论文部分内容阅读
3D是英文“3 Dimensions”的缩写，中文是指立体、三维的意思。3D技术是应用计算机系统开发工具，综合动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术，模拟视觉、听觉、触觉等感官，让使用者在虚拟世界中如同身临其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物；同时，它还以三维模型的数据为基础，通过挤出成型、粉末颗粒成型、光聚合成型等逐层增材的方式来打印出三维的实物。3D技术包括3D建模、3D显示、3D交互、3D打印等主要技术。人们常说的VR（虚拟现实技术）、AR（增强现实技术）、3D打印、3D动漫、3D电影等数字化产品或技术，都是3D技术的有机组成部分。
3D技术对人类生产生活产生了重要影响，其标志性的事件有：1995年，麻省理工学院研发了粉末层和喷头3D打印（3DP）技术，ZCorp公司从麻省理工学院获得了独家使用“三维打印（3DP）技术”的授权，并在三维打印技术的基础上开发了3D打印机；2009年，3D电影《阿凡达》以全球28亿美元的成绩创造了电影史上新的票房纪录，开创了3D技术支持下的电影娱乐产业的新纪元； 2012年4月初，谷歌公开了自己的增强现实系统——眼镜计划（Glasses Project），推动了基于3D技术的VR（虚拟现实）/AR（增强现实）技术数字产品化的新时尚。
3D技术向教育领域的渗透拓展，是其在娱乐产业取得巨大成功后又一次对传统行业的突破。将3D教学资源和显示技术用于教育，国外的主要研究始于2009年，美国、英国、印度及中国香港特区等开展了一系列3D教育项目，在学校中大力推广使用。代表性的项目有美国伊利诺伊州推出的3D模拟课程，项目的研究表明：学生用更少的时间学习了更多的内容；有学习困难和注意力集中困难的学生能较好地完成对所学材料的掌握；绝大多数学生的成绩都得到了提高。該项目得益于美国政府的资助，现在伊利诺伊州成千上万的学生已经开始学习数十门使用3D影像资源的课程。2015年，我国广泛兴起了创客教育，许多学校开始在创客实践室或创客空间配置3D打印机，3D打印机和相关课程快速进入了学校。
一、3D技术向教育领域渗透拓展的特点
当前，虚拟仿真实验室、虚拟教学、虚拟数字博物馆、3D打印空间、3D动漫设计课程等已经进入校园，给学校教育增添了无限活力。3D技术向教育领域的渗透拓展，有这样几个特点：
1.提供丰富的3D教学资源，对现行教学内容进行有益补充
许多资源开发企业，根据国家的课程标准，按有关科目的章节，按知识点策划制作3D教学资源，实用性强；根据素质教育需求，开发了校园安全教育、传统文化教育、法治教育、科技教育等专题资源，供学校选择使用。
2.提供3D教育硬件，完善教育装备
比如，3D投影机、3D一体机、3D裸眼黑板、3DLED大屏、3D智能讲桌等3D设备部分替代原有的2D设备，在保持学校传统的班级教学模式前提下，发挥这些设备在信息显示上的优势。
3.尝试改变教学环境和学生的学习方式，进行有意义的改革
以未来教室、3D影院、3D实验室、AR书城等形式进入校园，为教师提供了一种全新的体验式、创新型、交互式、实践型教学模式。
3D技术之所以能快速地向教育领域拓展，是因为在技术之躯中藏有认知科学的一些基本原理，比如：人类的认知由简单向复杂、由形象到形象与抽象相互结合；知识的建构中，学习越主动、过程越可见、结果越具象，知识建构就越有效；学习中的情境化、个体化、社会化可以相互作用，促进更有效的学习。3D技术支持下的三维立体模型、影像或动漫，可以构建可视、可触、可交互的学习环境，学生通过3D学习环境，对事物的内部结构、工作原理、规模尺寸等有更加直观的认识，特别是3D影像可以使学生进行不同视角和视域的转换，从完整的构造迅速转到不同的局部、微观层面。在这样的学习情境中，学生的学习过程符合认知规律。3D影像使得原来的平面影像转变为更加生动形象的3D影像，对学生来说，它能长时间吸引学生的注意力，学生专注度的提升有助于他们学习效率的提高。有关资料显示， 3D虚拟现实技术在不同的学科取得的效率是不同的，在科学学科的效率是最高的。
