張渝江

“我們希望通過展現(xiàn)真實(shí)事物的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)”——這是大多數(shù)學(xué)生的愿望。不過現(xiàn)實(shí)是我們不可能總是把學(xué)生帶到教室外面去，而對(duì)于一些抽象、危險(xiǎn)和目前人類不可觸及的事物是無法拿來放在學(xué)生面前供他們學(xué)習(xí)的。怎么辦呢?面對(duì)難以理解的學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，教師聲嘶力竭地解釋，學(xué)生卻仍然懨懨欲睡。那好吧，把這一切交給3D技術(shù)!讓我們用它來喚醒沉悶的課堂。

情景

從第一次遭遇為課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的3D技術(shù)時(shí)，梅根，提姆(Megan Timme)便意識(shí)到這可能帶來一場(chǎng)教育的變革。梅根是達(dá)拉斯市漢密爾頓公園磁力學(xué)校的校長(zhǎng)?！拔沂侨绱说膶Ｗ?”她感嘆到，“當(dāng)我聯(lián)想到這項(xiàng)技術(shù)能為教育帶種種可能性時(shí)，我覺得這一切太不可思議了?！?/p>

去年春天，梅根校長(zhǎng)開始在學(xué)校的三年級(jí)、四年級(jí)、五年級(jí)教室，試點(diǎn)測(cè)試3D內(nèi)容，這并沒有令她失望。當(dāng)戴上特殊的3D眼鏡后，學(xué)生們立即被身臨其境的體驗(yàn)吸引，陷入投影機(jī)投射的飛舞的影像中。通過對(duì)物體的來回轉(zhuǎn)動(dòng)，并從各個(gè)角度進(jìn)行觀察，他們學(xué)會(huì)了如何計(jì)算不規(guī)則形狀物體的體積；他們跳上一顆飛行的小行星進(jìn)行太陽系之旅；他們通過繁殖種子，親眼目睹了植物的生命周期；他們解剖了一只青蛙，并進(jìn)入人體內(nèi)去了解抗生素的工作。

梅根校長(zhǎng)注意到了3D能讓不同的學(xué)生受益。那些在傳統(tǒng)教學(xué)中有多動(dòng)癥傾向或注意力不集中的學(xué)生被3D內(nèi)容迷戀得目不轉(zhuǎn)睛。英語水平有限的學(xué)生，有一個(gè)可視化場(chǎng)景可以幫助他們領(lǐng)會(huì)單詞的意思。天才兒童則會(huì)產(chǎn)生很多新的想法，并問出挑戰(zhàn)性的問題，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出課程范圍和教師的預(yù)期?，F(xiàn)在梅根校長(zhǎng)開始考慮，這項(xiàng)技術(shù)還會(huì)在學(xué)生身上發(fā)生什么奇跡。

勞倫，桑德斯(Lauren Sanders)在達(dá)拉斯市的謝爾頓學(xué)校教初中數(shù)學(xué)，起初她并不知道3D內(nèi)容是否能很好地適合她的課堂。去年春天，勞倫進(jìn)行了一個(gè)為期一周的試點(diǎn)，在課堂上使用3D內(nèi)容提供商JTM的軟件來教學(xué)復(fù)雜圖形的對(duì)稱性和體積。她把任教的兩個(gè)班分為對(duì)照組和試驗(yàn)組，結(jié)果她發(fā)現(xiàn)，接受3D教學(xué)的學(xué)生，無論是他們提出問題的類型和學(xué)生獲得測(cè)試的成績(jī)，都比接受傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生表現(xiàn)出對(duì)知識(shí)更好的理解。

在計(jì)算長(zhǎng)方體體積的課程中，學(xué)生觀察2D平而圖形時(shí)遇到困難，因?yàn)樗麄兛床坏轿矬w的另外一面。有了3D技術(shù)他們能旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)方體看到其任何一面。在軸對(duì)稱圖形課程中，3D技術(shù)能讓學(xué)生轉(zhuǎn)動(dòng)圖形，以顯示各個(gè)角度，觀察它們是否一樣，從而提高對(duì)相關(guān)概念的理解。

關(guān)于3D技術(shù)

