杨丁 钟钒 成都嘉祥外国语学校

摘 要：VR教学隶属于直观教学法，可将抽象的场景、事物、关系具体化，超越时空的限制，VR在生物教学上的运用情境主要包括场景模型建构和实验演练学习。教师们对VR教学存在的认知误区包括将VR理解为一种教学模式、极端化认识、角色扮演的模糊性、忽略具体学情等，VR教学应服务于教学目标，教师作为设计者，对VR的理解直接影响VR教学的发展方向。以《细胞膜流动镶嵌模型》一节的VR教学环节设计为例展示VR技术对生物教学的优化。

关键词：VR教学；直观教学；高中生物；细胞膜

一、VR技术在生物学教学中的运用

生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学，从微观的细胞水平到宏观的生态系统，亦或者经典实验，都因不可视、不可摸、不可入的特点，学生很难深入理解^【1】。对于演示实验，存在教师与学生一对多、距离远、视角单一等问题，即使是可实际操作的实验，也因时间、仪器、材料等客观因素的限制而难以有细致通透的观察与演练机会。知识建构符合从具体到抽象、从感性到理性的过程，直观教学是实现这一点的基本保证，即用具体、生动和直接的事物作为感觉传递物，通过一定的方式向学生展示，促使学生多维感官产生感觉、知觉和表象，达成高效率学习效果^【2】。VR技术属于计算机技术，是直观教具中的一种，VR教学属于直观教学法中的一种^【3】。目前VR技术在生物教学中的实际应用主要包括以下两类情境：场景模型建构、实验演练学习。

（一）场景模型建构

场景模型建构是对重要真实环境和状态的还原，包括过去的、现在的和未来的环境场景，也包括微观、宏观的事物状态，突破时空的限制。例如，进行物质循环和能量流动的教学，可真实还原一个生态系统，让学生体验到各种各样的生物关系，并设定条件，若某一因素改变后，整个生态系统会如何变化；再例如，高度仿真某一细胞或某一系统内的生命活动，观察各细胞器的结构与功能、细胞的分裂分化，观察系统的代谢过程。这样的还原增强学生的沉浸感和注意力，帮助学生体验如何从纷繁复杂的系统中关注到有代表性的特征，捕捉整体的核心关系，培养建构模型的能力。

（二）实验演练学习

教师进行演示实验时，由于学生较多，学生位置固定，演示节奏由教师控制，演示次数有效等，学生往往看不清教师是怎么做的。一些材料价格昂贵、所需设备高端、周期较长的复杂实验，学生通常停留于按照步骤操作一遍的程度，很难在动手过程中理解实验原理和实验步骤。对于很多在生命科学史上有着重要意义的经典实验，老师和学生更不可能重复出来，因此，需要VR技术进行实验的模拟还原，这是现有的PPT、视频、图像所不能展示的。

二、对VR教学的认知误区

教师们对VR技术支持下的教育认知误区主要包括以下四个方面：极端化认知、将VR理解为独立的教学模式、角色扮演的模糊性、忽略具体的学情。

（一）将VR教学理解为独立的教学模式

教师们对VR的一种认知是，将VR教学作为一种新的教学模式来研究实施步骤和评价标准，教学模式是指能用于构成课程和课业、选择教材、进行教学的一种计划或范型^【4】。VR作为一种技术，如同视频、PPT，属于直观教具，而VR教学属于一种具体的、可操作的方法，其地位不足以独立形成一种模式，VR教学应当和其他教学策略或方法相融合使用。因此，对VR的评价应当属于方法层面的辩证式评价，即使用条件是什么，有什么优点和缺点，适合于什么样的学生群体。而方法使用是否得当，完全取决于是否协助达成目标。例如，一位教师期待用VR技术来协助上一堂探究课，但整个教学安排都是先讲原理再就原理作事实分析，呈现出从上位概念到下位事实的应用性逻辑，如此，这就不算是一份基于VR辅助的优秀教学设计。因此，将VR教学作为一种独立的教学模式纠结于开展流程是没有必要的。

（二）极端化认知

教师对VR教学存在极端化认知，表现为两个方面。一个方面是教师对VR教学抱有极大的期望，将其理解为很陌生的新技术，夸大VR教学的意义和可能性；另一个方面是否定VR技术对教学的改变，认为VR教学没有什么意义，其作用与PPT播放、视频播放效果差不多。

教师不能以苛求完美的态度来面对应用于教学的新技术，仅仅靠一门技术是不可能对教育产生颠覆性革新作用的，VR的准确定位是优化教学，促使一些教师无法展示、学生缺乏体验的教学情境得以直观化呈现。VR教学作为一种教学方法，本身没有好坏之分，只有适用条件和优缺点之分。众多的教学方法如同木匠手中的榔头、螺丝刀与钳子，工具的挑选依赖于手中的任务和所用的材料^【5】。

（三）角色扮演的模糊性

一线教师在VR教学中的角色扮演主要有两种错误形式，一种是被动接受，另一种是认为技术开发在先。呈现第一种状态的教师通常认为VR技术没有什么用，或者因为工作繁忙而懒于研究，因此，通常是学校要求，以应付公开课而使用VR资源。第二种状态的教师常对VR技术持乐观态度，也表示愿意借助VR资源进一步优化教学，并且激励自我以此为契机重新审视教学设计，态度或行动停留于思考如何使用现成的VR资源，没有主动参与VR资源开发的意识。VR教学发展目前为校企合作模式，即一线教师进行教学设计，并对VR资源有一定的效果构想，由公司技术人员负责资源开发。一份优秀的教学资源往往是教师与技术人员多次协商、共同研发的结果。教师的思维构想要大胆，思维的构想不要太受技术水平的限制，技术在发展与普及中。为推动学校VR教学特色化形成，教师需要结合VR技术在学科中的适用场景，尝试进行教学设计，与合作单位共同研发优质的VR技术。因此，教师的正确定位为基于教学设计的资源开发者。

