維度理論與教學：認知體系的重構*

羅　雨

(湖州職業技術學院　旅游與公共管理學院, 浙江　湖州　313000)

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維度理論與教學：認知體系的重構*

羅雨

(湖州職業技術學院旅游與公共管理學院, 浙江湖州313000)

從平面繪圖、實物模型的原始二維、三維原理到今天的計算機設計與仿真的二維、三維虛擬技術，再到三維虛擬與現實相融合的四維、五維空間立體技術，維度理論正在以前所未有的深度和廣度影響與推動教育技術的發展。維度理論以建構中的解構，解構中的建構來培養人的系統知識技能，是教育技術發展的方向和趨勢。

維度理論；平面繪圖；實物模型；多維空間；教育技術

一、信息技術發展與趨勢

信息技術與教現代育相互影響、共同發展。一方面，信息技術的飛速發展并在教育領域的深入應用，改變了現代教育方式，推動了教學方法和手段的變革，促進了新型教學模式的建構；另一方面，教育改革與發展促使其與現代信息技術相結合，并出現了新的信息技術分支----現代教育技術。現代教育技術的發展，特別是維度理論與技術的融合，對教育本身的沖擊和影響是前所未有的，它在思維意識、動機情感、技能能力和實踐認知等幾方面，實現了教學內容呈現方式的多樣化、系統化、動態化、形象化和自由化。本文在現代信息技術的大數據背景下，研究維度理論與技術在教育中的應用，探索二者的內在聯系與發展趨勢。維是空間理論中一個重要的概念，天體物理學家認為，世界是多維的，可分為0維、一維、二維、三維和多維。在實際的空間位置中，人們加入時間概念，便在三維的基礎上推出了四維、五維等概念。

(一)二維技術

二維技術即平面技術，最能體現二維技術應用與發展的便是繪畫技術。在三維技術產生前，繪畫承擔著傳遞知識與人們對世界認知的功能，繪畫技術體現了二維技術在認知世界中的重要作用。人們對二維技術的認知與應用可以追溯到原始社會的新石器時代。二維技術發展至今，還廣泛應用到其它領域，如二維碼技術、二維音頻技術和二維CAD技術等，在強調立體空間技術的今天，二維技術是空間多維立體不可或缺的要素，對事物現象及本質的認識有著重要的作用。

(二)三維技術

三維技術即長、寬、高的立體技術。對三維認知可以追溯到人類起源，即人類學會利用工具進行捕獵和生產。因為自然界是由長、寬、高這基本的三維構成的。對三維技術的應用最早出現于教育領域，開始于原始的實物教學。可以從中國古代“以吏為師，醫案為本，通騎射”中印證。“以吏為師”通過現場展示農作物、土壤、花卉的方式，以實物模型培養學生的立體認知；“醫案為本”通過望、聞、問、切的過程體驗，結合了時間與空間；“通騎射”通過實際過程的模擬，推動了時空間維度理論的發展。后來，三維技術應用與軍事，演變成實物沙盤模擬演習。三維技術發展到今天，同計算機技術相結合，實現了現實世界的三維仿真，產生了三維虛擬技術，三維過程技術以及三維打印技術等[1](P99)。

(三)多維技術及理論

世界是多維的，目前，科學界認為世界共有十一個維度。三維理論與三維技術的發展，是基于人們對立體空間的認知，即人們能立體的認知事物的三個方面，如長方體長、寬、高三個維度的立體效果，但只局限與正面、上面和右側面的三維，不能看到背面、下面和左側面。在某種程度上，立體的就是三維的，但是不能看到事物的全部，即這個長方體的其他三面是什么樣子的？是否可以理解這個長方體是六維的，在某種特殊的情況下，是可以看到整個長方體的六面的，即看到的正面、上面和右側面這三面是透明的(如玻璃缸)，其背面、下面和左側面三面是其它材料的。在信息技術發展的今天，能否看到事物的全部？只有世界是多維的，并從多維去觀察、解讀，多維技術才能進入更深更廣的研究范疇。

融合了機電控制技術、同步控制技術、仿真技術、傳感技術、數碼影視技術等的四維技術，是在三維仿真技術上嵌入了環境模擬互動的空間技術。多維技術是在三維技術上增加了環境和互動維度，通過計算機控制做出的特技效果，如奔跑、跳躍、滑雪、打斗等，再配以仿真的環境，如暴風雨、冰雪、高山、大海、河流、草原等情景，從而營造出與三維視景相呼應的全感知環境。四維技術是一種仿真環境下的互動技術，正廣泛應用于軍事、教育、建筑、電視電影等領域。利用機電控制技術和仿真技術，在四維空間里培養認知技能，如軍事領域的軍事態勢推演、飛機駕駛、仿真太空艙等；利用仿真技術和同步控制技術，在四維空間里認知事物運動發展的軌跡，如建筑領域的建筑施工進程模擬、建筑物爆破模擬等；利用電視電影技術和氣動裝置技術，在教育和電視電影領域里改變人們的感知習慣，系統、立體的呈現過程和事物，如4D電影和4D崗位模擬等。

