Notifications
Article
为什么要学Unity少儿编程 (1):空间智力与STEM能力 从一道奥数题说起
Updated 2 months ago
804
4
Unity K12少儿编程
奥数辅导班里经常会出现这样一个题目,请选择出以下为立方体展开图的图形。
这里其实和大家开了个小玩笑。图中所有的展开图都是立方体的展开图。
确切的说,图中展示了立方体所有的11种展开图。
今天国内的奥数辅导班里,往往把这11种展开图编成口诀让孩子们直接记忆,这样在奥数考试的时候,孩子们不用在脑子里把这些展开图折叠起来,而是像背诵乘法口诀一样,直接得出正确答案。
其实这个问题在美国的小学数学教学里也经常出现,英文叫做Nets of Cube。
下面的GIF图(需用手机/电脑浏览器打开)展示的是美国用的数学教具之一,使用可折叠的不同色彩的塑料框架帮助孩子们认识立方体如何展开,不同色彩对应立方体的不同面。此教具可以使用Autodesk公司的少儿编程教育产品TinkerCAD或者Fusion360绘制,然后通过3D打印机制作出来。
对于考试中得到正确答案来说,奥数班背诵口诀的方法显然要高效的多。但是记忆口诀来解题的方法与这个教学希望测试与训练的孩子们的能力是背道而驰的。
这个题目是用来测试训练孩子空间智力能力的方法之一。
空间智力,指的是人类理解、推理和记忆物体或者空间相互关系的能力,包括空间感知,空间想象,心理折叠(考题考察的就是这部分能力)和心理旋转四个部分。
标准的智商测试中的图形测试部分,早就包括了心理旋转能力。
心理学、脑神经科学的研究发现,空间智力与人类在工程、经济学、数学、自然科学甚至运动方面的能力有很强的相关性。空间智力测试得分高的人,往往运动能力强,理科类学科的分数高,未来从事这些行业甚至取得成就的可能也高。
这其中的原因,有些是非常直观的。
比如,工程师在看图纸的时候,需要具有在头脑中让部件运动起来的能力,才可以理解机械的运转,不同部分的相互关系。
在没有3D制图能力的古代中国,制作以下复杂的卯榫结构拼接成的斗拱,几乎完全靠工匠超凡的空间想象能力
对于化学家来说,看到反应方程式里的H2O绝对不是和我一样,去数几个氢原子几个氧原子来配平,他们看到的是包括了空间几何信息在内的分子结构,所以不像我永远搞不明白什么是死水一潭的,他们可以轻易的看到以下的氢键:
还有一方面的原因不是那么的直接。
请允许我还是举个K12的例子来说明。
小学数学里教的无限循环小数化分数,老师一般只教授口诀。
比如0.333333...... = 3/9 = 1/3
实际证明过程很有趣。
x = 0.333333...... (1)
10x = 3.333333.......(2)
(2) — (1), 9x = 3
x = 3/9 = 1/3
乍看起来我们使用了初一代数的概念,用了解方程的方法。
实际上,这里使用的还是空间智力。
解题的过程是把抽象的阿拉伯数字在头脑中展开,然后发现了空间上的规律,再用代数的方法将发现的排列规律再整理,最后得到答案。
这种解题方法并不陌生。著名的高斯小时候求解等差数列1+2+3+...+50之和的故事,也是用相似的方法解决求和问题的。
1 + 2 + ... + 50
50 + 49 + ... + 1
解以上2道小学数学题,我们都用到了一种很奇特的空间变换方法。
数学、科学、工程类的知识在人脑中并不是单纯的记忆。开篇提到的死记硬背11种展开图形的数学知识,其实仅仅以很低级的形式存在人脑中,乘法口诀表甚至很可能仅仅以语音记忆的形式存储在大脑里。更深层次的知识掌握,尤其是可以做到融会贯通(这里有个专有名词,叫做知识的转移 knowledge transfer),却需要在人脑中以视觉信息方式进行存储。空间想象能力对一个人的数学能力、物理能力和化学能力至关重要。
可以毫无困难的解答这类题目的孩子几乎无一例外是非常聪明的,而题目本身对我这样文科出身成年女性来说,却依然很难。
这不是什么性别歧视,女性空间转换能力与男性的差距早在3-4个月大的时候就已经出现。女司机不一定比男司机危险,但是女司机真的可能比男司机路盲多。
生物学有种假说用来解释这个现象:人类进化的早期,女性主要在居住地的附近从事采集工作,而男性需要组队出门打猎。人类打猎主要靠智力,耐力与合作取胜,每日的活动范围相对比较广,需要很强的空间智力去跟踪猎物和找到回家的路。
不过这个差异并不是来自于脑部不同的物理基础,两性不同的可能仅仅是对外在刺激的反应阈值不一样。游戏行业的市场调查和分析早就发现,FPS游戏的玩家里,女性几乎不存在。女性天生不喜欢这种对空间感知、空间想象能力要求很高的游戏。但是,20年前基于友商Epic Games的Unreal Tournament游戏的科学实验表明,即使是女性,在连续的,主动接受同样的FPS游戏训练后(嗯,就是打游戏的意思),脑部的空间能力一样可以得到充分的发育,在之后的空间智力测试中取得明显的进步。更进一步的,让受测试者哪怕仅仅是凭空想象一下用水壶倾倒水的过程,他们在之后的牛顿物理基础知识测试中的成绩都可以得到显著提高。
女性并不比男性天生不适合于从事STEM工作,女性出租车司机的认路能力几乎一定比她的乘客要高得多。一切都可以由主动的训练得到提高和改善。
目前市面上的基于Blockly/Scratch的少儿编程工具,编程环境都是2D Sprites(唯一的例外,只有Autodesk公司的TinkerCAD产品,可惜这样好的适用于数学教育甚至奥数教育的工具,国内使用的人太少,使用方向也仅仅局限于3D打印本身)。
Unity K12产品则不同,基于Unity的引擎和开发环境本身,采用了类似于Blockly/Scratch的编程界面,所有的编程场景全部是三维的,在孩子们学习编程的时候,提供了更多一个维度的想象空间。
因为基于Unity引擎本身,Unity K12产品自然地集成了Camera的设置和随之而来的视角变化。
在让孩子们编程的同时,自觉的学习并练习了空间转换,空间想象能力。
请不要小看这个小小的功能。其实在Unity的中文开发者社区里,诸多大牛、准大牛们,在用Mesh画立方体的时候,都需要实际用手工制作一个立方体来帮助自己想象呢。
还是因为Unity 引擎本身,Unity K12产品得到了整个物理引擎的支持,在编程的过程中,孩子们可以直观的感受到运动学,牛顿力学的运行,而不是如Scratch那里一样,完全靠孩子们自己编写物体的运动轨迹和碰撞后的运动轨迹,在不知不觉中就加强了孩子们对运动学(Kinematics)的理解与掌握,为孩子们进入中学学习牛顿3大定律打下了基础。
Learning is hard fun.
3D means more fun.
Let's have fun!
Unity K12产品即将推出云桌面版本供测试评估使用。
请有兴趣的合作伙伴和个人持续关注Unity公众号和官方网站。

Tags:
Zixi
Unity China - Marketer
11
Comments
gz
14 days ago
什么时候上线啊
0
呉楽揚
2 months ago
Indie Developer - Student
很棒了可以说
0
linxinfa
2 months ago
看到了商机
0
komeil shahmoradi
2 months ago
2D Game - Educator
hi i don't know what your project is but it looks awesome.
0