（四）忽略具体的学情

根据学生学情不同，在具体教学主题上是否要使用VR技术，需要老师做出判断。例如，学习能力偏弱的班级，学生难以想象出氨基酸的核外电子排布、氨基酸脱水缩合及多肽链形成蛋白质的空间立体过程，那么《生命活动的主要承担者——蛋白质》一节利用VR技术来呈现立体、真实的微观世界是十分必要的。但对于学习能力较强的班级来讲，这样的教育可能没有必要。因此，具体到章节的内容、活动等，到底是否需要借助VR技术有赖于教师对学生学情的判断。

因此，教师面对优质的VR资源，始终要认识到教育方法服务于教育目标、服务于学生主体地位的中心思想，不可盲目借鉴、照搬，或者为了新鲜而非得为教学冠上VR的名号。

三、《细胞膜流动镶嵌模型》的VR教学环节设计

利用VR技术优化《细胞膜流动镶嵌模型》教学的原因是：1)细胞膜的流动镶嵌模型如同DNA分子结构的概念一样，属于学生难以理解的抽象概念^【6】。2)上课时间紧张，学生要动手制作模型，模拟水-空气界面的磷脂分子排布、含中心疏水区的单层磷脂分子球状排布、双层磷脂分子球状排布、糖被的排布等，学生的注意力很有可能集中于动手操作上，而缺乏思维层面的思考。3)因为没有学习基础，前期材料完全由教师准备，学生在材料多样化选择、模型多样化设计方面没有自主性；可将动手实操的模型制作放在课后，在保证模型核心结构不变的结构上，充分尊重学生的制作热情和美化构想。4)本节教学可以很好地展示出VR教学与问题导向式教学的综合化使用。

（一）磷脂分子的亲水性与疏水性

“细胞膜流动镶嵌模型”VR素材中，设计好含亲水性头部和疏水性尾部的磷脂分子，结合洗洁精清洁油脂的原理，仿真磷脂分子一头结合水分子、一头结合油脂分子，将不相溶的水分子和油脂分子逐渐混合在一起的过程，由此体现两性分子的特征。

（二）水-空气界面的磷脂分子的排布

在上一步的基础上提问，在水-空气界面上，多个磷脂分子会如何排布？VR素材中设计盛有水的烧杯和无数个磷脂分子，学生可在虚拟世界中，自主摆设在水-空气界面上摆设磷脂分子。根据学生的摆设效果，纠正学生的认知小误区。例如，每个磷脂分子的头部应全部浸入水中，尾部会尽可能逃离水，因此水-空气的界面刚好位于头部和尾部的交接处，且众多磷脂分子会紧密排布在一起。最后呈现已设计好的磷脂分子在水-空气界面的排布情况。

（三）模拟含中心疏水区的单层磷脂分子球状排布

在上一步的基础上，继续提问，如何磷脂分子不能在水-空气界面进行排布，必须在水中排布，如何排布才能保证头部亲水，而尾部疏水？同样的过程，由学生动手进行虚拟排布，完成讨论和原理讲解后，展示已设计好的含中心疏水区的单层磷脂分子球状排布。

（四）模拟双层磷脂分子球状排布

细胞内部并不是一个疏水区，水在细胞中的含量最高的化合物。据此模拟出磷脂分子的存在环境，即磷脂分子不可能形成中心疏水区，如果球的中心也是有大量的水的，那么磷脂分子又该如何排布，才能确保亲水的头部和水接触，疏水的尾部不和水接触？由学生尝试进行虚拟排布后，进入评述和讲解环节，最后展示已设计好的双层磷脂分子球状排布。

（五）仿真感受细胞膜的流动性和控制物质的进出

在磷脂分子球状排布的基础上，学生仿真感受蛋白质以镶、嵌入、贯穿的方式与磷脂双分子层结合，糖被和糖脂排布在细胞膜外侧。根据变形虫不断伸出伪足来运动的过程，仿真模拟磷脂双分子层的流动情况。

在此基础上，展示细胞膜控制物质的进出：形成水通道的蛋白质帮助水分子通过细胞膜；载体蛋白帮助葡萄糖通过细胞膜；载体蛋白利用ATP释放的能量控制着细胞内外的钠钾平衡。学生对细胞膜控制物质的进出进行初步体验，教师可引导学生认识到细胞膜通过多种方式来控制物质的进出，具体有哪些方式就是第三节要学习的内容。

四、总结

VR教学不是一种新的教学模式，而是一种直观的教学方法，将抽象的场景、事物、关系具体化，超越时空的限制。VR教学法有其适宜的教学场景和使用要求，服务于教学目标。教师应该以如同看待其他教学方法的态度来看待VR教学，将其纳入到自己的方法体系中，以设计者的角色合理使用之。

参考文献：

[1]和渊, 辇伟峰, 宓奇, 闫新霞. 虚拟现实在中学生物学教学中的应用——基于The Body VR的教学活动设计实践探究[J]. 生物学通报 2017, 52(06): 39-42.

[2]刘恩山. 中学生物学教学论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2012: 116.

[3]刘恩山. 中学生物学教学论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2012: 119.

[4]钟启泉. 现代教学论发展[M]. 北京: 教育科学出版社, 1992: 263.

[5](美) 约翰.D.布兰思涪特 等著. 人是如何学习的: 大脑、心理、经验及学校 扩展版[M]. 程可拉 等译. 上海: 华东师范大学出版社, 2018: 20.

[6]刘恩山. 中学生物学教学论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2012: 137.