很多人從電影《阿凡達(dá)》認(rèn)識(shí)到了3D技術(shù)。“3D成像是靠人兩眼的視覺差產(chǎn)生的。人的兩眼之間一般會(huì)有8厘米左右的距離，要讓人看到3D影像，必須讓左眼和右眼看到不同的影像，兩副畫面實(shí)際有一段小差距，也就是模擬實(shí)際人眼觀看時(shí)的情況。這樣便產(chǎn)生了3D的立體感覺”(百度百科)。而在幾年前，在教室中布置3 D顯示還是非常昂貴的，因?yàn)樾枰獌膳_(tái)投影機(jī)才能辦到。直到2010年德州儀器公司在佛羅里達(dá)州奧蘭多市教育技術(shù)大會(huì)(FETC)上新推出的基于DLP(Digital Light Procession，數(shù)字光處理)技術(shù)的3D投影機(jī)，才使得3D技術(shù)進(jìn)入教室成為可能。新開發(fā)的具有3D功能的DLP投影機(jī)只需要一臺(tái)便可在普通教室實(shí)現(xiàn)3D顯示效果，而價(jià)格遠(yuǎn)低于兩臺(tái)投影機(jī)的價(jià)格。隨著技術(shù)的推廣，目前有很多廠商都推出了類似技術(shù)的3D投影機(jī)，目前的價(jià)格已經(jīng)接近傳統(tǒng)投影機(jī)的價(jià)格。

隨著廉價(jià)的3D投影機(jī)的推出，3D教育內(nèi)容廠商也蜂擁而至。現(xiàn)在，從小學(xué)到大學(xué)的各個(gè)課程都有相應(yīng)的3D內(nèi)容提供，包括付費(fèi)的和免費(fèi)的。在德州儀器公司的支持下部分3D內(nèi)容已經(jīng)開始漢化，這對(duì)于中國(guó)的孩子來講無疑是個(gè)令人興奮的消息。

為何在教室中使用3D技術(shù)

美國(guó)視力檢測(cè)協(xié)會(huì)(American Optometri cAssociation，簡(jiǎn)稱AOA)發(fā)布了公共健康報(bào)告說，在學(xué)校使用三維圖像，可以幫助診斷部分學(xué)生早期的視力問題，并能增強(qiáng)教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。

AOA主席多萊爾·卡爾森(Dori Carlson)說，在課堂上使用的3D技術(shù)，可以提供兩個(gè)方面的幫助：首先，在3D環(huán)境中，孩子往往學(xué)得更快，并記住更多信息。其次，利用3D技術(shù)演示感知深度的能力，可以評(píng)估一系列的視力健康指標(biāo)，靈敏度遠(yuǎn)高于已使用150年的標(biāo)準(zhǔn)視力檢查表。

“估計(jì)1／4的孩子在視力方面有潛在的問題，通過觀看3D圖像能診斷先前未確診的缺陷，幫助識(shí)別，甚至治療這些問題?！笨柹f，“這是因?yàn)橛^看3D圖像需要兩只眼睛協(xié)調(diào)運(yùn)作，比如融合、聚焦、并跟蹤三維圖像?！?/p>

如何在教室中布置3D技術(shù)

首先，我們需要一臺(tái)支持DLP 3D Ready功能的投影機(jī)。大多數(shù)學(xué)校購(gòu)買的新投影機(jī)都已具備此功能，現(xiàn)在購(gòu)買具有3D功能的DLP投影機(jī)與那些2D功能的設(shè)備一樣便宜。

其次，還需要圖像顯示出色的電腦。只需很少的費(fèi)用，就能將大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)Pc和筆記本電腦顯卡進(jìn)行必要的升級(jí)，以達(dá)到3D內(nèi)容播放要求。較新電腦的顯卡都能滿足此研究需要。

再次，準(zhǔn)備3D內(nèi)容。目前已有許多3D軟件內(nèi)容提供商，而在線提供的免費(fèi)3D內(nèi)容也已達(dá)3.000多個(gè)。

最后，為師生配置3D主動(dòng)式眼鏡。具有3D功能的DLP投影機(jī)需要與3D主動(dòng)式眼鏡搭配才能展現(xiàn)其立體效果。目前已有許多生產(chǎn)“主動(dòng)式”眼鏡的公司。但眼鏡的質(zhì)量和價(jià)格差異較大，與傳統(tǒng)3D眼鏡相比價(jià)格稍貴。學(xué)生們最好每人都配帶一副主動(dòng)式眼鏡，從而使每個(gè)孩子都能獲得舒適的體驗(yàn)。

來自美國(guó)的研究案例

2011年6月，美國(guó)科羅拉多州的博爾德谷學(xué)校區(qū)(BVSD)試點(diǎn)項(xiàng)目BVS3D發(fā)布的結(jié)果顯示：在一些案例中，3D內(nèi)容的使用有助于提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)成績(jī)。特別是對(duì)在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中有困難的學(xué)生，效果更明顯。

