小學(xué)科學(xué)探究式虛擬學(xué)習環(huán)境設計論文
一、學(xué)習環(huán)境設計的理論基礎
探究式虛擬學(xué)習環(huán)境的設計主要的理論基礎是建構主義理論。
(一)學(xué)習環(huán)境的創(chuàng )設
建構主義認為學(xué)習環(huán)境是學(xué)習者可以在其中進(jìn)行自由探討和自主學(xué)習的場(chǎng)所。學(xué)習環(huán)境是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習的外部原因，學(xué)生可以利用環(huán)境中一切因素如學(xué)習資料、音頻、視頻等工具協(xié)作學(xué)習，只要學(xué)生使用得當，就有利于學(xué)生的學(xué)習，也可以通過(guò)觀(guān)察環(huán)境中一些現象，提出問(wèn)題，最后解決問(wèn)題達到知識的意義建構。
(二)協(xié)作學(xué)習
在建構主義指導下的學(xué)習環(huán)境設計應該注重學(xué)生的交互作用，這對學(xué)生完成知識的意義建構起著(zhù)決定性的作用。學(xué)生在學(xué)習環(huán)境中，可以自主學(xué)習也可以進(jìn)行協(xié)作學(xué)習，他們可以共同建立一個(gè)協(xié)作小組，相互交流討論，解決分歧，最后達成共識。
(三)意義建構
學(xué)習的最終目的是能夠完成對所學(xué)科學(xué)知識的意義建構，將知識納入自己的認知結構中，并能運用知識解決問(wèn)題，促進(jìn)知識遷移。建構主義教學(xué)環(huán)境設計注重創(chuàng )設有利于學(xué)生意義建構的教學(xué)情境，學(xué)生對知識進(jìn)行了意義建構也就意味著(zhù)促進(jìn)了他們的學(xué)習，因此一切過(guò)程也是圍繞著(zhù)“意義建構”而展開(kāi)，教學(xué)中一切活動(dòng)都應該以利于學(xué)生所學(xué)知識的意義建構。
二、探究式虛擬學(xué)習環(huán)境的設計
探究式學(xué)習環(huán)境的設計主要從兩個(gè)方面進(jìn)行設計，分別為學(xué)習內容和教學(xué)策略，學(xué)習內容主要包括設計的知識領(lǐng)域，包括各種場(chǎng)景中知識鏈接和學(xué)習資源的設計，認知工具的設計。探究式虛擬學(xué)習環(huán)境設計主要采用的策略分為兩大部分:自主學(xué)習策略和協(xié)作學(xué)習策略。自主學(xué)習策略中包括支架策略和自我反饋教學(xué)策略，協(xié)作學(xué)習策略主要包括小組討論和伙伴學(xué)習。
(一)學(xué)習環(huán)境的設計內容根據建構主義的`代表人物喬納森在1997年提出的建構主義學(xué)習環(huán)境模型CLE為基礎來(lái)分析和闡述學(xué)習環(huán)境設計的主要內容，在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)支持下的設計模型主要是在理論指導下，對科學(xué)課程所涉及的內容進(jìn)行全面設計，再結合自主學(xué)習策略和協(xié)作學(xué)習策略等進(jìn)行了循環(huán)設計，并進(jìn)行評價(jià)，使環(huán)境和學(xué)習成為統一整體。
(二)學(xué)習環(huán)境的設計模型
根據前人的研究成果和理論依據，并在習海旭等人所提出的虛擬學(xué)習環(huán)境設計的系統結構的幫助下，設計出關(guān)于小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習環(huán)境設計模型。主要分為三個(gè)層面的設計，分別為“導航層”“探究層”“反思層”。
1．導航層面的設計。導航層面的作用主要在學(xué)生探究過(guò)程中給以適當正確的引導，避免他們偏離主題。主要包括界面的菜單項設置、頁(yè)面布局等設置。
2．探究層面的設計。
(1)“探究層—物質(zhì)世界”模塊設計。首先分析關(guān)于“物質(zhì)世界”的設計，進(jìn)入物質(zhì)世界后，選擇“熱傳遞”現象，進(jìn)入場(chǎng)景，演示實(shí)驗，首先是一個(gè)空杯子，摸上去是涼的，倒入熱水后杯子外壁溫度升高，變熱，提出問(wèn)題，找出引起這種現象的原因。然后學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗環(huán)節，開(kāi)始虛擬實(shí)驗。同樣在物體熱脹冷縮中，先演示一個(gè)現象后，然后提出問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗室進(jìn)行虛擬實(shí)驗完成探究。
(2)“探究層—生命世界”模塊設計。學(xué)生通過(guò)登錄進(jìn)入系統點(diǎn)擊“生命世界”進(jìn)入“植物生長(cháng)”場(chǎng)景，進(jìn)入之后學(xué)生會(huì )發(fā)現場(chǎng)景中有一片土壤。在場(chǎng)景左邊可以選擇工具如鐵鍬、鋤頭、灑水壺，還有各種原材料植物種子、肥料、農藥等;在場(chǎng)景的右邊是提示板，上面包括各種植物適宜生長(cháng)環(huán)境、空氣濕度等提示信息;場(chǎng)景上方還有溫度計調節環(huán)境溫度。進(jìn)入“動(dòng)物世界”場(chǎng)景之后，首先呈現在學(xué)生面前的是森林環(huán)境中各種動(dòng)物，讓學(xué)生近距離的觀(guān)察他們的生活，這樣不僅避免了現實(shí)中人們的某些對動(dòng)物的恐懼感，而且他們能獲得對動(dòng)物的真實(shí)了解。這里以“養蠶”為例子，首先拿到蠶卵，在一定的室溫環(huán)境下，等待孵出蟻蠶，適時(shí)適量地喂食、打掃衛生等工作，同時(shí)一邊觀(guān)察蠶的生長(cháng)情況，在飼養的過(guò)程中獲得經(jīng)驗和知識。
