點閱率 | 896 次

看的見的化學 虛擬科技運用新思維

文/吳欣玫 攝/吳欣玫


 

|化學:物理難懂? 3D立體教學 抽象概念變實體。影片|翻攝東森新聞

  戴上眼鏡,走進虛擬化學實驗室,透過眼神凝視操作,就可以看到電子移動的變化,這款VR(Virtual Reality虛擬實境)的化學實驗,是王宇老師和他的團隊所研發的數位教材,運用新科技的互動,讓學生不用死背,就能具體理解化學反應的原理。

|戴上VR眼鏡,進入實驗室觀察極細微的化學變化。攝|吳欣玫

  剛從日本東京回國的王宇老師,分享他們團隊製作的一系列化學數位教材,已經推廣到大陸、日本、韓國、越南、馬來西亞等地區,開拓國際版圖。

「虛」、「實」應用 用虛擬科技教化學

技術-改變學習模式

  AR(Augmented Reality 擴增實境)、VR等虛擬科技,大多應用在遊戲,擁有二十多年在補習班教化學資歷的王宇老師,以自身經驗,分析一般學生在課堂上的場景,地點不管是學校,或是在補習班,都是看著老師在台前解說,學生有的靠想像理解、有的靠死背,然而,化學的原理許多時候是無法用肉眼親眼所見的,除非這位老師有很強的繪畫才能,能把相當於奈米微小般的反應,還要加上顏色畫在平面的黑板上,讓學生學習,否則,大多也是流於「講」的形式。

  王宇老師開始發想,有沒有讓學生更好理解的方式?先是運用2D、3D動畫,透過影片,讓學生看到實驗是怎麼做的?如何得出結論?接著,發現影片只能看,不能互動,結合觸控螢幕操作,但是也還是在平面,不夠逼真,之後,在團隊的建議下,接觸到虛擬科技,從AR的技術,藉由手機掃過圖卡,展現立體樣貌,也能透過幾張圖卡一起使用,觸控點擊,互動操作學習化學變化,例如,滅火器的正確使用,和滅火的元素應用。

 

|設計實體圖卡,呈現立體影像,AR技術,讓互動升級。攝|吳欣玫

 

 |研發3D動畫,結合觸控,動手做實驗。攝|吳欣玫

  還有沒有更真實的方式?因為有了AR,認識了VR,AR的使用還是只能透過面板,但是戴上VR眼鏡,可以進入到一個更真實的實驗室,加上利用先前製作的許多3D建模原件,王宇老師說:「教學生教了三次,不如讓他實際操作一次,一次,就可以理解。」,就這樣一步踏進,深入探索。

技術-改變學習模式

  為什麼需要動畫?因為科學是要圖像化的,在虛擬世界可以一一擊破,當然也是存在著市場需求,王宇老師歸納重點說明:

  1. 極抽象的-例如,世界上存在著肉眼看不見的反應,無法具體說明。
  2. 極細微的-質子、中子、電子、奈米科技看不到的。
  3. 極危險的-化學實驗存在著爆炸風險。
  4. 極花時間的-例如,如何解釋植物有向光性?植物生長的時間有長有短,無法掌握,但是運用三分鐘的動畫說明,有效率多了。
  5. 極偏鄉的-偏鄉地區的實驗教學設備不足,或是損壞中間的維修空檔,都需要時間,無法即時處理。

 

 |王宇老師思考如何將科學更生動。攝|吳欣玫

動作-一系列數位教材 三年產出600支

  有了運用科技,將化學圖像化想法的王宇老師,藉由申請SBIR (經濟部小型企業創新研發計畫)的案子,和團隊全心投入研發教材,王宇老師先從團隊師資當中,挑選適合研發的人選,詳讀國、高中的課綱,按照考題重點,做適合動畫或互動式的分類,依照物理、化學、生物、地科科別製作,王宇老師先帶領團隊,經過討論、腳本規劃內容,和呈現上的點擊頁面設計,動畫團隊做出雛形,再針對雛型討論、修改,最後,拿到課堂上實際教學使用,王宇老師表示,到了課堂上實際操作,一定還會再發現問題,因為有些現況一開始不會想到,再繼續修改。看是否需要做補充或是補強,最終產出600支符合課綱的系列3D數位教材,包含100支AR,和20多支的VR,更獲得2015年的卓越SBIR產業貢獻獎。

