小學科學探究式虛擬學習環(huán)境設計論文

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一、學習環(huán)境設計的理論基礎

探究式虛擬學習環(huán)境的設計主要的理論基礎是建構主義理論。

(一)學習環(huán)境的創(chuàng)設

建構主義認為學習環(huán)境是學習者可以在其中進行自由探討和自主學習的場所。學習環(huán)境是促進學生學習的外部原因，學生可以利用環(huán)境中一切因素如學習資料、音頻、視頻等工具協(xié)作學習，只要學生使用得當，就有利于學生的學習，也可以通過觀察環(huán)境中一些現(xiàn)象，提出問題，最后解決問題達到知識的意義建構。

(二)協(xié)作學習

在建構主義指導下的學習環(huán)境設計應該注重學生的交互作用，這對學生完成知識的意義建構起著決定性的作用。學生在學習環(huán)境中，可以自主學習也可以進行協(xié)作學習，他們可以共同建立一個協(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

學習的最終目的是能夠完成對所學科學知識的意義建構，將知識納入自己的認知結構中，并能運用知識解決問題，促進知識遷移。建構主義教學環(huán)境設計注重創(chuàng)設有利于學生意義建構的教學情境，學生對知識進行了意義建構也就意味著促進了他們的學習，因此一切過程也是圍繞著“意義建構”而展開，教學中一切活動都應該以利于學生所學知識的意義建構。

二、探究式虛擬學習環(huán)境的設計

探究式學習環(huán)境的設計主要從兩個方面進行設計，分別為學習內容和教學策略，學習內容主要包括設計的知識領域，包括各種場景中知識鏈接和學習資源的設計，認知工具的設計。探究式虛擬學習環(huán)境設計主要采用的策略分為兩大部分:自主學習策略和協(xié)作學習策略。自主學習策略中包括支架策略和自我反饋教學策略，協(xié)作學習策略主要包括小組討論和伙伴學習。

(一)學習環(huán)境的設計內容根據(jù)建構主義的代表人物喬納森在1997年提出的建構主義學習環(huán)境模型CLE為基礎來分析和闡述學習環(huán)境設計的主要內容，在網(wǎng)絡技術支持下的設計模型主要是在理論指導下，對科學課程所涉及的內容進行全面設計，再結合自主學習策略和協(xié)作學習策略等進行了循環(huán)設計，并進行評價，使環(huán)境和學習成為統(tǒng)一整體。

(二)學習環(huán)境的設計模型

根據(jù)前人的研究成果和理論依據(jù)，并在習海旭等人所提出的虛擬學習環(huán)境設計的系統(tǒng)結構的幫助下，設計出關于小學科學課程的學習環(huán)境設計模型。主要分為三個層面的設計，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生探究過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、頁面布局等設置。

2．探究層面的設計。

(1)“探究層—物質世界”模塊設計。首先分析關于“物質世界”的設計，進入物質世界后，選擇“熱傳遞”現(xiàn)象，進入場景，演示實驗，首先是一個空杯子，摸上去是涼的，倒入熱水后杯子外壁溫度升高，變熱，提出問題，找出引起這種現(xiàn)象的原因。然后學生進入實驗環(huán)節(jié)，開始虛擬實驗。同樣在物體熱脹冷縮中，先演示一個現(xiàn)象后，然后提出問題，學生進入實驗室進行虛擬實驗完成探究。

