在3D虚拟世界中创设中学生项目式学习课程的探究

吴家璐 魏云刚

摘要：核心素養的培养已成为当今教育改革的重点，这使得项目式学习、STEAM教育理念被引入中国。借鉴这些先进的教学理念，针对中学生的核心素养的培养，我们展开了在3D虚拟世界中创设创新课程的探究。本文主要介绍和分析了相关课程设计理念，以及中国项目式学习存在的问题和突破，同时展示了几个较为典型的基于项目的3D虚拟世界建模探究课案例。     关键词：项目式学习  3D虚拟世界  STEAM教育

前言

面对全球化和信息化发展变革，职业需求越发丰富，教育要求也越来越高。许多国家都在思考如何培养适应新时代发展的新公民，并纷纷进行教育改革。

因3D虚拟世界带给学习者的创新型学习体验及对设施环境的低要求，笔者在其上开展了关于项目式学习课程开发的一系列探究，并创设了一套创新课程，编写了一本名为《3D虚拟世界项目式学习指南——小王子3D虚拟世界设计与制作》的课程指南。

一、相关概念

1.项目式学习与STEAM教育

项目式学习PBL（Project Based Learning）是一种基于构建主义的情境化教学方式，强调学生在问题情境中小组合作自主探究，通过解决问题或完成任务来获取知识、提升能力，逐步形成内在的核心素养。四大构成要素分别是项目、活动、情境和结果，在此基础上的PBL的学习模式主要由确定项目、制订计划、任务探究、产品创作、成果交流和总结评价六个基本流程组成。

STAEM教育这一概念最早在美国提出，是Science（科学）、Technology（技术）、Art（艺术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）的简称，指这五门学科的交叉融合。余胜泉等认为STEAM课程具有：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等特点。

2.3D虚拟世界及其教育应用价值

3D虚拟世界是一种能高度逼真地模拟人在现实世界中的视听触觉等高级人机界面，由人工智能、计算机图形学、人机接口技术、传感器技术和高度并行的实时计算技术等集成所生成，具有模拟三维空间、采用虚拟化身、提供交互式聊天工具这三个重要特征和创造性、交互性、情境性、沉浸性和多元性等多个特点。

3D虚拟世界提供了有利于激发学生学习动力的沉浸式学习环境，也有助于实现混合式学习和在线教育。学生往往愿意主动地完成学习任务，不再受到空间和时间的限制，实现现实生活中难以达成的学习目标，把构建出的知识内化为一种经验，并迁移解决新的问题。

项目式学习课程的开展易受到经费和设备的限制，而3D虚拟世界平台搭建于网络之上，学生在线体验学习任务，因此基于其上的创新课程的大范围普及成为可能。

二、3D虚拟世界中项目式学习课程的设计

下面根据项目式学习课程的特点，探讨在3D虚拟世界中如何开展相关工作。以探究学习《小王子3D虚拟世界设计与制作》的课程设计内容为例。

1. 教学理念及目标

让项目式学习在日常教学中得到应用推广，促进学生思维发展和人格健全是这次探究的目标和重点。根据国家课程重构的项目式学习特点和探究感悟，形成了以下五点教学理念。

（1）学习源于问题和任务的驱动

项目式学习强调在问题情境中进行探究学习，这就需要一个很好的情境创设，3D虚拟世界的趣味性和沉浸性恰好满足了这一要求。如在课程设计的情境创设阶段，借用《小王子》的故事情节，驱动学生结合文学艺术，所学数学、物理相关知识技能和实际生活经验去完成这一任务。

（2）通过作品来展示和检验学生的知识及能力

课程通过最终作品来展示和检验学生的学习情况，课堂上学生需要协作完成3D虚拟世界中建模项目，根据各组最终建造的视觉效果如人物造型是否精美、物体建造是否精巧等，就可以轻易地分辨出学生知识和能力的高低。

（3）重视学生的高级思维能力的培养

虚拟世界的教育应用有利于习得高级思维能力：分析能力、评价能力、创造能力;学生需要全面分析项目以确定小组分工、故事场景分布与搭建等内容;向学生提出了创新性的课堂任务，鼓励学生发挥想象创造自己心目中的世界。将评价机制融合到整个项目以提升学生的评价能力。

（4）利用多样化的学习工具支持学生的学习

学生在课程中会接触并学习到多种学习工具：极具情境性的3D虚拟世界平台、 专门的3D在线社区、Photoshop绘图工具、视频和PPT等多媒体技术等。

（5）采用多元化评价机制

参考了谢涛、刘革平关于Second Life中基于问题的学习评价方式的设计，评价主体包括自身、同学、老师，融合了个人和小组评价、过程性和总结性评价等多种评价方式。在准备阶段有

