李波 郎洪笃 赵浩如

[摘   要]为进一步落实教育信息化改革，四川省成都市锦江区选择试点学校，尝试将信息技术与课程建设进行深度融合，将AR/VR技术引入小学课堂，开展了沉浸式体验课程，取得了一定成效，并总结了课程设计与实施的经验，成为教育信息化建设中突破创新的“奋进之笔”和“得意之作”。

[关键词]AR/VR;小学;信息技术;沉浸式;体验课程

一、实施背景

2017年，《国务院关于印发国家教育事业发展“十三五”规划的通知》提出“要全力推动信息技术与教育教学深度融合”。2018年，教育部明确将虚拟现实技术列入教育信息化的年度重点工作任务。为丰富多元化教学方式，促进教学质量提升，四川省成都市锦江区探索新技术应用，开展沉浸体验课程建设，将AR/VR引入课堂，使学生可通过虚拟观察，借助体验教室的虚拟场景和体感交互功能，开展模拟消防演练、知识夺宝等沉浸体验课程[1]。根据区电教馆前期的调研成果，确定在信息化应用程度较高的锦江区盐道街小学和天涯石小学两所学校开展试点工作。这两所学校均有能力在项目执行推广中总结研究成果，体现以学生为中心，实现自主学习、合作学习、探究学习的方式方法，通过技术手段和应用策略，做好相应资源的累积与准备，为下一阶段的推广工作奠定基础。

二、设计方法

1.总体设计

此次建设覆盖虚拟现实实验教学的所有环节，涉及教学资源、教学计划、教案开发、学生成绩、系统管理等方面（见图1）。

一是云VR教学综合管理平台及多媒体素材库。利用先进的云端3D及数据存储技术所打造的综合管理平台，帮助教师及相关课程管理人员对课程、教学资源等进行统一管理。多媒体素材库则包括VR课程包、VR教师教学教案、学生VR课堂效果记录（成绩评估）。

二是教师端课堂组织。教师可以利用该系统全面、准确地把控课程进度，组织课堂讨论、互动游戏、课堂小测验等VR平台教学活动，还可以對一定范围内的学生端进行统一监控，利用云平台提供的功能与学生进行互动式提问等。

三是学生端VR互动学习。作为传统课堂的升级，VR互动能够帮助学生全方位了解知识点。利用3D可视化、语音、视频及交互等技术及VR交互硬件设备（传统）实现知识的多媒体展示与教学。这一学习过程通过任课教师统一发起教学和学生小组学习两种模式进行。

四是学科VR教学课程包。作为教学资源及教学工具的升级，要针对中小学不同课程，开发相应教学内容的课程包。

2.技术路线

系统包括客户层、应用层与数据库层。客户层利用AJAX框架实现整体客户层的建立。应用层又分为控制层、业务逻辑层及基础服务层。控制层主要完成有关控制、参数解析及会话管理等任务;业务逻辑层通过跨终端APP技术实现，具体完成个人中心、教学后台及学生信息平台等处理工作;基础服务层实现VR展示、时间服务、消息服务、成绩管理及VR课堂日志管理等任务。

3.场景设计

在课堂上，通过一体机的教师端和学生端APP，可以实现多人同时在线交互。教师能与50名学生身处同一个虚拟实验空间，这一过程中，教师可以控制VR实验的进度，与学生在虚拟环境内互动，监控并协同监督学生对APP的使用。互动场景的设计让学生得以从枯燥、静态、单向的知识记忆进入生动、交互的3D虚拟现实中学习。VR设备间配置如表1所示。

三、课堂实施的前提

1.课堂教学应用的理论基础

建构主义学习理论认为，学习不是教师向学生单向传递知识，而是由学生以个体原有的认知为基础，学习新信息并编码，主动建构自己的理解，丰富自己的认知的过程[2]。学习是发生在一定情境中的变化的过程，适宜的情景可以提升学习效率，改善学习效果。当现实生活中的情景无法完全满足多样化学习的需求时，虚拟现实技术成为重要工具。

