師大新聞

擴增實境翻轉應用於科學教育

【公事中心胡世澤、江敘慈、科教所王琦報導】DNA、奈米碳管、極性分子等教科書名詞，學生一時難以理解，國立臺灣師範大學、萬芳高中歷時5年研發，這學期更與教科書出版業者合作，全國高中生都可運用最新「擴增實境」科技，教科書中出現的科學名詞，躍上平板電腦、手機，學生下載程式就可看到科學概念轉化成3D影像，彷彿立體教材，還能加入資訊，增加互動，大幅拉近學生與教科書距離，也讓學生更能樂在科普學習。

科技部科教發展與國際合作司推動「高瞻計畫」，補助高中職將新興科技融入教學，帶動中學有博士學位的教師可以主持計畫，投入科學教育研究，是個相當成功且深具教育意義的政策。萬芳高中是高瞻計畫重點學校，與臺灣師範大學從101年開始合作，由科學教育所邱美虹教授率領研究團隊，研發創新課程模組「行動科技應用於科學探究學習課程」及新型數位學習技術「互動式擴增實境學習輔具」，成績亮眼。

該計畫是由邱教授擔任計畫主持人，國立臺北教育大學周金城教授擔任共同主持人、與臺北市立萬芳高中湯偉君等數位科學教師合作，其研究成果與理論已獲得中華民國「擴增實境學習系統及其方法」專利證書。

在行動科技普及的時代，行動科技已與日常生活密不可分，既然這是不可逆的趨勢，何不將行動科技融入學習中呢？於是「結合行動科技與擴增實境於科學探究學習課程」就誕生了。這種有別於過去的數位學習，是一種更即時且能夠與真實物件互動的學習方式。

擴增實境是由虛擬實境延伸出來的視覺技術，是將真實世界的視覺與虛擬世界的影像或圖片結合，透過行動科技(手機或平板的螢幕) 把影像重疊，強調真實世界與虛擬世界的交互作用。

「互動式擴增實境學習輔具」即是結合虛實的教學工具，學生可自由操作的介面，加上3D立體的數位模型，幫助學生突破原有感官學習方式，擴增其對應的相關知識及訊息，讓學生獲得不同於網路為主的學習模式。

這學期起，邱美虹教授將歷年「擴增實境學習輔具」研發成果，與翰林出版事業股份有限公司合作應用於高中教科書，涵蓋科目有基礎生物、選修生物、基礎化學、選修化學、基礎物理、地理等六科，將課程教案融入平板電腦、智慧型手機中，讓原本只是寫在課本中的文字，轉化成3D影像，以促進學生的理解與提升科學學習的興趣。

其中，有幫助學生理解DNA分子結構與組合、氫鍵與含氮鹼基關係的「AR雙股螺旋」；可自由調整角度與速度、顯示行徑軌跡及觀察拋物線的「AR拋體運動」；展示三種奈米碳管結構的「AR奈米碳管」；表現地形谷線與稜線的「AR河谷地形」；展示水分子與甲烷多重表徵的結構與互動的「AR極性分子」等，都是與傳統不同且極具特色的學習輔具。

邱教授表示，「互動式擴增實境學習輔具」除了能夠突顯出將平面物件轉換成立體影像外，同時還兼具多重表徵的功能以及互動模式，可讓學生透過視覺化(visualization)與建模(modeling)方式的多重角度來學習抽象與複雜的科學概念。同時邱教授也表示，結合科教理論與科技的先進技術，創造出一個不一樣的學習環境，使科學學習更能符合學生認知上的需求。同時，邱教授亦表示過去學校對於學生在校使用手機的態度比較保守，若學校教學可與行動載具結合，讓師生更加了解如何善用科技幫助學習，也可算是另一種翻轉教學的新典範!

惟教師必須要能理解視覺化的重要性、認知抽象概念與具體表徵的交互轉化關係外，還須靈活運用行動載具與輔具的特殊功能，進而設計讓學生建構科學知識與進行科學探究的活動，使學生離開教室之後仍能藉由「互動式擴增實境學習輔具」進行學習。

萬芳高中方淑芬校長表示，「科學教育強調務實動手做，根據理論而獲得解決問題能力的學習。」學校透過與師大合作的高瞻計畫，將科技結合教育進行e化、活化教學，透過改變原本的課程教學方式，讓學生輕鬆接觸新興科技，培養對科學的興趣及對世界的好奇心，不再只是「死讀書」。

為了嘗試開創數位學習的新型態，團隊自行開發運用於智慧型行動裝置的擴增實境教具，並實際運用於高瞻課程中，進一步收集與分析學習成果。計畫執行過程中，以了解教師教學需求為基礎，擬定擴增實境解決方案，構成行動科技教材，再進一步設計教具實體以及3D模型，最後產出擴增實境教具及其軟體，計畫團隊已辦理過數次大型教師工作坊，也親至各級學校進行教師專業成長工作坊，以推動科技融入科學學習中，活動之推廣深獲好評。目前已有物理、化學、生物、地理等四科多項教具成品，能針對特定的科學概念進行模型演繹與互動，突破傳統科學模型及電腦模擬的缺點。

教案設計一方也突破傳統課室教學，讓教師帶領學生進行各種戶外學習活動，並引導學生在過程中自行發現、思考科學問題，同時教育學生如何運用隨身攜帶的智慧型裝置做測量、地理定位、攝影、上傳資料等調查工作，實際體驗探索科學的樂趣與勞動，提升行動科技的實用技能，協同完成將資料共享於雲端之科學任務。

同時，教師也可以利用這些行動科技與擴增實境的教具，設計不同的桌遊活動寓教於樂，以促進同儕間互動學習的機會。總之，教師若能有效的利用這些輔具進行教學，未必不是另一種翻轉教室的新典範！

AR奈米碳管	AR雙股螺旋
AR河谷地形	AR極性分子