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1、3D教学引领未来学习 编者按 人类历史上虽然曾有过无数革命性的技术，但能够直接为教育服务的却是凤毛麟角，而现代化电子信息技术则是自印刷术发明以来对教育最具革命性影响的技术。当前，我们已经见证了教育界在利用前沿科技的重大变化，学生们可以在任何地点、任何时候通过虚拟方式获得所需要的教育信息，学生和教师也在经历各种全新的教育体验。同时，更多关于新兴的科技的变化也正在或者即将发生，如3D投影技术。国际研究机构主管、教育负责人安妮?班福德博士带领一组研究人员为一项名为“未来学习”（Learning in Future Education）的项目展开调研，对3D投影技术在欧洲7个国家的应用进行了评估，详细
2、研究了3D教学对学生学习产生的影响。目的在于找到最有效的3D教学体验模式，分析3D教学价值及其对学生学习和取得成绩的影响。试验性调研还对学习方法、教学过程进行了分析，总结出3D对教学成果的积极影响。本刊特辟专版，分期连载对此研究项目展开全面深入地展示和报道，带您一起探究3D教学的远大前景。 一、调研背景 二、调研过程 1. 技术。3D技术很容易应用于课堂，教师们也不必接受特殊或专业的训练就可以在自己的课堂使用 3D技术。我们提供给试验学校的技术对于参与的教师来说十分简单，并不需要特殊的技术知识。要进行课堂 3D教学，学校只需要 第一，一台 DLP 3D投影仪。学校们发现只要一台 DLP投影仪，
3、他们就可以使用 3D教学。许多投影仪已经具备 3D功能，未来购买DLP投影仪的价钱要比普通投影仪还要便宜。有了智能电子交互白板和其他屏幕设备， DLP投影就能够成功的运作，此外还能直接投射到墙上甚至投射到教师的白体恤上。 第二，一台台式电脑或配置特殊显卡的笔记本电脑，以较小的投资就可以为大部分标准电脑和笔记本配备更先进的显卡。最近的笔记本都配置了可以胜任的高性能显卡。 第三，与课程相关的 3D软件。市面上有很多 3D软件制造商，大部分来自非教育领域，即使是来自教育领域的也多数从事成人教育和培训项目。现在开始出现一些为学校研发课件的软件公司。我们为试验学校提供了适合 1014岁学生的课程软件。这
4、些软件只有英文版本因此造成很多局限。 第四，主动式 3D眼镜。根据参与调研学生数量，我们为每所学校提供了 35100 副主动式 3D眼镜。在初始阶段，我们制定了一些法定的，重要的分配规定。 在多数参加调研的学校中，教师们需要初级的技术支持来装配设备，保障有效运行。半数学校拥有足够的技术能力，而对于另外的半数我们的供应商为他们提供了额外的技术支持来确保技术被适当使用。在初期阶段， 70%的教师认为他们会遇到些技术困难。但在初期实际操作中这些小问题被轻松解决。教师们发现来自合作伙伴公司的技术支持十分奏效。 总的来说，各学校的执行情况非常顺利。除了作为试验项目一部分的设备工具外，学校只需要做出微小的
5、调整。例如，在土耳其，所有试验学校在技术引入和安装阶段都得到了技术人员的支持，因此，这方面不构成主要负担。所遇到的问题大多为电脑或线路或与下载3D软件激活码有关的实际性问题。例如，土耳其三所试验学校中的两所需要更好的进行布线，好的显卡和更加强大的操作系统来保障3D的运行。同时，有些学校报告了软件激活码延迟现象（激活码无效），但这些问题被很快解决，试验顺利开始。 在教室里，教师们在应用新技术时表现的很享受，充满自信。他们移动、旋转并将图片放大，游刃有余。他们配合着3D画面轻松地讲课，看上去在使用3D教学上不存在任何问题。 许多学校还配备了移动设备，达到了满意的效果。通常，教师们都喜欢让固定设备存
6、处于“时刻就绪”的状态，省去每次课前启动一次的麻烦。教师们更愿时刻使用3D，让设备在课堂上处于永久可用的状态。 我们发现只有两个普遍技术问题在不止一所学校出现。一个顽固性问题出现在瑞典和德国的案例中，就是画面上有横线穿过。这条线出现在图像顶端慢慢向屏幕下方移动。我们给出了一些解决建议，但每次重启投影仪后问题再次出现。学生们在课堂观看 3D总是抱怨眼睛非常不舒服。这一问题的建议解决办法是调整下赫兹设置，但并不能完全解决问题。 另一个不断出现的问题是有些教师不知道3D影像可以从屏幕中延伸出来， 观看到的只是进去的图像。转换一旦开始，教师们为眼前的 3D效果所震惊。在一个班级，教师没带3D眼镜因此不
