维度理论与教学：认知体系的重构*

罗　雨

(湖州职业技术学院　旅游与公共管理学院, 浙江　湖州　313000)



维度理论与教学：认知体系的重构*

罗雨

(湖州职业技术学院旅游与公共管理学院, 浙江湖州313000)

从平面绘图、实物模型的原始二维、三维原理到今天的计算机设计与仿真的二维、三维虚拟技术，再到三维虚拟与现实相融合的四维、五维空间立体技术，维度理论正在以前所未有的深度和广度影响与推动教育技术的发展。维度理论以建构中的解构，解构中的建构来培养人的系统知识技能，是教育技术发展的方向和趋势。

维度理论；平面绘图；实物模型；多维空间；教育技术

一、信息技术发展与趋势

信息技术与教现代育相互影响、共同发展。一方面，信息技术的飞速发展并在教育领域的深入应用，改变了现代教育方式，推动了教学方法和手段的变革，促进了新型教学模式的建构；另一方面，教育改革与发展促使其与现代信息技术相结合，并出现了新的信息技术分支----现代教育技术。现代教育技术的发展，特别是维度理论与技术的融合，对教育本身的冲击和影响是前所未有的，它在思维意识、动机情感、技能能力和实践认知等几方面，实现了教学内容呈现方式的多样化、系统化、动态化、形象化和自由化。本文在现代信息技术的大数据背景下，研究维度理论与技术在教育中的应用，探索二者的内在联系与发展趋势。维是空间理论中一个重要的概念，天体物理学家认为，世界是多维的，可分为0维、一维、二维、三维和多维。在实际的空间位置中，人们加入时间概念，便在三维的基础上推出了四维、五维等概念。

(一)二维技术

二维技术即平面技术，最能体现二维技术应用与发展的便是绘画技术。在三维技术产生前，绘画承担着传递知识与人们对世界认知的功能，绘画技术体现了二维技术在认知世界中的重要作用。人们对二维技术的认知与应用可以追溯到原始社会的新石器时代。二维技术发展至今，还广泛应用到其它领域，如二维码技术、二维音频技术和二维CAD技术等，在强调立体空间技术的今天，二维技术是空间多维立体不可或缺的要素，对事物现象及本质的认识有着重要的作用。

(二)三维技术

三维技术即长、宽、高的立体技术。对三维认知可以追溯到人类起源，即人类学会利用工具进行捕猎和生产。因为自然界是由长、宽、高这基本的三维构成的。对三维技术的应用最早出现于教育领域，开始于原始的实物教学。可以从中国古代“以吏为师，医案为本，通骑射”中印证。“以吏为师”通过现场展示农作物、土壤、花卉的方式，以实物模型培养学生的立体认知；“医案为本”通过望、闻、问、切的过程体验，结合了时间与空间；“通骑射”通过实际过程的模拟，推动了时空间维度理论的发展。后来，三维技术应用与军事，演变成实物沙盘模拟演习。三维技术发展到今天，同计算机技术相结合，实现了现实世界的三维仿真，产生了三维虚拟技术，三维过程技术以及三维打印技术等[1](P99)。

(三)多维技术及理论

世界是多维的，目前，科学界认为世界共有十一个维度。三维理论与三维技术的发展，是基于人们对立体空间的认知，即人们能立体的认知事物的三个方面，如长方体长、宽、高三个维度的立体效果，但只局限与正面、上面和右侧面的三维，不能看到背面、下面和左侧面。在某种程度上，立体的就是三维的，但是不能看到事物的全部，即这个长方体的其他三面是什么样子的？是否可以理解这个长方体是六维的，在某种特殊的情况下，是可以看到整个长方体的六面的，即看到的正面、上面和右侧面这三面是透明的(如玻璃缸)，其背面、下面和左侧面三面是其它材料的。在信息技术发展的今天，能否看到事物的全部？只有世界是多维的，并从多维去观察、解读，多维技术才能进入更深更广的研究范畴。