二、3D技术在小学科学教育领域的尝试
在小学科学教育领域，3D技术进行了一些有益的尝试，其中几种有较大的发展前景。
1.3D交互教学
即利用虚拟仿真3D数字技术，创造一个多维度的虚拟教学场景，将抽象的事物具体化、复杂的事物简单化，帮助学生快速学习知识。在课堂教学中，教师先对课程的内容和目标进行课程设计，再根据教材选择相对应的3D教学资源，以3D立体视频、3D交互课件的形式展现知识点，加速学生对课程内容的理解。
2.虚拟实验室
以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）为核心技术，为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在3D创新实验室呈现。在虚拟实验中，学生可以放心地进行各种危险实验（如燃烧、爆炸、化学反应）和技能练习（如青蛙解剖等），不必担心操作失误，拥有传统实验室难以比拟的优势。
3.3D打印课程
在这样的课程中，学生将学习3D打印的发展历史、原理、技术和建模方法。课程的开设以社团为主，和科技教育紧密结合，也有的老师将科学课程的拓展内容与3D打印结合，比如制作个性化小车。
4.AR书城
基于实体图书的增强阅读平台，利用增强现实（AR）技术，将图文、音频、视频、三维模型动画等多媒体素材聚合到实体图书上。当学生打开书页，书中的图片内容会以多媒体的形式跳到眼前，为学生提供一种更高效、直观、有趣的阅读体验。
三、3D技术与科学学科融合存在的问题
1.教学资源的匮乏 3D教学资源的开发成本极高，使3D教学的资源并不能满足教学所需。
2.教师和学生掌握3D教学的系统工具不足
作为一种新技术，3D技术在系统、操作、技能技巧等多方面与2D技术不同，需要老师和学生熟练掌握，但老师和学生缺乏相关的培训，导致新工具运用不畅。
3.3D技术本身还存在许多软肋
首先，体验的舒适度不够。由于3D资源在教学中需要学生保持较长时间的注意力，但VR头盔、3D眼镜等设备长期使用会导致学生目眩神晕，对学生视力也有一定影响。其次，硬件普及度较差，高端的设备价格昂贵，学校的采购积极性不足；低端的设备体验性差，学校不愿意采购。再次，3D交互技术不够人性化，学生在学习中还需要借助额外的传感设备与观察对象进行交互，无法直接进行语音和体感的交流，互动交流往往生硬机械。
四、我们的探索
我们的团队在开展3D技术与小学科学融合的教学研究中，希望远期可以做好以下几点：
l集成一定规模的3D教学资源；
l促进特定的教学内容与特定的3D技术的融合；
l探索3D教学的有效途径和新模式。
在一年多的探索中，我们对3D技术支持下的教学资源开发、教学案例研究、教学模式、3D打印拓展课程开发四个方面进行了一些研究，有了一些收获。
1.开展了3D技术在小学科学教学中的适用项目分析
我们主要从小学科学涉及的三大领域开展研究。地球与宇宙科学领域，我们按照教材内容，对学生在空间理解上有困难的内容做了梳理，力图用3D空间来帮助学生解决认识上的困难；一些学生难以在短时间内观察到的地球变化现象，如岩石风化、水土流失等，可以用3D资源加以呈现；另一些难以观察到的地球内部的现象，如火山喷发、地震等，也可以用3D模型再现。生命科学领域，对生命体的内部结构的观察，如人体内的各种器官、植物体内的水吸收和蒸腾等，可以引导学生借助AR技术多角度、全方位地进行观察。物质科学领域中的一些内容也特别适合用3D技术来呈现，比如物质长时间的变化、肉眼无法观察到的化学变化、物质的微粒结构等。
在这样的项目分析过程中，我们初步找到了一些规律，发现不同的内容适宜用不同的3D技术支持。对长时间的变化，我们建议用3D动漫技术来加强；对生物体和物质内部结构的观察，我们建议用AR技术来呈现；对规模、范围、空间较大的事物，我们希望借助3D结构件，提高学生交互操作的主动性。
2.开展3D教学的案例研究
案例研究有较好的普适性，这是我们这一年研究的重点工作。因为时间周期、开发成本等原因，我们只在地球与宇宙科学和生命科学两个领域，开展了为数不多的案例研究。
