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AR打開新視界,輕鬆i上電磁學

類別: 教學應用
策展人: 臺南市和順國中 林信廷老師
策展單位: 教育大市集執行團隊
活動時間: 2021-10-08
活動地點: 臺南市和順國中
更新時間: 2022-03-15
裝飾性圖示一、AR是什麼?

  在這一兩年來,越來越常聽到或看到將VR或AR等虛擬技術應用於教學的例子。其中VR是虛擬實境技術,也就是讓使用者彷彿置身於另一個時間空間,所以需要戴上特殊設備,目前比較常看到的應用於教學的方式為使用於例如圖書館、博物館等展示空間的學習,讓使用者可以在家或在學校就進入博物館實境觀察展品。更進一步的VR學習比較像遊戲式的,使用者除了視覺設備之外,還多了一支或兩支可以操控的搖桿,使用者藉由搖桿,可以在虛擬世界中拿起物品,因此可以又更多的互動與學習體驗。

  AR則是擴增實境,使用者並不會彷彿身處於另一個時間空間,而是透過載具將虛擬的物體呈現在真實環境之中。最有名的例子就是「寶可夢」遊戲,玩家用載具掃描周圍環境,如果位置對了就會出現皮卡丘等等的怪獸浮現於載具畫面中的真實環境。目前市面上已經推出了不少AR書籍。以前閱讀書籍時,如果有藝術品,或戰車,或恐龍等等的內容,只能以圖片的方式呈現,AR書籍則是可以將這些內容以3D立體的方式呈現,使用者可以看到這些物體的各個面向,而對於學習內容有更完整的認識。在網路上也有幾個免費製作AR的網站,使用者上傳背景底圖,以及圖片或影片等檔案,就可以讓使用者在掃描到背景圖時,載具畫面會浮現剛剛上傳的圖片或影片。

  但很可惜的,我認為VR應用於教學的方式雖然非常有趣,但設備昂貴,一套設備都要一兩萬以上,學校不容易普及到一個班可以進行課程的量;AR的應用則是到目前為止,大多只是很表面的應用,並沒有利用到擴增實境的精髓,因為在書本裡呈現的立體物體,其實很多在生活中都已經接觸過相關的電影或動畫,甚至周圍就有實體可以看,對於物體的全貌早就有認識,因此AR的幫助不大。就算是自製的AR素材,也多是浮現平面的圖片或影片,雖然可以用於進行例如闖關的教學活動,但平面的素材並沒有完全利用到AR的優勢。

裝飾性圖示二、如何將AR應用在教學

  因為AR是將虛擬的動畫放到現實生活之中,如果能利用AR動畫,呈現出真實世界裡的電線中肉眼看不見的電流與周圍磁場的方向,那就可以幫助學生想像與了解,而且AR動畫是3D立體的,學生掃描AR動畫時,若移動載具,就可以看到動畫的不同角度,因此能夠幫助學生建構電與磁的立體世界。後來我是選用「MAYA」這套軟體來製作3D動畫,只要註冊為教育單位,帳號可以免費使用三年。

使用MAYA軟體製作AR動畫

圖1. 使用MAYA軟體製作AR動畫

掃描學習單後,會出現電流與磁場的AR動畫

圖2. 掃描學習單後,會出現電流與磁場的AR動畫

  如果只是用AR的技術呈現電磁學動畫,還是沒有完全利用到擴增實境的優勢,因為在電腦教室裡也可以用電腦上網觀看到一樣的教學素材。我認為真正好的AR教學素材,應該是要把動畫搭建在真實的物體上。

將電流與磁場的AR動畫與真實的實驗器材結合

圖3. 將電流與磁場的AR動畫與真實的實驗器材結合

  因此,後來我研發出來的電磁學AR課程,是要學生架設好電磁學的實驗設備後,利用平板掃描實驗裝置,接著會出現實驗裝置中,電線裡的電流與周圍磁場的3D立體AR動畫。希望幫助學生觀察到現實世界中,電線上肉眼看不到的電與磁,讓學生更了解其關係之外,也可藉由學生自主多角度的觀察,彌補空間概念的不足,對電流與磁場有更立體的認識。

  在教育大市集裡,可以搜尋到不少AR的應用以及老師們推薦的APP,其中以「MAKAR」的功能最為強大,所以後來我選用「MAKAR」作為放置AR動畫的平台。

裝飾性圖示三、數位的筆記本

  在教育大市集裡,可以搜尋到不少數位的筆記本的應用。看了一些老師們的使用推薦,發現AR電磁學這樣的課程,當然必須使用到行動載具,而在行動載具上有個能跟這個課程配合的天衣無縫的APP,那就是「數位筆記本」。學生需要擷取觀看AR時的畫面,然後加入到數位筆記本裡,並在這張圖上註記以及說明他所學到的知識來製作筆記,完成數位實驗記錄簿。這大大的提高了學習的效果。

學生製作的數位實驗記錄

圖4. 學生製作的數位實驗記錄

裝飾性圖示四、教學歷程說明

  在課前,我使用「MAYA」軟體共製作了8個在國中階段常見的電磁學3D動畫,包含「磁鐵周圍的磁場」、「載流直導線(橫放)」、「載流直導線(入紙面)」、「環形線圈」、「螺線管」、「電磁鐵」、「馬達」以及「電流的交互作用」,接著將素材放置在「MAKAR」平台。

  本課程可以在進行完相關的電磁學課程教學後,讓學生操作實驗,以驗證所學並加深加廣,也可用於課程教學前,作為讓學生探索以及自主學習之用。在學生架設好電磁學的實驗儀器後,使用APP掃描實驗裝置,在平板的畫面中就會出現實驗裝置上的電流與磁場的3D立體AR動畫,除了幫助學生觀察與想像現實世界中,肉眼看不到的電線上的電流與磁場來進行學習之外,也希望藉由發揮3D 動畫的立體的優點,讓學生自主多角度的觀察,彌補空間概念的不足,對電流與磁場有更立體的認識。

  課程進行中,學生在觀察動畫時,必須將畫面截圖,並使用數位式的筆記本在圖片上佐以文字以及圖畫來註記以及說明這部分的實驗裝置上的電流與磁場,通常是以磁力線的方式來說明,並回答教師的引導式問題,將學習過程記製作為實驗記錄,藉此進行深度學習。

裝飾性圖示參考資料
裝飾性圖示領域/議題

國中 自然與生活科技、資訊教育