(2)“探究層—生命世界”模塊設計。學生通過登錄進入系統(tǒng)點擊“生命世界”進入“植物生長”場景，進入之后學生會發(fā)現(xiàn)場景中有一片土壤。在場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(nóng)藥等;在場景的右邊是提示板，上面包括各種植物適宜生長環(huán)境、空氣濕度等提示信息;場景上方還有溫度計調節(jié)環(huán)境溫度。進入“動物世界”場景之后，首先呈現(xiàn)在學生面前的是森林環(huán)境中各種動物，讓學生近距離的觀察他們的生活，這樣不僅避免了現(xiàn)實中人們的某些對動物的恐懼感，而且他們能獲得對動物的真實了解。這里以“養(yǎng)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，適時適量地喂食、打掃衛(wèi)生等工作，同時一邊觀察蠶的生長情況，在飼養(yǎng)的過程中獲得經(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生進入系統(tǒng)后，便進去虛擬宇宙，跟著鼠標在太空中漫游，觀察各大星球大小、形狀、位置等，也可以改變視角俯視平時等觀察星球運動和球體表面。在“星球運動”場景可以清晰地看到各大行星、衛(wèi)星的運行軌道、快慢、相對位置、大小等。用戶使用鼠標在太空的旅行，以放大和縮小，改變觀察角度來瀏覽整個宇宙世界。在“日食和月食”中通過虛擬地球，月球公轉和自轉速度轉動，觀察在此過程中出現(xiàn)什么現(xiàn)象，以及出現(xiàn)現(xiàn)象時太陽、地球和月球的相對大小及位置等。

(4)“探究層—運動和力”模塊設計。在運動和力模塊，主要包括三個場景分別為“游樂纜車”“杠桿滑輪”“自制賽車”場景。在第一場景中，學生點擊進之后便猶如在旅游景點乘坐纜車，沿途觀賞各種美景，立刻激發(fā)學生的好奇心，之后呈現(xiàn)在學生面前一個疑問是“纜車到底靠什么運動呢”，引起學生的猜想，接著進入虛擬實驗室，來驗證各種假設最后得出結論。在杠桿滑輪場景中，進入環(huán)境先演示起重機等機器工作過程，然后提出問題，學生進行試驗，環(huán)境中擁有所有需要的虛擬工具。在自制賽車中，則是將運動和力結合起來考察，通過選擇工具來進行探究。

(5)“探究層—水和空氣”模塊。在這一模塊中主要包括兩個場景“水的世界”“周圍空氣”。其中“水的世界”場景主要是通過呈現(xiàn)地球儀來引入學生探究。而“周圍空氣”首先給了一個文字情境猜謎語來激發(fā)學生的學習積極性，然后再查詢空氣成分等資料，接著進入實驗環(huán)節(jié)，利用水杯、水、吸管、火柴棒等工具來驗證空氣的存在、重量等。

(6)“探究層—我們自己”模塊設計。此模塊包括“觀察身體”和“運用器官”兩個場景，此模塊主要是向學生普及生理知識，在第一個場景中主要由虛擬人的人體解剖構成，讓學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(jié)主要是綜合運用各個器官去觀察事物，傾聽聲音等。

3．反思層面的設計。反思層主要是學習者完成探究后，回顧自己的探究過程，學習者在探究學習完成之后進入的一個環(huán)節(jié)，學習者可以反思自己的學習過程，通過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，也可以相互討論進行解決問題。

三、結語

由于傳統(tǒng)的教學方式主要是以教為主的教學方式，隨著信息技術的發(fā)展，探究式虛擬學習環(huán)境設計引入了更多的技術手段。首先，在每一個場景的設計中，都時時以探究性為核心，每一個情景都使學生主動思考，深入探究。其次，探究性虛擬學習環(huán)境是以建構主義為理論基礎的，主要是以學生為主體;教師在此過程中主要是輔導學生學習。最后，探究式虛擬學習環(huán)境設計將虛擬現(xiàn)實技術引入學習環(huán)境設計中，讓學生坐在電腦前，體驗親臨現(xiàn)實般的親切感。為了讓學生更好地學習科學課程，培養(yǎng)學生的探究精神，在未來要對環(huán)境設計加以改進。首先，擁有更多的時間和精力，為小學科學課程創(chuàng)設一個更好更全面更科學系統(tǒng)的學習環(huán)境，同時也要擴展教學內容，不能僅局限與教材上所需要掌握的內容。其實，隨著技術的發(fā)展，其他多種理論的指導下，學習環(huán)境設計向著三維虛擬環(huán)境發(fā)展，對于提高學生的學習積極性和學習興趣，改善學習效果，提高學生學習效率有著積極的作用。最后，在學習評價上要有更多更細致的評價方式。讓學生學會反思，促進自己的發(fā)展。

作者：董麗 單位：西華師范大學教育學院