融合了机电控制技术、同步控制技术、仿真技术、传感技术、数码影视技术等的四维技术，是在三维仿真技术上嵌入了环境模拟互动的空间技术。多维技术是在三维技术上增加了环境和互动维度，通过计算机控制做出的特技效果，如奔跑、跳跃、滑雪、打斗等，再配以仿真的环境，如暴风雨、冰雪、高山、大海、河流、草原等情景，从而营造出与三维视景相呼应的全感知环境。四维技术是一种仿真环境下的互动技术，正广泛应用于军事、教育、建筑、电视电影等领域。利用机电控制技术和仿真技术，在四维空间里培养认知技能，如军事领域的军事态势推演、飞机驾驶、仿真太空舱等；利用仿真技术和同步控制技术，在四维空间里认知事物运动发展的轨迹，如建筑领域的建筑施工进程模拟、建筑物爆破模拟等；利用电视电影技术和气动装置技术，在教育和电视电影领域里改变人们的感知习惯，系统、立体的呈现过程和事物，如4D电影和4D岗位模拟等。

二、维度理论与学科教学

就宏观而言，从教育产生的那一天起，就有了教育技术[2](P2)。维度理论与教育技术的发展密切相关，从远古时期的平面绘画到今天的现代教育技术，维度理论与学科教学相结合可以分为平面绘图与幻灯片二维技术，实物模型(包括较原始的DIY模型)的原始三维技术，ERP沙盘的三维技术，融合了预渲染实时效果图与三维打印的3D新技术，以及基于环境渲染与三维虚拟相结合的多维技术[3](P78)。

(一)平面绘图与幻灯片

平面绘图是人类教育史发展的重要一页，它符合人类认知发展理论。根据著名心理学家皮亚杰[4](P28)的认知发展理论，他从逻辑学中借用了著名的术语“运算”，即一个维度的变化导致了另一个维度的变化，将人的认知发展分为三个阶段：前运算阶段(前维度转化阶段)，具体运算阶段(维度转化阶段)和形式运算阶段(系统思维阶段，三维)。正是因为平面绘图能从感知和认知两方面培养学生的知识技能，因此各学科广泛采用了平面绘图的教学方法，到今天形成了多种图片与幻灯片相结合的方式，以日常生活的图画或者故事作为学习材料，取代专业术语和抽象的概念，较好的培养了学生的观察能力、感知能力和认知能力。

(二)实物模型

实物模型是物体、过程、概念的一种表达形式，是根据对象而制作的全真模型。实物模型教学实际上便是原始的三维教学理论的应用。实物模型教学的历史很早，最早可追溯到原始社会陶器的制作。在春秋时期孔子办的私学中，已经有广泛使用的实物模型。在《两小儿辩日》中，孔子便实地选择了太阳，告诉人们远小近大的哲理。在著名的文学家屈原的《橘颂》中，屈原选择了橘子来表达自己的政治诉求。实物模型在古代天文地理、数学、水利、军事上应用极为广泛。中国古代的地震仪，不仅是测量地震的仪器，也是天文教学的实物模型。今天，实物模型广泛应用于教育的各个学科，还产生了培养学生创新思维能力的实物模型DIY课程。实物模型分为物理模型、数学模型、结构模型和仿真模型。实物模型的广泛应用与发展，推动了三维虚拟现实技术的产生和发展。

(三)沙盘

沙盘ERP可翻译成“企业经营实战演练平台”。沙盘由于具有立体空间感，便于系统了解对象物体的结构与发展态势，一开始主要用于军事，作战方的最高统帅部为了研究对手兵力部署和敌我双方战场态势，判断战争的发展趋势，便以沙盘作业的方式推演兵力部署及攻防转换。沙盘模拟可以追溯到六国时期各诸侯所制作的沙盘地图。近代ERP沙盘课程起源于瑞典，后来被哈佛大学在MP教学中广泛应用并推广，于20世纪80年代被世界各国借鉴应用，培养基于岗位职业能力的人才。今天，沙盘ERP被广泛应用于建筑、教育、军事等领域。在建筑领域，沙盘ERP被制作成精美的三维建筑模型，进行展示，如建筑集团的售楼沙盘。在教育领域，通过沙盘对抗等，培养学生的经营实战能力。在军事领域，广泛的利用沙盘进行军事模拟，如美军开发的“增强现实沙盘”系统等。

(四)3D技术

三维技术即3D技术，根据发展特征分为：因特网3D虚拟技术、3D打印技术与3D结构建模技术。

因特网3D虚拟技术又称为Web3D技术，由立体结构建模技术、3D视频技术和3D虚拟平台下的互动技术。目前，因特网3D虚拟技术的开发与应用主要有四种：Viewpoint技术，由美国的Viewpoint公司基于XML语言推出的三维视频技术；Cult3D技术，由瑞典Cycore集团推出的基于JAVA预渲染技术；Atmosphere技术，由美国Adobe公司推出的实时效果图技术；Unity3D技术，由UnityTechnologies开发，是一种实时三维动画平台技术。