地球与宇宙科学领域中，三球（太阳、地球、月球）运动关系一直是教学的重点和难点，理解三球运动是认识月相变化、四季变化以及日食和月食现象的基础。原来教学这部分内容时，由于受传统教学器材的局限，学生很难从二维平面认识提升到对三维立体空间的构建。通过AR技术支持下的三球运动关系的系列教学，我们认识到了AR技术的三个优势：
（1）显示效果直观、逼真和立体。通过AR技术在大屏幕上显示，学生能直观地看到三球运动的关系，三个星体如在眼前，栩栩如生。
（2）动态生成。在三球运动的过程中，可以根据月球、地球与太阳的位置关系，及时产生月相、昼夜和日月食的动态光影效果。
（3）可转换观察模式。利用AR技术，不仅能够以俯视的视角（上帝模式）观察到三球运动的关系，还能进行观察模式的转换，把观察模式转换成以地球为观察者的主体模式，这样就能够更真实地模拟出地球上的观察者看到的三球运动变化。
在这个领域的研究中，我们还评估3D技术对儿童观察能力的影响。我们选择了《我们来造环形山》一课进行教学，对前后6个班级近300名学生的观察能力进行教学观察、统计和对比分析。我们研究发现，在3D技术支持下，学生的观察能力在三个主要方面都有较大提升：一是能观察到更多的信息；二是能观察识别关键特征；三是能模拟再现实验中的关键信息。
在生命科学的研究中，我们聚焦了其中的一个难题——人体内部器官的观察。运用3D技术时，我们运用不同的3D技术来解决教学中的难题。
（1）利用3D动漫影像，实现透视观察。如消化器官的认识，学生带上3D眼镜观看整个3D影像，师生就被虚拟为即将进入消化道的食物这一角色，一起进入人体消化道的虚拟环境，透视观察各种消化器官的内部结构。
（2）利用3D交互技术，实现虚实结合。我们采用了桌面VR+AR教学系统，主要由桌面级VR交互一体机和VR、AR交互软件组成。“VR+AR+教育软件”将教学人体内部器官从平面图像转变到虚拟现实，将学生的操作活动投射到另一屏幕上，实现增强现实的功能，旁观者（其他学生）可以裸眼观察真实环境与虚拟图层叠加后模型的效果。学生不仅在虚拟环境中能够准确组合消化道，而且每个学生都能在脱离虚拟环境后准确指出内部器官（如食道、胃、小肠、大肠等）在自己身体中所处的部位，大大提升了实际教学效能。
3.开展3D教学的新模式研究
为了更好地促进3D技术在课堂上的使用，需要开发简单易上手的教学内容编辑工具，搭建一个桥梁，连接3D资源与课堂教学软件，以便应用3D/VR技术进行常态化教学。我们研究团队基于沃课的功能特点，探究了3D技术支持下的教学新模式。这个教学模式将教学过程分为课前准备、情境创设、动态生成、总结提升和课后反思等几个环节。在教学过程中，教师可以将配套的3D视频、3D图片、3D模型、3D教育游戏、3D学科工具等3D资源、交互习题、2D资源插入到自己的课件中，形成一个完整的教学课件。其中，互动生成是这个教学模式运用3D技术的中心环节，互动的形式多种多样，从虚拟实验、3D观察、知识讲授、随堂测验、过程评价，到融合人际互动与人机互动，实现人直接与虚拟环境进行交互，增强了用户体验。
4.开发了3D打印课程
3D打印拓展课程的开发，力求突破两点：
（1）课程不能只是软件学习课，而是有计划地培养学生各种创新和创造的核心技能，将问题解决、设计、建模、造物和软件学习有机结合。
（2）课程不能只是范例模仿课，课程必须关注到学习态度方面的核心品质，要努力将学生置身于情境中，让他们保持持久的热情，遇到问题能够不急不躁，有足够的耐心去寻求和完善解决方案，并外化形成良好的学习行为。
在我们开发的《小玮的3D主题屋》课程中，有明晰的课程主线、模块化课时框架、合理的内容呈现方式，对3D打印的核心技能和科学研究的核心技能进行有序、有机、有效设计。在同一主线、不同情境、不同问题中，学生逐渐学习了课程中的软件操作基本技能（复制、旋转、组合、变形、测量、挖空、抽壳、绘制曲线等），还不断地发展学生的各种科学研究能力，如观察、比较、测量、数据处理与分析、模型建构与修正、创新思维能力等。