7、知道这有多神奇。当画面延伸出来的时候孩子们惊叹不已。 下面的部分涵盖了用于协助未来教室（LiFE）一期项目执行所需特殊技术的相关细节。 （1）光线。较暗自然光线对于课堂3D教学再适合不过了。一般来说，较暗的自然光线使3D达到最佳效果（例如将教室的百叶窗拉下，电灯关闭）。如果教室过暗（例如，“停电状态”），许多孩子会抱怨眼睛胀或头疼。调研发现在稍低于教室正常光线下使用3D孩子们会较少抱怨这些。（例如，稍暗没有人造光线的参与而不是漆黑一片）。如果教室过于明亮或者有日光灯的介入， 3D效果将大打折扣。孩子们还抱怨3D眼镜会断断续续地闪烁，或者“背向反射”。例如，一个实验班级表示在观看 3D的过程中需
8、要拉下非常黑的百叶窗。这使3D画面更锐利清晰，但高达40%的学生抱怨出现了不良反应（眼睛疼，轻微头痛）。最普遍的问题就是开灯时眼镜要迅速适应光线的改变。任何荧光灯照明光线（尤其是来自后方的光线）都会引起 3D 眼镜的闪烁现象。 3D影像在教室所有角落观看都十分清晰。从教室前后观看效果相同。有些班级报告称坐在教室后面的学生比前面的看的更清楚。教师和学生们均表示观看箭头指向和图像标签时存在困难。标签过小，黄色的标签在背景中一点都不突出。 （2）控制与互动。 教师希望可以在图像上指出某个部位，在3D教学中任意展示。学生们表示虽然在这个过程中教师会不可避免的点错位置，但他们仍然尝试这样做。以下是来自学
9、生的评论 “如果软件有指点功能再好不过了。” “我们向左看但老师看到的是右边。” “老师真有趣。他们在模型上点，我们看到的却不是他点的位置。” “老师真有趣，在那点来点去，她的手指在那却没点对位置，她自己也不知道发生了什么。” 学生和老师们都希望在控制影像上能有更多互动，更灵活。 “如果有 Wifi 控制器的话，这个系统会更好用，在教室的任何地方都可以指出某 个位置。” “如果我们移动下身体， 3D 模型也相应转动就太好了。” 在4所试验学校中，教师让学生来控制3D。孩子们不仅是负责控制系统的教师也是可以控制系统学生，如同孩子们的评论那样。在这个方面，调研发现那些希望整节课由教师控制3D 的学
10、生和那些希望分成小组不时掌控3D的学生想法有很大差别。 “我喜欢自己控制，如果发现哪里不懂我可以把它倒过来再看一遍。” “我更喜欢老师去控制，这关系到整个课堂，大家一起分享，老师可以进行很好的解释便于我们理解。” 越生动的3D影像越吸引孩子们的注意，他们喜欢那种夸张的表现，如同一些学生评论的那样“ 画面延伸出来的时候棒极了，你可以在里面畅游无限。” （3）投影仪。DLP Link 技术由德州仪器提供，配合单片式投影仪和主动式LCD 眼镜就可以观看3D影像。这种投影仪为左右眼带来连续的，交错式的每秒60 帧的图像。主动式眼镜快门中的液晶与投影仪同步，在透明与黑暗中切换来适应投影仪，快速切换的不同
11、画面形成了3D立体影像。 这种投影仪发展的很快且易于使用。不需要特殊的屏幕，在所有试验教室中均被成功使用（黑线的情况除外，前面已提及）。虽然有些老师喜欢便携设备，总的来说他们更喜欢安装一个永久性的投影仪，这方便于灵活教学和更好的小组活动。 （4）3D眼镜。在试验调研中眼镜是最主要问题。仅有50%的学生认为眼镜比较舒适或很舒适，另外50%的学生对眼镜持消极态度。尽管各品牌的眼镜都经过了测试但仍有很多问题报告出现。 图1 眼镜很适合 图2 眼镜的样式很好 图3 眼镜戴着很舒服 2. 3D课件。多数参与试验的学校认为获得课件的最好途径就是通过在线“云系统”，教师们可以下载3D可视动画资源来充实他们的
12、教学单元。在一些国家（如荷兰），类似的内容课件“订阅系统”已经可以使用，这些都可以很容易的被扩展来适应3D。但在许多国家，校园网速很差，断断续续。这意味着基于网络的系统不能够有效获得网络课件，如以下评论 “网络上的云课件不是个好主意。这所学校缺少好网络。我喜欢用 CD， 原因只有一个，网速问题。CD确实阻碍了创新，因为它是固定的不能移动。这样一来网络课件就相对较好，但据现在学校的情况来看这不现实。” 现在的普遍想法是课件应该实现网络共享，教师们可以对其进行分类并转换为母语资源实现更广泛的使用。教师们表达了对“通用型”课件的强烈需求。他们将通用型课件定义为拥有高质量，精准逼真的3D课件并认为通用
13、型学习课件可以用于各个年龄层次，对于教学领域来讲它们具有很高价值。还有建议表示与教科书出版商和其他教辅出版商合作制作3D课件将是个不错的方法。例如，最近常用的课本都附有随书光盘来配合教学，未来也可以包含3D 内容。一位教师建议，贴标签是个好方法，这方便在课程导入阶段使用，也便于在单元结束后进行评估和复习。另一位教师建议在上面贴个空白的文字框比标签更有用，教师们可以添加自己的“标记”。 教师们偏爱“一站式服务”，在这里他们可以轻松通过索引系统找到课程题目和学生年龄。在试验期间， 1/3 的教师报告称事先将课件下载到电脑非常方便。如果没有索引系统，意味着教师需要在试验调查和授课前花大量时间寻找合适
