高中VR选修课教学设计案例

杨利

一、教学背景分析

（一）学习内容分析

天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、性质和运行规律等，当今的天文学已经成为了最活跃的、最富生命力的多学科交叉点。开展天文学的研究有助于学生形成正确的科学观念、培养良好的科学思维，有利于学生科学态度和价值观的形成。

天文学研究的对象拥有极大的尺度，极长的时间，极端的物理特性，天文学研究的重要方法之一是观测，不断把人的视野伸展到宇宙的新的深处。高中学校提供的观测手段明显不足以支撑天文选修课的教学，同样，地面实验室很难达到天文学的模拟情境要求，这就导致了很难成功开设天文选修课程。本次课将VR技术融入课堂，利用VR的Immersion（沉浸性）的核心特征，结合“星空@VR”、“万有引力与宇宙演化@VR”、“阿波罗11号@VR”、“空间站@VR”等资源，让学生能通过基于头盔式的VR设备来体验和感受浩瀚宇宙全貌，激发学生心灵深处的体验，给予学生丰富的、震撼的感官刺激，促使学生对浩瀚的宇宙、无穷的奥秘产生浓厚兴趣，使学生通过对天文的兴趣而转化为对探索自然、主动探究问题的兴趣，提高学生思维能力和综合知识的运用能力。

（二）学生情况分析

VR选修课学生40人，学生对VR技术和天文学均有浓厚的兴趣。由于选修课学生分别来自高一10个班级，学生之间不够熟悉。学生的数理基础、思维能力参差不齐，部分学生数理基础较好，知识面广，自主学习能力强;但绝大部分学生都没有系统学习过万有引力定律及相关知识，课堂交流、协作探究的有效开展都受到限制。为了更有效地传授天文知识并激发全体学生的探索热情，本次课中我们弱化了课程对数学基础的要求，尽量形象化地来描述相关概念。

（三）技术准备

提前一个月向VR技术设计人员提供所用VR资源的設计说明，例如“星空@VR”资源是关于宇宙、银河系、太阳系、行星运动的全景式的VR视频，学生可以利用VR头盔选择键的滑动，以及身体和头的转动，改变观察视角，实现从全景观察或是从局部来观察银河系的正视图、侧视图;“阿波罗11号@VR”资源是关于太空飞船的视频资源，学生利用头盔感知航天员的观察视角。

二、教学目标与重点、难点设计

（一）教学目标

1. 知识与技能。

（1）了解浩瀚宇宙全貌、宇宙模型发展、宇宙演化的基础知识。

（2）了解国际太空探索，我国航天事业的发展的相关历史。

2. 过程与方法。

（1）通过天文科普知识的讲解，使学生提高理性思维能力，更加客观地看待自然现象。

（2）在课堂中，组织学生进行合作学习、探讨见解和成果，提升交流协作能力。

3. 情感态度与价值观。

（1）利用VR技术，通过丰富的感官刺激，培养学生积极的学习态度，激发学生探索星空、探索宇宙的兴趣。

（2）通过VR的的核心特征，引领学生体验宇宙的美，帮助学生形成科学的宇宙观，增强利用宇宙资源、保护宇宙环境的使命感。

（二）重难点设计

1. 重点：激发学生对浩瀚的宇宙产生浓厚兴趣，提高学生理性思维能力和综合知识的运用能力。

2. 难点：无法进行实地或实验观测，利用VR技术提供丰富的感官刺激，让学生身临其境，实现对宇宙天体的模拟观测。

三、教学过程

（一）激趣导入

教师播放来自《太空旅行“穿越黑洞和虫洞”科幻纪录片》片段，待学生被视频完全吸引后，导入课题。

教师演示PPT展示本课课题《浩瀚宇宙之旅》

（教师指令下达后，指导学生使用VR头盔，学生开始兴趣盎然地戴上头盔，按照教师要求找到VR视频“星空@VR”进行观看，旁观者可看到学生上下左右转头，和转动椅子进行观看。）师：同学们通过VR头盔看到的宇宙后和我课前视频中的宇宙给予你们的感受相同吗？

生1：差不多，都是对太阳系和银河系的描绘。

生2：感受不同，通过VR感受更真实，更清晰，好像亲临其境一样，更喜欢。

（二）学习新知，开始探究过程

师：同学们通过刚才视频的观看，对宇宙都有了进一步的认识，其实，你们观察到的都是我们科学家利用宇宙理论虚拟出的宇宙模型。我们本次课将从以下两个方面来展开：1、人类对宇宙的科学认识;2、人类开展的太空探索。

（此阶段文字太多，故用流程图展示）

流程图说明：

本次课利用VR的Immersion（沉浸性）的核心特征，结合“星空@VR”、“万有引力与宇宙演化@VR”、“阿波罗11号@VR”、“空间站@VR”等资源，让学生能通过基于头盔式的VR设备来体验和感受。通过VR资源激发学生心灵深处的体验，给予学生丰富的、震撼的感官刺激，让学生表现出了强烈的学习动机，在学习过程中经常处于兴奋和好奇的状态。本课教学设计从浩瀚宇宙全貌、宇宙模型的发展、宇宙演化的模拟、人类开展的太空探索排序，从客观世界到人类的主观能动性、到我国航天事业的发展，层层递进，循序渐进、让学生产生了较强的沉浸性体验，感觉如亲临其境，能更好地帮助学生获取宇宙知识，更好地认识我们所处的世界，与世界和谐相处。通过“沉浸”式学习，让学生了解航天员的生活，了解我国的航天史，以此激发学生学习物理的兴趣，提升学生的科学素养，激发学生的爱国热情。这四个VR资源的运用能很好地突破教学的重点和难点，帮助学生形成科学的宇宙观。在本课教学中，教师留足了学生观看VR视频及思考和交流时间，让学生能结合VR体验展开想象，引发学生的求知欲，这样才有课尾的思考的驱动、认识的提升、灵感的触发。

四、教学设计特色说明与教学反思

（一）教学设计特色

本次课是VR选修课程的第二次课，通过以VR显示器系统设备激发学生心灵深处的体验，从浩瀚宇宙全貌、宇宙模型的发展、宇宙演化的模拟、人类开展的太空探索排序，从客观世界到人类的主观能动性、到我国航天事业的发展，层层递进，循序渐进、既使学生科学思维、科学素养得到提高，又激发了学生对航空航天事业的热忱，增强学生的使命感。

（二）教学反思

教学过程中，我始终以学生为主体，充分发挥了学生的主动性和积极性。VR技术应用中，学生对宇宙全貌的观测或是对空间站的了解，都是立足于学生自主选择观察角度来进行观察;同时，在本课教学中，多次留足了学生思考和交流时间，让学生能结合VR体验展开想象，引发学生的求知欲，通过启发学生思考，充分发挥学生的主体性，让学生主动参与到学习中来，切实培养了学生创新思维，让课堂教学达到了预期的效果。

基金项目：本文是四川省普教科研资助金一般课题 VR技术在中学学科教学中的创新应用与探索（教-川教函【2017】336号）的研究成果。