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3D虚拟技术是利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境进行自然交互的一门崭新的综合性信息技术。其技术可大致分为AR和VR两类。AR技术是在体验者能够看到现实景象的基础上融入了虚拟现实技术，体验者所感受到的情景是现实情景在虚拟部分的增强，而不是完全的虚拟，其特征是虚实结合；VR（狭义）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，其特征是完全的虚拟。
著名英国3D教育专家Anne Bamford 2011年从德国、法国、意大利、荷兰、土耳其、英国以及瑞典的十几所学校里，选取740名10-13岁的学生专门针对3D教育技术进行测试，旨在研究3D教育和传统2D教育的影响，以论证推广3D教育技术的可行性。结果表明：使用3D眼镜上课的学生中，86%以上成绩有显著提升，而依赖2D资源没有使用3D眼镜的同学中，只有52%成绩有进步。在3D教室中，每个学生的成绩平均提高了17%，而2D教室中的学生成绩只提高了8%；平均92%的学生表示3D课程非常引人入胜，而非3D教室中认真听讲的学生中只有46%有此感触。100%的教师感觉学生在上3D课时注意力比其他课程更集中，84%的学生认为3D教学改善了他们的学习。
我们团队在研究中，将评估3D技术聚焦于3D技术对儿童观察能力的影响。由于研究涉及的3D资源开发成本高、数据采集工作量大，所以我们只选择了在《我们来造环形山》一课教学中6个班级近300名学生进行教学对比和实践。之所以选择这一课，原因有二：①“环形山”无法在地球上实际观察，陌生环境观察更少受已有经验的影响；②“环形山”有足够多的信息点，有利于评估学生的观察能力。我们将学生的观察能力评估聚焦在三个方面：①观察信息量的多少；②关键特征的观察；③模拟实验中对关键信息的重现程度。
具体教学操作是：在自然的上课情景中对学生的观察能力进行评估，将6个教学平行班随机分成三组，每两个班级在上课中只有观察资源不同，其他教学环节基本一致。教学资源中，“环形山”分别采用传统的图片、2D视频与3D实景观察对比，学生用大致相同的时间观察完后，将观察结果记录下来。学生在“环形山”模拟实验结束后，再次对模拟中造出的“环形山”的特征进行陈述。以下是数据统计结果和简要分析。
一、观察信息量的多少的比较
从上面的数据统计表中，我们可以观察出以下特征：
1.3D模式观察，学生观察后收集到的信息点整体上多于传统观察模式，能更全面地对事物进行观察，而图片和视频提供的信息则相对受限。
2.从信息点数值分布的特征可以看到，三种观察方式在低数值段的学生占比差异不大，而高数值段的学生占比中，VR模式大幅领先其他两种方式。我们认为，学生更主动地观察可能是导致差异变大的主要原因。
3.圖片模式和视频模式的观察相比，图片模式要稍稍优于视频模式。原因有二：一是图片与视频相比，可以放大更多细节；二是图片观察中，学生观察时间较长且更专注。
二、关键特征的观察比较
从统计数据可以看出，3D VR模式比2D模式的观察在各个关键特征上都优异。我们分析，主要原因是3D模式下学生可以采用自如的全景式观察视角。“中央峰”是部分环形山底部的突起，水平视角最易发现；“辐射纹”则是由近及远，俯视角度最易观察；“相互挤压”最适合用局部放大观察。三个关键特征分别有最匹配的观察视角，这在VR模式下都可以由学生自主实施，而传统的2D模式则无法实现。
三、模拟实验中对关键信息的重现程度
学生的观察环节获得的信息多少，会在实验验证的环节直接体现出来。学生会根据已知的信息有意识地模拟实验，使实验产生的现象能匹配观察到的信息，从而证明自己的猜测。相反，如果学生在观察阶段的信息不全面、不清晰，没有更多的信息，他们在实验过程中寻找不到更多的关注点和需要匹配的验证信息，会导致实验不规范或不成功。
由于模拟实验是分小组进行的，所以统计数据以实验小组为单位。每个班分12个小组，每种模式观察的小组总数是24个。统计时，为避免偶然因素的影响，我们将每个小组的实验能再现2个以上关键特征的视为有效果实验。
通过比较研究，我们不难发现，在3D视频技术的支持下，学生对事物的观察在某些方面超越了使用传统观察方式，尤其是在天文、地理等无法直接观察的领域。利用虚拟现实技术，教师和学生一起经历虚拟环境，观察一些关键性问题，还能让学生自己“进入其中”进行详细观察，大大提高了他们的理解能力。我们让学生基于观察和模拟实验，研讨环形山的成因时，发现学生在论述时能更好地在观察事实、模拟事实和成因假说之间反复论证，以理服人。
上图是一张学生集体论证图，记录了学生根据模拟实验能观察到的事实来论证与两种不同假说的联系。可以看到，模拟实验的绝大多数事实都支持“陨石撞击”假说，但也有一些事实可以同时支持两种不同的假说。在3D技术支持下，观察到的事实越多，模拟实验越有成效，学生的理解和论证会更深刻。
