學者簡介

 

　　Rebecaa Hite，德州理工大學教育學教授，擁有多年的教學經驗，主要教授的科目是科學和地理。她始終在專研教學過程中究竟是由於缺失了什麼關鍵要素，使得有些學生想成為科學家，有些想成為醫生、工程師或者生物學家，而有些孩子卻對未來沒有任何理想。Hite 還想知道虛擬世界的互動是否能夠幫助患有自閉症的孩子在現實生活中克服焦慮情緒，以及為什麼虛擬實境能夠讓那些傾向於規避風險的姑娘們願意嘗試有風險的實驗，她要研究這種安全感是如何產生的。

 

發現

　　Hite 認為 VR 在 STEM 教育中能夠起到很多意想不到的作用。VR 教學覆蓋廣泛的學科領域，讓來自不同教育或社會經濟背景的學生在書本、教師口述等傳統教學方式外有機會探索科學迷宮，解開未解之謎。

 

　　她發現在同一個班級的學生裡，有的學生始終無法理解她所教授的科學概念，更不用說將科學知識應用到生活中。這類學生幾乎都來自低收入家庭，父母受教育程度偏低。他們無法在家讀到科學類的書籍，在暑假裡也沒有機會做科學實驗。這些學生從沒有考慮過將來要成為醫生、工程師或科學家。而另一些從小就樹立理想的孩子，可能是父母受過良好的教育，家裡就有科學書籍或工具，或是家人的朋友裡有從事醫生、工程師、生物學家這類職業的人。

 

　　Hite 一直在尋求解決辦法，擁有十幾年教齡的她又重新成為一名學生，學習虛擬實境在教學中的使用方法，Hite 發現那些她曾經無法改變的現象因為一種新技術的崛起正在向好的方向發展。

 

　　Hite 表示：“即便你對科學知識知之甚少或你的家人也懂得不多，生活環境裡也沒有科學器材，更加沒有機會參與校外的科學實驗，只要透過虛擬實境技術，你仍然能夠接觸到科學知識，並把它發展成為你的一種愛好。我需要為孩子們提供一種途徑，讓他們有機會瞭解 STEM 課程是什麼，發掘他們自己的愛好，並找到激發熱情的興趣點。”

 

從理論到實踐

 

　　現在 Hite 全身心投入到如何將虛擬實境融入到 STEM 教學實驗中去，在這之前她一直從事一線 STEM 教學工作，在北卡羅來納州的公立學校教高中科學。她與研究所的學生們進行了大量研究，他們發現 STEM 將很難在農村、低收入或少數民族區域普及。這當中存在各種各樣的原因使得這些孩子們沒有想像過自己會成為在電視、教科書或社區中出現的科學、技術、工程、藝術等方面專業人士，所以他們從來沒有在自己的職業生涯中設定這類的發展方向。令人遺憾的是傳統教育常常還強化了這種觀念。

 

　　在 Hite 的博士研究期間，她專注於如何使用緊急形式的教學技術讓科學教育產生更好的結果。她研究 K-12 創新教學工具的實施和教學的研究文獻發現理論和實際存在重大差距。例如，她發現研究中教育者使用像 iPad 的技術，而沒有真正理解如何有效地使用它們。Hite 表示：“教育工作者最重要的就是理解學生的水準和他們所處的環境，給與孩子們提供最適合的學習工具，這樣才能從根本上提高教學水準，完成教學指標。＂

 

　　Gail Jones 是 Hite 在北卡羅來納州立大學讀博期間的導師，是一位科學教育學者，在觸覺研究方面享有很高的國際知名度，特別是利用觸覺技術來教授有視力障礙的學生。Jones 的研究使用了 Novint Falcon 觸覺系統，該項研究讓有視力障礙的學生透過觸摸方式學習氣體定律。在她的課程研究進行一年之後， Hite 參加了國家科學教師協會大會，當時 Jones 跑來抓住她的手臂，說：“你必須來看看這個！”

 

　　“這個”指的是 zSpace®，一個虛擬實境平臺，使用觸覺（透過觸控和力回饋與虛擬物件互動）、3D 技術和VR 技術。它允許使用者把看到的虛擬物件從設備中拿出來，360 度旋轉，甚至進行拆解。在這個虛擬環境中，可以感受到蝴蝶的飛翔，人的心臟有節奏地跳動。

 

　　當她們從 zSpace 的銷售顧問瞭解到所有的功能和用途時，就認可該平臺具有教學價值，可以用於學生與複雜、抽象的科學內容進行互動，甚至展示那些很難透過描述概念講清楚的知識。

 

 

營造相對公平的教育環境

 

　　Hite 曾經讓參與過課題研究的中學生畫一個心臟。一些學生畫了人的心臟的基本組成部分，有心室和心管，還有一些學生就畫了這樣的心： 

 