14、的课件。他们认为这对试验来说很好，他们需要一个更加简洁清晰的索引系统用于保障3D应用的过程，节省时间。 还有人认为索引系统还应包含学生的学习水平来保障课程内容与学生有效的匹配，适应不同水平个体。 “课件内容水平很重要。有些课件内容对于学生来说太过简单，有些却太难。如果能够挑选不同难度层次的课件就再好不过了。” 一些教师建议教科书出版商应该提供更多的 3D 内容，一位教师评论说，“我不认为出版商知道3D的价值。”3D课件非常适合课程，教师们可以很有效的将 3D与课程结合。在调研中我们发现多数教师制做了自己的讲义和课程材料来配合3D的使用， 3D已经成为整个教学过程的一部分。大多数教师将3D教学作
15、为教学法的一部分。他们能够将3D教学和其他教学方法如使用照相机， 2D图片，图表和口头讲述完美结合。 限制3D课件广泛使用“传播”的一个因素就是，目前可用的3D课件版本不同。这为3D的应用和刚接触3D的教师增添了不必要的麻烦。普遍的问题是，可用的3D课件不充足。 虽然在试验的课堂中3D课程软件得到了积极的应用，但很多都需要进一步的改进。对于教师来说，接受来自工业和娱乐业的软件，并用于课堂并不总是件易事。教育部门和教辅资源的供应商可以考虑投资开发通用型课件，广泛用于不同层次教学。 教师们认为，在多数案例中学生们的确在3D使用上比多数教师用的更好。他们表示学生们对于3D懂的更多，操作更熟练。 在调
16、研中有证据表明，教师和学生渴望开发自己的课件，在现阶段，软件还不能满足这一可行性行为。3D照相机的使用意味着学生和教师可以收集自己的课程内容，但就这一点而言，目前仍有限制。教师认为3D 最大的益处就是可以展示给孩子们那些在平常世界所不能轻易观察到的东西。例如，心脏的工作，这是 3D课件中很受欢迎的内容，展示了心脏的动态活动，这可不是一般情况下可以捕捉到的。 未来可能会出现用户自己开发的课件，但现阶段，在于多数教育背景下，用户开发课件方面，时机和技术都不成熟。但教师和学生们可以制作配合3D教学的其他资源。例如，对于教师和学生来说制作一个动态的3D眼睛模型很难，但他们可以制作教案，教学指导，课业评
17、估等其他资料，这些都可以与3D相结合。 学生们对3D课件表现的很兴奋。总的来说，关于“3D 课件内容怎么样？”这个问题，88%的学生感觉较好或非常好。与 89% （在另一项调查询问 中）学生反映课件较好或非常好相一致（如图4所示） 图4 3D 课件内容很好（学生） 学生们对3D课件的开发给出了一些意见，包括加入更多活动和游戏体验。学生们尤其喜爱在3D课件中添加活动和游戏。在活动过程中，他们的参与度会更高。学生们是技术的最终使用者。他们希望观看高质量的影像。他们想要获得精准清晰的内容，可以变换运动的场景。孩子们在观看动画场景和参与活动时注意力达到了最佳状态。 关于课件有两种抱怨的声音没有指示功能
18、和标签阅读困难（如之前所提）。教师们也想要通过滚动条更好的控制课件或用某种方式暂停、倒回重复播放。 课件内容要适合教师。但教师不必完全适应课件。总的来说，大多数实验学校对课件的质量表示满意，然而，有教师指出，“有些课件非常不错，但有些不太好。”3D在课堂的应用好坏大部分取决于课件的质量。有些参加试验调研的教师认为，尽管拥有足够用于试验项目的课件，这些课件却不具备更广泛使用的质量。 3. 语言。试验调研所遇到的一个局限就是所有课件都是英文版本，英语是这些学生的第二甚至是第三语言。除了这一点，我们没有发现任何消极方面。有些教师评论称这有助于提高学生的语言能力。有人表示将声音关闭并不是个好办法，试验
19、中大部分教师将源语声音关闭，加入自己的讲解。 一些教师将3D课件的声音与自己的讲解结合起来。例如，当背景声音很小的时候，教师开始用母语讲授课程。有时教师会停止讲述让学生们听原音讲解。“开始时我们听的是英语讲解。这没什么问题，我们希望学生学习英语，但下次，我会关掉声音用土耳其语讲解。如果可以贴上母语的标签就太好了。” 在一些创新实例中，教师使用了综合的方法或“小组教授”法，学生们可以一边 学科学一边学英语。 从调研的结果可以看出，大部分学生（来自 7 个国家）认为他们可以理解语言（参看图5），有 79%的学生表示赞同或强烈赞同。这些证据更加表明，虽然教师和学校制度希望有更多的“母语”课件，但这对于学生来说并不是什么困扰。 （未完待续，敬请期待） （北京艾科思孙瑶翻译，感谢北京艾科思张天舒先生版权授予）