行動科技、擴增實境與3D實驗影片教學： 擴增實境在化學教學上的應用 鄭媖珍1、邱美虹2* 1臺北市立信義國民小學 2國立臺灣師範大學科學教育研究所 *mhchiu@ntnu.edu.tw   你可以想像在未來，藉由一張報紙就能聯結相關網路訊息，即時知道天氣的變化；由登機票，可知飛機起飛時間是否有延誤；只要用雙手擺出拍照手勢，就能拍照，想撥個電話、看時鐘、查即時訊息，雙手作個動作，時鐘、電話、即時訊息，就出現在你的眼前，甚至在任意空白紙上看電影、玩遊戲、任意的擷取資料、做文書處理……等等，任何你想知道的訊息，只要透過身上簡單的配備就能立即處理，並能將所獲得的資訊，與家中的個人電腦做連結，以及未來不用帶相機、平板電腦、智慧手機，只要套上這個由麻省理工學院學生普拉納夫•密斯崔（Pranav Mistry）發明的第六感人機互動裝置（sixth sense，見圖1）出門，即能將數位世界和實體世界相互結合，若這樣的設計可以普及化，未來的世界將有截然不同的面貌。你能想像嗎？！ 圖1：Pranav Mistry第六感驚人的潛力 （圖片來源：http://www.youtube.com/watch?v=qC3H3JOtvSs#t=476） 這個數位世界（虛擬世界）和實體世界結合的科技，就是現在最夯的擴增實境（augmented reality），簡稱AR。那擴增實境是什麼呢？ n  AR的定義 AR最早是由Milgram, Takemura, Utsumi, & Kishino (1994)對於介於真實和虛擬之間的概念，提出「真實–虛擬連續性」（reality-virtuality continuum）觀點（圖2）。他們將真實環境和虛擬環境分別作為「真實－虛擬連續性」的兩端，位於它們中間的被稱為「混合實境（mixed reality）」。其中靠近真實環境的是擴增實境（augmented reality, AR），靠近虛擬環境的則是擴增虛境（augmented virtuality, AV），其中所謂擴增實境就是利用模擬的線索擴大對操作者的回饋。狹義而言就是科技為模擬實境的一種形式。 圖2：真實－虛擬連續性（reality-virtuality continuum） 另Azuma（1997）定義擴增實境是一種介於虛擬與實境兩者間的一種技術，且包含三種特點：(1)同時包含實體與虛擬物件，(2)能即時互動，(3)能精準3D定位虛擬與實際物件。簡言之，擴增實境是將虛擬物件透過儀器融入真實情境中，能豐富實境的場景，促進即時互動，讓使用者能獲得立即的回饋。 n  AR在教育上的應用 早期，擴增實境透過頭戴式顯示器（head mounted displays, HMD）將虛擬物件融入真實情境中，但是頭戴式顯示器攜帶不便，再加上AR所需的設備又貴，無法普及化。隨著科技日新月異，手提電腦、平板電腦、智慧型手機的問世，科技技術的提升，AR所需的設備攜帶方便，間接提高AR能見度，AR漸漸成為我們生活中的一部分，例如：Google glass、廣告宣傳、魔法書、博物館或校園的行動導覽、醫療手術的應用、教學上的應用。 擴增實境在教育上的應用雖然仍在起步當中，但已逐漸獲得實證，譬如在教學中融入AR，由於它的視覺、動覺等感官刺激，提高學生的主動參與意願；它提供的3D學習內容，可培養學生發展較佳的空間能力；在AR情境中，與虛擬物件互動，經由立即的回饋，可加深學生對學習內容的印象與興趣；AR可將看不見的概念視覺化（如天文學、化學反應、分子結構等），提升學生對抽象內容的理解、建立正確的知識，減少迷思概念；在AR情境中，與同儕合作共同解決所面對的環境議題，可使學生社會互動能力變佳，對問題能更敏感，並根據情境提出解決方案，讓學生有機會做出決定、提升學生推理能力與思考邏輯能力等。 在這篇短文中，我們將簡要介紹六個在化學教學上應用的AR實例，作為說明AR未來在教學上的可能性以及對學生在學習成效和動機上可能造成的影響。在化學教育上，我們常發現學生對抽象複雜或是需要空間能力才能建構的化學結構知識很難進行抽象思考，而AR的設計正好可以彌補學生在這方面能力的不足，提供一個可以和化學分子物件互動的機會，並可以依照學習者自己的學習步調或觀察的角度，隨意轉動物件來達到對化學結構的認識。 例一、元素與化合物 Zientia公司最早開發的就是化學教育用的擴增實境教具（http://zientia.com/chemistry101）。Zientia開發擴增實境的教具來教導電子組態與物質的組成。以下面的食鹽化合物（NaCl）為例，使用者可以先觀察Na和Cl的電子組態，然後將兩原子靠近後觀察兩元素產生氯化鈉分子的結構以及巨觀表徵，使用者也可以調整或旋轉觀察氯化鈉的角度（見圖3，示範影片見附錄一）。圖4的PCl5亦同。 圖3：AR Chemistry Augmented Reality Education（圖片取自附錄一） 圖4：PCl5之AR分子結構（圖片取自附錄二） 例二、分子結構 Daqri所設計的Elements 4D應用軟體目的是經由擴增實境的科技將抽象的概念具象化。以水分子為例，Elements 4D設計的紙張或木塊的物件可以將物件直接轉化為動態的元素表徵（Daqri相關資料見附錄三），如圖5所示。   圖5：水分子AR教具 […]