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楊丁  鐘釩  成都嘉祥外國語學(xué)校

摘 要：VR教學(xué)隸屬于直觀教學(xué)法，可將抽象的場景、事物、關(guān)系具體化，超越時空的限制，VR在生物教學(xué)上的運用情境主要包括場景模型建構(gòu)和實驗演練學(xué)習(xí)。教師們對VR教學(xué)存在的認(rèn)知誤區(qū)包括將VR理解為一種教學(xué)模式、極端化認(rèn)識、角色扮演的模糊性、忽略具體學(xué)情等，VR教學(xué)應(yīng)服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)，教師作為設(shè)計者，對VR的理解直接影響VR教學(xué)的發(fā)展方向。以《細(xì)胞膜流動鑲嵌模型》一節(jié)的VR教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計為例展示VR技術(shù)對生物教學(xué)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：VR教學(xué)；直觀教學(xué)；高中生物；細(xì)胞膜

一、VR技術(shù)在生物學(xué)教學(xué)中的運用

生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)，從微觀的細(xì)胞水平到宏觀的生態(tài)系統(tǒng)，亦或者經(jīng)典實驗，都因不可視、不可摸、不可入的特點，學(xué)生很難深入理解^【1】。對于演示實驗，存在教師與學(xué)生一對多、距離遠(yuǎn)、視角單一等問題，即使是可實際操作的實驗，也因時間、儀器、材料等客觀因素的限制而難以有細(xì)致通透的觀察與演練機(jī)會。知識建構(gòu)符合從具體到抽象、從感性到理性的過程，直觀教學(xué)是實現(xiàn)這一點的基本保證，即用具體、生動和直接的事物作為感覺傳遞物，通過一定的方式向?qū)W生展示，促使學(xué)生多維感官產(chǎn)生感覺、知覺和表象，達(dá)成高效率學(xué)習(xí)效果^【2】。VR技術(shù)屬于計算機(jī)技術(shù)，是直觀教具中的一種，VR教學(xué)屬于直觀教學(xué)法中的一種^【3】。目前VR技術(shù)在生物教學(xué)中的實際應(yīng)用主要包括以下兩類情境：場景模型建構(gòu)、實驗演練學(xué)習(xí)。

（一）場景模型建構(gòu)

場景模型建構(gòu)是對重要真實環(huán)境和狀態(tài)的還原，包括過去的、現(xiàn)在的和未來的環(huán)境場景，也包括微觀、宏觀的事物狀態(tài)，突破時空的限制。例如，進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動的教學(xué)，可真實還原一個生態(tài)系統(tǒng)，讓學(xué)生體驗到各種各樣的生物關(guān)系，并設(shè)定條件，若某一因素改變后，整個生態(tài)系統(tǒng)會如何變化；再例如，高度仿真某一細(xì)胞或某一系統(tǒng)內(nèi)的生命活動，觀察各細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞的分裂分化，觀察系統(tǒng)的代謝過程。這樣的還原增強(qiáng)學(xué)生的沉浸感和注意力，幫助學(xué)生體驗如何從紛繁復(fù)雜的系統(tǒng)中關(guān)注到有代表性的特征，捕捉整體的核心關(guān)系，培養(yǎng)建構(gòu)模型的能力。

（二）實驗演練學(xué)習(xí)

教師進(jìn)行演示實驗時，由于學(xué)生較多，學(xué)生位置固定，演示節(jié)奏由教師控制，演示次數(shù)有效等，學(xué)生往往看不清教師是怎么做的。一些材料價格昂貴、所需設(shè)備高端、周期較長的復(fù)雜實驗，學(xué)生通常停留于按照步驟操作一遍的程度，很難在動手過程中理解實驗原理和實驗步驟。對于很多在生命科學(xué)史上有著重要意義的經(jīng)典實驗，老師和學(xué)生更不可能重復(fù)出來，因此，需要VR技術(shù)進(jìn)行實驗的模擬還原，這是現(xiàn)有的PPT、視頻、圖像所不能展示的。

