張久娟

摘要： 在教育信息化2.0時代，依托現代信息技術創(chuàng)設虛擬環(huán)境，已成為科學類學科支持探究活動、增強學習體驗的重要手段。研究者以“認識骨骼”一課為例，整理了基于混合現實技術（以zSpace平臺為支撐）開展的體驗式教學課例研究過程，呈現了備課與思考、試講與反思、改進與探索、完善與檢驗，最終達成良好教學效果的具體研究流程，并形成了值得推廣的基于混合現實技術的體驗式教學模式：探究體驗、體驗反思、抽象概括、遷移應用及再體驗的良性循環(huán)。

關鍵詞：混合現實技術；zSpace平臺；體驗式教學；課例研究；小學科學

隨著新技術的發(fā)展，科學類學科數字化學習環(huán)境的設計越來越受到重視。在傳統(tǒng)的缺少真實實驗、實訓條件的教學環(huán)境中開展教學，存在體驗感差、缺少交互性、難以支持探究等缺點。虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）技術可以創(chuàng)設虛擬情境或虛擬與現實混合的情境，支持學生自主探究學習，增強他們的學習體驗。其沉浸性、交互性與構想性等特點，與體驗式教學的情境性、開放性、親歷性相得益彰。zSpace平臺作為一個混合現實交互式軟硬件平臺，可以彌補教學中環(huán)境、資源欠缺的不足。

在科學類課程中，開展基于混合現實技術的體驗式教學課例研究具有現實意義，越來越多的課例也應運而生。但由于教學理念、教學資源、教學設計、反思深度等原因，許多課例有待于進一步研究與完善?；趨^(qū)域信息化教學研究與指導，本課例研究以zSpace混合現實交互平臺為支撐，以蘇教版小學科學四年級下冊“認識骨骼”一課為例，呈現課例研究過程，為教師在VR/AR/MR 環(huán)境下開展教學研究提供參考。

一、備課與思考

骨骼是人體重要的內部結構，在真實情境下開展“認識骨骼”的體驗式學習存在較大難度。傳統(tǒng)教學多以呈現圖片、播放視頻、展示模型為主要教學方式與手段，難以促進學生積極的情感體驗，極少量模型也難以滿足學生開展探究活動的需求?；旌犀F實技術可以創(chuàng)設逼真的學習情境、愉快的教學氛圍，激發(fā)學生探究人體內部骨骼的好奇心和求知欲，形成科學探究的內在動力。

在技術營造的三維世界里，所有學生均可以360°觀察逼真的骨骼，還可以很方便地數骨骼、拼骨骼等，積極的情感體驗有利于激發(fā)學生學習興趣，發(fā)動和促進學生對骨骼的認知及建構。

在分析教學資源現狀及zSpace平臺功能特點的基礎上，執(zhí)教者對本課教學進行了如下設計，并進行了第一次試講。

教學目標：1.了解人體內骨骼的分布與構成。知道骨骼是人體的支架，知道成年人體內骨骼的數量。2.知道骨是有生命的，骨可以生長，知道什么是骨髓以及骨髓的功能。3.能夠通過看、摸、敲、掂等多種方法觀察動物骨頭，進而了解人體骨頭的內部結構。4.知道人體骨骼的支撐、保護、造血等作用。教學重點是知道骨骼有運動、支撐和保護的作用，難點是拼人體骨骼。

主要教學過程：教師先出示高樓圖片，問學生為什么高樓能夠屹立不倒，進而引出人體能站立也是因為有骨骼支撐，順利引入新課。接著，教師基于zSpace平臺中的骨骼模型這一三維教學資源，引導學生認識骨骼、了解骨骼分類、數骨骼等。隨后，教師播放視頻，讓學生了解骨骼的作用。最后，師生互動討論，增強學生保護骨骼的意識。

