基于“720云”VR的体验式学习活动设计

《普通高中地理课程标准（2017年版2022年修订）》指出要充分利用地理信息技术，营造直观、实时、生动的地理教学环境［1］。随着媒体技术的不断演进，教育场景不断拓展“所能”的边界，即能虚实结合、能实时监控、能仿真交互［2］。地理学是唯一关注空间分异的学科。VR技术以高度还原真实情景，创设数字化教学环境，具有能克服空间尺度呈现不同地理现象和地理事物，克服时间尺度还原地理过程和地理事件的优势，这与地理学科的教学需求不谋而合。基于此，本文从体验式学习理论出发，探究基于VR的体验式教学策略，设计了基于“720云”VR软件的“地球的历史”教学案例，探索VR技术在高中地理中的运用。一、“720云”VR体验式学习的内涵及优势体验式学习是一种情景化的学习，VR技术为情景化创设了虚拟情景，学习者在与虚拟情景的交互中增强学习体验，同时深化对知识的感知与理解，二者相辅相成。基于VR构建的学习情景兼具资源、交互、体验等多重属性，在情景化教学中有着独特的优势。1.理论依据大卫·库伯在总结杜威等人经验学习模式的基础上提出体验学习模式（图1）［3］，即体验式学习循环圈理论。体验式学习强调学习是由两个辩证逻辑驱动的动态过程，第一个辩证逻辑“具体体验与抽象概括”是掌握经验的过程；第二个辩证逻辑“反思观察和行动应用”是转换经验的过程，两种方式转换并连接了我们的思考。体验式教学注重认知主体主观能动性的发挥和自主学习能力的培养，符合信息时代的要求，是较为理想的教学模式［4］。VR技术为情景化学习提供了技术支持，同时体验式学习循环圈理论为VR技术引入课堂教学提供理论依据和方法指引。2.显著优势“720云”VR软件可通过手机、电脑、LED大屏便捷访问，该平台收录了来自世界各地4000万余组全景作品，为旅游、教育、博物馆等各行各业提供全面的全景内容数据支持。VR全景又被称为3D实景或360度全景，是由水平方向360度、垂直方向180度连续拍摄的多张照片拼接成的球形全景图像，能高水平还原实地景观。因此，将该软件引入体验式学习活动中有以下优势：（1）创设沉浸式学习情景“720云”VR全景能360°全面展示球形范围内的所有实景，并最大限度地还原场景真实性。通过VR对现实世界场景进行虚拟再现，为学习者创造了沉浸式的学习情景并使其产生身临其境的感觉，并带着这种感觉在虚拟情景中参与学习活动，能充分激发学生的学习热情、调动主观能动性。（2）提供数字化学习资源“720云”VR全景图包括城市、景区、学校、展会等多种类型，其中不乏博物馆等珍贵的课程资源，且展品、文字、图片信息都可清晰呈现。VR漫游为跨越时空获取学习资源提供了技术支持，使得实地资源得以在课堂中虚拟再现，最大程度发挥其在教学活动中的價值，实现资源的最大化利用。（3）实现交互式学习体验交互性指学习者在VR情境对学习内容及对象的可操作程度和得到反馈的自然程度［5］。“720云”VR软件提供了便捷的全景漫游操作界面（图2），参观者拖动鼠标即可实现视角跟随，点击左下角的“场景切换”按钮即可实现场景的自由选择和切换。因此，参观者在虚拟场景中通过简单的操作就能自由互动，可以有效增强体验感。二、基于VR的体验式学习教学策略VR教学体验设计是VR教学设计中的核心问题［6］。将VR技术引入地理课堂教学中，VR体验效果越好，学生对知识的感知效果就越好。因此，在基于VR的体验式教学中，充分发挥VR在体验式学习中沉浸式情境创设，跨时空呈现丰富学习资源及交互式学习体验的优势，将其用于设计教学关键环节，实现以学生为主体的课堂结构转变，构建基于VR的体验式教学模式（图3）。1.确定教学关键环节教学关键环节的确定基于前端分析，即通过课标分析、教材分析、学情分析确定教学目标与教学重难点，而解决教学过程中的重难点往往成为教学过程中的关键环节。地理学是关于地球和地球上的自然环境和人文环境的研究，是唯一关注空间分异的科学，如现象、事件和过程在不同地方的变化［8］。