本文刊载于《三联生活周刊》2019年第22期，原文标题《高科技教具》
通过玩沙子来学习等高线、气候与地形关联性、水文和地貌如何互动等地理知识，在高科技时代的当下，AR沙箱使一切变为可能。
文/张佳婧
课堂上使用的AR沙箱
AR沙箱的核心构造在于垂直于沙箱上方的一台电脑投影仪和一台运动感应设备。通过检测感应器与沙子的距离，投影仪会实时投影出不同的画面。等高线的概念在沙子构造的立体模型中是如此直观，不同的颜色更是对真实地貌的最佳模拟——冷色为洼地，暖色为山峰。随着地势的增高，颜色从翠绿向黄褐演变，至高之处还能形成白雪皑皑的雪山。如若用户将掌心覆在沙丘上方，虚拟的大雨将倾盆而下，再随着蜿蜒的山谷与陡峭的悬崖汇入洼地，可谓最强版本的“翻手为云、覆手为雨”。
AR沙箱的原型，由加利福尼亚大学戴维斯校区（University of California，Davis）开发，该项目最初的灵感来自于捷克桑迪站（Sandy Station）的研究人员。2012年，AR沙箱首次在博物馆中推出。迄今为止，上百所学校、研究中心、会议组织、政府机构等已经使用过AR沙箱，它被应用于各种地球科学主题的环境学习中。
爱文世界学校纽约校区（New York Campus，Avenues：The World School）正是其中一所。在该校的AR沙箱项目中，其特别之处在于他们在四年级孩子的地理课上使用的沙箱是自主研发的。四年级的老师在设计地理课程时初次接触到了AR沙箱，但AR沙箱的昂贵费用却一度使他们望而却步。和高年级的老师沟通以后，一群十到十一年级的老师同学决定自己创造条件，制造沙箱。他们先是从加利福尼亚大学伯克利校区（University of California，Berkeley）的网站上，下载了沙箱的基础程序代码，再逐步制作沙箱所需的软硬件设备，并将两者结合，制作过程一共历时五周。
当AR沙箱投入使用以后，惊叹与欢笑充斥了四年级学生的地理课堂。在沙箱的作用下，地理知识的呈现形式被提高了一个维度。学生们能够收获丰富的地理知识：气候与地形之间的关系，当地貌被侵蚀时会发生什么，水文如何与地貌发生互动，河道在不同地形区的不同形态。就气候和地形的关系而言，通过沙箱所投影出的不同颜色，孩子们能够学习到海拔越低气温越高的规律，在这个基础上，老师还会传授学生在不同的地形区种植相应的耐寒植物和耐旱植物的知识。
该校的学生导师及研学计划老师佐尔坦·萨德拉（Zoltan Sadra）向本刊介绍说：“在我进行教学的时候，我会让学生们自己在沙箱中‘创造’一条河流，接着让水沿着河道流动，他们可以看到水是如何沿着各种路径流动，最终注入大洋的。在河口处还会形成三角洲，因为沙粒开始在那里沉积。通过一个物理模型来演示这个过程，学生们也能有视觉上的认知，但那不够准确。但通过AR沙箱，学生们能够真正看到如果我们创造一条河流，此后会发生什么。孩子们可以真实、直观地看到整个过程。”
AR沙箱无疑颠覆了传统的课本教学的模式，对于四年级的孩子来说，纸质地形图所传授的知识是如此静态与机械，孩子们既提不起兴趣，又难以理解。对此，佐尔坦认为：“对于任何人来说，通过直接的触摸和操作来完成学习都是一种更为有效的方式，对儿童来说更是如此。比如一个孩子认为，我拥有一片陆地，我要修建一条道路看看会发生什么，或者当到达某一深度时，地下水会露出地表，我可以创造一条河流或者一个湖泊等等。与亲身实践相配合，书本上的知识也会变得更加有力。”
不过和普遍的对于电子游戏侵蚀、分散儿童注意力的担忧类似的是，孩子们是否会单纯沉浸于AR沙箱所带来的视觉体验而淡化了求知的欲望与能力？
在佐尔坦看来，当我们一开始把沙箱交给孩子时，他们一定会把它当作玩具，这是孩子的天性。他们会开始玩沙，但在这个过程中也会实践与观察，建造一座高山会发生什么？创造一条深谷会发生什么？此时教师起到的作用就极为关键，他们应该在孩子们实践的过程中进行引导：让我们看看如果改变我们附近的地形会发生什么？让我们来看看如果我们在这里施加压力地形会变得如何？玩耍和学习在两个维度平行进行。“但如果你没有一位好老师，情况可能完全不同。”佐尔坦说道。
对于这个问题，美国阿拉斯加州奥湾小学前校长、州教育技术工作者协会成员洛瑞（Lori）有更深的认识，她向我分析说：“技术使我们的生活便捷而高效，但归根结底，这只是一个提高孩子们学习能力的工具。在我看来，要想让孩子不仅仅停留在玩的层面，更重要的是让他们成为创造者，而不仅仅是旁观别人做了什么。”
洛瑞在DDC天乐勤全英文学术营（Talented Youth Program）所教的课程无疑验证了自己的观点。DDC作为在中国举办的中小学全英文STEM课程，跨学科、探究式等教学方法，正是他们与美国资深教育者一起研发的重点。洛瑞的课程——多媒体故事创作，旨在培养七八岁孩子的读写与表演能力，而绿屏技术无疑是其中的最大亮点。孩子们需要在绿屏前录制好他们所要讲述的故事，再后期自主添加静态图像、移动图像、音乐和声音来完善故事表达。
2018年的冬天，洛瑞带领孩子们实地参访了上海电影学院，了解绿屏技术在实际电影创作中的应用，孩子对于电子屏上所展现的真实与虚拟有了新的认知。
在被科技包围的今天，佐尔坦强调：“我们都生活在以网络呈现为形式的科技世界中，各种科技工具都可以供我们使用。如果我们没有对科技的认识与理解，我们无法融入这个世界，也无法取得成功。”在这样的背景下，近年来在美国不少的创新学校中，一种新的职业——教学技术支持指导（Technology Integrator，简称TI）诞生了。TI的工作是研究和评估新的工具，以便通过技术手段来支持课程、促进学生的学习。
在美国，从小学开始，电子屏日益取代课本成为最重要的教学工具。以爱文世界学校纽约校区为例，一到五年级的学生在课堂上人手一台iPad，而六到八年级的学生则是人手一本MacBook，九到十二年级的学生则是两者都有。该校的TI中西优美（Yumi Nakanishi）告诉本刊：“TI同时还要教授计算机科学（Creative Computation）的课程。和传统课程关注特定的编程语言不同的是，这门课程更加关注编程思维。总会有新的编程语言出现，但编程思维是恒久的。我们希望孩子能在课堂上理解编程思维中的关键概念，如算法、调试排错、条件约束等等。我认为编码以及深度解决问题的能力是21世纪一项重要的技能。他们接触到的编程思维和批判性思维的原则和理念其实适用于任何职业。”
(实习生刘林青对本文亦有贡献)
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