知識力

隨著行動科技智慧型的進化，手機和平板電腦已經成為一項綜合科技，不只能透過行動通訊技術結合雲端應用，也能透過與本機一體的攝影裝置、顯示介面，執行具擴增實境技術的軟體，產生新的契機；不只突破以往擴增實境應用在裝置便利性上的缺點，也在短時間內解決使用普及的問題，成為「行動擴增實境」。這就猶如一場媒合兩大科技人才的合作會談，交流著各種具潛力的可能性，因此與其說智慧型行動科技推動了擴增實境的發展，倒不如說它為擴增實境帶來了應用價值的轉變。

 

 

 

 

❐行動擴增實境

通常來說，數位學習意旨操作數位化資訊進行學習的方式，學習者搭配可運行自主、互動式學習的電子設備做為學習的媒介。然而這種所謂數位學習的媒介，一直以來隨著科技發展不斷出現許多新的討論，從過往在個人電腦上、網路上，到現在的行動科技，也就是行動學習（mobile learning），已經受到多方面的關注。在內容上，從量測類、查詢類、練習類等等稱之為教育應用的App（行動應用程式），到線上影音互動的行動教學服務，可說是應有盡有。

 

在這個發展脈絡下，運行於行動裝置的擴增實境，也開始被應用成為數位學習的一種方式；其中一個重要的特色就是使用的便利性，如同其他教育應用的App，學習者能隨時取得、隨時使用擴增實境進行學習。而且，它獨特的媒體性質（疊合真實與虛擬物件），能產生不同於一般數位學習的互動方式，甚至延伸出新型態的教學模式，這樣的特色預期將改變學校的學習文化。

 

也因為擴增實境技術能透過顯示介面，產生新的媒體疊加在既有的真實影像上，並有即時互動的特性，當它應用為一種教學工具時，便可在不取代既有教學媒材的情況下，補足缺乏的媒體資訊，在互動學習的設計上融入真實物件，營造更佳的學習情境。如果運用在高中科學課程設計中，小從粒子世界談起，大至環境生態的探索，將能翻轉師生對於科學「教」與「學」環境的觀點，並延伸科技對科學教育的影響力。

 

 

 

 

❐實境科學探究

對智慧型行動裝置而言，除了網路、觸控介面和微型應用程式這些能變身成隨身個人電腦的要素外，還有一項連一般個人電腦都鮮少具備，或是說只適合行動裝置的性能，那就是「即時定位」。

 

即時定位，能夠實現所謂導航式或街景式（location based service, LBS）的擴增實境。舉例來說，假設使用者利用的定位軟體，能即時顯示地圖和連續自動定位裝置的所在位置，並且在戶外自由移動的情況下使用、呈現各種定位資訊（如使用者位置到商家位置的路徑規劃），即具有「根據真實世界情形呈現虛擬資訊」的功能；這時候若配合裝置中相機的攝錄影功能，於介面上呈現真實世界的影像，讓各種定位資訊直接顯示在上面，即進一步構成「在真實世界中疊加虛擬資訊」，就成為廣義的擴增實境。

 

以「生態調查」為例，生物教師可事先規劃多組勘查路線與目的地，指派學生分組前往被分配到的路線進行植物生長情形之調查任務。過程中，教師不需要親自領隊，只需要以任務領導者身分登入帳號，對調查組別的資料作控管。學生方面，收到任務的組別僅需攜帶智慧型手機，就可前往實地進行調查，在登入後進入自己組別的生態地圖，從觀察、定位、拍攝、上傳記錄，皆能以手機上網同步完成，即時共創、共享植物的生態地圖。

 

❐科學模型顯像

隨著智慧行動裝置的普及，相對於誕生自影像疊合介面概念的擴增實境，以「3D顯像」為主的擴增實境也開啟了新的一頁。

 

提供3D圖形、影片等媒體與真實空間疊合顯像，同時仍具有即時、互動性質的人機介面，能產生更接近擴增實境定義的使用者經驗。此外，也改變教育傳遞科學知識和啟發學生智慧的方法，科學教學與學習的媒材也不再單一化發展；相反地，改採更多元的圖表、模擬、模型、動畫等方式呈現，將自然科學學習中無法直接觀察，或較難理解的抽象概念（如微觀粒子、巨觀天體或是超距力）透過演繹或視覺化的方式來提昇學習者體驗立體結構、現象變化的過程，建構這些複雜且抽象的概念。