二、維度理論與學科教學

就宏觀而言，從教育產生的那一天起，就有了教育技術[2](P2)。維度理論與教育技術的發展密切相關，從遠古時期的平面繪畫到今天的現代教育技術，維度理論與學科教學相結合可以分為平面繪圖與幻燈片二維技術，實物模型(包括較原始的DIY模型)的原始三維技術，ERP沙盤的三維技術，融合了預渲染實時效果圖與三維打印的3D新技術，以及基于環境渲染與三維虛擬相結合的多維技術[3](P78)。

(一)平面繪圖與幻燈片

平面繪圖是人類教育史發展的重要一頁，它符合人類認知發展理論。根據著名心理學家皮亞杰[4](P28)的認知發展理論，他從邏輯學中借用了著名的術語“運算”，即一個維度的變化導致了另一個維度的變化，將人的認知發展分為三個階段：前運算階段(前維度轉化階段)，具體運算階段(維度轉化階段)和形式運算階段(系統思維階段，三維)。正是因為平面繪圖能從感知和認知兩方面培養學生的知識技能，因此各學科廣泛采用了平面繪圖的教學方法，到今天形成了多種圖片與幻燈片相結合的方式，以日常生活的圖畫或者故事作為學習材料，取代專業術語和抽象的概念，較好的培養了學生的觀察能力、感知能力和認知能力。

(二)實物模型

實物模型是物體、過程、概念的一種表達形式，是根據對象而制作的全真模型。實物模型教學實際上便是原始的三維教學理論的應用。實物模型教學的歷史很早，最早可追溯到原始社會陶器的制作。在春秋時期孔子辦的私學中，已經有廣泛使用的實物模型。在《兩小兒辯日》中，孔子便實地選擇了太陽，告訴人們遠小近大的哲理。在著名的文學家屈原的《橘頌》中，屈原選擇了橘子來表達自己的政治訴求。實物模型在古代天文地理、數學、水利、軍事上應用極為廣泛。中國古代的地震儀，不僅是測量地震的儀器，也是天文教學的實物模型。今天，實物模型廣泛應用于教育的各個學科，還產生了培養學生創新思維能力的實物模型DIY課程。實物模型分為物理模型、數學模型、結構模型和仿真模型。實物模型的廣泛應用與發展，推動了三維虛擬現實技術的產生和發展。

(三)沙盤

沙盤ERP可翻譯成“企業經營實戰演練平臺”。沙盤由于具有立體空間感，便于系統了解對象物體的結構與發展態勢，一開始主要用于軍事，作戰方的最高統帥部為了研究對手兵力部署和敵我雙方戰場態勢，判斷戰爭的發展趨勢，便以沙盤作業的方式推演兵力部署及攻防轉換。沙盤模擬可以追溯到六國時期各諸侯所制作的沙盤地圖。近代ERP沙盤課程起源于瑞典，后來被哈佛大學在MP教學中廣泛應用并推廣，于20世紀80年代被世界各國借鑒應用，培養基于崗位職業能力的人才。今天，沙盤ERP被廣泛應用于建筑、教育、軍事等領域。在建筑領域，沙盤ERP被制作成精美的三維建筑模型，進行展示，如建筑集團的售樓沙盤。在教育領域，通過沙盤對抗等，培養學生的經營實戰能力。在軍事領域，廣泛的利用沙盤進行軍事模擬，如美軍開發的“增強現實沙盤”系統等。

(四)3D技術

三維技術即3D技術，根據發展特征分為：因特網3D虛擬技術、3D打印技術與3D結構建模技術。

因特網3D虛擬技術又稱為Web3D技術，由立體結構建模技術、3D視頻技術和3D虛擬平臺下的互動技術。目前，因特網3D虛擬技術的開發與應用主要有四種：Viewpoint技術，由美國的Viewpoint公司基于XML語言推出的三維視頻技術；Cult3D技術，由瑞典Cycore集團推出的基于JAVA預渲染技術；Atmosphere技術，由美國Adobe公司推出的實時效果圖技術；Unity3D技術，由UnityTechnologies開發，是一種實時三維動畫平臺技術。

