3D教學與STEM學習的美麗相遇
節選自《支持基于項目的STEM學習的虛擬世界之啟示》
特瑞納·J·戴維斯，哲學博士，美國德克薩斯A&M大學教師
引言
3D教學和STEM學習，看似兩種八竿子打不著的學習方式，機緣巧合相遇并碰撞出美麗火花，3D教學能很好地應用到STEM項目學習中。
一、基礎概念
3D教學：以可視化建模為基礎，通過項目學習方式，綜合應用3D影像、VR、AR、MR、3D打印等技術，實現從“創意到實現”的完整的學習與認知過程。
STEM學習：一種整合科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）的學習方式。
二、3D教學應用于STEM的研究
1、休和張（Hew &Cheung，2010）回顧了有關K12年級和高等教育環境下使用3D教學的經驗性研究。他們發現使用這些技術有三個主要方法：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項目學習。
2、達爾加諾和李（Dalgarno&Lee，2010）回顧過去20年內出版的有關應用3D教學的研究時，確定了一系列的學習啟示：
1）3D教學可以用來促進領域內空間知識的表達得到進一步發展的學習任務（P18）。
2）3D教學可以用來促進現實世界中不實際或不可能開展的體驗式學習任務（P19）。
3）3D教學可以用來促進能增強內在學習冬季和學習投入度的學習任務（P20）。
4）3D教學可以用來促進能通過學習的背景化而強化將知識和技能遷移至現實情景中的學習任務（P21）。
5）3D教學可以用來促進更豐富更有效的合作學習任務，而這種合作學習在2D傳統教學中是無法實現的（P23）。
在達爾加諾和李的研究中，審視了一系列3D教學的應用，分析中直接或間接地指出了3D教學的益處。
當學習者積極投入到虛擬環境中的體驗式學習和情景學習，他們就可獲得普遍存在的機會來真正地培養各種技能：新素養（Jenkins,Clinton,Purushatma,Robinson&Weigel.2006）、問題解決或數學技能（National Council of Teachers of Mathematics,2000）、科學素養技能、計算機思維，以及信息和溝通技術（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、批判性思維和協商技能。例如，新素養幾乎都設計通過合作和網絡而發展出的社交技能（Jenkins et al.,2006）.
三、3D教學與STEM學習的相遇
如前面所言，利用3D教學可以支持STEM項目學習中各種學習的結果和任務。以下重點強調一些虛擬世界的項目和模擬，它們貫穿于讓學習者以新的不同的方法參與其中的STEM學科。這些項目有助于說明兩種方法：使用3D教學中的虛擬環境讓STEM教師做好準備，以高度參與和浸潤式的方式使用3D教學來學習STEM內容。
表：支持STEM項目學習的3D教學
3D教學的特征范例 | 支持STEM項目學習的可能性 |
參與（三維）空間和視覺豐富的學習或問題解決 | 學習者有能力檢查或操作三維物體、放大或縮小物體的圖形、移動物體；學習者能調查復雜的問題和事宜 |
接觸并體驗浸潤環境中真實的地點、模擬和物體。學習者在參與式的虛擬空間體驗了身臨其境的感覺或其他人共同參與的經歷。 | 學習者有能力親密地檢查一些在現實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、模擬航天飛機等）。 |
參與獨特的實驗 | 學習者有能力參與仿真的創新性實驗中 |
設計和建造三維空間 | 學習者有能力設計三維虛擬物體、發明、建筑物或空間。 |
設計模擬或游戲 | 學習者有能力為不同觀眾設計三維模擬和游戲 |
參與角色扮演 | 學習者有能力參與角色扮演（與真實的不同團隊、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） | 學習者有能力在FBL的所有階段與同伴或專家溝通或者合作開展工作。 |
與更廣的全球學習社區分享或展示工作/發現 | 學習者與能力在班級范圍或全球范圍與同伴分享自己的學習活動和發現。 |
四、結論
3D教學的虛擬環境中探究如何進行模擬，為STEM的教學和學習提供了有利的機會。當教育工作者使用3D教學獲得更多的技能和經驗時，他們就能夠知曉如何有效的為自己的學生設計STEM項目學習。支持以學生為中心的設計或實驗的創新性模擬在課堂上不易開展，但在虛擬學習環境背景下，卻顯示出極大的希望。在教育經費不足的情況下，虛擬性仿真模擬可以為學生能夠投入STEM項目學習中提供獨特的選擇。各個層面的利益相關者都應該有機會探索使用仿真模擬和游戲的力量，投身于能夠促進STEM項目學習的有效實踐中。