二、對VR教學(xué)的認(rèn)知誤區(qū)

教師們對VR技術(shù)支持下的教育認(rèn)知誤區(qū)主要包括以下四個方面：極端化認(rèn)知、將VR理解為獨立的教學(xué)模式、角色扮演的模糊性、忽略具體的學(xué)情。

（一）將VR教學(xué)理解為獨立的教學(xué)模式

教師們對VR的一種認(rèn)知是，將VR教學(xué)作為一種新的教學(xué)模式來研究實施步驟和評價標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)模式是指能用于構(gòu)成課程和課業(yè)、選擇教材、進(jìn)行教學(xué)的一種計劃或范型^【4】。VR作為一種技術(shù)，如同視頻、PPT，屬于直觀教具，而VR教學(xué)屬于一種具體的、可操作的方法，其地位不足以獨立形成一種模式，VR教學(xué)應(yīng)當(dāng)和其他教學(xué)策略或方法相融合使用。因此，對VR的評價應(yīng)當(dāng)屬于方法層面的辯證式評價，即使用條件是什么，有什么優(yōu)點和缺點，適合于什么樣的學(xué)生群體。而方法使用是否得當(dāng)，完全取決于是否協(xié)助達(dá)成目標(biāo)。例如，一位教師期待用VR技術(shù)來協(xié)助上一堂探究課，但整個教學(xué)安排都是先講原理再就原理作事實分析，呈現(xiàn)出從上位概念到下位事實的應(yīng)用性邏輯，如此，這就不算是一份基于VR輔助的優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計。因此，將VR教學(xué)作為一種獨立的教學(xué)模式糾結(jié)于開展流程是沒有必要的。

（二）極端化認(rèn)知

教師對VR教學(xué)存在極端化認(rèn)知，表現(xiàn)為兩個方面。一個方面是教師對VR教學(xué)抱有極大的期望，將其理解為很陌生的新技術(shù)，夸大VR教學(xué)的意義和可能性；另一個方面是否定VR技術(shù)對教學(xué)的改變，認(rèn)為VR教學(xué)沒有什么意義，其作用與PPT播放、視頻播放效果差不多。

教師不能以苛求完美的態(tài)度來面對應(yīng)用于教學(xué)的新技術(shù)，僅僅靠一門技術(shù)是不可能對教育產(chǎn)生顛覆性革新作用的，VR的準(zhǔn)確定位是優(yōu)化教學(xué)，促使一些教師無法展示、學(xué)生缺乏體驗的教學(xué)情境得以直觀化呈現(xiàn)。VR教學(xué)作為一種教學(xué)方法，本身沒有好壞之分，只有適用條件和優(yōu)缺點之分。眾多的教學(xué)方法如同木匠手中的榔頭、螺絲刀與鉗子，工具的挑選依賴于手中的任務(wù)和所用的材料^【5】。

（三）角色扮演的模糊性

一線教師在VR教學(xué)中的角色扮演主要有兩種錯誤形式，一種是被動接受，另一種是認(rèn)為技術(shù)開發(fā)在先。呈現(xiàn)第一種狀態(tài)的教師通常認(rèn)為VR技術(shù)沒有什么用，或者因為工作繁忙而懶于研究，因此，通常是學(xué)校要求，以應(yīng)付公開課而使用VR資源。第二種狀態(tài)的教師常對VR技術(shù)持樂觀態(tài)度，也表示愿意借助VR資源進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)，并且激勵自我以此為契機(jī)重新審視教學(xué)設(shè)計，態(tài)度或行動停留于思考如何使用現(xiàn)成的VR資源，沒有主動參與VR資源開發(fā)的意識。VR教學(xué)發(fā)展目前為校企合作模式，即一線教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，并對VR資源有一定的效果構(gòu)想，由公司技術(shù)人員負(fù)責(zé)資源開發(fā)。一份優(yōu)秀的教學(xué)資源往往是教師與技術(shù)人員多次協(xié)商、共同研發(fā)的結(jié)果。教師的思維構(gòu)想要大膽，思維的構(gòu)想不要太受技術(shù)水平的限制，技術(shù)在發(fā)展與普及中。為推動學(xué)校VR教學(xué)特色化形成，教師需要結(jié)合VR技術(shù)在學(xué)科中的適用場景，嘗試進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，與合作單位共同研發(fā)優(yōu)質(zhì)的VR技術(shù)。因此，教師的正確定位為基于教學(xué)設(shè)計的資源開發(fā)者。