二、試講與反思：第一次試講教學觀察及建議

第一次試講，總體感覺課堂教學環(huán)節(jié)有些混亂，教學效果欠佳。執(zhí)教者也備感困惑：教學資源無法滿足體驗式教學的需要，基于混合現實技術的探究與體驗未達到預期效果，活動過程感覺生硬，骨骼特點的教學環(huán)節(jié)需要技術建模以支持教學。

研究者通過教學觀察與分析，指出第一次試講存在兩個問題：一是教學過程設計缺少以生為本的理念，教學方式與教學模式需要創(chuàng)新；二是教學資源（教學活動）設計缺乏科學性，在交互、體驗、交流、探究等方面的設計也不符合教學規(guī)律與學生認知規(guī)律。針對問題，研究者提出以下教學建議。

1.從生活中來，到生活中去。課堂引入要從貼近學生生活實際的現象引入。教學要從生活中來，再回歸到生活中去，要引導學生對知識進行拓展提升、遷移運用。

2.運用AR技術，增強情境體驗。教師要通過增強現實技術激發(fā)學生興趣，增強學生體驗，讓虛擬的骨骼框架與真實的學生身體疊加，引導學生在真實與虛擬疊加的情境中學習。

3.分解VR資源，促進知識建構。虛擬環(huán)境下的教學活動（資源）設計可以分為兩部分：一部分是骨骼的整體模型認識，另一部分則是改進原有三維骨骼的整體模型，將不同部位的骨骼分解為獨立素材，設計成可支持自主探究的交互式資源，開展探究型活動，從而加深學生認識。

4.虛擬環(huán)境與真實環(huán)境相結合。骨骼的特點可通過實物實驗來完成（觸摸實體骨頭感受），這符合科學類實驗教學要求。

三、改進與探索：在磨課中探索技術與教學的深度融合

（一）教學改進與第二次試講

經過指導后，執(zhí)教教師改進教學方法與策略，完成了第二次教學設計并進行第二次試講。改進要點如下。在教學理念上，樹立以人為本、生活即教育的教學理念，從生活中學生不良寫字姿勢引入，讓學生主動認識其負面影響。通過觀看視頻，學生了解到不良坐姿對身體的危害以及骨骼的作用，對骨骼的學習產生認知期待。教師再引導學生討論如何保護骨骼健康，拓展至生活中要增強保護骨骼的意識。在教學資源上，教師引入AR資源，讓虛擬骨骼與真實人體疊加，引導學生觀察體驗，認識骨骼及分類，并在原有VR資源整體骨骼素材的基礎上，將不同部位的骨骼分解為獨立的素材。這樣，學生可分別認識每個部位的骨骼，點擊鼠標移向骨骼時，可出現對應的知識講解，還可以拼裝骨骼。在教學策略上，教師讓學生在真實情境下，通過觀察與觸摸實物牛骨（與人骨特點接近），感受骨骼硬、結實等特點，并完成實驗記錄與匯報。

改進后的第二次試講，學生的學習興趣與活動參與度明顯提高，教學效果明顯提升，但學生在VR環(huán)境下數骨骼時，由于數量太多，操作VR技術不熟練，以致沒能完成教學任務。研究者通過觀察分析與研討，提出以下教學建議。1.找準技術切入點：教師要充分關注學生心理的變化，在適當的時機切入技術。如對于AR資源的調用，演示者要先確定位置再調出資源；教師要引導學生先觀察3D模型說出自己的結果，再做補充。2.有效設置探究：教師要設置明確清晰的引導性探究任務，切忌含糊不清，注重對活動過程的指導。3.任務分解：對于數骨骼活動，教師可以把活動資源分解成四個活動（課件），學生分組選擇一個任務或多個任務。

（二）思考與再改進：第三次試講

執(zhí)教者在吸納研究者建議后做了深入思考，對教學設計進一步完善，進行了第三次試講。第三次教學設計改進要點如下。

一是把握技術切入點。教師在學生站立確定位置后，問學生想不想看他的骨骼結構，然后通過新技術變個小魔術，在學生好奇心被激活時調出AR資源。教師再引導學生觸摸自身骨骼，每摸一處，邊感受邊觀察VR骨骼結構，并點擊交互式課件，了解相關知識。