3D技术具有不同于2D技术的优势，有高度可视化和强沉浸感的特性， 在与小学科学教学融合时，可以采用化实为虚、虚实结合、以虚促实、以实补虚等多种方式实现技术与内容融合。3D技术与教育融合的核心是技术与人融合，现阶段3D技术因多方面原因，只有少數学生和教师能参与进来，普及还为时尚早。
我们的研究还在路上，在系统性规划、技术性路径、可行性策略、实操性方案等方面还有待进一步设计、论证和实践，现阶段的研究还较粗浅，结论还有待检验。
广东省深圳市教育科学研究院（518000）
3D技术对人类生产生活产生了重要影响，其标志性的事件有：1995年，麻省理工学院研发了粉末层和喷头3D打印（3DP）技术，ZCorp公司从麻省理工学院获得了独家使用“三维打印（3DP）技术”的授权，并在三维打印技术的基础上开发了3D打印机；2009年，3D电影《阿凡达》以全球28亿美元的成绩创造了电影史上新的票房纪录，开创了3D技术支持下的电影娱乐产业的新纪元； 2012年4月初，谷歌公开了自己的增强现实系统——眼镜计划（Glasses Project），推动了基于3D技术的VR（虚拟现实）/AR（增强现实）技术数字产品化的新时尚。
3D技术向教育领域的渗透拓展，是其在娱乐产业取得巨大成功后又一次对传统行业的突破。将3D教学资源和显示技术用于教育，国外的主要研究始于2009年，美国、英国、印度及中国香港特区等开展了一系列3D教育项目，在学校中大力推广使用。代表性的项目有美国伊利诺伊州推出的3D模拟课程，项目的研究表明：学生用更少的时间学习了更多的内容；有学习困难和注意力集中困难的学生能较好地完成对所学材料的掌握；绝大多数学生的成绩都得到了提高。該项目得益于美国政府的资助，现在伊利诺伊州成千上万的学生已经开始学习数十门使用3D影像资源的课程。2015年，我国广泛兴起了创客教育，许多学校开始在创客实践室或创客空间配置3D打印机，3D打印机和相关课程快速进入了学校。
一、3D技术向教育领域渗透拓展的特点
当前，虚拟仿真实验室、虚拟教学、虚拟数字博物馆、3D打印空间、3D动漫设计课程等已经进入校园，给学校教育增添了无限活力。3D技术向教育领域的渗透拓展，有这样几个特点：
1.提供丰富的3D教学资源，对现行教学内容进行有益补充
许多资源开发企业，根据国家的课程标准，按有关科目的章节，按知识点策划制作3D教学资源，实用性强；根据素质教育需求，开发了校园安全教育、传统文化教育、法治教育、科技教育等专题资源，供学校选择使用。
2.提供3D教育硬件，完善教育装备
比如，3D投影机、3D一体机、3D裸眼黑板、3DLED大屏、3D智能讲桌等3D设备部分替代原有的2D设备，在保持学校传统的班级教学模式前提下，发挥这些设备在信息显示上的优势。
3.尝试改变教学环境和学生的学习方式，进行有意义的改革
以未来教室、3D影院、3D实验室、AR书城等形式进入校园，为教师提供了一种全新的体验式、创新型、交互式、实践型教学模式。
3D技术之所以能快速地向教育领域拓展，是因为在技术之躯中藏有认知科学的一些基本原理，比如：人类的认知由简单向复杂、由形象到形象与抽象相互结合；知识的建构中，学习越主动、过程越可见、结果越具象，知识建构就越有效；学习中的情境化、个体化、社会化可以相互作用，促进更有效的学习。3D技术支持下的三维立体模型、影像或动漫，可以构建可视、可触、可交互的学习环境，学生通过3D学习环境，对事物的内部结构、工作原理、规模尺寸等有更加直观的认识，特别是3D影像可以使学生进行不同视角和视域的转换，从完整的构造迅速转到不同的局部、微观层面。在这样的学习情境中，学生的学习过程符合认知规律。3D影像使得原来的平面影像转变为更加生动形象的3D影像，对学生来说，它能长时间吸引学生的注意力，学生专注度的提升有助于他们学习效率的提高。有关资料显示， 3D虚拟现实技术在不同的学科取得的效率是不同的，在科学学科的效率是最高的。
二、3D技术在小学科学教育领域的尝试
在小学科学教育领域，3D技术进行了一些有益的尝试，其中几种有较大的发展前景。
1.3D交互教学
即利用虚拟仿真3D数字技术，创造一个多维度的虚拟教学场景，将抽象的事物具体化、复杂的事物简单化，帮助学生快速学习知识。在课堂教学中，教师先对课程的内容和目标进行课程设计，再根据教材选择相对应的3D教学资源，以3D立体视频、3D交互课件的形式展现知识点，加速学生对课程内容的理解。
