基于扎根理论的虚拟现实技术在小学教育中的应用研究

梁博 徐鑫

10.3969/j.issn.1671-489X.2020.21.014

摘  要 对17位来自小学的教师进行访谈，使用扎根理论的方法研究虚拟现实技术在小学教育中的应用，通过扎根理论的三级编码，最终得出虚拟现实技术在小学教育中应用的方法、优势、局限性以及克服局限性的方法。

关键词 虚拟现实技术;扎根理论;小学教育;虚拟实验室;VR教学系统

中图分类号：G434    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）21-0014-03

1 虚拟现实技术

近年来，随着计算机软硬件技术、传感技术、智能控制以及多媒体技术的井喷式发展，更加具有沉浸性、交互性和想象性特性的虚拟现实技术（VR）也得到广泛应用。虚拟现实技术是一种在计算机中生成的高度还原的虚拟环境，在虚拟环境中可以给系统的使用者带来逼真的视觉、听觉等感官感受，并通过使用虚拟现实眼镜、手柄等特殊设备，运用选定、移动等特定的方式与虚拟环境中的对象进行交互，进而获得一种身临其境的真实体验。

随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术在生活中的应用也越来越广泛，与军事、医疗、教育等领域的结合也使得这些领域发生质的变革。在教育领域，虚拟现实技术的应用与教育领域强调的以学习者为中心、重视教学体验等需求结合产生了VR教学系统。VR教学系统能创设出真实并且十分科学的学习环境，可以让学习者在虚拟场景中进行更为有效的探究性学习。

虚拟现实技术可以为学习者创设更加具象的表征、更加便利的学习任务和情境，学习者可以通过与计算机生动的交互体验，在虚拟环境中观察、探索和试验，极大地拓宽认知范围，进而大大激发学习动机和学习兴趣。因此，对于小学教育而言具有重要的现实意义。

2 研究方法与过程

研究对象  本研究采用的是目的性抽样的方法，在三所公立小学中共抽取出17名教师，其中教龄20年以上的教师八名，教龄10～20年的教师五名，教龄10年以下的教师四名，教授科目涵盖语文、数学、英语、美术、信息技术。

研究方法  扎根理论的方法是首先与研究对象进行一对一的访谈，然后对通过访谈得到的原始资料进行总结和提炼，得到系统性归纳，也就是原始资料范畴化;接下来进行三级编码，即通过比较分析相关内容并将其理论化，建立各概念范畴之间的联系，一直到形成系统性的理论框架。扎根理论的核心步骤主要包括开放式编码、主轴编码和选择性编码，具体流程如图1所示。

资料收集  本研究從小学教师对虚拟现实技术的认识、虚拟现实技术在小学教育中应用的方法和优势、目前虚拟现实技术在小学教育中应用的局限性以及如何克服这些局限性等方面，采取面对面访谈或是网上交流的方式获取这17位教师的观点意见。表1是对教师进行访谈的问题。

资料整理与分析  完成访谈后，对访谈得到的资料进行整理和分析，对其中三分之二的资料使用扎根理论的方法来进行三级编码，另外三分之一的资料用于扎根理论的饱和度检验。扎根理论的核心环节就是对资料进行三级编码，同时三级编码也是进行理论建构的分析程序。编码就是将访谈资料划分为各个小部分，赋予每一部分概念，再以新的归类方式将数据重新放在一起的操作化过程[1]。

1）对原始访谈资料进行一级编码。一级编码是三级编码中的第一步，也称为开放式编码。一级编码是对收集到的原始资料进行初步的整理和分析来得到初始概念，通过提取资料、贴标签、范畴化这三个具体步骤实现。

