节选自《支持基于项目的STEM学习的虚拟世界之启示》
特瑞纳·J·戴维斯，哲学博士，美国德克萨斯A&M大学教师
引言
3D教学和STEM学习，看似两种八竿子打不着的学习方式，机缘巧合相遇并碰撞出美丽火花，3D教学能很好地应用到STEM项目学习中。
一、基础概念
3D教学：以可视化建模为基础，通过项目学习方式，综合应用3D影像、VR、AR、MR、3D打印等技术，实现从“创意到实现”的完整的学习与认知过程。
STEM学习：一种整合科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)的学习方式。
二、3D教学应用于STEM的研究
1、休和张(Hew &Cheung，2010)回顾了有关K12年级和高等教育环境下使用3D教学的经验性研究。他们发现使用这些技术有三个主要方法：1)沟通空间;2)空间的模拟(空间的方位性);3)体验空间(扮演世界)。这三种使用方法都与偶很大的潜力为支持STEM项目学习。
2、达尔加诺和李(Dalgarno&Lee，2010)回顾过去20年内出版的有关应用3D教学的研究时，确定了一系列的学习启示：
1)3D教学可以用来促进领域内空间知识的表达得到进一步发展的学习任务(P18)。
2)3D教学可以用来促进现实世界中不实际或不可能开展的体验式学习任务(P19)。
3)3D教学可以用来促进能增强内在学习冬季和学习投入度的学习任务(P20)。
4)3D教学可以用来促进能通过学习的背景化而强化将知识和技能迁移至现实情景中的学习任务(P21)。
5)3D教学可以用来促进更丰富更有效的合作学习任务，而这种合作学习在2D传统教学中是无法实现的(P23)。
在达尔加诺和李的研究中，审视了一系列3D教学的应用，分析中直接或间接地指出了3D教学的益处。
当学习者积极投入到虚拟环境中的体验式学习和情景学习，他们就可获得普遍存在的机会来真正地培养各种技能：新素养(Jenkins,Clinton,Purushatma,Robinson&Weigel.2006)、问题解决或数学技能(National Council of Teachers of Mathematics,2000)、科学素养技能、计算机思维，以及信息和沟通技术(ICT)技能(Barr,Harrison&Conery,2011; ISTE,2007).列举的技能包括但不局限于：合作、问题解决、模拟、批判性思维和协商技能。例如，新素养几乎都设计通过合作和网络而发展出的社交技能(Jenkins et al.,2006).
三、3D教学与STEM学习的相遇
如前面所言，利用3D教学可以支持STEM项目学习中各种学习的结果和任务。以下重点强调一些虚拟世界的项目和模拟，它们贯穿于让学习者以新的不同的方法参与其中的STEM学科。这些项目有助于说明两种方法：使用3D教学中的虚拟环境让STEM教师做好准备，以高度参与和浸润式的方式使用3D教学来学习STEM内容。
表：支持STEM项目学习的3D教学
3D教学的特征范例
支持STEM项目学习的可能性
参与(三维)空间和视觉丰富的学习或问题解决
学习者有能力检查或操作三维物体、放大或缩小物体的图形、移动物体;学习者能调查复杂的问题和事宜
接触并体验浸润环境中真实的地点、模拟和物体。学习者在参与式的虚拟空间体验了身临其境的感觉或其他人共同参与的经历。
学习者有能力亲密地检查一些在现实生活中可能无法接近的三维虚拟物体和地方(如三维模拟的巴黎市、模拟航天飞机等)。
参与独特的实验
学习者有能力参与仿真的创新性实验中
设计和建造三维空间
学习者有能力设计三维虚拟物体、发明、建筑物或空间。
设计模拟或游戏
学习者有能力为不同观众设计三维模拟和游戏
参与角色扮演
学习者有能力参与角色扮演(与真实的不同团队、大的或者小的合作组)
与同伴或者专家沟通和合作(地方/
全球范围)
学习者有能力在FBL的所有阶段与同伴或专家沟通或者合作开展工作。
与更广的全球学习社区分享或展示工作/发现
学习者与能力在班级范围或全球范围与同伴分享自己的学习活动和发现。
四、结论
3D教学的虚拟环境中探究如何进行模拟，为STEM的教学和学习提供了有利的机会。当教育工作者使用3D教学获得更多的技能和经验时，他们就能够知晓如何有效的为自己的学生设计STEM项目学习。支持以学生为中心的设计或实验的创新性模拟在课堂上不易开展，但在虚拟学习环境背景下，却显示出极大的希望。在教育经费不足的情况下，虚拟性仿真模拟可以为学生能够投入STEM项目学习中提供独特的选择。各个层面的利益相关者都应该有机会探索使用仿真模拟和游戏的力量，投身于能够促进STEM项目学习的有效实践中。
