基于VR技术的小学信息技术课例设计

摘  要  阐述虚拟现实的内涵与特点，分析“VR+教育”的优势。基于此，以建构主义学习理论和探究式学习理论为指导，基于VR技术设计小学信息技术课例，希望为小学信息技术课程教学提供参考。

关键词  VR技术；VR设备；小学信息技术；VR+教育；核心素养；人工智能

中图分类号：G623.58    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）07-0032-03

0  引言

小学信息技术课程兼具理论性和实践性的特点。随着时代的发展，信息技术学科越来越受到人们重视，近几年，信息技术课程被考虑列为中高考学科，其中浙江省已把信息技术课程列为高考科目。小学信息技术教材中知识性与实践性的内容逐渐增加，在教育不发达地区很难开展教学。基于VR（Virtual Reality，虚拟仿真）技术，可以将知识性、实践性强的内容可视化、形象化，从而实现优化教学资源，促进教育公平。

本文以建构主义学习理论和探究式学习理论为指导，利用VR设备作为技术支撑，设计小学信息技术教学案例，探索解决教材中理论性、操作性强的内容如何更高效进行教学等问题。

1  虚拟现实的内涵与特点

1.1  虚拟现实内涵

虚拟现实最初出现时主要被应用于军事、医疗等领域，但现在已被应用于教育教学领域。它集成众多前沿技术，如人工智能、计算机数字仿真等。它可以给人呈现虚拟情境，带给人以视觉冲击以及真实体验等，还可以创设不存在或者在真实世界中难以构建的虚拟环境，并可进行人机交互[1]。虚拟现实在教育领域的应用主要是解决以前无法在课堂上解决的教学问题。

1.2  VR技术的特征

1.2.1  沉浸感  VR技术可以让学生产生身临其境之感，让学生沉浸在虚拟的、可及时反馈的场景中，提升对知识、操作技能的学习兴趣。在“初识人工智能”课例设计中，利用VR设备让学生观察人工智能的运用范围与方式，通过与VR设备实时交互以及及时反馈，让学生在学习过程中产生身临其境的感觉，同时让学生掌握本节课教学内容，并想象未来人工智能的发展方向。

1.2.2  交互性  VR技术可以创设情境并进行交互设计，重现与重构事物的产生与发展过程，实现虚拟环境下的操作训练，反复实践。运用VR设备，让学生置身于事物发展过程，观察到在现实情境中难以察觉到的事物、现象，在创设的虚拟环境中去学习知识，细致地观察现象[2]。在“初识人工智能”课例设计中，运用VR设备再现人工智能技术的构成，让学生在“真实情境”中了解人工智能需要的技术，通过与虚拟人物的互动，思考人工智能的缺点与优点。

1.2.3  构想性  VR技术可以成为人们感官的延伸，同时构建广阔的可想象空间，体验在现实世界看不到的情境，实现创新性训练。利用VR设备，学生沉浸在“真实的”虚拟环境中，在交互中可以辨别人工智能与人的智能的区别，畅想人工智能能否达到人的智能。

1.2.4  智能化  运用VR技术可以实现教学过程智能化评价，实现学习的及时反馈。在“初识人工智能”课程案例设计中，通过VR设备对学生的专注情况进行关注，针对学生出现的状况采取相应的措施并及时纠正。教学结束之后，通过对评价的针对性分析与反思，改进教学。

VR技术的沉浸感（Immersion）、交互性（Inter-action）、构想性（Imagination）和智能化（Intelli-gence）特征（4I）解释了学生可以利用VR技术进行人机交互、进行沉浸学习的机制。其中，VR设备作为一种人机交互工具，有利于提高学生课堂的参与度；作为一种学习辅助工具，有助于学生进行情境学习，产生沉浸体验，进而提高教学效率；作为一种认知发展工具，有助于促进学生建构认知结构，实现有效教学[3]。

