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用此方法以及其他动手实践活动向未来的基础教育者传授密度原理

导读 尽管使用此方法以及其他动手实践活动向未来的基础教育者传授密度原理,但艾伦·巴斯(Alan Buss)经常发现,他的学生们在努力解释这一概念上...

尽管使用此方法以及其他动手实践活动向未来的基础教育者传授密度原理,但艾伦·巴斯(Alan Buss)经常发现,他的学生们在努力解释这一概念上很费力。但是,获得了怀俄明大学Shell 3-D可视化中心的访问权,中心实习生Kyle Summerfield的专家协助和研究休假后,Buss创造了一种新颖的,身临其境的体验,将未来的学生置于他们正在研究的概念的中间。

“ CAVE(洞穴自动虚拟环境)的一项功能是,它使我们不仅可以在视觉上,而且可以在物理上沉浸于学生,”小学和幼儿教育副教授巴斯说。“那才是真正的力量所在。这是一种动觉体验。”

这种经验使学生处于钢瓶分配中所使用的两种物质的中间。

“这样做的目的是将用户缩小到分子大小,以便他们可以看到分子的密度,分子的排列方式和紧密程度以及分子本身的重量,” Buss说。“正是这些因素的结合。”

学生能够在三种情况下见证并操纵这种相互作用:仅水分子,仅植物油分子以及两者的相互作用。

“希望这是一种经验,不仅可以帮助他们更好地理解密度,而且可以成为他们记忆中的基石,”巴斯谈到了他对所有年龄段学生的目标。

该项目的种子是在1990年代后期播种的,当时巴斯参观了密歇根大学的虚拟现实洞穴。威斯康星大学Shell 3-D可视化中心开放后不久,便引起了人们对探索在教师教育中使用沉浸式技术的潜力的新兴趣。

“几年前,我参观了该工厂,但花了一些时间才使我真正想出自己想做什么的想法,”巴斯说。

由于概念最终为跨越2015年夏季和秋季的探索提供了重点,看着西澳大学的“小学物理科学”课程的学生继续努力解释密度和浮力。

软件挑战

一个明显的早期挑战是一项技术挑战:使用游戏软件创建设想的环境。他很快得知该过程比最初预期的要复杂得多。精通使用该软件需要遵循针对初学者的交互式视频的练习,并且在事情未按计划进行时必须重新访问那些基本教程。

“谈到我的学生,这确实使我产生了同情心,尤其是当我要求他们在本学期学习新软件时,”他谈到在“初学者”水平学习和创造过程中出现的意想不到的挑战。

巴斯还发现,即使具有扎实的化学背景也不足以使他分解和复制实际上看似基本概念的构成和动作,例如水分子。

他说:“对我来说,这很简单。” “那是我真正开始思考建模过程以及真正的学习内容的时候。学习真的是在完善我们的思维模式。”

该过程的一部分涉及对目标,对自己在开发环境中以及对将要经历环境的学习者提出基本问题。

“我还问自己,'我希望我的模型在这种体验中能达到多精确?””巴斯回忆道。“我是否希望它们(分子)只是斑点,还是我希望它们以某种方式代表水分子的其他观点?

“我能走多深?然后,对于这些原子中的每个原子,我是否都有质子,中子和电子在旋转-还是仅使它们静止?我很快意识到在计算上……我不得不简化。”

获得Summerfield作为该项目的技术合作伙伴,帮助Buss实现了他的愿景的实用版本。萨默菲尔德(Summerfield)具备从可用的计算资源中引入一些更具挑战性的概念的技能,从而增强了体验的交互性并克服了最终限制。

例如,Buss最初设想用户在耳朵/耳朵的高度“涉水”到一个水分子池中,但计算机却陷入瘫痪,房间里只有300个虚拟分子。萨默菲尔德(Summerfield)帮助该系统进行了调整,以接受大约600个分子,从而使未来的用户可以与在膝盖和脚踝之间某处上升的水池进行交互。

新的机会

尽管必须适应系统限制并做出与个人能力有关的艰难选择,但最终的结果是一个环境可以成功演示两种物质的分子如何发挥作用,并使人们以全新的方式体验密度的概念。

尽管技术本身令人着迷,但未来的大学和K-12学生的转化潜力更为重要。这也为Buss提供了一个了解学生如何测试,体验和修改其概念模型的新机会。

他说:“这可能是由此产生的最令人振奋的事情之一,因为它改变了课程设置,改变了我想做的研究。” “这不仅仅是他们(学生)对密度的理解,而是他们对密度的建模。”

长期以来,Buss对学习中的技术增强型建模很感兴趣,它为测试和探索它可能会影响学习者修改和扩展这些模型的方式提供了一条新途径。

“他们如何建模?他们如何代表它?通过经历这一系列经历,这种表示方式将如何改变?”这些是巴斯希望在未来的研究中探索的一些问题。

虽然支持本科教育专业的学习是该项目的主要推动力,但其他重要机会正在涌现。一种潜力是探索如何使用虚拟现实耳机或移动CAVE,将K-12学生和无法访问UW的其他人带入这种学习体验。另一个是与西澳大学和其他地方的科学家和科学教育工作者合作的机会。