目前，3D技术开始在各个学科的教学中广泛应用。如，地理科学教学中，利用3D技术进行物理对象的三维认知与分解；数学科学方面，利用3D技术进行建模，更好更快的认知几何属性，解构方程；建筑科学方面，应用3D技术跟踪对象物理的运动轨迹，建构立体系统知识；文学艺术方面，利用3D影视技术，多角度学习观察。可以预测，3D技术与教育的结合必将进入更深更广的领域。

(五)多维技术

随着计算机技术的发展，多维技术已经走进了教育，目前多应用于技能的培养，如飞机和机动车驾驶模拟培训、地震仿真体验实验、4D电影等。多维技术能从人的视觉、嗅觉、听觉和触觉等多重身体感官上，植入对象物体的性质属性、现象本质、因果联系等，从而在系统知识的学习中，做到解构中的建构，建构的解构，解构中的重构，具有教学的创新性、有效性、实践性、真实性的特点，使教学更高效、便捷。

三、基于维度理论教学的特点

(一)创新性

维度理论下，将事物对象从点、线、面、立体、空间的维度进行解构，在解构的基础上进行建构，这一过程是创造性学习的过程。在解构中，根据实物对象的本质进行认知，在认知的基础了进行建构，建构的过程就是重建知识体系的过程，由于认知体本身的不同，而产生不同的建构过程和建构结果，这就是创新的过程。解构过程下，认知体通过过程模拟、多维度观察、全真体验，既知道事物对象的局部属性，又认知事物对象的全体性质，通过对事物对象的认知，进行信息加工，由于过程模拟、多维观察、全真体验的差异、认知深度、互动效果的不同，从而产生不同的重构。多维技术与教育相融合，是一种新的创新性教学模式。罗雨[1](P99)在系统的阐述了3D技术的发展、特点后，在旅游英语和酒店英语中应用了这种三维技术，取得了较好效果。蒋燕萍等[5]P22)指出三维模式开辟了人类交际交流的新领域，能极大的培养人们的思维创造能力。张洪[6](P119-129)在探索培养创新应用型人才的教学模式时指出，信息技术特别是多维技术的应用至关重要。在探索建构三大平台方面，他指出要搭建信息共享的实验教学平台，要建构校企协同的实训平台以及教学研究一体的创新教学平台。这里，教学研究一体的创新教学平台应该是应用了多维技术的跨时空平台。多维信息技术的效果十分突出，信息技术与教学融合产生了很多新的教学方法和模式，如目前十分流行的MOOC教学、3D模拟教学等，均产生了重大影响。

(二)有效性

多维理论与多维技术下，能够实现更有效的教学。有效教学即在单位时间内学生接受的知识技能量，一般称为QualityTeaching。有效教学一直是教育界难以解决的一个难题，主要是干扰有效教学的因素太多。在多维理论下，教学将班级的人际关系、教师素质、家庭因素、网络媒体等因素高度统一到多维教学环境下，最大化的排除这些因素的负面影响；在教学方式上，采用图片、声音、文字、互动、过程模拟等多维形式，使学生在一定兴趣的基础上，产生联结主义和建构主义效果，从而达到学习的高效性。在开放共享的信息教学平台下、综合管理平台、实验教学资源、教学项目将学生的自主学习、教师的导学、企业的参与、学校的管理统一在信息平台下，将学生的课后课堂学习有机结合起来[6](P119-129)。建构信息平台是目前教育领域的通用手段，比较突出的有湖州职业技术学院的信息共享平台。

湖州职业技术学院近年来大力发展信息技术，搭建了开放共享的信息平台。信息平台由教学平台、管理平台、实验教学平台等组成。教学平台由在线学习平台、教务管理平台和毕业实践平台等组成。在线学习平台下，建筑类、旅游类课程均由任课教师开发校企一体的多维平台，学生不仅能够在信息平台中学习、模拟，还可以通过平台与企业岗位紧密结合，实现学习与创业，学习与实践的有机融合，如该校商贸与经济管理学院的国际贸易专业、电子商务专业等课程，实现了校企的无缝对接，取得了很好的教学效果。