2  VR+教育优势

VR技术的教学优势主要体现在可以延伸学生的视觉、听觉、触觉等感官。对学生学习的促进程度可以用教学效用体现，包含学习参与、学习效率、教学效果等。

2.1  激发学习动机，提高学生参与度

按照一般学者研究分析，学习动机分为内部动机与外部动机。内部动机主要源自学习者对所从事活动本身存在兴趣而产生的动机。VR技术通过为学生创建丰富的教学情境，提高学生深度参与学习的动机。许多研究与案例证明，VR技术可以帮助学生产生轻松、愉悦等积极情绪，激发学生内部动机[4]。学生借助VR技术，可以通过自身的操作参与课堂教学，将传统的教师中心转变为学生、教师双中心，使学生成为课堂的主人。

2.2  有助于提高教学效率

小学信息技术由理论性知识与操作性知识共同构成，通过VR技术，可以将课本中原本抽象的理论性知识变为可视化、形象化的内容，更好地帮助学生理解知识，进而提高教学效率。

2.3  有助于学生对知识的理解与掌握

教师在利用VR技术时，需要重新进行教学设计，使教学资源适合通过VR设备进行教学，便于向学生传递知识。同时，学生通过对教师的模仿操作，有助于对知识的理解与掌握。

2.4  有助于促进知识迁移

情境学习是通过设置与生活类似的情境以促进学习的发生。VR技术可以延伸学生的感官，并进行及时反馈。VR技术可以产生与生活相似的虚拟情境，学生可以将虚拟情境中所学知识迁移至现实世界，满足情境学习的要求。VR技术可以增强学生学习的沉浸感，增强师生、生生及学生与环境之间的交互[4]。

3  基于VR技术的小学信息技术课例设计

3.1  系统理论支持

3.1.1  建构主义学习理论与游戏化学习理论  建构主义学习理论认为，学生的学习是在与环境相互作用的过程中主动建构知识的过程，教师的主要任务是为学生提供真实情境的任务和必要的指导。游戏化学习理论强调以人为本，基于杜威的“做中学”理论，让学生在游戏过程中获得知识，以达到寓教于乐的目的。

3.1.2  沉浸式教学理论  沉浸式教学理论认为人们在进行某种活动时非常专注投入该活动中，并从中感受满足与快乐，在这种心态下，学生会爆发惊人的创造力[5]。在沉浸式教学理论指导下，可以激发学生的兴趣，提高学生的学习动机。

3.1.3  探究式教学理论  探究式教学理论是以学生为中心的教学理论，教师引导学生在问题情境中主动进行探索。教师根据真实情境创建情境，并提出与信息技术课程相关的、有针对性且真实的问题，让学生围绕教师提供的学习资源对问题提出假设，并根据已有知识背景尝试分析探索，从而培养学生信息技术学科核心素养。

3.2  基于VR技术的小学信息技术课例设计

本研究以沉浸式教学理论与探究式学习理论为指导，结合信息技术核心素养的理念与要求，以“初识人工智能”一课为例，教学对象为六年级，设计基于VR技术的小学信息技术课例。

3.2.1  目标设计

1）信息意识：学生认识什么是人工智能，了解其发展历史、现状及作用；利用VR设备分析归纳人工智能的应用场景；了解人工智能关键技术并利用VR设备讨论分析其优缺点；认识人工智能在社会发展中的地位。

2）计算思维：了解人工智能的应用实例，能够运用VR设备探索、分析人工智能运用实例，利用人工智能解决实际问题。

3）数字化学习与创新：理解人工智能对现今社会的重要性，并鼓励学生对人工智能领域进行进一步的探索；通过对人工智能的学习，探讨人工智能未来的运用趋势；通过将VR设备融入信息技术课堂的学习，让学生对人工智能产生兴趣，能够根据自身需要，恰当选用VR设备进行自主或协作学习，创造性地解决问题。

4）信息社会责任：通过VR设备探索人工智能在社会中运用的实例，能够分析人工智能与社会各领域间的关系，正确对待人工智能对社会产生的影响，树立信息时代信息社会责任。

3.2.2  教学环节

1）情境导入。

①教师活动。教师引导学生通过观看视频、思考视频中提出的问题，体会人工智能；通过AR（Augmented Reality，增强现实）实体触感方式触碰虚拟人物，与虚拟人物进行对话，探究人工智能与人的智能有什么区别。