评价机制设计针对项目策划宣讲的定量评价;在探究阶段各组需要按周完成定性评价;在总结展示阶段，一方面有对于展示的定量评价，一方面还有关于整体项目的总结性评价。

2. 课程设计思路

课程设计的总体是按照“三阶段七步骤”的思路展开的：

3D虚拟世界项目式学习课程设计流程3. 针对相关问题的解决和突破

参考李志河和张丽梅提出的中国关于项目式学习的实践与研究方面存在的主要问题，在这次的课程设计探究中做了几个方面的突破。

（1）项目化承载技术学科核心素养

课程探究模拟现实生活中的项目工程开发过程，完全基于项目之上。通用技术课是项目化学习和STEAM课程在中小学教育中普及的主要途径，而虚拟世界课程可以直观地提升通用技术学科核心素养：技术意识、工程思维、物化能力、图样表达和创新设计，很好地承载通用技术新课标的要求，同时也可以提升信息技术学科素养中的信息意识、计算思维和运用数字化学习资源的能力。

（2）評价考核方式多元化

评价能力是当代社会新公民应该具备的高级思维能力之一，评价环节对于PBL课程而言也是深化探究价值的重要手段。

（3）拓宽基础教育中项目式学习应用领域

基础教育的项目式学习实践主要集中在应试科目和综合实践的小范围内，但3D虚拟世界赋予学生的“上帝视角”使其在创造虚拟世界的过程中自发性地学习和接受多门学科知识，自然而然地打破了应试教育的学科界限，打上了“创造”和“创新”的烙印。

（4）加入“项目测试”新环节

在课程开发中，笔者参照了软件开发流程，加入了“项目测试”环节，学生书写项目测试计划表，从多个方面测试场景，并试图改进和优化，使之更加贴合互联网产品开发过程，符合工程开发实际情况，并在总个过程中培养学生严谨的逻辑思维和评判性思维。

三、具体案例

1.角色——小王子等

小王子角色设计【课堂任务1】设计出心目中的小王子形象。

【操作指导】将效果截图和建模数据整理成指导步骤，按照面部与形体，调整眼睛头发与皮肤，服装，配饰与道具四个部分指导学生完成建模任务。

【课堂任务2】完成国王、飞行员的形象设计。

【教学设计意图】锻炼学生关于材质的选择、贴图的上传及使用、外观参数调节、物体的穿戴技巧等技能。培养学生的色彩搭配、服装设计能力和创新思维。

2.物体——飞机

【课堂任务1】请制作出一架飞机，要求：

（1）将外观改变为自己喜欢的颜色。

（2）机翼长度为8米，机身到机尾的长度为6米。

飞行员的飞机【操作指导】将制作过程分为贴图、机身、机头、机尾、机翼、着陆滑轮六个部分逐一讲解建模思路，并附上零件的相关数据。

【课堂任务2】升级飞机模型，要求：

让飞机拥有驾驶舱、更加酷炫和现代化。

【评价任务】完成本周的小组周报。

【教学设计意图】学生需要运用数学知识来换算各个零件的大小和位置。【课堂任务2】挑战学生的思维，迫使学生了解更多的科学知识，重新探究新的建模思路。

结语

在课程设计项目探究过程中，笔者对3D虚拟世界应用情况和项目式学习课程开发状况都进行了充分调研，设计出了一套基于项目式学习和STEAM教学理念的创新课程。除此之外，我们更参考诸多文献，总结出了此次探究的思想和经验，包括教学理念及目标、课程设计思路、课堂开展形式和针对相关问题的解决和突破等等，希望能够丰富3D虚拟世界在教育改革中的应用。

参考文献：

[1]卢晓琦，秦健. 基于项目式学习（PBL）的VEX机器人比赛选手准备过程模式构建[J]. 中国教育信息化，2017（17）：7981.

[2]余胜泉，胡翔. STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开发教育研究，2015，21（4）：1322.

[3]樊晓红. 虚拟世界的学习行为研究——教育研究的一个新领域[J]. 电化教育研究，2010（11）：2427.

[4]李文光，董志彪，张亚娟. 虚拟世界及其教育应用[J]. 电化教育研究，2008，11：1620.

[5]张文兰，张思琦. 混合式学习环境下课程项目式重构研究[J]. 中小学信息技术教育，2017，11：4144.

[6]谢涛，刘革平. Second Life中基于问题的情境式学习环境构建[J]. 现代教育技术，2010，20（3）：107109.

[7] 李志河，张丽梅. 近十年我国项目式学习研究综述[J]. 中国教育信息化，2017，16：5255.

责任编辑：黄大灿小学数学学习任务单设计的问题与策略