目前，3D技術開始在各個學科的教學中廣泛應用。如，地理科學教學中，利用3D技術進行物理對象的三維認知與分解；數學科學方面，利用3D技術進行建模，更好更快的認知幾何屬性，解構方程；建筑科學方面，應用3D技術跟蹤對象物理的運動軌跡，建構立體系統知識；文學藝術方面，利用3D影視技術，多角度學習觀察。可以預測，3D技術與教育的結合必將進入更深更廣的領域。

(五)多維技術

隨著計算機技術的發展，多維技術已經走進了教育，目前多應用于技能的培養，如飛機和機動車駕駛模擬培訓、地震仿真體驗實驗、4D電影等。多維技術能從人的視覺、嗅覺、聽覺和觸覺等多重身體感官上，植入對象物體的性質屬性、現象本質、因果聯系等，從而在系統知識的學習中，做到解構中的建構，建構的解構，解構中的重構，具有教學的創新性、有效性、實踐性、真實性的特點，使教學更高效、便捷。

三、基于維度理論教學的特點

(一)創新性

維度理論下，將事物對象從點、線、面、立體、空間的維度進行解構，在解構的基礎上進行建構，這一過程是創造性學習的過程。在解構中，根據實物對象的本質進行認知，在認知的基礎了進行建構，建構的過程就是重建知識體系的過程，由于認知體本身的不同，而產生不同的建構過程和建構結果，這就是創新的過程。解構過程下，認知體通過過程模擬、多維度觀察、全真體驗，既知道事物對象的局部屬性，又認知事物對象的全體性質，通過對事物對象的認知，進行信息加工，由于過程模擬、多維觀察、全真體驗的差異、認知深度、互動效果的不同，從而產生不同的重構。多維技術與教育相融合，是一種新的創新性教學模式。羅雨[1](P99)在系統的闡述了3D技術的發展、特點后，在旅游英語和酒店英語中應用了這種三維技術，取得了較好效果。蔣燕萍等[5]P22)指出三維模式開辟了人類交際交流的新領域，能極大的培養人們的思維創造能力。張洪[6](P119-129)在探索培養創新應用型人才的教學模式時指出，信息技術特別是多維技術的應用至關重要。在探索建構三大平臺方面，他指出要搭建信息共享的實驗教學平臺，要建構校企協同的實訓平臺以及教學研究一體的創新教學平臺。這里，教學研究一體的創新教學平臺應該是應用了多維技術的跨時空平臺。多維信息技術的效果十分突出，信息技術與教學融合產生了很多新的教學方法和模式，如目前十分流行的MOOC教學、3D模擬教學等，均產生了重大影響。

(二)有效性

多維理論與多維技術下，能夠實現更有效的教學。有效教學即在單位時間內學生接受的知識技能量，一般稱為QualityTeaching。有效教學一直是教育界難以解決的一個難題，主要是干擾有效教學的因素太多。在多維理論下，教學將班級的人際關系、教師素質、家庭因素、網絡媒體等因素高度統一到多維教學環境下，最大化的排除這些因素的負面影響；在教學方式上，采用圖片、聲音、文字、互動、過程模擬等多維形式，使學生在一定興趣的基礎上，產生聯結主義和建構主義效果，從而達到學習的高效性。在開放共享的信息教學平臺下、綜合管理平臺、實驗教學資源、教學項目將學生的自主學習、教師的導學、企業的參與、學校的管理統一在信息平臺下，將學生的課后課堂學習有機結合起來[6](P119-129)。建構信息平臺是目前教育領域的通用手段，比較突出的有湖州職業技術學院的信息共享平臺。

湖州職業技術學院近年來大力發展信息技術，搭建了開放共享的信息平臺。信息平臺由教學平臺、管理平臺、實驗教學平臺等組成。教學平臺由在線學習平臺、教務管理平臺和畢業實踐平臺等組成。在線學習平臺下，建筑類、旅游類課程均由任課教師開發校企一體的多維平臺，學生不僅能夠在信息平臺中學習、模擬，還可以通過平臺與企業崗位緊密結合，實現學習與創業，學習與實踐的有機融合，如該校商貿與經濟管理學院的國際貿易專業、電子商務專業等課程，實現了校企的無縫對接，取得了很好的教學效果。

(三)實踐性

多維理論與技術下，社會、企業、學校高度統一在立體體系中，學習即生活、學習即實踐，實踐是學習的重要一環，因此這樣的教學是融合了學校課堂教學與企業崗位實踐教學于一體的實踐性教學。信息技術條件下，通過三維模擬和四維互動，達到了實踐教學的最優化。