2.虚拟实验室
以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）为核心技术，为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在3D创新实验室呈现。在虚拟实验中，学生可以放心地进行各种危险实验（如燃烧、爆炸、化学反应）和技能练习（如青蛙解剖等），不必担心操作失误，拥有传统实验室难以比拟的优势。
3.3D打印课程
在这样的课程中，学生将学习3D打印的发展历史、原理、技术和建模方法。课程的开设以社团为主，和科技教育紧密结合，也有的老师将科学课程的拓展内容与3D打印结合，比如制作个性化小车。
4.AR书城
基于实体图书的增强阅读平台，利用增强现实（AR）技术，将图文、音频、视频、三维模型动画等多媒体素材聚合到实体图书上。当学生打开书页，书中的图片内容会以多媒体的形式跳到眼前，为学生提供一种更高效、直观、有趣的阅读体验。
三、3D技术与科学学科融合存在的问题
1.教学资源的匮乏 3D教学资源的开发成本极高，使3D教学的资源并不能满足教学所需。
2.教师和学生掌握3D教学的系统工具不足
作为一种新技术，3D技术在系统、操作、技能技巧等多方面与2D技术不同，需要老师和学生熟练掌握，但老师和学生缺乏相关的培训，导致新工具运用不畅。
3.3D技术本身还存在许多软肋
首先，体验的舒适度不够。由于3D资源在教学中需要学生保持较长时间的注意力，但VR头盔、3D眼镜等设备长期使用会导致学生目眩神晕，对学生视力也有一定影响。其次，硬件普及度较差，高端的设备价格昂贵，学校的采购积极性不足；低端的设备体验性差，学校不愿意采购。再次，3D交互技术不够人性化，学生在学习中还需要借助额外的传感设备与观察对象进行交互，无法直接进行语音和体感的交流，互动交流往往生硬机械。
四、我们的探索
我们的团队在开展3D技术与小学科学融合的教学研究中，希望远期可以做好以下几点：
l集成一定规模的3D教学资源；
l促进特定的教学内容与特定的3D技术的融合；
l探索3D教学的有效途径和新模式。
在一年多的探索中，我们对3D技术支持下的教学资源开发、教学案例研究、教学模式、3D打印拓展课程开发四个方面进行了一些研究，有了一些收获。
1.开展了3D技术在小学科学教学中的适用项目分析
我们主要从小学科学涉及的三大领域开展研究。地球与宇宙科学领域，我们按照教材内容，对学生在空间理解上有困难的内容做了梳理，力图用3D空间来帮助学生解决认识上的困难；一些学生难以在短时间内观察到的地球变化现象，如岩石风化、水土流失等，可以用3D资源加以呈现；另一些难以观察到的地球内部的现象，如火山喷发、地震等，也可以用3D模型再现。生命科学领域，对生命体的内部结构的观察，如人体内的各种器官、植物体内的水吸收和蒸腾等，可以引导学生借助AR技术多角度、全方位地进行观察。物质科学领域中的一些内容也特别适合用3D技术来呈现，比如物质长时间的变化、肉眼无法观察到的化学变化、物质的微粒结构等。
在这样的项目分析过程中，我们初步找到了一些规律，发现不同的内容适宜用不同的3D技术支持。对长时间的变化，我们建议用3D动漫技术来加强；对生物体和物质内部结构的观察，我们建议用AR技术来呈现；对规模、范围、空间较大的事物，我们希望借助3D结构件，提高学生交互操作的主动性。
2.开展3D教学的案例研究
案例研究有较好的普适性，这是我们这一年研究的重点工作。因为时间周期、开发成本等原因，我们只在地球与宇宙科学和生命科学两个领域，开展了为数不多的案例研究。
地球与宇宙科学领域中，三球（太阳、地球、月球）运动关系一直是教学的重点和难点，理解三球运动是认识月相变化、四季变化以及日食和月食现象的基础。原来教学这部分内容时，由于受传统教学器材的局限，学生很难从二维平面认识提升到对三维立体空间的构建。通过AR技术支持下的三球运动关系的系列教学，我们认识到了AR技术的三个优势：