　　Hite 說這種差異來源於他們獲得知識的管道。對心臟有基本瞭解的學生，可能是家長或朋友的家長是醫生，或是從科學書籍、展覽、科技玩具中學到這些知識。那些畫簡單心形的同學們表示他們沒有接觸過課外科學課程，除了情人節常見的心形造型外沒有見過生動的器官模型。總而言之，對心臟概念理解很差的學生，基本反映了一個 STEM 教育領域被忽視的群體：殘疾學生、少數民族學生、低收入家庭的孩子們。

 

　　六年級的學生還很年輕，照理說他們還有足夠的時間重新培養對科學領域的喜愛。但研究結果令人遺憾，很少有學生在未來的科學學習中獲得自我認同感。孩子們在中學就已經知道他們擅長什麼，哪些學科比較吃力。如果他們很艱難地學習一門學科，例如科學，他們最終會選擇放棄。

 

　　Hite 表示：“如果你可以查閱文獻，瞭解 STEM 最重要的是什麼？事實上，在中學時，就有孩子有決心成為數學家或科學家。”這種長期的社會影響是許多學生選擇不從事 STEM 領域的原因。相關文獻顯示，在這個時代，學生具有科學意識認同感是非常重要的，當學生來自於 STEM 教育資源不足的地方時，是很難培養這方面的能力。

 

　　Hite 的博士研究表示：虛擬實境的優勢在於它為學習者提供平等的機會。沒有理解心血管系統的學生可以利用 zSpace 來探索心臟——心室、主動脈等結構以及心臟的血液循環過程。 zSpace 可以讓學生將一個跳動的虛擬心臟放在手上察看，仔細觀察心臟的內部結構。

 

　　使用 zSpace 不僅可以觀察人的心臟，還有很多和科學相關的內容，例如細胞、蝴蝶、青蛙、電路板等，學生都可以在虛擬世界中操控它、觀察它、轉動它、拆解它，然後還原它。學生比想像中學到的更多，不只是心臟的外觀，還能了解心臟各部位是如何工作，才使得心臟可以跳動。Hite 說“有些人無法在他們的頭腦內將心臟的結構立體化。zSpace 讓你看到了具象的模型，並提供了一個獨特的視野讓你與虛擬的寫實化物體進行互動。”

 

　　實際上，學生的視野還可以更加廣泛，對生物學、解剖學和地質學等學科也產生興趣。Hite 記得一個非洲裔美國小女孩在觀看 zSpace 呈現出來的心臟時的反應。她說：“哇，也許我可以當醫生”，Hite 回憶說：“看著心臟，她以為她會害怕它，她原本認為這會很複雜。‘如果我花更多的時間學習，相信我可以成為一名醫生。我希望我有更多的時間學習它，這對我來說意味著機會。’”

 

　

 

促進教學現場的理解

 

　　學者們會研究為什麼有些人能在科學上取得成功，有些人不能。他們知道許多因素都在起作用，不同的人有不同的答案。Hite 列出了一些試圖解釋這種現象的理論。

 

　　第一個，基本上行為學家把成功歸功於先天智力，但教育學家並不這樣認為。

　　第二個，建構主義，孩子是在與周圍環境相互作用的過程中，逐步建構起關於外部世界的知識，從而使自身認知結構得到發展，那些擁有好的家庭環境和社會關係的孩子會獲得最好的學習機會。

 

　　Hite 堅持情境學習觀點，一個人的學習過程與生活情境相關，如果有足夠的學習機會，學生都可以學會專業知識。只是有些人由於在生活中有更多的機會能很快成為專家，但他們的成功不仰賴於先天智力或機運。

 

　　她認為在 STEM 教育忽視的群體中使用新技術很有價值。例如，女孩在虛擬實境中願意去嘗試那些在現實世界中不敢嘗試的實驗。

 

　　“即使你犯了錯誤，也沒關係。”這就是孩子們在使用 zSpace 時一直感受到的。他們不害怕犯錯誤，因為他們知道在 zSpace 中的嘗試即便搞砸了，也可以重新開始。在現實生活中很難做到這一點，也無法在實驗室中做到這一切。

 

　　她在另一項研究中回憶說，有個中學的女生因為一年前在科學課上建構的電路曾經起火，從此害怕搭建電路。然而，透過使用 zSpace ，這種恐懼已經消失；現在他們可以搭建龐大的虛擬電路，幾乎像藝術品的電路，這些虛擬空間的電路同樣能顯示出真實電路的功能。

 

　

 

下一個研究階段
 

　　Hite 已經訂購了多台 zSpace、心理感測器和擴增實境設備。她花費大量時間同社區和教育領導、教師和家長會面，瞭解他們的期待和疑問，她期待看到教育工作者因為見到這樣的教學工具而激動不已。

 

　　她還看到了 K-12 STEM 教育之外的機會，zSpace 可以用於醫學院，方便學生在沒有人體模型的情況下學習人體結構。全國各地的大學都在培訓教師如何使用虛擬實境技術進行教學，幫助那些專業領域的老師克服技術更新所帶來的不適感。她非常高興看到 3D、觸覺和 VR 可以改變那些對原本未來沒有規劃的孩子們的思想意識，重新建立對科學學習的信心。