基于增强现实的PBL-CD教学模式构建及应用
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作者:李倩 杨刚 郑晓倩 韩苗 李学亮
摘要：为促进增强现实技术与写作教学深度融合，本研究构建了基于增强现实的PBL-CD教学模式，借助AR虚实结合、实时交互、三维可视化的特征促进学生协作问题解决，模式分为情境导入、提示回忆、沉浸探究、评价反馈四个阶段。作者以习作《写观察日记》为例，进行具体案例分析，设置实验组与对照组开展实验研究，验证该模式的有效性，以期为增强现实技术在教学中的应用提供借鉴。
关键词：增强现实；PBL-CD教学模式；写作教学
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2022）23-0063-04
● 引言
写作是语文教学的重要组成部分，学生的写作水平是其语文综合素养的体现。[1]《义务教育语文课程标准（2022年版）》提出，要关注数字时代语言生活的新发展，体现学习资源的新变化，充分发挥现代信息技术的支持作用，拓展语文学习空间，提高语文学习能力。[2]增强现实技术具有虚实融合、实时交互、三维可视化三大特征，在写作教学中可以创设真实、有趣、丰富的场景，将知识立体化地呈现给学生，学生可以在与虚拟场景互动的过程中理解知识。认知心理学认为学生写作的过程就是解决问题的信息加工过程，通过问题识别、资源探索、解决方案生成和评价性反思等阶段发展学生解决问题的技能。[3]有研究表明，基于技术的PBL（Problem-based learning，基于问题的学习）对认知和情感技能有显著影响。[4]因此，本文通过构建基于增强现实技术的PBL-CD（Problem-based learning as Codevelopment，基于问题的协同学习发展）教学模式，并将其应用于小学语文写作教学，来激发学生写作兴趣，丰富学生写作体验，提高写作课堂交互性，促进增强现实技术在写作教学中的融合应用。
● 相关概念
1.增强现实
增强现实（Augmented Reality，简称AR）是把在现实世界里一定时空范围内难以体验到的实体信息通过计算机技术模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息映射到现实的世界，从而达到超越现实的感官体验。[5]随着移动设备和AR应用程序的普及，增强现实技术作为一种重要的教学技术已经在物理、化学、地理、生物、天文、科学、语文、思政等学科进行了大量实践探索。实践表明，增强现实技术能够激发学生学习兴趣，提升专注状态，促进学生知识建构与理解应用。
2.PBL-CD
PBL-CD模式的基本理念是W生在基于问题的教学活动中，通过参与渐进式问题解决过程，培养专业能力，该过程由一系列澄清知识和修正观点的学习圈组成，每个循环包括理解与计划、行动与分享、反思、重新思考与修正四个步骤[6]，具有问题性、自主性、批判性以及合作性四大特点。[7]目前，已有研究者将该模式应用于语言与人文课程、科学与数学课程以及多元文化学习中。
● 模式构建
1.构建原则
（1）基于虚实融合创设沉浸式互动情境原则
增强现实技术的特征之一是虚实融合，即在真实的情境中无缝地融入虚拟物体或场景，学生可以在真实的环境中通过视、听、触等感官与趣味丰富、直观形象的虚拟物体进行互动，沉浸于学习情境中，促进认知发展。在写作教学中使用增强现实技术基于虚实融合创设沉浸式互动情境，可以提高学生的专注度，使学生在与情境的互动中丰富想象，在与师生的交流互动中提升表达。
（2）基于实时交互促进渐进式问题解决原则
学生必须在情境中通过与问题互动，才能解决问题，完成写作任务。实时交互是增强现实技术的操作特征，即学生既可以通过平板电脑与虚实结合的场景进行交互，又可以随时与同学交流，共同解决教师设计的问题，理解写作主题与内容，促进批判思维的发展。
（3）基于三维可视化支持抽象内容理解原则
小学阶段的写作主题中存在一些抽象、复杂、远离学生生活的内容和情境。三维可视化的呈现方式能够将写作素材、对象以及情境全面、直观、生动形象地展现给学生，丰富学生写作内容，并激发学生想象，为写作意义的建构提供可能。
2.PBL-CD教学模式构建
