3D教學(xué)與STEM學(xué)習(xí)的美麗相遇
節(jié)選自《支持基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)的虛擬世界之啟示》
特瑞納·J·戴維斯，哲學(xué)博士，美國德克薩斯A&M大學(xué)教師
引言
3D教學(xué)和STEM學(xué)習(xí)，看似兩種八竿子打不著的學(xué)習(xí)方式，機(jī)緣巧合相遇并碰撞出美麗火花，3D教學(xué)能很好地應(yīng)用到STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中。
一、基礎(chǔ)概念
3D教學(xué)：以可視化建模為基礎(chǔ)，通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式，綜合應(yīng)用3D影像、VR、AR、MR、3D打印等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從“創(chuàng)意到實(shí)現(xiàn)”的完整的學(xué)習(xí)與認(rèn)知過程。
STEM學(xué)習(xí)：一種整合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的學(xué)習(xí)方式。
二、3D教學(xué)應(yīng)用于STEM的研究
1、休和張（Hew &Cheung，2010）回顧了有關(guān)K12年級(jí)和高等教育環(huán)境下使用3D教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)性研究。他們發(fā)現(xiàn)使用這些技術(shù)有三個(gè)主要方法：1）溝通空間；2）空間的模擬（空間的方位性）；3）體驗(yàn)空間（扮演世界）。這三種使用方法都與偶很大的潛力為支持STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)。
2、達(dá)爾加諾和李（Dalgarno&Lee，2010）回顧過去20年內(nèi)出版的有關(guān)應(yīng)用3D教學(xué)的研究時(shí)，確定了一系列的學(xué)習(xí)啟示：
1）3D教學(xué)可以用來促進(jìn)領(lǐng)域內(nèi)空間知識(shí)的表達(dá)得到進(jìn)一步發(fā)展的學(xué)習(xí)任務(wù)（P18）。
2）3D教學(xué)可以用來促進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界中不實(shí)際或不可能開展的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)任務(wù)（P19）。
3）3D教學(xué)可以用來促進(jìn)能增強(qiáng)內(nèi)在學(xué)習(xí)冬季和學(xué)習(xí)投入度的學(xué)習(xí)任務(wù)（P20）。
4）3D教學(xué)可以用來促進(jìn)能通過學(xué)習(xí)的背景化而強(qiáng)化將知識(shí)和技能遷移至現(xiàn)實(shí)情景中的學(xué)習(xí)任務(wù)（P21）。
5）3D教學(xué)可以用來促進(jìn)更豐富更有效的合作學(xué)習(xí)任務(wù)，而這種合作學(xué)習(xí)在2D傳統(tǒng)教學(xué)中是無法實(shí)現(xiàn)的（P23）。
在達(dá)爾加諾和李的研究中，審視了一系列3D教學(xué)的應(yīng)用，分析中直接或間接地指出了3D教學(xué)的益處。
當(dāng)學(xué)習(xí)者積極投入到虛擬環(huán)境中的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)和情景學(xué)習(xí)，他們就可獲得普遍存在的機(jī)會(huì)來真正地培養(yǎng)各種技能：新素養(yǎng)（Jenkins,Clinton,Purushatma,Robinson&Weigel.2006）、問題解決或數(shù)學(xué)技能（National Council of Teachers of Mathematics,2000）、科學(xué)素養(yǎng)技能、計(jì)算機(jī)思維，以及信息和溝通技術(shù)（ICT）技能（Barr,Harrison&Conery,2011; ISTE,2007）.列舉的技能包括但不局限于：合作、問題解決、模擬、批判性思維和協(xié)商技能。例如，新素養(yǎng)幾乎都設(shè)計(jì)通過合作和網(wǎng)絡(luò)而發(fā)展出的社交技能（Jenkins et al.,2006）.
三、3D教學(xué)與STEM學(xué)習(xí)的相遇
如前面所言，利用3D教學(xué)可以支持STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中各種學(xué)習(xí)的結(jié)果和任務(wù)。以下重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一些虛擬世界的項(xiàng)目和模擬，它們貫穿于讓學(xué)習(xí)者以新的不同的方法參與其中的STEM學(xué)科。這些項(xiàng)目有助于說明兩種方法：使用3D教學(xué)中的虛擬環(huán)境讓STEM教師做好準(zhǔn)備，以高度參與和浸潤式的方式使用3D教學(xué)來學(xué)習(xí)STEM內(nèi)容。
表：支持STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的3D教學(xué)
3D教學(xué)的特征范例 | 支持STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的可能性 |
參與（三維）空間和視覺豐富的學(xué)習(xí)或問題解決 | 學(xué)習(xí)者有能力檢查或操作三維物體、放大或縮小物體的圖形、移動(dòng)物體；學(xué)習(xí)者能調(diào)查復(fù)雜的問題和事宜 |
接觸并體驗(yàn)浸潤環(huán)境中真實(shí)的地點(diǎn)、模擬和物體。學(xué)習(xí)者在參與式的虛擬空間體驗(yàn)了身臨其境的感覺或其他人共同參與的經(jīng)歷。 | 學(xué)習(xí)者有能力親密地檢查一些在現(xiàn)實(shí)生活中可能無法接近的三維虛擬物體和地方（如三維模擬的巴黎市、模擬航天飛機(jī)等）。 |
參與獨(dú)特的實(shí)驗(yàn) | 學(xué)習(xí)者有能力參與仿真的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)中 |
設(shè)計(jì)和建造三維空間 | 學(xué)習(xí)者有能力設(shè)計(jì)三維虛擬物體、發(fā)明、建筑物或空間。 |
設(shè)計(jì)模擬或游戲 | 學(xué)習(xí)者有能力為不同觀眾設(shè)計(jì)三維模擬和游戲 |
參與角色扮演 | 學(xué)習(xí)者有能力參與角色扮演（與真實(shí)的不同團(tuán)隊(duì)、大的或者小的合作組） |
與同伴或者專家溝通和合作（地方/ 全球范圍） | 學(xué)習(xí)者有能力在FBL的所有階段與同伴或?qū)＜覝贤ɑ蛘吆献鏖_展工作。 |
與更廣的全球?qū)W習(xí)社區(qū)分享或展示工作/發(fā)現(xiàn) | 學(xué)習(xí)者與能力在班級(jí)范圍或全球范圍與同伴分享自己的學(xué)習(xí)活動(dòng)和發(fā)現(xiàn)。 |
四、結(jié)論
3D教學(xué)的虛擬環(huán)境中探究如何進(jìn)行模擬，為STEM的教學(xué)和學(xué)習(xí)提供了有利的機(jī)會(huì)。當(dāng)教育工作者使用3D教學(xué)獲得更多的技能和經(jīng)驗(yàn)時(shí)，他們就能夠知曉如何有效的為自己的學(xué)生設(shè)計(jì)STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)。支持以學(xué)生為中心的設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)的創(chuàng)新性模擬在課堂上不易開展，但在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境背景下，卻顯示出極大的希望。在教育經(jīng)費(fèi)不足的情況下，虛擬性仿真模擬可以為學(xué)生能夠投入STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中提供獨(dú)特的選擇。各個(gè)層面的利益相關(guān)者都應(yīng)該有機(jī)會(huì)探索使用仿真模擬和游戲的力量，投身于能夠促進(jìn)STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的有效實(shí)踐中。