二是分解任務并指導。學生分組選擇一個或多個任務開展數骨骼活動，隨后，教師讓學生將四部分骨骼拼成一個整體。學習任務有明確的活動步驟與提示，活動過程中教師進行觀察指導。

執(zhí)教者改進后的第三次試講，師生評價較好，學生全都表示教學活動有趣、吸引人，喜歡這樣的課堂。研究者建議將教學與技術應用進一步融合，特別是要思考教學規(guī)律，適時調控，把握和引導學生思維發(fā)展，精益求精。

四、完善與檢驗：最終教學設計及效果評價

本課例從初始備課與思考起，經過試講與反思、改進與探索、完善與檢驗等多次研究，歷時兩個多月。經過三次改進與驗證，本課例在第四次區(qū)域信息化教學展示活動中取得了較理想的效果與反饋。第四次教學設計的教學過程如下。

（一）聯系實際，引入新知

教師出示一組事先拍攝的學生坐姿圖片，引導學生討論哪些坐姿是正確的，哪些是不正確的，不正確的坐姿會對身體有什么危害。接著，教師播放視頻，讓學生了解脊柱側彎、頸椎變形等普遍現象，引導學生思考：骨骼很軟嗎，為什么會變形？提示學生，只有了解骨骼、認識骨骼特點，才能更好地保護骨骼。

（二）活動探究，認識人體骨骼系統(tǒng)的構成

活動1：AR小魔術（初步認識骨骼，了解骨骼分類）

學生1站立，教師從屏幕移動AR模型至人體對應位置。學生2邊指邊說出不同部位的骨骼。

教師此時要引導學生對頭骨、上肢骨、軀干骨、下肢骨做出分類，并引導學生用其他方法，如根據硬和軟等對骨骼分類，由此過渡到研究骨骼要使用哪些方法上。

設計思路：教師通過AR增強現實技術設置虛擬情境，讓真實與虛擬疊加，增強學生學習體驗，激發(fā)他們的學習興趣。

活動2：摸一摸、猜一猜

教師啟動zSpace平臺，打開課件“活動2”。學生對照AR模型，分別摸一摸骨頭，認識骨骼。

教師提示學生可以翻轉3D模型，從不同角度觀察骨骼，也可以單擊某部位，課件會顯示相應骨骼名稱以及相關知識介紹，還可以邊觸摸邊思考骨骼有什么特點和作用，假如人體沒有骨骼會怎樣。

學生結合觀察與觸摸骨骼，填寫記錄單，匯報交流。

記錄單：

摸一摸骨骼，猜猜骨骼的作用。

我感覺骨骼_________，我認為骨骼可以_________ ；

我感覺骨骼_________，我認為骨骼可以_________ 。

我的問題：__________________？

設計思路：教師通過虛擬三維資源彌補平面圖片等傳統(tǒng)教具的不足，讓學生有虛擬現實的體驗，并借助課件的交互性實現自主探究學習。

活動3：數一數、拼一拼

教師將骨骼VR整體模型分解，根據頭骨、軀干骨、上肢骨、下肢骨分成四個活動（交互式課件1～4），并拆散各塊骨頭，其中頭骨、胸骨、脊椎等零碎骨頭設為一個整體，肱骨、橈骨等大骨分別獨立，讓學生區(qū)分上臂骨和大腿骨。

學生分組選擇探究活動（保證四個活動均有人選），將課件中的骨骼進行拼裝，并清點數量，填寫記錄表。探究活動完成后，小組匯報、展示。經過討論，學生做出小結：人體的骨頭共有206塊，它們共同組成人體的支架——骨骼，具有運動、支撐、保護等作用。