（四）忽略具體的學(xué)情

根據(jù)學(xué)生學(xué)情不同，在具體教學(xué)主題上是否要使用VR技術(shù)，需要老師做出判斷。例如，學(xué)習(xí)能力偏弱的班級，學(xué)生難以想象出氨基酸的核外電子排布、氨基酸脫水縮合及多肽鏈形成蛋白質(zhì)的空間立體過程，那么《生命活動的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)》一節(jié)利用VR技術(shù)來呈現(xiàn)立體、真實的微觀世界是十分必要的。但對于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的班級來講，這樣的教育可能沒有必要。因此，具體到章節(jié)的內(nèi)容、活動等，到底是否需要借助VR技術(shù)有賴于教師對學(xué)生學(xué)情的判斷。

因此，教師面對優(yōu)質(zhì)的VR資源，始終要認(rèn)識到教育方法服務(wù)于教育目標(biāo)、服務(wù)于學(xué)生主體地位的中心思想，不可盲目借鑒、照搬，或者為了新鮮而非得為教學(xué)冠上VR的名號。

三、《細(xì)胞膜流動鑲嵌模型》的VR教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

利用VR技術(shù)優(yōu)化《細(xì)胞膜流動鑲嵌模型》教學(xué)的原因是：1)細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型如同DNA分子結(jié)構(gòu)的概念一樣，屬于學(xué)生難以理解的抽象概念^【6】。2)上課時間緊張，學(xué)生要動手制作模型，模擬水-空氣界面的磷脂分子排布、含中心疏水區(qū)的單層磷脂分子球狀排布、雙層磷脂分子球狀排布、糖被的排布等，學(xué)生的注意力很有可能集中于動手操作上，而缺乏思維層面的思考。3)因為沒有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，前期材料完全由教師準(zhǔn)備，學(xué)生在材料多樣化選擇、模型多樣化設(shè)計方面沒有自主性；可將動手實操的模型制作放在課后，在保證模型核心結(jié)構(gòu)不變的結(jié)構(gòu)上，充分尊重學(xué)生的制作熱情和美化構(gòu)想。4)本節(jié)教學(xué)可以很好地展示出VR教學(xué)與問題導(dǎo)向式教學(xué)的綜合化使用。

（一）磷脂分子的親水性與疏水性

“細(xì)胞膜流動鑲嵌模型”VR素材中，設(shè)計好含親水性頭部和疏水性尾部的磷脂分子，結(jié)合洗潔精清潔油脂的原理，仿真磷脂分子一頭結(jié)合水分子、一頭結(jié)合油脂分子，將不相溶的水分子和油脂分子逐漸混合在一起的過程，由此體現(xiàn)兩性分子的特征。

（二）水-空氣界面的磷脂分子的排布

在上一步的基礎(chǔ)上提問，在水-空氣界面上，多個磷脂分子會如何排布？VR素材中設(shè)計盛有水的燒杯和無數(shù)個磷脂分子，學(xué)生可在虛擬世界中，自主擺設(shè)在水-空氣界面上擺設(shè)磷脂分子。根據(jù)學(xué)生的擺設(shè)效果，糾正學(xué)生的認(rèn)知小誤區(qū)。例如，每個磷脂分子的頭部應(yīng)全部浸入水中，尾部會盡可能逃離水，因此水-空氣的界面剛好位于頭部和尾部的交接處，且眾多磷脂分子會緊密排布在一起。最后呈現(xiàn)已設(shè)計好的磷脂分子在水-空氣界面的排布情況。