虚拟现实技术目前尚有诸多因素限制它在教育领域的广泛应用。从我们的初步研究可以看出，它能为教学人员和学生构建一种全新、多变的教学环境，为学习者提供了一种可以进行交互、直观、自主探索的学习对象和环境，学生在观察能力上有较大的提升。
广东省深圳市福田区教科院
附属小学（518040）
著名英国3D教育专家Anne Bamford 2011年从德国、法国、意大利、荷兰、土耳其、英国以及瑞典的十几所学校里，选取740名10-13岁的学生专门针对3D教育技术进行测试，旨在研究3D教育和传统2D教育的影响，以论证推广3D教育技术的可行性。结果表明：使用3D眼镜上课的学生中，86%以上成绩有显著提升，而依赖2D资源没有使用3D眼镜的同学中，只有52%成绩有进步。在3D教室中，每个学生的成绩平均提高了17%，而2D教室中的学生成绩只提高了8%；平均92%的学生表示3D课程非常引人入胜，而非3D教室中认真听讲的学生中只有46%有此感触。100%的教师感觉学生在上3D课时注意力比其他课程更集中，84%的学生认为3D教学改善了他们的学习。
我们团队在研究中，将评估3D技术聚焦于3D技术对儿童观察能力的影响。由于研究涉及的3D资源开发成本高、数据采集工作量大，所以我们只选择了在《我们来造环形山》一课教学中6个班级近300名学生进行教学对比和实践。之所以选择这一课，原因有二：①“环形山”无法在地球上实际观察，陌生环境观察更少受已有经验的影响；②“环形山”有足够多的信息点，有利于评估学生的观察能力。我们将学生的观察能力评估聚焦在三个方面：①观察信息量的多少；②关键特征的观察；③模拟实验中对关键信息的重现程度。
具体教学操作是：在自然的上课情景中对学生的观察能力进行评估，将6个教学平行班随机分成三组，每两个班级在上课中只有观察资源不同，其他教学环节基本一致。教学资源中，“环形山”分别采用传统的图片、2D视频与3D实景观察对比，学生用大致相同的时间观察完后，将观察结果记录下来。学生在“环形山”模拟实验结束后，再次对模拟中造出的“环形山”的特征进行陈述。以下是数据统计结果和简要分析。
一、观察信息量的多少的比较
从上面的数据统计表中，我们可以观察出以下特征：
1.3D模式观察，学生观察后收集到的信息点整体上多于传统观察模式，能更全面地对事物进行观察，而图片和视频提供的信息则相对受限。
2.从信息点数值分布的特征可以看到，三种观察方式在低数值段的学生占比差异不大，而高数值段的学生占比中，VR模式大幅领先其他两种方式。我们认为，学生更主动地观察可能是导致差异变大的主要原因。
3.圖片模式和视频模式的观察相比，图片模式要稍稍优于视频模式。原因有二：一是图片与视频相比，可以放大更多细节；二是图片观察中，学生观察时间较长且更专注。
二、关键特征的观察比较
从统计数据可以看出，3D VR模式比2D模式的观察在各个关键特征上都优异。我们分析，主要原因是3D模式下学生可以采用自如的全景式观察视角。“中央峰”是部分环形山底部的突起，水平视角最易发现；“辐射纹”则是由近及远，俯视角度最易观察；“相互挤压”最适合用局部放大观察。三个关键特征分别有最匹配的观察视角，这在VR模式下都可以由学生自主实施，而传统的2D模式则无法实现。
三、模拟实验中对关键信息的重现程度
学生的观察环节获得的信息多少，会在实验验证的环节直接体现出来。学生会根据已知的信息有意识地模拟实验，使实验产生的现象能匹配观察到的信息，从而证明自己的猜测。相反，如果学生在观察阶段的信息不全面、不清晰，没有更多的信息，他们在实验过程中寻找不到更多的关注点和需要匹配的验证信息，会导致实验不规范或不成功。
由于模拟实验是分小组进行的，所以统计数据以实验小组为单位。每个班分12个小组，每种模式观察的小组总数是24个。统计时，为避免偶然因素的影响，我们将每个小组的实验能再现2个以上关键特征的视为有效果实验。
通过比较研究，我们不难发现，在3D视频技术的支持下，学生对事物的观察在某些方面超越了使用传统观察方式，尤其是在天文、地理等无法直接观察的领域。利用虚拟现实技术，教师和学生一起经历虚拟环境，观察一些关键性问题，还能让学生自己“进入其中”进行详细观察，大大提高了他们的理解能力。我们让学生基于观察和模拟实验，研讨环形山的成因时，发现学生在论述时能更好地在观察事实、模拟事实和成因假说之间反复论证，以理服人。
上图是一张学生集体论证图，记录了学生根据模拟实验能观察到的事实来论证与两种不同假说的联系。可以看到，模拟实验的绝大多数事实都支持“陨石撞击”假说，但也有一些事实可以同时支持两种不同的假说。在3D技术支持下，观察到的事实越多，模拟实验越有成效，学生的理解和论证会更深刻。
虚拟现实技术目前尚有诸多因素限制它在教育领域的广泛应用。从我们的初步研究可以看出，它能为教学人员和学生构建一种全新、多变的教学环境，为学习者提供了一种可以进行交互、直观、自主探索的学习对象和环境，学生在观察能力上有较大的提升。
广东省深圳市福田区教科院
附属小学（518040）