用擴增實境改寫未來的教科書

 
2014/10/13 劉辰岫 | 特約文字編輯     5,487
 
如果智慧型手機或平板電腦能夠像是百科全書,而且不管何時何地都能夠告訴你眼前的植物叫什麼名字,或是看到一張書上的圖,可以跳出生動的動畫解說,那麼它能不能變成學生最好的學習夥伴?
 
隨著行動裝置時代的來臨,國內外教育人士們都在思考如何能透過這樣的高科技工具,來輔助教學,增加便利性、趣味性和學習效率。早期推動的困難在於學生和老師平時自己都沒有使用它們的習慣,一個用不習慣的工具,既使有再好的用意,都很難被接受。但是,近幾年的情況卻完全不同了。國中和高中的學生們現今可以說是已經人手一機,生活已經脫離不了它們,如果這時再開發合適的軟體工具,讓智慧型手機和平板電腦成為學生的最佳學習夥伴,可以說是順水推舟,推廣難度大大地降低。
 
新媒體工具的利用
 
臺北市立萬芳高中的生物老師湯偉君老師,在三年前就察覺到這個趨勢,並且在國立臺灣師範大學科學教育所邱美虹教授的指導下,向科技部(當時的國科會)申請「高瞻計畫」,並且獲得補助來完成這樣的新媒體教學系統的開發。經過兩年多的研究開發和教學試驗,團隊做出了許多亮眼的軟體工具,結合擴增實境、3D影像、GPS定位等等技術,開創了許多新式教學模式的可能性。
 
以擴增實境來說,新開發的APP可以與課本結合,只要透過行動裝置的相機功能觀看課本中的圖案,3D模型圖就會從課本中跳出來。這是利用影像辨識的功能,手機在讀取圖案後,會將資料庫裡頭所對應的3D模型圖顯示。而團隊已經開發出內容包括:生物、物理、化學和地球科學等等科目,例如生物課最常會用到的DNA也被建立成3D立體影像,課本翻到對應的章節圖案時就會出現;物理課中的牛頓定律也會透過物體的拋物線軌跡,在行動裝置中顯示,甚是在軟體中還能立即調整物理參數,像是質量、角度和初始速度等等,讓學生不用到實驗室也可以做實驗;地球科學中的地形等高圖同樣的也可以浮出平面課本,還可以加入河川,讓學生知道河水會順著地形的哪邊流向大海。這些成果,充分地結合了虛擬與實體,讓課堂內容變得有趣,也容易吸收。
 
湯老師說:「我們高中端教師思考如何用已行動裝置進行探索式的學習,師大科教所則協助我們開發適用的軟體。之後,學生只要用他們的手機下載APP,就可以開始不一樣的學習。」
 
除了把課本變得更生動活潑,改善紙本的限制,團隊也開發了行動裝置結合野外實察的教學模組。例如,建立校園或野外生物以及歷史古蹟、地形地景的GPS定位擴增實境資料庫,讓後續其它使用者走到哪就可以認識周遭的環境包括動植物以及名勝古蹟。這除了讓學生認識生物多樣性之外,還可以跟林務局等生物調查單位合作,讓遊客或學者在哪邊看到什麼稀有的動植物就可以現場標記,當做是研究或是觀光的輔助工具。在地球科學中,老師也用相同的方式,帶學生到北投的地獄谷,認識當地的地質環境。而同樣的方式可以應用在校園或社區導覽上,湯老師表示,最近有計畫與大稻埕附近社區的里長合作,用這個行動科技來做古蹟導覽。
 
湯老師常常把他們的教育理念比喻成:調皮的學生就像是孫悟空,行動裝置就是他的金箍棒,是隨身攜帶的神奇工具,而雲端資料庫就像是孫悟空駕乘的觔斗雲。希望學生不論到哪裡,只要學會並善用身邊金箍棒和觔斗雲,獨立或和師兄弟(同儕)合作,就可以解決所有遇到的困難。
 
困難與突破
 
湯老師於臺灣師範大學生物系和科學教育所取得學士和碩、博士學位,在教育前線已經累積了 20 多年的教學經驗。此計畫的一開始,他召集了校內另三位老師加入開發團隊,兩年後增加到了10位。計畫中的另外一個團隊,是師大科學教育中心的邱美虹教授,負責大部分軟體的開發。
 
回憶起三年前去科技部做提案簡報時,湯老師說:「對高中教師而言,這是場難得的經驗,就算是大學教授都不一定有機會站在此接受科學界大老的建議和批判」「計畫通過之後,還沒做出東西時壓力頗大,因為其它老師都在看我們能夠做出什麼成果。」
 
被問到執行計畫最困難的地方,湯老師認為是網路的資料傳輸速度,一是學校設備有限造成網路頻寬不夠,同時很多人上網時連線的速度會變得很慢。二是,在戶外郊區進行活動時3G收訊不好也是一個問題,不過他認為這些未來隨著科技的進步都會被改善,不需為此阻礙了教學創新的嘗試。
 
初始動機
 
當初為什麼湯老師會想到要提一個這麼有挑戰性的計畫?「書教久了所有教材都很熟悉了,什麼樣的章節學生會提出什麼樣的問題都知道,慢慢就變得像錄音機一樣,開始覺得有些煩了,所以我想有些挑戰,對自己來說也是種學習和成長。」湯老師表示,「早期剛出來教書時,剛好電腦也剛出現,那時我們還很年輕,比年紀大的老師還懂電腦,現在如果不努力學新的東西,也一樣很容易被新一代老師取代。剛接觸此計畫時,一開始很多東西像3G和WiFi是什麼都搞不懂,透過此計畫也強迫自我學習。」
 
另一個原因是體察到同學們學習習慣的改變,湯老師表示,「現在的學生普遍來講都坐不住,他們不喜歡被動式的學習,每個學生都是獨立的個體,都想要表現。」從一開始教書到現在,湯老師有明顯的感覺,早期學生都在台下乖乖抄筆記,現在同樣的方式教學,他們在下面不會吸收,反倒是老師讓他們自己去摸索,雖然做出來不一定是對的,但是他們學到的會比較多。
 
 
新式教學對學生的影響

 
湯老師曾分析學生在接收這些行動裝置融入科學學習的前後,是否在科學創造力有所改變。湯老師根據文獻及先前在研究生、研究員階段開發出的科學創造力問卷。將科學創造力分成三項要素:發散性思考、創造傾向和解決問題的能力,而經過他的調查發現,參與課程之後的高中學生雖然再發散性思考和創造傾向兩項度雖沒有顯著差異,但在解決問題能力確有明顯成長。
 
「另外以在校成績來說,同學們是保持平穩,沒有變好也沒有變壞,但是我們都跟家長講,這樣的學習方法不會讓成績變差。而好處是我們能增進學生對手機或平板電腦的認知和使用態度的改變,除了讓學生認識APP或擴增實境相關的知識,也讓他們瞭解手上的工具不只是玩遊戲或傳簡訊的工具,更可以用來學習和工作。」
 
未來湯老師除了希望把擴增實境中的3D模型變成3D動畫,讓內容更生動更吸引人,也希望把這些技術和產品產業化,並且繼續向其它學校推廣。湯老師認為利用擴增實境的科技當學習工具,很有可能會改寫未來的教科書。