①提取原始资料。首先通过对访谈得到的原始资料进行标注、编码和登录，实现对原始资料的提取。

②贴标签。开始对初始资料进行对比分析得到概念，然后排除过于简单和相对模糊的初始概念，在最后得到原始语句及最终的初始概念。

③范畴化。对初始概念中超过三次重复率的词条进行范畴化，最终得到相互矛盾的初始概念。

在本文的研究中，范畴化的结果即为教师对于虚拟现实技术应用的方式、优势以及局限性的基本观点。例如，有教师提到，通过虚拟现实技术创建的虚拟环境可以让学生在虚拟环境中体验到火灾、地震这些灾害来临时的真实场景，就可以把它范畴化为“利用虚拟现实技术进行仿真演练”。

2）对初始概念进行二级编码。二级编码也称主轴编码，是通过归纳和演绎，把一级编码所得的有各种关系的初始概念连接在一起，然后将这些关系抽象为更具有统领意义的类属。主轴编码中，对每一个范畴依次进行深层分析，得到范畴之间存在的潜在的相关关系，形成主轴或轴心。例如，有教师还提到，可以在课堂上利用虚拟现实技术展示一些场景，让学生有身临其境的感觉，对于所学内容有更加详细的了解，增强教学的直观性。这一点可以与上面提到的初始概念“利用虚拟现实技术进行仿真演练”整合为类属关系——“利用虚拟现实技术创建真实情境”。

3）对主轴进行三级编码。三级编码也称为选择式编码，是通过整合和凝练，进一步分析二级编码中所得的类属关系，根据研究意图，深化出其中的核心类属。本文的探究得到的轴心编码以及核心类属见表2，核心类属的联结关系见图2。

4）理论饱和度检验。理论饱和度检验就是利用这次访谈记录中另外三分之一的原始词条资料进行饱和度校验，在不获取另外资料的基础上，检验已得出的核心范畴以及类属关系中是否已经包含所有的因素，决定是否停止采样。检验结果得出，通过编码探索出的范畴和类属对虚拟现实技术在小学教育中的应用已显示充分，并且在四大范畴中均没有发现有新的范畴与其有交叉的联系，主轴范畴内部也没有产生新的概念。因此，所构建的虚拟现实技术在小学教育中应用的理论模型在理论上已经达到饱和。

3 研究结果与分析

虚拟现实技术在小学教育中的应用方法

1）利用虚拟现实技术创建真实情境。在小学教育阶段，课堂教学更加强调教学的直观性和具体形象性，利用虚拟现实技术的沉浸性、交互性和想象性，可以让学生更加直观具体地学习课本上的内容。校园突发事件应急演练是每个学校必须进行的活动，可以降低在突发事件发生时的人员伤亡、财产损失等，但很多突发事件无法进行真实的演练，如火灾、地震等。教师可以在虚拟现实技术创造的虚拟环境中进行演练，既让学生对这些突发事件有所认识，学会保护自己，又可以节省人力、物力。一个完备的虚拟现实系统可以反复使用。如在教学小学语文《戈壁》一文时，首先可以使用虚拟现实技术让学生身临其境地感受戈壁的气候和环境，对戈壁有了视觉、听觉上的印象，产生浓厚的学习兴趣，从而更好地进行接下来的课堂学习。

2）利用虚拟现实技术进行模拟实验。在实验教学中，因为存在很多实际条件的限制，有很多有毒、有害实验以及小学生无法独立完成的实验是无法让学生直接参与的，很多实验无法实质性地开展。教师可以利用虚拟现实技术让学生在虚拟环境中进行模拟实验，既让学生亲自体验实验的过程，并且了解实验的操作，也让学生远离了实验过程中可能发生的一系列危险。模拟实验也可以保证实验过程的科学性、替代性、可视化、可操作性等。如让低年级学生在实验室使用酒精灯是无法避免的，在进行使用酒精灯的實验时，可以使用虚拟现实技术让学生在虚拟实验室中进行实验，避免使用酒精灯可能发生的危险。

