小學(xué)科學(xué)探究式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計論文

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一、學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的理論基礎(chǔ)

探究式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計主要的理論基礎(chǔ)是建構(gòu)主義理論。

(一)學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)

建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)環(huán)境是學(xué)習(xí)者可以在其中進(jìn)行自由探討和自主學(xué)習(xí)的場所。學(xué)習(xí)環(huán)境是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的外部原因，學(xué)生可以利用環(huán)境中一切因素如學(xué)習(xí)資料、音頻、視頻等工具協(xié)作學(xué)習(xí)，只要學(xué)生使用得當(dāng)，就有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，也可以通過觀察環(huán)境中一些現(xiàn)象，提出問題，最后解決問題達(dá)到知識的意義建構(gòu)。

(二)協(xié)作學(xué)習(xí)

在建構(gòu)主義指導(dǎo)下的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計應(yīng)該注重學(xué)生的交互作用，這對學(xué)生完成知識的意義建構(gòu)起著決定性的作用。學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)境中，可以自主學(xué)習(xí)也可以進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，他們可以共同建立一個協(xié)作小組，相互交流討論，解決分歧，最后達(dá)成共識。

(三)意義建構(gòu)

學(xué)習(xí)的最終目的是能夠完成對所學(xué)科學(xué)知識的意義建構(gòu)，將知識納入自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，并能運用知識解決問題，促進(jìn)知識遷移。建構(gòu)主義教學(xué)環(huán)境設(shè)計注重創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生意義建構(gòu)的教學(xué)情境，學(xué)生對知識進(jìn)行了意義建構(gòu)也就意味著促進(jìn)了他們的學(xué)習(xí)，因此一切過程也是圍繞著“意義建構(gòu)”而展開，教學(xué)中一切活動都應(yīng)該以利于學(xué)生所學(xué)知識的意義建構(gòu)。

二、探究式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計

探究式學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計主要從兩個方面進(jìn)行設(shè)計，分別為學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)策略，學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括設(shè)計的知識領(lǐng)域，包括各種場景中知識鏈接和學(xué)習(xí)資源的設(shè)計，認(rèn)知工具的設(shè)計。探究式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計主要采用的策略分為兩大部分:自主學(xué)習(xí)策略和協(xié)作學(xué)習(xí)策略。自主學(xué)習(xí)策略中包括支架策略和自我反饋教學(xué)策略，協(xié)作學(xué)習(xí)策略主要包括小組討論和伙伴學(xué)習(xí)。

(一)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計內(nèi)容根據(jù)建構(gòu)主義的代表人物喬納森在1997年提出的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境模型CLE為基礎(chǔ)來分析和闡述學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的主要內(nèi)容，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下的設(shè)計模型主要是在理論指導(dǎo)下，對科學(xué)課程所涉及的內(nèi)容進(jìn)行全面設(shè)計，再結(jié)合自主學(xué)習(xí)策略和協(xié)作學(xué)習(xí)策略等進(jìn)行了循環(huán)設(shè)計，并進(jìn)行評價，使環(huán)境和學(xué)習(xí)成為統(tǒng)一整體。

(二)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計模型

根據(jù)前人的研究成果和理論依據(jù)，并在習(xí)海旭等人所提出的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的幫助下，設(shè)計出關(guān)于小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計模型。主要分為三個層面的設(shè)計，分別為“導(dǎo)航層”“探究層”“反思層”。

1．導(dǎo)航層面的設(shè)計。導(dǎo)航層面的作用主要在學(xué)生探究過程中給以適當(dāng)正確的引導(dǎo)，避免他們偏離主題。主要包括界面的菜單項設(shè)置、頁面布局等設(shè)置。

2．探究層面的設(shè)計。

(1)“探究層—物質(zhì)世界”模塊設(shè)計。首先分析關(guān)于“物質(zhì)世界”的設(shè)計，進(jìn)入物質(zhì)世界后，選擇“熱傳遞”現(xiàn)象，進(jìn)入場景，演示實驗，首先是一個空杯子，摸上去是涼的，倒入熱水后杯子外壁溫度升高，變熱，提出問題，找出引起這種現(xiàn)象的原因。然后學(xué)生進(jìn)入實驗環(huán)節(jié)，開始虛擬實驗。同樣在物體熱脹冷縮中，先演示一個現(xiàn)象后，然后提出問題，學(xué)生進(jìn)入實驗室進(jìn)行虛擬實驗完成探究。

