小學科學探究式虛擬學習環境設計論文

一、學習環境設計的理論基礎

探究式虛擬學習環境的設計主要的理論基礎是建構主義理論。

(一)學習環境的創設

建構主義認爲學習環境是學習者可以在其中進行自由探討和自主學習的場所。學習環境是促進學生學習的外部原因，學生可以利用環境中一切因素如學習資料、音頻、視頻等工具協作學習，只要學生使用得當，就有利於學生的學習，也可以透過觀察環境中一些現象，提出問題，最後解決問題達到知識的意義建構。

(二)協作學習

在建構主義指導下的學習環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着決定性的作用。學生在學習環境中，可以自主學習也可以進行協作學習，他們可以共同建立一個協作小組，相互交流討論，解決分歧，最後達成共識。

(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，並能運用知識解決問題，促進知識遷移。建構主義教學環境設計注重創設有利於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着促進了他們的學習，因此一切過程也是圍繞着“意義建構”而展開，教學中一切活動都應該以利於學生所學知識的意義建構。

二、探究式虛擬學習環境的設計

探究式學習環境的設計主要從兩個方面進行設計，分別爲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連結和學習資源的設計，認知工具的設計。探究式虛擬學習環境設計主要採用的策略分爲兩大部分:自主學習策略和協作學習策略。自主學習策略中包括支架策略和自我反饋教學策略，協作學習策略主要包括小組討論和夥伴學習。

(一)學習環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習環境模型CLE爲基礎來分析和闡述學習環境設計的主要內容，在網絡技術支援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作學習策略等進行了循環設計，並進行評價，使環境和學習成爲統一整體。

(二)學習環境的設計模型

根據前人的研究成果和理論依據，並在習海旭等人所提出的虛擬學習環境設計的系統結構的幫助下，設計出關於小學科學課程的學習環境設計模型。主要分爲三個層面的設計，分別爲“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。主要包括介面的選單項設定、頁面佈局等設定。

2．探究層面的設計。

(1)“探究層—物質世界”模組設計。首先分析關於“物質世界”的設計，進入物質世界後，選擇“熱傳遞”現象，進入場景，演示實驗，首先是一個空杯子，摸上去是涼的，倒入熱水後杯子外壁溫度升高，變熱，提出問題，找出引起這種現象的原因。然後學生進入實驗環節，開始虛擬實驗。同樣在物體熱脹冷縮中，先演示一個現象後，然後提出問題，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”模組設計。學生透過登入進入系統點擊“生命世界”進入“植物生長”場景，進入之後學生會發現場景中有一片土壤。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境、空氣溼度等提示資訊;場景上方還有溫度計調節環境溫度。進入“動物世界”場景之後，首先呈現在學生面前的是森林環境中各種動物，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瞭解。這裏以“養蠶”爲例子，首先拿到蠶卵，在一定的室溫環境下，等待孵出蟻蠶，適時適量地餵食、打掃衛生等工作，同時一邊觀察蠶的生長情況，在飼養的過程中獲得經驗和知識。

(3)“探究層—地球與宇宙”模組設計。地球與宇宙模組是學生進入系統後，便進去虛擬宇宙，跟着鼠標在太空中漫遊，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、衛星的執行軌道、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”中透過虛擬地球，月球公轉和自轉速度轉動，觀察在此過程中出現什麼現象，以及出現現象時太陽、地球和月球的相對大小及位置等。

(4)“探究層—運動和力”模組設計。在運動和力模組，主要包括三個場景分別爲“遊樂纜車”“槓桿滑輪”“自制賽車”場景。在第一場景中，學生點擊進之後便猶如在旅遊景點乘坐纜車，沿途觀賞各種美景，立刻激發學生的好奇心，之後呈現在學生面前一個疑問是“纜車到底靠什麼運動呢”，引起學生的.猜想，接着進入虛擬實驗室，來驗證各種假設最後得出結論。在槓桿滑輪場景中，進入環境先演示起重機等機器工作過程，然後提出問題，學生進行試驗，環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，透過選擇工具來進行探究。

(5)“探究層—水和空氣”模組。在這一模組中主要包括兩個場景“水的世界”“周圍空氣”。其中“水的世界”場景主要是透過呈現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學生的學習積極性，然後再查詢空氣成分等資料，接着進入實驗環節，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”模組設計。此模組包括“觀察身體”和“運用器官”兩個場景，此模組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，讓學生既可以瞭解身體的基本構成也能認識到身體內部結構。在“運用器官”環節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後，回顧自己的探究過程，學習者在探究學習完成之後進入的一個環節，學習者可以反思自己的學習過程，透過其中的成功與失敗得出一些經驗和教訓，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

由於傳統的教學方式主要是以教爲主的教學方式，隨着資訊技術的發展，探究式虛擬學習環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，都時時以探究性爲核心，每一個情景都使學生主動思考，深入探究。其次，探究性虛擬學習環境是以建構主義爲理論基礎的，主要是以學生爲主體;教師在此過程中主要是輔導學生學習。最後，探究式虛擬學習環境設計將虛擬現實技術引入學習環境設計中，讓學生坐在電腦前，體驗親臨現實般的親切感。爲了讓學生更好地學習科學課程，培養學生的探究精神，在未來要對環境設計加以改進。首先，擁有更多的時間和精力，爲小學科學課程創設一個更好更全面更科學系統的學習環境，同時也要擴展教學內容，不能僅侷限與教材上所需要掌握的內容。其實，隨着技術的發展，其他多種理論的指導下，學習環境設計向着三維虛擬環境發展，對於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着積極的作用。最後，在學習評價上要有更多更細緻的評價方式。讓學生學會反思，促進自己的發展。