(3)“探究層—地球與宇宙”模塊設計。地球與宇宙模塊是學(xué)生進(jìn)入系統后，便進(jìn)去虛擬宇宙，跟著(zhù)鼠標在太空中漫游，觀(guān)察各大星球大小、形狀、位置等，也可以改變視角俯視平時(shí)等觀(guān)察星球運動(dòng)和球體表面。在“星球運動(dòng)”場(chǎng)景可以清晰地看到各大行星、衛星的運行軌道、快慢、相對位置、大小等。用戶(hù)使用鼠標在太空的旅行，以放大和縮小，改變觀(guān)察角度來(lái)瀏覽整個(gè)宇宙世界。在“日食和月食”中通過(guò)虛擬地球，月球公轉和自轉速度轉動(dòng)，觀(guān)察在此過(guò)程中出現什么現象，以及出現現象時(shí)太陽(yáng)、地球和月球的相對大小及位置等。
(4)“探究層—運動(dòng)和力”模塊設計。在運動(dòng)和力模塊，主要包括三個(gè)場(chǎng)景分別為“游樂(lè )纜車(chē)”“杠桿滑輪”“自制賽車(chē)”場(chǎng)景。在第一場(chǎng)景中，學(xué)生點(diǎn)擊進(jìn)之后便猶如在旅游景點(diǎn)乘坐纜車(chē)，沿途觀(guān)賞各種美景，立刻激發(fā)學(xué)生的好奇心，之后呈現在學(xué)生面前一個(gè)疑問(wèn)是“纜車(chē)到底靠什么運動(dòng)呢”，引起學(xué)生的猜想，接著(zhù)進(jìn)入虛擬實(shí)驗室，來(lái)驗證各種假設最后得出結論。在杠桿滑輪場(chǎng)景中，進(jìn)入環(huán)境先演示起重機等機器工作過(guò)程，然后提出問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)行試驗，環(huán)境中擁有所有需要的虛擬工具。在自制賽車(chē)中，則是將運動(dòng)和力結合起來(lái)考察，通過(guò)選擇工具來(lái)進(jìn)行探究。
(5)“探究層—水和空氣”模塊。在這一模塊中主要包括兩個(gè)場(chǎng)景“水的世界”“周?chē)諝狻�。其中“水的世界”�?chǎng)景主要是通過(guò)呈現地球儀來(lái)引入學(xué)生探究。而“周?chē)諝狻笔紫冉o了一個(gè)文字情境猜謎語(yǔ)來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性，然后再查詢(xún)空氣成分等資料，接著(zhù)進(jìn)入實(shí)驗環(huán)節，利用水杯、水、吸管、火柴棒等工具來(lái)驗證空氣的存在、重量等。
(6)“探究層—我們自己”模塊設計。此模塊包括“觀(guān)察身體”和“運用器官”兩個(gè)場(chǎng)景，此模塊主要是向學(xué)生普及生理知識，在第一個(gè)場(chǎng)景中主要由虛擬人的人體解剖構成，讓學(xué)生既可以了解身體的基本構成也能認識到身體內部結構。在“運用器官”環(huán)節主要是綜合運用各個(gè)器官去觀(guān)察事物，傾聽(tīng)聲音等。
3．反思層面的設計。反思層主要是學(xué)習者完成探究后，回顧自己的探究過(guò)程，學(xué)習者在探究學(xué)習完成之后進(jìn)入的一個(gè)環(huán)節，學(xué)習者可以反思自己的學(xué)習過(guò)程，通過(guò)其中的成功與失敗得出一些經(jīng)驗和教訓，可以留言與大家一起分享，也可以相互討論進(jìn)行解決問(wèn)題。
三、結語(yǔ)
由于傳統的教學(xué)方式主要是以教為主的教學(xué)方式，隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，探究式虛擬學(xué)習環(huán)境設計引入了更多的技術(shù)手段。首先，在每一個(gè)場(chǎng)景的設計中，都時(shí)時(shí)以探究性為核心，每一個(gè)情景都使學(xué)生主動(dòng)思考，深入探究。其次，探究性虛擬學(xué)習環(huán)境是以建構主義為理論基礎的，主要是以學(xué)生為主體;教師在此過(guò)程中主要是輔導學(xué)生學(xué)習。最后，探究式虛擬學(xué)習環(huán)境設計將虛擬現實(shí)技術(shù)引入學(xué)習環(huán)境設計中，讓學(xué)生坐在電腦前，體驗親臨現實(shí)般的親切感。為了讓學(xué)生更好地學(xué)習科學(xué)課程，培養學(xué)生的探究精神，在未來(lái)要對環(huán)境設計加以改進(jìn)。首先，擁有更多的時(shí)間和精力，為小學(xué)科學(xué)課程創(chuàng )設一個(gè)更好更全面更科學(xué)系統的學(xué)習環(huán)境，同時(shí)也要擴展教學(xué)內容，不能僅局限與教材上所需要掌握的內容。其實(shí)，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，其他多種理論的指導下，學(xué)習環(huán)境設計向著(zhù)三維虛擬環(huán)境發(fā)展，對于提高學(xué)生的學(xué)習積極性和學(xué)習興趣，改善學(xué)習效果，提高學(xué)生學(xué)習效率有著(zhù)積極的作用。最后，在學(xué)習評價(jià)上要有更多更細致的評價(jià)方式。讓學(xué)生學(xué)會(huì )反思，促進(jìn)自己的發(fā)展。
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