(2)“探究層—生命世界”模塊設(shè)計。學(xué)生通過登錄進(jìn)入系統(tǒng)點擊“生命世界”進(jìn)入“植物生長”場景，進(jìn)入之后學(xué)生會發(fā)現(xiàn)場景中有一片土壤。在場景左邊可以選擇工具如鐵鍬、鋤頭、灑水壺，還有各種原材料植物種子、肥料、農(nóng)藥等;在場景的右邊是提示板，上面包括各種植物適宜生長環(huán)境、空氣濕度等提示信息;場景上方還有溫度計調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。進(jìn)入“動物世界”場景之后，首先呈現(xiàn)在學(xué)生面前的是森林環(huán)境中各種動物，讓學(xué)生近距離的觀察他們的生活，這樣不僅避免了現(xiàn)實中人們的某些對動物的恐懼感，而且他們能獲得對動物的真實了解。這里以“養(yǎng)蠶”為例子，首先拿到蠶卵，在一定的室溫環(huán)境下，等待孵出蟻蠶，適時適量地喂食、打掃衛(wèi)生等工作，同時一邊觀察蠶的生長情況，在飼養(yǎng)的過程中獲得經(jīng)驗和知識。

(3)“探究層—地球與宇宙”模塊設(shè)計。地球與宇宙模塊是學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)后，便進(jìn)去虛擬宇宙，跟著鼠標(biāo)在太空中漫游，觀察各大星球大小、形狀、位置等，也可以改變視角俯視平時等觀察星球運動和球體表面。在“星球運動”場景可以清晰地看到各大行星、衛(wèi)星的運行軌道、快慢、相對位置、大小等。用戶使用鼠標(biāo)在太空的旅行，以放大和縮小，改變觀察角度來瀏覽整個宇宙世界。在“日食和月食”中通過虛擬地球，月球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動，觀察在此過程中出現(xiàn)什么現(xiàn)象，以及出現(xiàn)現(xiàn)象時太陽、地球和月球的相對大小及位置等。

(4)“探究層—運動和力”模塊設(shè)計。在運動和力模塊，主要包括三個場景分別為“游樂纜車”“杠桿滑輪”“自制賽車”場景。在第一場景中，學(xué)生點擊進(jìn)之后便猶如在旅游景點乘坐纜車，沿途觀賞各種美景，立刻激發(fā)學(xué)生的好奇心，之后呈現(xiàn)在學(xué)生面前一個疑問是“纜車到底靠什么運動呢”，引起學(xué)生的猜想，接著進(jìn)入虛擬實驗室，來驗證各種假設(shè)最后得出結(jié)論。在杠桿滑輪場景中，進(jìn)入環(huán)境先演示起重機等機器工作過程，然后提出問題，學(xué)生進(jìn)行試驗，環(huán)境中擁有所有需要的虛擬工具。在自制賽車中，則是將運動和力結(jié)合起來考察，通過選擇工具來進(jìn)行探究。

(5)“探究層—水和空氣”模塊。在這一模塊中主要包括兩個場景“水的世界”“周圍空氣”。其中“水的世界”場景主要是通過呈現(xiàn)地球儀來引入學(xué)生探究。而“周圍空氣”首先給了一個文字情境猜謎語來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，然后再查詢空氣成分等資料，接著進(jìn)入實驗環(huán)節(jié)，利用水杯、水、吸管、火柴棒等工具來驗證空氣的存在、重量等。

(6)“探究層—我們自己”模塊設(shè)計。此模塊包括“觀察身體”和“運用器官”兩個場景，此模塊主要是向?qū)W生普及生理知識，在第一個場景中主要由虛擬人的人體解剖構(gòu)成，讓學(xué)生既可以了解身體的基本構(gòu)成也能認(rèn)識到身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在“運用器官”環(huán)節(jié)主要是綜合運用各個器官去觀察事物，傾聽聲音等。

3．反思層面的設(shè)計。反思層主要是學(xué)習(xí)者完成探究后，回顧自己的探究過程，學(xué)習(xí)者在探究學(xué)習(xí)完成之后進(jìn)入的一個環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者可以反思自己的學(xué)習(xí)過程，通過其中的成功與失敗得出一些經(jīng)驗和教訓(xùn)，可以留言與大家一起分享，也可以相互討論進(jìn)行解決問題。

三、結(jié)語

由于傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是以教為主的教學(xué)方式，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，探究式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計引入了更多的技術(shù)手段。首先，在每一個場景的設(shè)計中，都時時以探究性為核心，每一個情景都使學(xué)生主動思考，深入探究。其次，探究性虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境是以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ)的，主要是以學(xué)生為主體;教師在此過程中主要是輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。最后，探究式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中，讓學(xué)生坐在電腦前，體驗親臨現(xiàn)實般的親切感。為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)科學(xué)課程，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神，在未來要對環(huán)境設(shè)計加以改進(jìn)。首先，擁有更多的時間和精力，為小學(xué)科學(xué)課程創(chuàng)設(shè)一個更好更全面更科學(xué)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時也要擴展教學(xué)內(nèi)容，不能僅局限與教材上所需要掌握的內(nèi)容。其實，隨著技術(shù)的發(fā)展，其他多種理論的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計向著三維虛擬環(huán)境發(fā)展，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，改善學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率有著積極的作用。最后，在學(xué)習(xí)評價上要有更多更細(xì)致的評價方式。讓學(xué)生學(xué)會反思，促進(jìn)自己的發(fā)展。

作者：董麗 單位：西華師范大學(xué)教育學(xué)院