本研究基于虚实融合创设沉浸式互动情境、实时交互促进渐进式问题解决、三维可视化支持抽象内容理解三大原则构建教学模式，该模式以导入型、提示型、探究型、评价型问题来组织和推动课堂教学活动（如下图），具有情境导入、提示回忆、沉浸探究、评价反馈四个阶段。具体的教学活动包含情境创设、告知目标，引导回忆、唤醒旧知，设计问题、促进理解，评价成果、指导反馈四大步骤。与其对应的学习活动分别是进入情境、确定目标，分享交流、回忆旧知，沉浸观察、解决问题，整理思路、输出成果。
（1）情境导入阶段
导入型问题是具有启发性的问题，其作用是在课堂的开始设置悬念，能发散学生思维，激发学生学习兴趣。学生进入学习情境后，通过解决问题来确定学习目标，保证学习方向不偏离。
（2）提示回忆阶段
在新知识学习前教师要设置提示型问题引导学生回忆先前知识。学生在提示型问题的触发下回忆旧知，并与师生分享交流，为下一阶段的共同探究打好基础。
（3）沉浸探究阶段
本阶段教师通过设计探究型问题促进学生理解。师生在沉浸式互动情境中与三维可视化对象互动，通过理解与计划、分享与行动、反思、重新思考与修正四个思考点组成的循环圈解决问题，开展由身体到思维的沉浸式学习。
（4）评价反馈阶段
评价型问题是一种诊断性问题，其作用是检验学习目标的达成情况，能促进学生知识内化。教师在学生成果输出前提出评价型问题，学生通过解决评价型问题获得评价标准，依据评价标准整理思路后输出成果。在学生输出成果后，教师依据评价标准给予学生反馈指导，使学生进一步修改完善作品。
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● 案例分析：《写观察日记》教学片段
1.前期分析
“写观察日记”是部编版四年级上册第三单元的习作，本单元的主题是“处处留心皆学问”。经过《古诗三首》《爬山虎的脚》《蟋蟀的住宅》三篇课文的学习，学生体会到了文章准确生动的表达与作者连续细致的观察是分不开的。四年级的学生经过一年的习作练习，能有意识地留心周围事物，对书面表达有一定的兴趣，但是将所见所闻条理清晰、真情实感地用书面形式表达出来还存在一定的困难。
2.教学环境
本节课采用增强现实技术和多媒体网络教室相结合的学习环境。学生使用平板电脑上的AR软件开展连续细致的观察，教师使用多媒体网络教室向学生展示AR软件的使用方法并开展写作教学活动。增强现实软件“AR森林动物园”中包含学生日常生活中难以近距离观察的动物，如老虎、獾熊、蜘蛛、长颈鹿、野猪、松鼠等。学生可以自己操作平板电脑在场景中观察，点击自己喜欢的动物，系统会提供有关该动物的相关解说，也可以前后左右调整视角详细观察动物的外貌。
3.教学目标
知识与技能目标：借助“AR森林动物园”APP，通过运用眼、耳、手等感官，学会连续、细致地观察，了解事物的特点，习作中能够生动、具体、细致地描写事物。
过程与方法目标：在解决问题的过程中获取知识，有条理地写下观察中的发现，并能表达自己观察时的感受。
情感态度与价值观目标：在自评、互评的过程中依据写作评价标准修改完善作文，反思观察和习作的过程，养成善于发现新事物，并细心观察、乐于分享记录的好习惯。
4.教学过程
（1）情境导入阶段
导入型问题：大家见过野猪、獾熊、松鼠、狐狸这些生活在森林里的动物吗？了解它们吗？
教师活动（情境创设、告知目标）：向学生描述“AR森林动物园”中的场景，并提出导入型问题，激发学生兴趣，在引起学生注意的同时告知学生本节作文课的学习目标，即在“AR森林动物园”中选择一个自己喜欢的动物进行细致的观察，并用文字描述自己观察的小动物。
学生活动（进入情境、确定目标）：发挥想象力体会教师描述的“AR森林动物园”场景，将注意力集中在本节课的学习目标，向老师和同学完整说明本节课的学习目标。
（2）提示回忆阶段
提示型问题：同学们有没有仔细观察过身边的事物？观察的是什么？是怎么观察的？
教师活动（引起回忆、唤醒旧知）：引导学生回忆之前的写作内容和写作方法，通过分享交流会的形式邀请学生分享自己的习作经验。
学生活动（分享交流、回忆旧知）：在教师的引导下，通过回忆观察经验，唤醒已掌握的观察知识。
（3）沉浸探究阶段
探究型问题：①你会选择哪个小动物进行观察呢？为什么选择它？②你想怎么去观察这个小动物呢？③你还想了解这个小动物的什么？