虚拟现实技术在小学教育中的应用优势

1）符合小学生身心发展特点。小学生的身心发展还不成熟，在一整节课中保持注意力集中较为困难，注意力集中时间一般为20～25分钟。在小学课堂中，教师需要不断地提供外部刺激来提高学生的注意力，虚拟现实技术教学系统可以很好地在课堂中吸引学生的注意力。

2）教学效果更好。在皮亚杰的认知发展阶段理论中，小学生处于具体运算阶段，只能进行简单的逻辑演算，但仍然缺乏抽象性，所以小学课堂教学还要以直观形象为首要原则。在课堂上利用虚拟现实技术进行教学，展示学习对象更加具有直观、形象的特点，可以提高学生的注意力，增强学生的学习兴趣与探究能力，加深学生的课堂体验，让学生在课堂上的参与感更强。

3）实验安全性、操作性更强。小学阶段也有一些相对比较危险的实验，以及很多由于实际条件限制而无法实质开展的实验，比如使用酒精灯、有毒有害气体的挥发等。利用虚拟现实技术构建虚拟实验室[2]，让学生在虚拟实验室里做一些危险的实验，既可以深入学习实验的过程和原理，又能保证安全。虚拟实验室可以反复使用，减少人力、财力的消耗。

虚拟现实技术在小学教育中的应用局限性

1）研发成本高。虽然虚拟现实技术已逐步成熟，但对于学校来说，购买设备、后期维护、专业人员引进还是一笔很大的投入。使用虚拟现实技术进行教学，一台设备也是不够的，需要每个小组甚至是每个学生都能得到一台设备，这样才能做到普及，达到预定的学习效果。这些设备价格高昂，所以很难普及，但是可以通过教师及相关领域的专家积极展开研究，证明虚拟现实技术对于教学的重要性及可实现性，从国家层面支持虚拟现实技术设备走进校园，促进小学教育变革。

2）教学资源有限。虚拟现实技术真正开始迅猛发展还不到四年时间，各方面的技术、资源支持还不够全面。目前，虚拟现实技术资源中可以用于教学的资源也是有限的，针对小学阶段的教学资源数量及种类更是少之又少。

3）防沉迷问题。在VR教学系统中学习，学生对虚拟现实技术了解越来越深入，很难控制他们不去接触虚拟现实技术游戏，进而沉迷其中。学生在使用网络过程中的防沉迷问题一直是难以解决的问题。

克服局限性的方法

1）教师进修。学校及各类教师教育机构要多组织虚拟现实技术相关的教师培训，学校要多多鼓励教师参加虚拟现实技术教育应用系列的培训，让教师可以对虚拟现实技术更加了解。这样教师可以设计出更多适用于虚拟现实技术的教学案例，也可以无障碍地与虚拟现实技术专业人员进行沟通，设计出更加符合教学规律、教学内容、学生特点的虚拟现实技术教学案例。

2）引进专业人才。学校中配备了虚拟现实技术设备后，还需要对设备进行后期的维护保养，这就需要引进虚拟现实技术专业人才。这些专业人才还可以与一线教师进行对接，互帮互助，让虚拟现实技术与教学融合得越来越好。

4 总结

本文通过对17名小学教师进行一对一访谈，对得到的访谈资料使用扎根理论的方法进行分析，对虚拟现实技术在小学教育中的应用进行研究分析，结果表明，大部分教师认为虚拟现实技术对于提高小学教学质量是有作用的。虽然虚拟现实技术在小学阶段的推广普及还有一些现实的局限性，但是通过加大政府支持、加快教育改革，虚拟现实技术一定会逐步渗入小学教育，促进小学课程教学质量的提升。

参考文献

[1]安珍妮，康红芹，张家辉.地理新教师如何实现专业发展：基于扎根理论的研究[J].天津师范大学学报（基础教育版），2019（4）：61-66.

[2]毕於生.虚拟现实技术在初中物理实验教学中的应用[D].济南：山东师范大学，2012.