參與該項(xiàng)目測(cè)試的學(xué)校包括：道格拉斯小學(xué)四年級(jí)的科學(xué)和數(shù)學(xué)課程，凱西中學(xué)初中科學(xué)課程，蒙那多高中科學(xué)課程(包括AP生物學(xué)課程)，特殊教育學(xué)?！浯澍B公立學(xué)校的初中社會(huì)研究、數(shù)學(xué)和科學(xué)課程。內(nèi)容提供商包括DesignMate、JTM Concepts、Cyber Anatomy和Amazing Interactives。

BvsD合作伙伴——丹佛市瑞吉斯大學(xué)評(píng)估了試點(diǎn)項(xiàng)目的結(jié)果。綜合幾個(gè)測(cè)試學(xué)校的情況，3D教學(xué)體現(xiàn)出下面三方面的優(yōu)勢(shì)。

學(xué)生參與課堂的水平更高。在試點(diǎn)學(xué)校觀察到三種現(xiàn)象，表明學(xué)生們對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容更感興趣。其一更加關(guān)注所學(xué)科目(學(xué)習(xí)專注度提升)；其二能長(zhǎng)時(shí)間專注于難學(xué)的材料(學(xué)習(xí)注意力時(shí)間延長(zhǎng))；其三改善了學(xué)生的行為，課堂干擾減少(課堂紀(jì)律更好)。

學(xué)生對(duì)3D學(xué)習(xí)反應(yīng)更積極。對(duì)參與試點(diǎn)的高中學(xué)生調(diào)查顯示，76％的受訪者表示相比傳統(tǒng)方式他們更偏愛3D學(xué)習(xí)。小學(xué)、初中和特殊教育的反饋也同樣積極。

學(xué)生對(duì)抽象概念的理解更清晰。學(xué)習(xí)了生物學(xué)

中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的3D透視圖后，學(xué)生們表達(dá)了自己的看法。一個(gè)學(xué)生說，“它提供了一個(gè)比教科書更好的視覺效果?！绷硪晃粚W(xué)生說，“這讓我更容易想象和理解其結(jié)構(gòu)?！倍谌齻€(gè)說，“這些3D影片，幫助我學(xué)起來更容易，尤其是對(duì)于我這樣的視覺學(xué)習(xí)者。親眼所見遠(yuǎn)比嘴上談?wù)摳幸妗！?/p>

來自英國(guó)的研究案例

2011年5月，英國(guó)倫敦的安妮·班福特(AnneBamford)博士負(fù)責(zé)的“未來教育的學(xué)習(xí)方式(LiFE)”項(xiàng)目完成研究。LiFE項(xiàng)目是一項(xiàng)針對(duì)3D技術(shù)而進(jìn)行的試點(diǎn)研究評(píng)估，旨在研究3D教育和傳統(tǒng)2D教育的影響。項(xiàng)目通過對(duì)來自歐洲7個(gè)國(guó)家15個(gè)不同類型的班級(jí)的740名10～13歲學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，學(xué)生分為傳統(tǒng)2D教學(xué)法和3D教學(xué)法兩組，每個(gè)國(guó)家選定的測(cè)試班級(jí)和學(xué)生均經(jīng)過一定時(shí)間的教學(xué)跟蹤和測(cè)試。

LiFE項(xiàng)目研究組組長(zhǎng)安妮·班福特表示：“此次調(diào)查中涉及的所有學(xué)校中，3D幫助學(xué)生縮短了學(xué)習(xí)概念的時(shí)間，提高了學(xué)生在課堂中的注意力并使他們更深入地思考問題。調(diào)查顯示，3D投影應(yīng)該被列為提升學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)及課堂參與程度的一種重要方法?！?/p>

該項(xiàng)目公開發(fā)布的試點(diǎn)結(jié)果主要包括以下三方面。

對(duì)學(xué)習(xí)的影響

86％的3D班小學(xué)生比測(cè)試前有進(jìn)步，52％的2D班學(xué)生比測(cè)試前有進(jìn)步。

3D班的個(gè)人平均分比測(cè)試前提高了17.1％，2D班提高了8％。

當(dāng)學(xué)生們學(xué)習(xí)新內(nèi)容時(shí)，每節(jié)課使用更多3D教學(xué)并且每周學(xué)習(xí)更多3D課程，學(xué)生成績(jī)會(huì)有更大的提升。

100％的教師同意或非常同意：在教學(xué)中使用3D技術(shù)能使學(xué)生們更好地理解課程，以及學(xué)生在3D學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)了以前不知道的新事物。

