的情感體驗(yàn)等內(nèi)容。本研究基于以上理論，分析反思文本中的深度學(xué)習(xí)體驗(yàn)（表1），分析單元為一份文本。

通過反思文本分析（圖2），有91.30%的學(xué)生認(rèn)為“能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)”，在反思文本中出現(xiàn)了“自主”“自覺”等詞，體現(xiàn)了學(xué)生能夠積極主動(dòng)地參與到虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中去；89.13%的學(xué)生認(rèn)為“虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中有很多師生、生生互動(dòng)，可以向老師詢問、跟組員一起交流”等；有80.43%的學(xué)生認(rèn)為“這種虛擬學(xué)習(xí)材料能夠得到充分保障”，這也體現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式能夠提供豐富的教學(xué)資源；有84.78%的學(xué)生認(rèn)為“虛擬實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)過程可以幫助我們理解知識(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)通過反復(fù)做，實(shí)驗(yàn)中的物理知識(shí)就能深刻理解”；有82.60%的學(xué)生認(rèn)為在虛擬學(xué)習(xí)過程中他們有很好的自我監(jiān)控和反思能力，“一開始實(shí)驗(yàn)達(dá)不到目標(biāo)要求，原因是虛擬砝碼質(zhì)量沒有選擇對(duì)，要搞明白實(shí)驗(yàn)原理和步驟，實(shí)驗(yàn)才會(huì)比較順利”；有86.95%的學(xué)生認(rèn)為在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中獲得了積極的情感體驗(yàn)，“這種虛擬學(xué)習(xí)很有意思，不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)不成功又要重復(fù)做，不用擔(dān)心器材不足，很有趣，像是在玩游戲，很治愈”。綜上可知，反思文本體現(xiàn)了學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中能夠主動(dòng)參與，獲得了比較積極的情感體驗(yàn)，真正理解了知識(shí)，在學(xué)習(xí)過程中提升了自我監(jiān)控和反思能力，學(xué)習(xí)過程中有較多的師生和生生互動(dòng)，這些都從側(cè)面反映了學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)達(dá)到了深度的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（二）反思文本認(rèn)知過程分析

B.布魯姆的教育目標(biāo)分類理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者個(gè)體獲得知識(shí)的過程要經(jīng)歷記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造這種由低至高的6個(gè)層次的認(rèn)知過程，其中，深度學(xué)習(xí)是一種以高水平思維為核心特征的高階學(xué)習(xí)，要求學(xué)習(xí)者運(yùn)用分析、綜合、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等高階認(rèn)知技能來開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。因此，反思文本中可以體現(xiàn)認(rèn)知過程（表2）。本研究基于以上理論分析反思文本中的認(rèn)知過程，以一份分析反思文本為一個(gè)分析單元，以出現(xiàn)的相關(guān)的認(rèn)知過程細(xì)目語言為準(zhǔn)。

通過反思文本認(rèn)知過程分析（圖3），記憶類的文本占比為11.25%，明確實(shí)驗(yàn)要求的接受類的文本占比為9.84%，說明學(xué)生在概念識(shí)記、現(xiàn)象描述、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、接受和明確任務(wù)等淺層學(xué)習(xí)上的文本占比為21.09%；整合多元信息資源以解決問題的文本占比為12.18%，表明學(xué)生有意識(shí)地對(duì)問題及信息資源進(jìn)行剖析、分辨，以更好地組織和補(bǔ)充知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；關(guān)于問題解決的描述類的文本占比為15.09%，表明學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)過程中描述、分析問題，并提出多種解決的方法；關(guān)于分析判斷的文本占比為17.21%，表明學(xué)生在遇到問題或困難時(shí)能夠理性分析，并充分利用身邊的資源，找到合適的問題解決方案；關(guān)于反思改進(jìn)的文本占比為15.74%，表明學(xué)生對(duì)探究活動(dòng)的有關(guān)知識(shí)內(nèi)容和涉及的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入的思考，客觀地對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行批判，并針對(duì)不足，結(jié)合資料提出改進(jìn)創(chuàng)新方法，充分體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和求知的渴望，并表現(xiàn)出學(xué)生的深度學(xué)習(xí)能力正在不斷發(fā)展中；關(guān)于跨情景遷移的文本占比為18.69%，表明學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、對(duì)問題與困難的看法、對(duì)探究過程與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等的反思已不再局限于表面，而是能夠主動(dòng)進(jìn)行多方面遷移、多層次的深度學(xué)習(xí)。