（1）显示效果直观、逼真和立体。通过AR技术在大屏幕上显示，学生能直观地看到三球运动的关系，三个星体如在眼前，栩栩如生。
（2）动态生成。在三球运动的过程中，可以根据月球、地球与太阳的位置关系，及时产生月相、昼夜和日月食的动态光影效果。
（3）可转换观察模式。利用AR技术，不仅能够以俯视的视角（上帝模式）观察到三球运动的关系，还能进行观察模式的转换，把观察模式转换成以地球为观察者的主体模式，这样就能够更真实地模拟出地球上的观察者看到的三球运动变化。
在这个领域的研究中，我们还评估3D技术对儿童观察能力的影响。我们选择了《我们来造环形山》一课进行教学，对前后6个班级近300名学生的观察能力进行教学观察、统计和对比分析。我们研究发现，在3D技术支持下，学生的观察能力在三个主要方面都有较大提升：一是能观察到更多的信息；二是能观察识别关键特征；三是能模拟再现实验中的关键信息。
在生命科学的研究中，我们聚焦了其中的一个难题——人体内部器官的观察。运用3D技术时，我们运用不同的3D技术来解决教学中的难题。
（1）利用3D动漫影像，实现透视观察。如消化器官的认识，学生带上3D眼镜观看整个3D影像，师生就被虚拟为即将进入消化道的食物这一角色，一起进入人体消化道的虚拟环境，透视观察各种消化器官的内部结构。
（2）利用3D交互技术，实现虚实结合。我们采用了桌面VR+AR教学系统，主要由桌面级VR交互一体机和VR、AR交互软件组成。“VR+AR+教育软件”将教学人体内部器官从平面图像转变到虚拟现实，将学生的操作活动投射到另一屏幕上，实现增强现实的功能，旁观者（其他学生）可以裸眼观察真实环境与虚拟图层叠加后模型的效果。学生不仅在虚拟环境中能够准确组合消化道，而且每个学生都能在脱离虚拟环境后准确指出内部器官（如食道、胃、小肠、大肠等）在自己身体中所处的部位，大大提升了实际教学效能。
3.开展3D教学的新模式研究
为了更好地促进3D技术在课堂上的使用，需要开发简单易上手的教学内容编辑工具，搭建一个桥梁，连接3D资源与课堂教学软件，以便应用3D/VR技术进行常态化教学。我们研究团队基于沃课的功能特点，探究了3D技术支持下的教学新模式。这个教学模式将教学过程分为课前准备、情境创设、动态生成、总结提升和课后反思等几个环节。在教学过程中，教师可以将配套的3D视频、3D图片、3D模型、3D教育游戏、3D学科工具等3D资源、交互习题、2D资源插入到自己的课件中，形成一个完整的教学课件。其中，互动生成是这个教学模式运用3D技术的中心环节，互动的形式多种多样，从虚拟实验、3D观察、知识讲授、随堂测验、过程评价，到融合人际互动与人机互动，实现人直接与虚拟环境进行交互，增强了用户体验。
4.开发了3D打印课程
3D打印拓展课程的开发，力求突破两点：
（1）课程不能只是软件学习课，而是有计划地培养学生各种创新和创造的核心技能，将问题解决、设计、建模、造物和软件学习有机结合。
（2）课程不能只是范例模仿课，课程必须关注到学习态度方面的核心品质，要努力将学生置身于情境中，让他们保持持久的热情，遇到问题能够不急不躁，有足够的耐心去寻求和完善解决方案，并外化形成良好的学习行为。
在我们开发的《小玮的3D主题屋》课程中，有明晰的课程主线、模块化课时框架、合理的内容呈现方式，对3D打印的核心技能和科学研究的核心技能进行有序、有机、有效设计。在同一主线、不同情境、不同问题中，学生逐渐学习了课程中的软件操作基本技能（复制、旋转、组合、变形、测量、挖空、抽壳、绘制曲线等），还不断地发展学生的各种科学研究能力，如观察、比较、测量、数据处理与分析、模型建构与修正、创新思维能力等。
3D技术具有不同于2D技术的优势，有高度可视化和强沉浸感的特性， 在与小学科学教学融合时，可以采用化实为虚、虚实结合、以虚促实、以实补虚等多种方式实现技术与内容融合。3D技术与教育融合的核心是技术与人融合，现阶段3D技术因多方面原因，只有少數学生和教师能参与进来，普及还为时尚早。
我们的研究还在路上，在系统性规划、技术性路径、可行性策略、实操性方案等方面还有待进一步设计、论证和实践，现阶段的研究还较粗浅，结论还有待检验。
广东省深圳市教育科学研究院（518000）