84％的小學(xué)生同意或非常同意：3D改善了他們的學(xué)習(xí)，以及有83％的學(xué)生認(rèn)可3D學(xué)習(xí)。

記憶保留與表退

一個(gè)月后，要求教師記錄學(xué)生的記憶情況，主要是要比較3D學(xué)習(xí)和無3D學(xué)習(xí)在質(zhì)量與數(shù)量上的差別。通過一個(gè)開放式的任務(wù)，來確定3D教學(xué)對(duì)于記憶保留與喚起的影響。教師們記錄下了學(xué)生利用3D和2D回憶所學(xué)內(nèi)容時(shí)的不同之處。例如：

在描述概念時(shí)，3D能使學(xué)生更喜歡使用手勢(shì)或身體語言。

3D能使學(xué)生能更好地對(duì)概念分類(排序)。

3D能使學(xué)生更好地掌握了概念性的知識(shí)(尤其是通過3D介紹新概念時(shí))。

3D能使學(xué)生描述其學(xué)習(xí)內(nèi)容的能力得到增強(qiáng)(包括寫得更多、說得更多、更愿意用模型來展示學(xué)習(xí)內(nèi)容)。

3D對(duì)課堂互動(dòng)的影響

100％的教師感覺學(xué)生在上3D課時(shí)，注意力比其他課程更集中。

70％的教師注意到學(xué)生在上3D課時(shí)課堂行為更好。

平均來說，若以5分鐘為測(cè)試間隔，非3D教學(xué)中，只有46％的學(xué)生可以集中注意力；而在3D教學(xué)中，有92％的學(xué)生可以集中注意力。

在3D課堂上，96％的學(xué)生會(huì)在5分鐘內(nèi)集中完全注意力。

相較于2D教學(xué)，在3D教學(xué)中，男生和有注意力障礙的學(xué)生在注意力集中和溝通能力(包括提問)方面，顯示出了積極的變化。

未來的3D學(xué)習(xí)

從上面兩個(gè)研究案例中，我們還發(fā)現(xiàn)3D內(nèi)容對(duì)學(xué)生的思維產(chǎn)生了一些有趣的影響。

在美國(guó)的BVS3D項(xiàng)目中，研究者發(fā)現(xiàn)了一種“思維重建”的現(xiàn)象，即學(xué)生觀看3D內(nèi)容后，往往能夠在大腦中重建他們所學(xué)，有時(shí)甚至在數(shù)周后這種能力仍未消退。

而在Anne Bamford博士的LiFE項(xiàng)目中，研究人員發(fā)現(xiàn)參與3D學(xué)習(xí)的學(xué)生更愿意從3D的角度來提問和思考，并能夠?qū)﹂_放式問題給出更詳盡的答案。

可以預(yù)見，3D學(xué)習(xí)的深入開展將會(huì)對(duì)人類思維的開啟產(chǎn)生巨大作用。那么3D學(xué)習(xí)的下一步是怎樣的呢?

為此，博爾德谷學(xué)區(qū)教育技術(shù)總監(jiān)萊恩，斯可洛根(Len Scrogan)有自己的看法：“我們希望3D內(nèi)容，能幫助學(xué)生產(chǎn)生較高層次的思考?！?/p>

萊恩·斯可洛根認(rèn)為：從教學(xué)的角度來看3D影像最低層次的內(nèi)容，雖然能吸引住學(xué)生的視線，卻代表的是被動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。接下來是互動(dòng)3D學(xué)習(xí)和3D仿真，這可以使復(fù)雜的概念更易被理解。比如：能解剖生物體和從內(nèi)部觀察其結(jié)構(gòu)，或者穿越太陽系在每個(gè)行星上停下來探索。然而，3D學(xué)習(xí)的最高層次是由學(xué)生來創(chuàng)建3D內(nèi)容。

最近，Smart Technologies公司宣布將在明年春節(jié)推出一套3D內(nèi)容學(xué)習(xí)包，并與其最新的互動(dòng)實(shí)物投影機(jī)Smart Document Camera 330配合使用，在交互式電子白板上創(chuàng)建出被稱為“mixed-reality”(混合現(xiàn)實(shí))的3D學(xué)習(xí)場(chǎng)景。此外，Promethean公司也承諾即將提供有3D功能的交互式電子白板。

更讓人驚奇的是，一家叫做RealIusion的公司推出的iclone軟件能讓學(xué)生把視頻和靜止圖像輸出為3D內(nèi)容，而富士公司也正在開發(fā)可以拍攝3D照片的相機(jī)。未來的課堂，如果廠商不能生產(chǎn)更多3D內(nèi)容，就交給孩子們?nèi)?chuàng)造吧!

(作者單位：重慶江津聚奎中學(xué))