一、學習環境設計的理論基礎
探究式虛擬學習環境的設計主要的理論基礎是建構主義理論。
(一)學習環境的創設
建構主義認為學習環境是學習者可以在其中進行自由探討和自主學習的場所。學習環境是促進學生學習的外部原因，學生可以利用環境中一切因素如學習資料、音頻、視頻等工具協作學習，只要學生使用得當，就有利于學生的學習，也可以通過觀察環境中一些現象，提出問題，最后解決問題達到知識的意義建構。
(二)協作學習
在建構主義指導下的學習環境設計應該注重學生的交互作用，這對學生完成知識的意義建構起著決定性的作用。學生在學習環境中，可以自主學習也可以進行協作學習，他們可以共同建立一個協作小組，相互交流討論，解決分歧，最后達成共識。
(三)意義建構
學習的最終目的是能夠完成對所學科學知識的意義建構，將知識納入自己的認知結構中，并能運用知識解決問題，促進知識遷移。建構主義教學環境設計注重創設有利于學生意義建構的教學情境，學生對知識進行了意義建構也就意味著促進了他們的學習，因此一切過程也是圍繞著“意義建構”而展開，教學中一切活動都應該以利于學生所學知識的意義建構。
二、探究式虛擬學習環境的設計
探究式學習環境的設計主要從兩個方面進行設計，分別為學習內容和教學策略，學習內容主要包括設計的知識領域，包括各種場景中知識鏈接和學習資源的設計，認知工具的設計。探究式虛擬學習環境設計主要采用的.策略分為兩大部分:自主學習策略和協作學習策略。自主學習策略中包括支架策略和自我反饋教學策略，協作學習策略主要包括小組討論和伙伴學習。
(一)學習環境的設計內容根據建構主義的代表人物喬納森在1997年提出的建構主義學習環境模型CLE為基礎來分析和闡述學習環境設計的主要內容，在網絡技術支持下的設計模型主要是在理論指導下，對科學課程所涉及的內容進行全面設計，再結合自主學習策略和協作學習策略等進行了循環設計，并進行評價，使環境和學習成為統一整體。
(二)學習環境的設計模型
根據前人的研究成果和理論依據，并在習海旭等人所提出的虛擬學習環境設計的系統結構的幫助下，設計出關于小學科學課程的學習環境設計模型。主要分為三個層面的設計，分別為“導航層”“探究層”“反思層”。
1．導航層面的設計。導航層面的作用主要在學生探究過程中給以適當正確的引導，避免他們偏離主題。主要包括界面的菜單項設置、頁面布局等設置。
2．探究層面的設計。
(1)“探究層—物質世界”模塊設計。首先分析關于“物質世界”的設計，進入物質世界后，選擇“熱傳遞”現象，進入場景，演示實驗，首先是一個空杯子，摸上去是涼的，倒入熱水后杯子外壁溫度升高，變熱，提出問題，找出引起這種現象的原因。然后學生進入實驗環節，開始虛擬實驗。同樣在物體熱脹冷縮中，先演示一個現象后，然后提出問題，學生進入實驗室進行虛擬實驗完成探究。
(2)“探究層—生命世界”模塊設計。學生通過登錄進入系統點擊“生命世界”進入“植物生長”場景，進入之后學生會發現場景中有一片土壤。在場景左邊可以選擇工具如鐵鍬、鋤頭、灑水壺，還有各種原材料植物種子、肥料、農藥等;在場景的右邊是提示板，上面包括各種植物適宜生長環境、空氣濕度等提示信息;場景上方還有溫度計調節環境溫度。進入“動物世界”場景之后，首先呈現在學生面前的是森林環境中各種動物，讓學生近距離的觀察他們的生活，這樣不僅避免了現實中人們的某些對動物的恐懼感，而且他們能獲得對動物的真實了解。這里以“養蠶”為例子，首先拿到蠶卵，在一定的室溫環境下，等待孵出蟻蠶，適時適量地喂食、打掃衛生等工作，同時一邊觀察蠶的生長情況，在飼養的過程中獲得經驗和知識。