 

從智慧手機的擁有率來看，以擴增實境演繹抽象科學概念，有非常多值得嘗試的地方。教學者可以從實用、趣味等方式盡可能的在既有的紙本圖文上增加虛擬資訊，學習者只需要用自己的手機就能直接觀看到文中所提及的科學模型。或者，教學者能夠設計具有互動功能的擴增實境，當學習者移動、操作代表科學模型的實體物件，就能即時觀看依附在實體物件上的科學模型是如何變化的。這種教學與學習環境的改變，使得教室不再需要具備投影設備或是碩大的塑膠模型才能進行演繹教學，反之，輕巧的行動裝置就能讓既有的媒材擴增其功能，呈現出靜態或互動的科學模型。

 

以「化學分子模型」為例，我們將水分子透過擴增實境呈現其對應的3D化學分子模型。在教學過程中，不需要準備額外的模型或投影片，只要請學生於課前下載該教學App，上課時再請學生以手機自由觀察、討論、探索，就能達到對分子立體結構及其鍵結狀況的理解。

 

再以「DNA模型」為例，生物教師為教導學生含氮鹼基的配對與序列的概念，因為其特殊的立體結構，時常需要配合模型來解釋，但是無論是實體或紙本上的傳統模型，固定的DNA序列以及固定的模型複雜度，讓教師不易表達不同生物會有不同的序列，以及不易用不同複雜度的表徵方式來呈現同一物質的性質，例如鹼基配對的概念適合使用簡易模型來教學，鹼基結構的部份就要配合複雜模型來解說。

 

 

 

 

有鑒於此，我們設計一種能呈現雙股螺旋模型的擴增實境教具，使其可以自由切換成簡易或複雜模型，並且根據所拍攝到的生物圖片，呈現不同的序列。另一個功能設計是會產生隨機序列的單股模型，讓使用者以代表A、T、C、G鹼基的實體教具對該單股模型進行配對的組合操作，當配對正確時，該鹼基對會自動接合，以此逐步建構雙股模型。相較傳統模型，除了減輕材料、可複製、重複使用外，還擁有可替換複雜度、產生隨機序列、互動拼接等優點，讓教師突破教學困難，也提高學生學習動機。

 

❐從行動學習看見科學新視野

洞察新媒體在教育上的應用價值，是科技社會的理想之一，但是實踐的過程往往是慢慢演化，不及想像與發明的速度。擴增實境技術已經發展數十年之久，在智慧型手機進入每個人的生活後，才又產生了新的應用價值；尤其當它要做為一種新的數位學習方式時，除了技術上的適用性，也需使其融入日常生活中的學習方式，才能成為真正的「生活科技」。

 

國、高中學生擁有智慧型手機的比率越來越高，使用習慣以娛樂、上網居多。無論是生態調查或者操作科學模型，若能讓學生了解智慧型手機用於學習的功能性，將可大大提升其學習興趣與探究的能力。

 

不過，從擴增實境教具、軟體開發和學校實施教學的層面，有幾點值得注意：教師必須了解擴增實境的功能，以及其與課程結合的關係，方能達到預期的成效；在事前教師也要瞭解使用擴增實境教具的時機、規劃課程的流程，並請同學先下載軟體，以利實施。除探究型專題或科展活動外，上課使用時間的安排以不超過30分鐘為宜，避免學生在學習上失焦；教師應於課前確認行動裝置數量是否符合各小組或個人使用的情況、軟體是否安裝完畢、校園無線上網功能是否正常，流量能否負荷。

 

行動學習將會是未來新趨勢，教師必須在它到來之前做好準備，充實使用行動科技結合擴增實境的能力、提供啟發學生創造力與探究的學習環境、改變學生使用新興科技的態度，並提升學生學習科學的興趣，藉此拓展學生對於科學探究的新視野。

 

 

 

 

 

邱美虹、唐尉天：任教師大科學教育研究所

 

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