3D教學(xué)與STEM學(xué)習的美麗相遇
節選自《支持基于項目的STEM學(xué)習的虛擬世界之啟示》
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，看似兩種八竿子打不著(zhù)的學(xué)習方式，機緣巧合相遇并碰撞出美麗火花，3D教學(xué)能很好地應用到STEM項目學(xué)習中。
一、基礎概念
3D教學(xué)：以可視化建模為基礎，通過(guò)項目學(xué)習方式，綜合應用3D影像、VR、AR、MR、3D打印等技術(shù)，實(shí)現從“創(chuàng )意到實(shí)現”的完整的學(xué)習與認知過(guò)程。
STEM學(xué)習：一種整合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數學(xué)（Mathematics）的學(xué)習方式。
二、3D教學(xué)應用于STEM的研究
1、休和張（Hew &Cheung，2010）回顧了有關(guān)K12年級和高等教育環(huán)境下使用3D教學(xué)的經(jīng)驗性研究。他們發(fā)現使用這些技術(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項目學(xué)習。
2、達爾加諾和李（Dalgarno&Lee，2010）回顧過(guò)去20年內出版的有關(guān)應用3D教學(xué)的研究時(shí)，確定了一系列的學(xué)習啟示：
1）3D教學(xué)可以用來(lái)促進(jìn)領(lǐng)域內空間知識的表達得到進(jìn)一步發(fā)展的學(xué)習任務(wù)（P18）。
2）3D教學(xué)可以用來(lái)促進(jìn)現實(shí)世界中不實(shí)際或不可能開(kāi)展的體驗式學(xué)習任務(wù)（P19）。
3）3D教學(xué)可以用來(lái)促進(jìn)能增強內在學(xué)習冬季和學(xué)習投入度的學(xué)習任務(wù)（P20）。
4）3D教學(xué)可以用來(lái)促進(jìn)能通過(guò)學(xué)習的背景化而強化將知識和技能遷移至現實(shí)情景中的學(xué)習任務(wù)（P21）。
5）3D教學(xué)可以用來(lái)促進(jìn)更豐富更有效的合作學(xué)習任務(wù)，而這種合作學(xué)習在2D傳統教學(xué)中是無(wú)法實(shí)現的（P23）。
在達爾加諾和李的研究中，審視了一系列3D教學(xué)的應用，分析中直接或間接地指出了3D教學(xué)的益處。
當學(xué)習者積極投入到虛擬環(huán)境中的體驗式學(xué)習和情景學(xué)習，他們就可獲得普遍存在的機會(huì )來(lái)真正地培養各種技能：新素養（Jenkins,Clinton,Purushatma,Robinson&Weigel.2006）、問(wèn)題解決或數學(xué)技能（National Council of Teachers of Mathematics,2000）、科學(xué)素養技能、計算機思維，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(wèn)題解決、模擬、批判性思維和協(xié)商技能。例如，新素養幾乎都設計通過(guò)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)習的相遇
如前面所言，利用3D教學(xué)可以支持STEM項目學(xué)習中各種學(xué)習的結果和任務(wù)。以下重點(diǎn)強調一些虛擬世界的項目和模擬，它們貫穿于讓學(xué)習者以新的不同的方法參與其中的STEM學(xué)科。這些項目有助于說(shuō)明兩種方法：使用3D教學(xué)中的虛擬環(huán)境讓STEM教師做好準備，以高度參與和浸潤式的方式使用3D教學(xué)來(lái)學(xué)習STEM內容。
表：支持STEM項目學(xué)習的3D教學(xué)
3D教學(xué)的特征范例 | 支持STEM項目學(xué)習的可能性 |
參與（三維）空間和視覺(jué)豐富的學(xué)習或問(wèn)題解決 | 學(xué)習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)習者能調查復雜的問(wèn)題和事宜 |
接觸并體驗浸潤環(huán)境中真實(shí)的地點(diǎn)、模擬和物體。學(xué)習者在參與式的虛擬空間體驗了身臨其境的感覺(jué)或其他人共同參與的經(jīng)歷。 | 學(xué)習者有能力親密地檢查一些在現實(shí)生活中可能無(wú)法接近的三維虛擬物體和地方（如三維模擬的巴黎市、模擬航天飛機等）。 |
參與獨特的實(shí)驗 | 學(xué)習者有能力參與仿真的創(chuàng )新性實(shí)驗中 |
設計和建造三維空間 | 學(xué)習者有能力設計三維虛擬物體、發(fā)明、建筑物或空間。 |
設計模擬或游戲 | 學(xué)習者有能力為不同觀(guān)眾設計三維模擬和游戲 |
參與角色扮演 | 學(xué)習者有能力參與角色扮演（與真實(shí)的不同團隊、大的或者小的合作組） |
與同伴或者專(zhuān)家溝通和合作（地方/ 全球范圍） | 學(xué)習者有能力在FBL的所有階段與同伴或專(zhuān)家溝通或者合作開(kāi)展工作。 |
與更廣的全球學(xué)習社區分享或展示工作/發(fā)現 | 學(xué)習者與能力在班級范圍或全球范圍與同伴分享自己的學(xué)習活動(dòng)和發(fā)現。 |
四、結論
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)習提供了有利的機會(huì )。當教育工作者使用3D教學(xué)獲得更多的技能和經(jīng)驗時(shí)，他們就能夠知曉如何有效的為自己的學(xué)生設計STEM項目學(xué)習。支持以學(xué)生為中心的設計或實(shí)驗的創(chuàng )新性模擬在課堂上不易開(kāi)展，但在虛擬學(xué)習環(huán)境背景下，卻顯示出極大的希望。在教育經(jīng)費不足的情況下，虛擬性仿真模擬可以為學(xué)生能夠投入STEM項目學(xué)習中提供獨特的選擇。各個(gè)層面的利益相關(guān)者都應該有機會(huì )探索使用仿真模擬和游戲的力量，投身于能夠促進(jìn)STEM項目學(xué)習的有效實(shí)踐中。