2.基于VR的课堂教学策略

为将VR新技术运用于小学课堂，学校进行了大量探索，努力使教学内容与教学策略相匹配。

（1）VR情境教学策略。新课改强调学生的主体地位，重视学生主动学习，虚拟现实技术正是促进学生主动学习的新工具。一是创设情境，激趣引入（VR创设情境—获得体验—引发思考）。如教学小学科学（教科版）六年级下册“太阳系”一课时，关于太阳系的天体，学生通过前期查阅资料已有一定的了解，但对于太阳系各天体的大小、位置、形状、运动方式等缺乏感性认识。于是教师在学生交流所收集的资料后，再让学生戴上VR眼镜，使其置身于太空视角，观看VR技术所呈现的太阳系各天体的形状、颜色和相对位置，为下一步制作太阳系模型奠定基础。二是主动思考，相互印证（创设情境—提出假说—动手实验—VR验证结果）。如教学“月相变化”一课时，教师先让学生根据教材内容自己动手设计模拟实验，然后再让学生利用VR技术观看月相成因，与自己的模拟实验对比，寻找设计中的不足并加以改进。

（2）VR体验式教学策略。VR技术可以吸引学生积极探索与参与，有效开展积极的建构性活动从而激发学习动机，增强学习体验。如小学生的安全课程，可以通过VR技术直观地呈现各种自然灾害的场景。如“火场逃生”一课，包括“知识讲解—技能示范—巩固练习（VR）—归纳总结”的过程。教师首先展示各种火灾现场实录，讲解基本的自救措施。然后再利用VR技术，虚拟火灾现场，学生如身临其境，利用交互手段，完成火场逃生，从而掌握基本技能。

四、实施成效

1.创建全新教育手段

锦江区AR/VR教室建设项目为学校提供了全新的教育手段，解决了传统课堂与在线课堂中沉浸性不足的问题，将课堂环境、讲学教师、知识影像、动手实验等内容，整合至一个完整的虚拟时空场景，有利于在教学过程中突破时间与空间的局限，将抽象的概念与知识用形象直观的形式呈现，为教师提供更自由的教学空间。

2.提升教學效果

该项目从趣味性、视觉性以及信息性三方面提升了教学成效。一是让学生更关注课堂，对教学内容更感兴趣，从而提升课堂的粘性。二是改变知识教学的枯燥性，尤其是对于美术、音乐等特色教育，能以更直观的视觉化方式实施教学，显著提升了教学效果;三是利用虚拟现实中影像与信息的无限制叠加，让学生能够更自然地将知识与实际场景结合，从而提升学习效果。

3.变革教育理念

该项目通过前沿技术的引用，实现了教育理念的变革。以虚拟现实技术为教学工具，将传统的应试教育理念逐渐引向素质教育、快乐教育和技能教育的层面。

4.打造装备亮点

作为国内将虚拟现实技术与课堂教育结合的实践应用的先驱引导，发挥了锦江区作为成都文化中心与科技创新中心的优势，建立了示范性教学课堂，在全省范围内起到了示范作用。

五、虚拟现实技术

在课堂教学应用中几点思考

1.对教师教学设计能力和教学能力的挑战

基于VR的课堂与传统课堂存在明显的差异，教师教学设计能力和教学能力的水平对VR技术在课堂中的实效具有重要影响[3]。首先，教师要更新自身知识结构，了解并熟练使用新技术。其次，教师应转变自己的角色，成为学习的引导者和课程的开发者，应学会根据不同教学目标挑选合适的设备和软件系统，对教学计划进行重新设计和规划，并及时反思，实现技术与教学的深度融合。

2.避免新技术带来的不良反应

对于虚拟现实设备后带来的体验，部分学生会有不适应，在使用设备前，应学生身体情况进行了解，对设备和软件进行评估，做好安全保障措施，指导学生正确使用，避免消极影响。

虚拟现实技术在课堂教学中的运用带来了全新的学习体验。学校应当依据教育规律，借助VR技术构建技术平台下的新型教学模式，将更好的教育带给学生。

参考文献

[1]张春华，吴莎莎.沉浸式学习背景下虚拟现实技术的教育应用[J].中国现代教育装备，2018（20）：68-72.

[2]江雪清，宋万琚.建构主义理论下探究性学习的特征与策略[J].新课程研究，2021（09）：37-38.

[3]曹灵芝，郎洪笃.信息技术赋能劳动教育融合课程的开发与实践[J].教育科学论坛，2020（32）：30-33.

（责任编辑 郭向和   校对 姚力宁）

作者简介：李波，四川省成都市锦江区马家沟小学校教师，E-mail：305710469@qq.com（四川成都，610066）

郎洪笃，四川省成都市天涯石小学高级教师，E-mail：22261274@qq.com（四川成都，610021）

赵浩如，四川省成都市锦江区教育局电化教育馆教师，E-mail：184186857@qq.com（四川成都，610065）