教师活动（设计问题、促进理解）：本阶段学生以问题为核心开展AR观察活动。三个探究型问题结构清晰，由浅入深层层递进。问题①的目的是帮助学生确定观察目标，引领学生思维；问题②的目的是帮助学生从外貌、动作、观察过程、想法和心情四个维度细致地观察小动物；题③的目的是促进学生深度理解。
学生活动（沉浸观察、解决问题）：在整体观察阶段，学生熟悉“AR森林动物园”中的场景元素，整体了解森林中的动植物环境。在分步骤观察阶段，学生四人为一组采用切块拼接法进行，即将观察任务分为外貌观察、动作观察、观察过程记录、观察想法和心情记录四部分，每个成员完成一个任务，然后，不同小组中完成同一任务的学生组成“专家组”，共同讨论他们的任务完成情况，最后，学生返回各自的小组，轮流将自己所观察的部分分享给组员。学生结合问题解决任务单开展详细观察，任务单上呈现了学生需要在AR观察过程中解决的问题，可以帮助学生记录观察内容，积累写作素材，形成写作思路。
（4）评价反馈阶段
评价型问题：在观察完小动物后，你认为本次习作的要点有哪些？你想怎么写这篇习作？
教师活动（评价作文、反馈指导）：批改学生作文，组织学生依据评级标准开展自评、互评活动，并给予学生个性化的反馈指导。
学生活动（整理思路、书写作文）：通过回答评价型问题整理习作思路，与教师共同制作评价标准，并依据评价标准，梳理课堂学习任务单上记录的观察素材，回顾问题解决情况，开展写作活动，将内隐的思维语言转化为外显的书面语言。
5.教学效果
为验证基于增强现实的PBL-CD教学模式在小学写作教学中应用的有效性，本研究在浙江省某小学随机选取80名写作成绩相近的四年级学生为实验对象，设置实验组和对照组，每组40人。为控制变量，实验组和控制组的授课教师由课题小组同一教师担任。实验组开展基于增强现实的PBL-CD教学，控制组在增强现实环境下开展讲授式教学，在实验前后分别对学生的写作水平进行前测和后测。数据显示，实验组后测成绩（91.3）高于对照组后测成绩（89.1），且实验组的均值差（3.9）高于对照组（1.6）。从课堂表现结合学生习作文本来看，实验组的课堂互动更有效，体现在学生习作主题更契合、结构更完整、表达更清晰且具有一定的创新性等方面。
● 总结
本研究将增强现实技术融入小学写作课堂教学，构建基于增强现实的PBL-CD教学模式，并验证了该模式的有效性，其价值不仅在于实现了以“自主、探究、合作”为特征的新型教学方式，使师生在问题解决中协同发展，更在于体现了信息技术与学科教学深度融合的教学改革新途径。
参考文献：
[1]彭小明，刘亭玉.写作教学模式论[M].杭州：浙江大学出版社，2015.
[2]中华人民共和国教育部.义务教育语文课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.
[3]Moust J， Bouhuijs P， Schmidt H.Introduction to Problem-Based Learning[M].2007.
[4]Phungsuk R， Viriyavejakul C， Ratanaolarn T.Development of a problem-based learning model via a virtual learning environment[J].Kasetsart Journal - Social Sciences，2017.
[5]Azuma R T.A Survey of Augmented Reality[J].Presence of Teleoperators & Virtual Environments，1997（04）：355-385.
[6]琼斯.问题解决的教与学：一种跨学科协作学习的方法[M].北京：中国轻工业出版社，2004.
[7]谢彦红.PBL―CD模式在教育研究方法课中的应用[J].中国成人教育， 2009（16）：2.
第一作者简介：李倩（1997.10―），女，汉族，陕西渭南人，在读研究生，硕士，研究方向为信息技术教学。
基金资助：2021年浙江省教育厅科研项目“‘AR+PBL’教学模式对写作学习成效影响的实证研究 ”（课题编号：Y202147428）；温州大学2020年研究生创新基金立项项目“SVVR支持学生写作学习的实证研究”（课题编号：316202001010）阶段性研究成果。
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