（三）模擬含中心疏水區(qū)的單層磷脂分子球狀排布

在上一步的基礎(chǔ)上，繼續(xù)提問，如何磷脂分子不能在水-空氣界面進(jìn)行排布，必須在水中排布，如何排布才能保證頭部親水，而尾部疏水？同樣的過程，由學(xué)生動手進(jìn)行虛擬排布，完成討論和原理講解后，展示已設(shè)計好的含中心疏水區(qū)的單層磷脂分子球狀排布。

（四）模擬雙層磷脂分子球狀排布

細(xì)胞內(nèi)部并不是一個疏水區(qū)，水在細(xì)胞中的含量最高的化合物。據(jù)此模擬出磷脂分子的存在環(huán)境，即磷脂分子不可能形成中心疏水區(qū)，如果球的中心也是有大量的水的，那么磷脂分子又該如何排布，才能確保親水的頭部和水接觸，疏水的尾部不和水接觸？由學(xué)生嘗試進(jìn)行虛擬排布后，進(jìn)入評述和講解環(huán)節(jié)，最后展示已設(shè)計好的雙層磷脂分子球狀排布。

（五）仿真感受細(xì)胞膜的流動性和控制物質(zhì)的進(jìn)出   

在磷脂分子球狀排布的基礎(chǔ)上，學(xué)生仿真感受蛋白質(zhì)以鑲、嵌入、貫穿的方式與磷脂雙分子層結(jié)合，糖被和糖脂排布在細(xì)胞膜外側(cè)。根據(jù)變形蟲不斷伸出偽足來運動的過程，仿真模擬磷脂雙分子層的流動情況。

在此基礎(chǔ)上，展示細(xì)胞膜控制物質(zhì)的進(jìn)出：形成水通道的蛋白質(zhì)幫助水分子通過細(xì)胞膜；載體蛋白幫助葡萄糖通過細(xì)胞膜；載體蛋白利用ATP釋放的能量控制著細(xì)胞內(nèi)外的鈉鉀平衡。學(xué)生對細(xì)胞膜控制物質(zhì)的進(jìn)出進(jìn)行初步體驗，教師可引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到細(xì)胞膜通過多種方式來控制物質(zhì)的進(jìn)出，具體有哪些方式就是第三節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

四、總結(jié)

VR教學(xué)不是一種新的教學(xué)模式，而是一種直觀的教學(xué)方法，將抽象的場景、事物、關(guān)系具體化，超越時空的限制。VR教學(xué)法有其適宜的教學(xué)場景和使用要求，服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)。教師應(yīng)該以如同看待其他教學(xué)方法的態(tài)度來看待VR教學(xué)，將其納入到自己的方法體系中，以設(shè)計者的角色合理使用之。

參考文獻(xiàn)：

[1] 和淵, 輦偉峰, 宓奇, 閆新霞. 虛擬現(xiàn)實在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——基于The Body VR的教學(xué)活動設(shè)計實踐探究[J]. 生物學(xué)通報 2017, 52(06): 39-42.

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[3]劉恩山. 中學(xué)生物學(xué)教學(xué)論[M]. 北京: 高等教育出版社, 2012: 119.

[4] 鐘啟泉. 現(xiàn)代教學(xué)論發(fā)展[M]. 北京: 教育科學(xué)出版社, 1992: 263.

[5](美) 約翰.D.布蘭思涪特 等著. 人是如何學(xué)習(xí)的: 大腦、心理、經(jīng)驗及學(xué)校 擴(kuò)展版[M]. 程可拉 等譯. 上海: 華東師范大學(xué)出版社, 2018: 20.

[6] 劉恩山. 中學(xué)生物學(xué)教學(xué)論[M]. 北京: 高等教育出版社, 2012: 137.