课题申报范本：基于3D VR技术下的小学生命科学教学模式研究

课题申报范例精选

【导语】课题要坚持正确的政治方向，充分体现中央有关精神和要求，具有鲜明的问题导向和创新价值。应用对策类选题要有现实性、针对性和前瞻性；基础理论类选题要立足学术前沿，具有原创性和开拓性；跨学科类选题要体现学科交叉渗透的属性和特点。选题文字表述科学、严谨、规范。以下是课题优秀成果，是各类教师进行课题申报、开展课题研究、撰写研究报告的参考模板和范例。基于3D/VR技术下的小学生命科学教学模式研

究

课题名称：基于3D/VR技术下的小学生命科学教学模式研究

关键词：单位申报

申报级别：广东省东莞市大朗镇巷头小学

课题类别：

学科分类：

研究类型：

预期研究成果：

立项号：

课题设计论证

一、本课题国内外研究现状述评、选题意义和研究价值

（一）本课题国内外研究现状

随着计算机系统工程技术发展，虚拟现实已得到国家有关部门和科学家们的高度重视，引起我国各界人士的关注、研究与应用。

国外：互联网和移动互联网时代，美国在上世纪八十年代也开始研究虚拟现实技术。根据研究主体的不同可分为高校和研究机构（实验室、研究院等），美国的北卡罗莱纳大学(UNC)是最早开展虚拟现实研究的高校，研究微观建模、宇航员驾驶、模拟医疗、建筑仿真等领域。虚拟现实的特点与核心是具有沉浸感，让沉浸到虚拟的空间之中，同时还具有交互性与想象性。VR 与教育的结合，可以颠覆传统教学方法中受教育的一方无法参与、无法互动的瓶颈；支持课堂的全真模拟展示和交互，以其自身的特点，结合技术手段体现学生的主动性，增加教学的实践性和真实感，丰富师生对3D 立体展示和实践性的需求。特别是在教育方面，虚拟现实更是发挥着巨大的作用，使教育手段更加多元化，提高受教育者的学习效率，这一技术的出现必将会传统教育模式带来新一轮的变革，让现代教育方式焕发出无穷的生命力。

国内：根据我国的国情，九五规划、国家自然科学基金会、国家

高技术研究发展计划已将虚拟现实技术的研究列为重点研究项目。国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实技术的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。目前，我国虚拟现实技术在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、因特网、勘探测绘、生产制造和局势航天等数十个重要的行业得到广泛的应用。

北京航天航空大学计算机系是国内最早进行VR研究、最具权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室继承了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行换训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并着重研究虚拟环境中物体物理特性的表示和处理。目前3D、VR正慢慢走入中国校园，中国科技大学开发的光学设计实验平台，是我国最早的虚拟现实教学平台。除此之外，虚拟现也在课堂教学实践也有一些尝试：袁南辉将虚拟现实技术引入教育生电课堂，结合探究学习和混合学习模式，搭建了虚拟生电学习系统，崔冠男将虚拟现实应用于初中地理教学中，经过测试发现学生成绩都不同程度得到了提高。

综上所述，国内外对于虚拟现实教育应用的研究主要为虚拟校园场景浏览、虚拟实验系统开发且较多关注功能、技术方面的研究，在教学设计、课堂教学、学习环境构建等方面的研究甚少，因此探索虚拟现实技术与小学科学生命教学内容的融合是值得研究的方向。

（二）选题意义和研究价值

1、研究的意义

借助云计算、虚拟现实技术、3D显示技术等新一代信息技术，构建新型小学教学环境，充分利用3D教学资源，提升学生在课堂上主动探究的积极性和教学活动的参与度，形成一系列小学科学学科的教学范例。为技术与课堂更好地融合、为课堂教学模式的创新提供依据和启示。通过课题研究，促使老师利用3D/VR设备及资源进行磨课，有效提升教师信息化素养，提高教师的教学创新能力

2、研究的价值

（1）实践价值：

小学科学教育旨在培养学生的科学素养，通过科学活动探究的方式培养学生对科学的兴趣，并提高其动手实践的能力。3D/VR教学课堂特别适合复杂、抽象的生命科学知识的呈现与讲解。学生可以通过追踪眼镜和操控笔与各种现实高度契合的立体模型进行互动，让他们的注意力高度集中，可以说是最有效率的学习方式，课堂教学更生动、更有趣、教学活动更多元，让孩子爱上学习、爱上科学。