(3)“探究層—地球與宇宙”模塊設計。地球與宇宙模塊是學生進入系統后，便進去虛擬宇宙，跟著鼠標在太空中漫游，觀察各大星球大小、形狀、位置等，也可以改變視角俯視平時等觀察星球運動和球體表面。在“星球運動”場景可以清晰地看到各大行星、衛星的運行軌道、快慢、相對位置、大小等。用戶使用鼠標在太空的旅行，以放大和縮小，改變觀察角度來瀏覽整個宇宙世界。在“日食和月食”中通過虛擬地球，月球公轉和自轉速度轉動，觀察在此過程中出現什么現象，以及出現現象時太陽、地球和月球的相對大小及位置等。
(4)“探究層—運動和力”模塊設計。在運動和力模塊，主要包括三個場景分別為“游樂纜車”“杠桿滑輪”“自制賽車”場景。在第一場景中，學生點擊進之后便猶如在旅游景點乘坐纜車，沿途觀賞各種美景，立刻激發學生的好奇心，之后呈現在學生面前一個疑問是“纜車到底靠什么運動呢”，引起學生的猜想，接著進入虛擬實驗室，來驗證各種假設最后得出結論。在杠桿滑輪場景中，進入環境先演示起重機等機器工作過程，然后提出問題，學生進行試驗，環境中擁有所有需要的虛擬工具。在自制賽車中，則是將運動和力結合起來考察，通過選擇工具來進行探究。
(5)“探究層—水和空氣”模塊。在這一模塊中主要包括兩個場景“水的世界”“周圍空氣”。其中“水的世界”場景主要是通過呈現地球儀來引入學生探究。而“周圍空氣”首先給了一個文字情境猜謎語來激發學生的學習積極性，然后再查詢空氣成分等資料，接著進入實驗環節，利用水杯、水、吸管、火柴棒等工具來驗證空氣的存在、重量等。
(6)“探究層—我們自己”模塊設計。此模塊包括“觀察身體”和“運用器官”兩個場景，此模塊主要是向學生普及生理知識，在第一個場景中主要由虛擬人的人體解剖構成，讓學生既可以了解身體的基本構成也能認識到身體內部結構。在“運用器官”環節主要是綜合運用各個器官去觀察事物，傾聽聲音等。
3．反思層面的設計。反思層主要是學習者完成探究后，回顧自己的探究過程，學習者在探究學習完成之后進入的一個環節，學習者可以反思自己的學習過程，通過其中的成功與失敗得出一些經驗和教訓，可以留言與大家一起分享，也可以相互討論進行解決問題。
三、結語
由于傳統的教學方式主要是以教為主的教學方式，隨著信息技術的發展，探究式虛擬學習環境設計引入了更多的技術手段。首先，在每一個場景的設計中，都時時以探究性為核心，每一個情景都使學生主動思考，深入探究。其次，探究性虛擬學習環境是以建構主義為理論基礎的，主要是以學生為主體;教師在此過程中主要是輔導學生學習。最后，探究式虛擬學習環境設計將虛擬現實技術引入學習環境設計中，讓學生坐在電腦前，體驗親臨現實般的親切感。為了讓學生更好地學習科學課程，培養學生的探究精神，在未來要對環境設計加以改進。首先，擁有更多的時間和精力，為小學科學課程創設一個更好更全面更科學系統的學習環境，同時也要擴展教學內容，不能僅局限與教材上所需要掌握的內容。其實，隨著技術的發展，其他多種理論的指導下，學習環境設計向著三維虛擬環境發展，對于提高學生的學習積極性和學習興趣，改善學習效果，提高學生學習效率有著積極的作用。最后，在學習評價上要有更多更細致的評價方式。讓學生學會反思，促進自己的發展。
【小學科學探究式虛擬學習環境設計論文】相關文章：
合作探究式學習在小學科學教學中的運用論文04-23
科學探究式教學之我見的論文02-13
淺議科學探究式教學論文02-18
探究式學習07-29
小學語文教學中的探究式學習論文11-09
學習小組探究式教學論文范本06-11
論文：活動中的探究式學習策略07-02
探究式科學啟蒙教育分析論文04-22