教師補充：嬰兒期人體有300塊骨頭，成長過程中不斷合并，數目減少。

（三）實物觀察，了解骨骼特點

在教師引導下，學生通過牛骨開展以下實物實驗活動。

1.拿起紙巾上的牛骨，觀察它的結構特點。

2.畫一畫橫切圖，填寫記錄單。

我發(fā)現：_________ 。

我的結論：骨骼具有_________的作用。

學生交流匯報牛骨的特點“又硬又結實”，并思考在牛的生長過程中，骨頭會不會變化。

教師引導學生遷移理解人體骨頭的特點，并介紹骨髓及其作用。

（四）總結反思，知識應用

學生總結骨骼的分類、特點、作用。教師引導學生反思、討論：骨骼受傷，會給生活帶來哪些變化或影響？接著，教師播放視頻對骨骼的變化知識進行拓展。學生進一步討論：少年兒童骨骼正在生長發(fā)育階段，應該怎樣保護骨骼，使骨骼長得粗壯堅實？

（五）課堂小結（略）

在研究者的組織下，聽課教師對第四次教學展示進行了評價。1.教學情境：本節(jié)課基于混合現實技術，教學情境逼真、可交互，解決了真實環(huán)境不足的教學難題。2.教學資源（活動）的設計：遵循學生心理特征與認知規(guī)律，讓學生從被動接受變?yōu)橹鲃犹骄?，增強了學習體驗，發(fā)展了學生思維。3.學生參與度：學生學習興趣濃厚，學習主動性、積極性高，實驗探究的氛圍濃郁。4.教學過程與效果：教學過程突出學生主體地位，教學策略有效，教學環(huán)節(jié)流暢自然。課堂教學效果較好，不同層次學生目標達成度高。

五、教學研究啟示

課例研究是研究者與執(zhí)教者共同成長的過程。經歷本次課例研究，所有參與其中的教師都受益頗多，在課例打磨的過程中形成以下思考與啟示。

第一，形成了基于混合現實技術的體驗式教學模式，即讓學生經歷探究體驗、體驗反思、抽象概括、遷移應用（可以再體驗）的良性循環(huán)過程。該教學模式在區(qū)域信息化教學活動中被多次運用，是值得推廣的。當然，執(zhí)教者需要根據教學需求彈性把握。今后，將在不同學科的教學實踐中進一步深入研究。

第二，新技術的運用要以教育理論為指導，信息化教學應以人為本、以教育為核心。課堂教學組織以技術為支持，讓學生在做中學，信息技術與教學的融合是“教學+技術”，而非“技術+教學”。

第三，基于混合現實技術的體驗式教學，要注重情緒心理學的指引。在教學中，教師要以引發(fā)學生積極、健康的情感體驗為目的，構建虛擬情境、設計學習活動，要讓學生愉快輕松、心情舒暢，才能更好地激發(fā)學生學習興趣，讓學習成為快樂的活動。

第四，本課例研究通過技術賦能實現了以下創(chuàng)新：一是教學環(huán)境創(chuàng)新，國家教育信息化相關政策在教育、教學層面得以落地生根；二是教學理念創(chuàng)新，以學生學習為中心，有效貫徹了新課程理念；三是育人目標創(chuàng)新，促進了師生信息素養(yǎng)、科學素養(yǎng)的提升。

同時，我們也要認識到，新技術支持下的信息化教學，不只是使用技術對教學環(huán)境與教學方式賦能，在教育數字化轉型時期，作為教育者，我們應進一步思考如何借助新技術對教育教學進行重塑：重塑教學理念、重塑教學模式，乃至重塑教學形態(tài)。

注：本文系南京市“十四五”教育科學規(guī)劃課題“基于沉浸式VR的教學資源開發(fā)與區(qū)域推進研究”（批準號：LXD/2021/15）及南京市“十四五”規(guī)劃個人課題“基于zSpace平臺的體驗式教學課例研究”（批準號：市規(guī)劃個十二字第 Jx0025號）的階段性成果。

（作者系江蘇省南京市浦口區(qū)教師發(fā)展中心信息化教學教研員）

責任編輯：牟艷娜