（2）创新价值：

将3D显示技术、虚拟现实技术与小学科学相结合，丰富教学资源、延伸教学空间、拓宽师生的视野，。如人体的构造、微生物的结构、动物的生命周期等的学习。3D/VR技术进课堂能让农村的学生沉

浸其中，激发其无限的想像力，让他对知识有身临其境的感受，；3D/VR 技术进课堂将摆脱空间和经费的限制让学生在三维空间勾勒创意。因此农村小学把3D/VR引入到科学课堂教育教学之中是具有创新性价值。

二、本课题的研究目标、研究内容、主要观点与创新点

（一）研究目标

1、村镇小学实验设施、科学教具、教学素材相对缺乏，对于小学科学中生命科学的部分，学生不能仔细观察，无法深入理解，对科学也无法产生学习兴趣。

2、根据生命科学教学需求，撰写教学设计，进行教学应用实践，通过对教学成效进行评价，综合分析，不断总结优化，将教学案例集结成册，并形成一套适合于生命科学的教学方法和思路。

（二）研究内容

1、结合本校的现况，搭建基于3D的教学环境，整合与教材匹配的立体互动教学资源，建立适合虚拟教学的系列课程内容，渐近式推进3D虚拟学习环境在科学课堂中的应用。建立适合虚拟教学的关于生命科学的课程目录，推进3D虚拟学习环境在科学课堂中的应用。

2、整合教学资源、或根据教学需求，撰写资源需求，与第三方合作，共建与教材配套的优质教学资源，通过分析3D虚拟现实技术在

课堂中应用的效果，对典型案例进行分类分析、总结，形成教学应用策略。

3、通过对参与研究的教师和学生进行问卷调研，分析3D/VR教学对小学生命科学教学的实践价值，探索创新型小学生命科学教学模式，在全校范围内进行推广应用。

（三）主要观点

1、3D、VR科学实验课堂从教学理念、内容、模式、方法和评价等方面，已经形成以互联网为基础设施和实现工具，启发学生对知识的主动探索兴趣，深化学生的立体空间感，培养学生的虚拟空间思维。

2、基于3D虚拟现实技术必将变革传统的学习方式，寓教于乐的学习模式有利于三维目标的达成，有利于提升学生的自主学习能力、思考能力和实践创新等综合能力，基于3D虚拟现实技术的情境教学将为教师的教与学生的学开辟一条崭新的途径。

（四）研究的创新点

1、创造性地实现数字技术与基础教育教学的深度融合，扩展了学生获得知识的途径和范围，减少了老师的工作量。

2、在3D虚拟课堂教学中，对学生而言最大的方便是让学生对信息的获取、处理等有了更清晰的认知，学到了知识的同时又培养了学生很好的信息能力。

3、使农村小学师生的科学课堂与素养在虚拟现实技术的应用过程中得到迅速提升。

三、本课题的研究思路、研究方法和实施步骤

（一）研究思路：以构建“新技术+乡镇学科教育”的教育发展新形态为目标，突出3D技术的情境性强、参与性强的优势，探索、构建形成基于3D的虚拟学习的课堂教学模式的研究，使师生在深度融合的信息技术教育实践中，信息技能和素养、教育教学成效得到迅速提升。

（二）研究方法：

1、行动研究法：分年段开展行动研究，以“教学设计——课程实践——反思优化——课程实践——形成模式”的思路，构建出一套3D/VR技术环境下的小学生命科学教学模式。

2、问卷调研法：对影响学生学习成效的各要素进行分析和设计，对两组教师和学生进行问卷访谈，并对教学案例进行交互分析和综合分析，总结相关实践经验，指导和完善后续的环境构建和实践。

3、文献调查法

通过查阅与研究内容相关的图书、期刊、论文等，初步了解3D技术在生物教学中的应用现状，奠定相关理论基础，在此基础上结合实践调查开展小学生命科学教学模式的研究。

4、实践研究法

选择教学内容，将3D、VR教学素材整合进教学设计，边进行教学实践边研究，通过来断反思教学过程中的问题，依据实际情况，随时调整完善教学活动，形成系列优质课例，总结出一套行之有效的教学方法。