多維技術下的實踐教學具有以下特征：(1)學生參與教學項目的策劃與制定。如旅游英語教學中，學生參與旅游景點項目的考察、語言技能的需求等；(2)企業的高度參與。如旅游英語教學中各旅游景區與教學的高度融合；(3)教學過程中學生的高度主體性。通過分組，在仿真實訓平臺下，每個人的角色的確定與參與，對角色崗位的認知等，均體現了教學活動中學生的主體性；(4)實踐教學的趣味性。同傳統的教學相比，多維信息平臺下，學生的技能與知識的取得是通過項目的完成來實現的，這更增加了知識技能的真實性；(5)教學效果的實效性。通過信息平臺完成的企業項目，企業可以采用、推廣，進而增加了實踐教學的真實性與實效性。

(四)真實性

多維模擬、多維過程模擬跟蹤、多維互動是一種比傳統講授更加真實的教學。ERP沙盤對抗模擬、機動車四維模擬操作、航空航天模擬實驗室的全真教學，不僅是對崗位特征的認知，也是真實環境下對崗位技能的操作。隨著多維空間技術的不斷進步，教育教學也將進入更加真實的多維互動中。

多維信息平臺不僅提供教學項目的模擬，在企業緊密結合參與的環境下，能進行真實的教學，如湖州職業技術學院商貿經濟管理學院電子商務專業的課程。

2015年9月，通過校企合作，借助杭州東方電子商務園和杭州贏動科技有限公司，湖州職業技術學院電子商務專業(84名學生)和國際貿易實務專業(10名學生)赴杭州參加定崗實習。經過為期兩周的崗前培訓后，學生通過雙向選擇，分別去了杭州唯卓電子商務有限公司、杭州偍蘇電子商務有限公司、杭州淘購電子商務有限公司、杭州八目網絡科技有限公司和杭州徐娜拉電子商務有限公司等十幾家企業。在經過為期40余天的前期企業文化培訓、商品知識強化，學生與企業員工一起在“雙十一”創造了1.64多億的銷售業績。本次雙十一活動，同學們體驗了團隊的力量，更深刻感受到了電子商務的魅力與激情，明確了學習目標，增添了學習動力。

四、結　語

國內關于多維空間理論與多維技術的應用方興未艾，但多用于物理空間技術的研究和實驗。在教育理論方面的研究、總結、歸納還處于現象觀察階段。多維空間理論與技術對教育的影響是多方面多層次的，在多維空間理論下，將學校、社會、學生、教師、家長、知識技能、人的發展統一到高度的立體體系下，盡可能多方面、全維度看待教育問題，才能更好的為人的教育和人的發展，找到更好的科學方法。特別是信息技術下，“翻轉課堂”、“智慧教室”、“慕課平臺”、“仿真教學”等等都是多維理論與多維技術在教學中的應用，已經取得了一定的成效，因此，對多維空間理論與技術的研究與應用，必將教育教學提升到新的高度。

[1] 羅雨.3D視影仿真數字平臺在旅游英語教學中的應用[J].寧波大學學報(教育科學版),2013(1).

[2] 蔡鐵權,王麗華.現代教育技術教程[M].北京:科學出版社,2005.

[3] 羅雨.3D仿真數字平臺在酒店英語教學中的應用研究[J].中國教育信息化,2013(6).

[4] 皮連生.教育心理學[J].上海:上海教育出版社,2006.

[5] 張洪.基于應用型創新人才培養的實踐教學改革探究[J].現代教育技術,2015(10).

[6] 蔣燕萍,夏旺盛,黃心淵.幾種Web3D技術的比較[J].北方工業大學學報,2003(3).

DimensionalTheoryinTeaching:DevelopingEducationalTechnology

LUOYu

(SchoolofTourismandPublicManagement,HuzhouVocational&TechnologicalCollege,Huzhou313000,China)

Developingfromthegraphicdrawing,prototypetocurrent3Ddesign,multi-dimensionaltechnique,themulti-dimensiontheoryistendtomaketheeducationgoaheadinmuchmoredeeplyscopeandaspects.Basedonthebuildingtheory,whichincludespartsofdisassembling,thedisassembling,whichincludespartsofbuilding,thedimensionaltheoryfosterstheindividual'ssystemknowledgeandskills.Thedimensionalprincipleistendtobethetendencyofthemoderneducationaltechnique.

dimensionaltheory;graphicdrawing;prototype;multi-dimension;educationaltechnology

2015-09-14

本文系2015年度浙江省高等教育課堂教學改革項目《基于“施工項目三維虛擬與結構建模”下的高職建筑英語課堂(ECE)教學改革》(kg2015788)的研究成果之一；本文系2014年度湖州職業技術學院校級教學改革項目《基于“3D技術+三維建模”下的高職建筑類職場英語課堂(ECE)教學改革》(2014kg06)的研究成果之一。

羅雨(1978-)，四川巴中人，男，副教授，碩士，主要從事外貿英語與英語教育學研究。

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1672-2388(2016)01-0038-04