此外，由于学生的空间想象能力与抽象思维能力发展的差异性，跨时空地理事物和地理现象的呈现往往成为地理教学过程中的重难点之一。2.VR辅助关键教学环节针对上述类型的教学重难点，可充分借助VR技术辅助地理教学。VR技术的优势在于快速、直观、生动地呈现由于时间和空间限制难以亲身体验的地理过程、难以亲眼所见的地理事物和地理现象，实现跨时空的学习资源获取。依据库伯的学习循环圈理论，学习者在VR创设的情景中通过观察和体验获得具体经验，再对具体经验进行反思观察，之后抽象概括为知识或方法，再进行迁移应用。在VR辅助教学中，遵循库伯的体验式学习理论能提高教学和学习的效率，保障教与学的有效性。3.VR技术重构教学结构我国学者何克抗提出，信息技术与课程整合的目标是实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的教与学方式［9］。将VR技术用于辅助教学的关键环节，目的是创造一种以学生为主的学习环境，充分调动学生的主动性、积极性、创造性，提高学生课堂参与度，最终实现以学生为主体、教师为主导的新型课堂结构的转变，真正落实学生的综合素质与实践技能的提升。三、基于“720云”VR的体验式学习教学设计1.前端分析（1）课标分析本节内容对应课程标准为“1.3运用地质年代表等资料，简要描述地球的演化过程”。其中行为条件“运用地质年代表等资料”指明了本节课的教学手段，即使用相关资料帮助学生理解宏观的时间尺度，最终形成一种宏观视角下的时空综合。与此同时，该课标也强调在陈述性知识为主的教学内容中学习资料选取的重要性。因此，本次教学设计选取亚洲唯一的古生物化石世界自然遗产、寒武纪生命大爆发的见证者——澄江化石地世界自然遗产博物馆作为课程资源载体。（2）教材分析“地球的历史”选自人教版2019版高中地理必修一第一章“地球的宇宙环境”第三节。第一节从时空角度介绍地球的宇宙环境，第二节“太阳对地球的影响”则是进一步说明第一节的案例。第四节将从空间角度介绍“地球的圈层结构”，而本节是从时间角度介绍了地球的历史，因此，本章节起到承上启下的作用，并与其他章节共同奠定了高中地理的地球科学基础。教材共包含化石与地质年代表和地球的演化历程两个教学因子，化石与地质年代表是学习地球演化历程的基础，二者呈递进关系。（3）学情分析在知识基础上，学生对生物化石知识有一定了解，但时间角度的地球演化历史是全新的知识领域，对学生来说具有抽象性。教材提供的资料多属陈述性内容，仅依靠教材进行学习难以满足学生对知识理解的要求。从认知能力上看，高一年级学生处于抽象思维显著发展，但时空想象能力较弱的阶段；从学习心理上看，刚进入高中阶段的学生学习兴趣和学习动机都处于较高水平。综合上述分析，笔者确定了本节教学目标与教学重难点（表1）。2.教学过程依据前端分析将“720云”VR软件用于辅助学习资源与地球演化历程的呈现。澄江古生物化石群是迄今为止地球上发现分布最集中、保存最完整、种类最丰富的“寒武纪生命大爆发”例证。博物馆共分为三个主题展厅：生命大爆发、生命大演化和生物多样性。其中生命大演化展厅按照地质年代顺序完整地记录了生命演化与地理环境的变迁，与本节课程内容高度契合。在学习体验圈理论的指导下，每个体验圈将围绕一个核心问题展开，VR将在解决核心问题中起到关键作用，因此，借助VR将本节课搬进博物馆开展教学活动，实践教学过程（表2）。四、VR体验式教学实践的反思将VR技术引入体验式学习的优点是显而易见的，但VR技术与课堂教学不是简单的相加，需遵循一定的理念保证教学的有效性。1.学习体验与学习经验相结合体验式哲学认为意义是人们在经验和行为中逐步形成的，是主客体之間互动的结果。学习体验需要基于一定的学习经验，因此，虚拟学习活动的设计要遵循最近发展区理论，促进经验与体验有效互动，实现体验向经验的有效转化。2.虚拟情景与实际教学相结合基于VR技术的虚拟情景能为学生提供更加丰富的感官体验，但若不与实际课堂相结合将难以保证教学的有效性。因此，要联系课堂实际将虚拟情景与实际学习活动相结合，采取线