（三）课题研究的实施步骤

1、前期准备（2018年5月-2018年9月）：开发与课题研究有关的3D虚拟现实教学资源和系统应用平台，通过对数字化课堂环境的学生、教师、资源和环境四个方面分析影响3D虚拟学习环境的相关要素，为课题研究做好资源、应用平台、教师培训、学生能力和领导力等各种环境的准备。

2、课题论证（2018年5-9月）：通过学校科研组教研、调查研究和专家访谈，通过学生、教师、资源和环境四个维度进行相关选题论证，明确研究目标和实施方案，确定研究课题。

3、申报立项（2018年9-11月）：设计研究方案；征求专家意见；提交立项申请。

4、启动阶段：课题申报与培训：2018年9月-2020年6月

5、课题研究阶段：2018年9月-2020年9月

（1）子课题开题：2018年9月

（2）探究性研究阶段：2018年9月-2019年9月

（3）中期评估阶段：2019年9月-2020年9月

6、验证研究阶段：2020年9月-2021年6月

7、总结验收阶段：2021年6月-2021年12月

课题可行性分析

主要参考文献

（一）相关研究成果

1、进行了大量的文献调研和实地考察

项目组成员以网站信息、研究论文、行业资讯、软件产品为对象，进行了大量的文献调研和内容分析，对虚拟课堂3d技术特点、设计理念、应用需求等有了较为全面的了解，形成了初步的需求设计方案。

2、已经完成部分教学展示

学校制作团队在利用3d技术进行教学中初步体会到了虚拟世界带给孩子们的乐趣，涉及学科广泛，深受学生喜欢。

（二）主要参考文献

1、（美）Ｍ?米切尔?沃尔德洛普，郑奕宸．网络公开课改变高等教育，环球科学，2013

2、马颖峰.网络网络环境下的教与学——网络教学模式论。北京科学出版社，2005.

3、钟志贤，信息化教学模式。北京师范大学出版社，2006.

4、张立滨.互联网时代背景下现代信息技术在高校排球教学中的应用分析。体育世界（学术版），2017

5、张君阳,刘菲.慕课在高等教育教学中的应用，产业与科技论坛，2017

6、王萍，大规模在线开放课程的新发展与应用：从ｃＭＯＯＣ到ｘＭＯＯＣ，现代远程教育研究，2013

7、方海光; 王红云; 黄荣怀，移动学习的系统环境路线图，现代教育技术，2011-01-15

8、焦宝聪，Helge Hoivik，方海光，《数字化时代下的教与学》，首都师范大学出版社，2016年

9、杜婧敏; 方海光; 李维杨; 仝赛赛，教育大数据研究综述，中国教育信息化，2016-10-05

五、研究基础

1.研究保障（设施、设备、时间、经费等）

（1）物质保障

近十年来，学校不断探索信息化教育发展道路，研究在互联网背景下信息技术与教育教学管理以及教学改革深度融合的问题。在研究探索的过程中，各种硬件设备，实验资源已到位。本课题的研究得到了镇教育局和学校的全力支持。为了课题研究，学校积极联系恒丰教育科技公司，为学校添置了3D移动设备、建立了3D、VR实验教室。学校教育信息化研究已近十年，已积累了一定的研究基础，在省市已具有一定的影响力。也有全国省市的互助资源及专家指导力量。从教师、学生及家长中已树立较高的教育信息化的师资队伍稳定，名师较多，研究力强。相信通过研究，能探索出小学教育信息化办学之路，对其它学校推广教育信息化有很大的示范、引领作用。我校的教育研究工作得到了市、镇教育部门的支持和重视，市、镇下拨经费以及学校科研经费共筹100万元，为申报和开展全国教育信息技术研究课题子课题提供有力保障。

（2）时间的保障

时间上，我们保证每周两节的科学课作为主要研究阵地，每月一次的课题沙龙，以及随时进行的网络交流，进行多层次、多方面的总结、反思、交流等实践研究，加强对学生自主探究能力培养的有效指

导。

（3）成立3D/VR课题教研工作小组。以校长为组长，教导处副主任、科技骨干教师为副组长，全体教师都参与3D/VR技术理念的教学研究中，促进STEAM教育的教学活动有效开展。

预期研究成果