六、研究結(jié)論

經(jīng)過對(duì)一個(gè)學(xué)期的虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)課程中46篇課程反思文本的分析，圍繞研究問題，本研究的結(jié)論如下。

第一，關(guān)于深度學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有91.30%的學(xué)生認(rèn)為“能夠主動(dòng)參與學(xué)習(xí)”；有89.13%的學(xué)生認(rèn)為“跟老師、跟同學(xué)、跟組員有交流和互動(dòng)”；有80.43%的學(xué)生認(rèn)為“虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)可以確保學(xué)習(xí)材料，不擔(dān)心實(shí)驗(yàn)器材損耗”；有

84.78%的學(xué)生認(rèn)為“虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)幫助其理解科學(xué)概念，通過反復(fù)虛擬演示，幫助其理解實(shí)驗(yàn)中的概念”；有82.60%的學(xué)生認(rèn)為“在學(xué)習(xí)過程中，其自我監(jiān)控和反思能力得到了提升”；有86.95%的學(xué)生認(rèn)為“虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)讓他們獲得了比較積極的情感體驗(yàn)，能積極主動(dòng)地、批判性地整合新知識(shí)，將理解知識(shí)用于解決問題和遷移到新情境中”。

第二，關(guān)于認(rèn)知過程，有11.25%的文本是關(guān)于記憶認(rèn)知的，其中主要的是關(guān)于概念或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象描述的，有9.84%的文本是描述接受，主要是明確實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的要求，而在B.布魯姆的教育目標(biāo)分類理論中，記憶和接受屬于淺層學(xué)習(xí)過程，可見，學(xué)生在本研究的虛擬學(xué)習(xí)過程中，共有21.09%的反思文本是描述了他們的淺層學(xué)習(xí)。關(guān)于整合資源以解決問題的文本占比為12.18%，表明學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中有意識(shí)地對(duì)多種資源進(jìn)行剖析、分辨和整合用于解決學(xué)習(xí)中遇到的問題。有15.09%的文本是描述問題解決，即描述對(duì)問題的分析，對(duì)問題方法的比較和選擇等認(rèn)知過程。關(guān)于分析判斷的文本占比為17.21%，顯示學(xué)生在遇到問題或困難時(shí)，能夠理性分析、邏輯推理，并充分利用身邊的資源，通過與同伴合作找到合適的問題解決方案。關(guān)于遷移應(yīng)用和反思改進(jìn)的文本占比為34.43%，表明學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、對(duì)問題與困難的看法、對(duì)探究過程與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等的反思已不再局限于表面，而是能夠主動(dòng)進(jìn)行多方面遷移、多層次的深度學(xué)習(xí)。

七、結(jié)束語

虛擬實(shí)驗(yàn)作為一種新興的教學(xué)工具，其沉浸性、交互性和可跨時(shí)空創(chuàng)設(shè)情境等的優(yōu)點(diǎn)使其在教學(xué)過程中被廣泛應(yīng)用。只要教學(xué)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中就可以達(dá)成較好的深度學(xué)習(xí)目標(biāo)。本實(shí)踐研究表明，在主題探究、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、合作交流、虛擬實(shí)驗(yàn)的深度教學(xué)設(shè)計(jì)情境下，學(xué)生經(jīng)歷了積極主動(dòng)、交流互動(dòng)、概念理解、反思調(diào)控等深度學(xué)習(xí)體驗(yàn)過程。在學(xué)生的反思文本語言描述中，大部分內(nèi)容是關(guān)于整合、問題解決、判斷分析、反思改進(jìn)、遷移應(yīng)用等深層學(xué)習(xí)認(rèn)知過程，這也反映了在虛擬實(shí)驗(yàn)探究過程中學(xué)生經(jīng)歷了深度學(xué)習(xí)。

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■ 編輯∕丁俊玲