②学生活动。学生带着问题思考什么是人工智能；通过VR设备观察人工智能的运用，感受人工智能与人的智能的区别；通过AR实体触感方式触碰虚拟人物。

③设计意图。通过视频导入，将抽象的信息变成与学生相关的、通俗的内容，调动学生的好奇心，激发兴趣；通过AR实体触感方式触碰虚拟人物，提高学生对人工智能的兴趣，在互动中思考人工智能与人的智能的区别。

2）交流讨论。

①教师活动。教师引导学生使用VR设备了解人工智能的发展以及运用领域，并引导学生思考人工智能与人的智能的区别。

②学生活动。学生利用VR设备，观察人工智能的发展，并交流讨论得出人工智能的作用；利用AR实体触感方式触碰虚拟人物进行谈话，在谈话中思考人工智能与人的智能的区别，畅想人工智能发展能否达到人的智能高度。

③设计意图。让学生使用VR设备，通过使用新设备，对设备产生好奇心，进而喜欢上新技术；通过交流讨论，培养学生合作能力和分析归纳的能力；为学生终身学习奠定基础。

3）新授一。

①教师活动。教师引导学生归纳人工智能发展历史与特点；利用VR设备与虚拟人物进行对话，引导学生总结人工智能与人的智能的区别。

②学生活动。学生通过分组讨论，汇报人工智能的发展、优点与缺点；通过利用VR设备与虚拟人物进行对话，分析讨论人工智能与人的智能的区别，并进行归纳。

预设答案：

区别：人工智能可以像人一样对话，但没有自己的情绪发展变化。

优点：人工智能稳定性更好，逻辑推理与反应更快，不受情绪的影响。

不足：人工智能没有人类的自主意识。

③设计意图。通过分组讨论，训练学生的交流合作能力、归纳概括能力；分析人工智能与人的智能的区别，分辨人工智能的优缺点，帮助学生辩证看待人工智能的发展。

4）新授二。

①教师活动。教师提问：你觉得研发人工智能需要依靠哪些科学知识？

②学生活动。学生通过查找资料、讨论交流，进行汇报。

③设计意图。培养学生信息收集以及辨识信息有效性的能力，培养学生数字化创新与学习能力。

5）知识拓展。

①教师活动。教师讲述机器人三原则，组织学生讨论人工智能原则。

②学生活动。学生在了解机器人三原则基础上，讨论人工智能原则应该如何制定。

③设计意图。基于相关知识，通过分析讨论，培养学生的创造力，以培养学生的数字化学习与创新能力，养成信息社会责任。

6）教学反思。将VR技术融入课堂，教师观察课堂情况，及时记录出现的问题并采取相应的策略，以便教学结束后进行教学反思。学生也是第一次接触VR设备，在对VR设备的使用过程中难免会出现问题，可以通过向教师、小组组员寻求帮助或者上网查找相关资料解决疑惑，以提高学习能力。

4  结束语

利用VR设备创建虚拟学习环境，让学生在虚拟情境中进行学习探究，提高教学互动性与情境性，促进学科核心素养相关理念与要求在教学实践中的落实。希望本文提出的基于VR技术的小学信息技术课例可以为小学信息技术课程教学提供有益的参考和借鉴。

参考文献

[1] Yelland N， Kalantzis M， Cope B. Learning By Design： Creating effective contexts for curri-culum and pedagogies in contemporary times[EB/OL].[2021-09-10].https：//www.learntechlib.org/noaccess/22341/.

[2] 陈久东，王玉龙.基于VR技术的小学科学课例设计[J].中国教育技术装备，2020（7）：113-115.

[3] 华子荀，欧阳琪，郑凯方，等.虚拟现实技术教学    效用模型建构与实效验证[J].现代远程教育研究，2021，33（2）：43-52.

[4] 刘德建，刘晓琳，张琰，等.虚拟现实技术教育应   用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究，2016，22（4）：25-31.

[5] 邓旭华，袁定治.沉浸式项目教学法在JAVA课程中的应用[J].中国职业技术教育，2014（26）：5-7.

作者：程怡霞，佛山科学技术学院在读研究生，研究方向为信息技术支持下的教与学（528000）。