(三)实践性

多维理论与技术下，社会、企业、学校高度统一在立体体系中，学习即生活、学习即实践，实践是学习的重要一环，因此这样的教学是融合了学校课堂教学与企业岗位实践教学于一体的实践性教学。信息技术条件下，通过三维模拟和四维互动，达到了实践教学的最优化。

多维技术下的实践教学具有以下特征：(1)学生参与教学项目的策划与制定。如旅游英语教学中，学生参与旅游景点项目的考察、语言技能的需求等；(2)企业的高度参与。如旅游英语教学中各旅游景区与教学的高度融合；(3)教学过程中学生的高度主体性。通过分组，在仿真实训平台下，每个人的角色的确定与参与，对角色岗位的认知等，均体现了教学活动中学生的主体性；(4)实践教学的趣味性。同传统的教学相比，多维信息平台下，学生的技能与知识的取得是通过项目的完成来实现的，这更增加了知识技能的真实性；(5)教学效果的实效性。通过信息平台完成的企业项目，企业可以采用、推广，进而增加了实践教学的真实性与实效性。

(四)真实性

多维模拟、多维过程模拟跟踪、多维互动是一种比传统讲授更加真实的教学。ERP沙盘对抗模拟、机动车四维模拟操作、航空航天模拟实验室的全真教学，不仅是对岗位特征的认知，也是真实环境下对岗位技能的操作。随着多维空间技术的不断进步，教育教学也将进入更加真实的多维互动中。

多维信息平台不仅提供教学项目的模拟，在企业紧密结合参与的环境下，能进行真实的教学，如湖州职业技术学院商贸经济管理学院电子商务专业的课程。

2015年9月，通过校企合作，借助杭州东方电子商务园和杭州赢动科技有限公司，湖州职业技术学院电子商务专业(84名学生)和国际贸易实务专业(10名学生)赴杭州参加定岗实习。经过为期两周的岗前培训后，学生通过双向选择，分别去了杭州唯卓电子商务有限公司、杭州偍苏电子商务有限公司、杭州淘购电子商务有限公司、杭州八目网络科技有限公司和杭州徐娜拉电子商务有限公司等十几家企业。在经过为期40余天的前期企业文化培训、商品知识强化，学生与企业员工一起在“双十一”创造了1.64多亿的销售业绩。本次双十一活动，同学们体验了团队的力量，更深刻感受到了电子商务的魅力与激情，明确了学习目标，增添了学习动力。

四、结　语

国内关于多维空间理论与多维技术的应用方兴未艾，但多用于物理空间技术的研究和实验。在教育理论方面的研究、总结、归纳还处于现象观察阶段。多维空间理论与技术对教育的影响是多方面多层次的，在多维空间理论下，将学校、社会、学生、教师、家长、知识技能、人的发展统一到高度的立体体系下，尽可能多方面、全维度看待教育问题，才能更好的为人的教育和人的发展，找到更好的科学方法。特别是信息技术下，“翻转课堂”、“智慧教室”、“慕课平台”、“仿真教学”等等都是多维理论与多维技术在教学中的应用，已经取得了一定的成效，因此，对多维空间理论与技术的研究与应用，必将教育教学提升到新的高度。

[1] 罗雨.3D视影仿真数字平台在旅游英语教学中的应用[J].宁波大学学报(教育科学版),2013(1).

[2] 蔡铁权,王丽华.现代教育技术教程[M].北京:科学出版社,2005.

[3] 罗雨.3D仿真数字平台在酒店英语教学中的应用研究[J].中国教育信息化,2013(6).

[4] 皮连生.教育心理学[J].上海:上海教育出版社,2006.

[5] 张洪.基于应用型创新人才培养的实践教学改革探究[J].现代教育技术,2015(10).

[6] 蒋燕萍,夏旺盛,黄心渊.几种Web3D技术的比较[J].北方工业大学学报,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课堂教学改革项目《基于“施工项目三维虚拟与结构建模”下的高职建筑英语课堂(ECE)教学改革》(kg2015788)的研究成果之一；本文系2014年度湖州职业技术学院校级教学改革项目《基于“3D技术+三维建模”下的高职建筑类职场英语课堂(ECE)教学改革》(2014kg06)的研究成果之一。

罗雨(1978-)，四川巴中人，男，副教授，硕士，主要从事外贸英语与英语教育学研究。

G712

A

1672-2388(2016)01-0038-04