突破-跨領域溝通 結合內容、動畫、程式

  如何製作出符合教學現況的教材?在製作數位教材初期,王宇老師說,需要不斷跟其他師資、動畫團隊、程式人員溝通,以「老師」需求端的身分,共識出教材成品的具體樣貌,許多時候花上整個上午的時間,跟動畫團隊討論內容也是有的,一開始覺得理所當然的教學內容,團隊卻要求我SOP化,老師強調,跨領域溝通非常重要,並舉例自嘲「我一個教化學的老師,根本不懂什麼程式,但是我很努力學,雖然我不會寫程式,但是我聽得懂,聽得懂我團隊夥伴說的意思。」從不會上網,到了解flash、java、unity等等不同專業的軟體應用,著實下了不少工夫。

  摩擦、衝撞之後產生的團隊默契,相當珍貴,在之後的合作上顯得特別有效率,更能契合來自不同領域專家的需要,老師說不用擔心作品被抄襲,因為成品背後的努力和步驟,是拷貝不來的,也就是說,同樣的素材,不同的人操作,成像就不一樣。 

|王宇老師和團隊討論教材設計。攝|吳欣玫

驗證-教學成效 華麗之後

   一般教學以考試,定期測驗學生的學習程度,當王宇老師在課堂上運用3D動畫教材,第一個明顯的感覺,就是學生上課的眼神變了,本來講授型的方式,20%的學生大概懂,現在是50%以上的學生一定懂,考試與時間也會證明一切,這讓王宇老師跟團隊們得到很大的收穫和感動。

  學校和補習班的學生反應可能不一樣,老師點出,當第一次展現互動式教材教學,學生的反應一定是覺得很炫,但是炫之後呢?新鮮感就像煙火,稍縱即逝,如何用適當的方式,呈現不同單元的教學內容,才是重點,並非每一課程都適合做互動式設計,加上,每個階段的學生所需不同,高一,使用虛擬科技互動教學,刺激學習動機,但是到了高三,因為學測的壓力,學生反而會希望學習更快的解題方法,所以,老師與團隊們不斷嘗試和修改,目標是動畫的呈現,一定要確實提升學生的理解度。

困難-硬體配合 思維互補

  補習班老師每周可能都在北、中、南,不同地方教書,一塊黑板、容納上百位學生的空間,是教室的基本配備,而王宇老師和其團隊設計研發出完整的數位教材,需要載具來配合,大多補習班可能不會為了一位老師,調整硬體設備,因為其他老師沒有這種需求,如何和其他老師配合使用,是一大問題,後來也許新增的大型液晶螢幕,讓學生觀看,可是再大的100吋螢幕,放在能容納四、五百位學生的教室哩,相較之下依然顯小,更別說投影機,需要配合燈光,上課沒多久,前排學生就可以因為燈光昏暗產生睡意,老師與團隊不斷遇到問題、討論、進而解決。

  老師分享,現在因為科技又比以前更進步,解決了兩三年前的問題,補習班教室規劃成小班教學,搭配適合的硬體設備和載具,以分組方式排列桌子,讓學生進入虛擬世界實驗、參與討論,補習班不論眼見的教室,還是上課氛圍皆與以往截然不同。

|改變教室空間,配合數位教材載具,小班教學提升學生理解度。攝|吳欣玫

融合-專案管理 跨界製作

  王宇老師團隊將製作系列科學教材的經驗與溝通模式,也成功應用在不同領域的教材製作,例如外語、醫學、消防知識等等,王宇老師以第一線做教學老師的角度,結合實際接觸到家長和學生,知道他們在學習上遇到的困難,將這些訊息告訴動畫和程式團隊,當團隊理解了之後,才能製作出符合教學現場和學生學習的教材,之後團隊接了不同領域的案子,該如何套入經驗去應用?王老師說,如果是醫師的專案,「醫師」就是醫學的老師,只要動畫和程式團隊能夠聽得懂這位醫學老師想表達的重點,就做出符合他期望的作品,但是其實應該需要有一位專職的角色,去統合老師端的需求,而非動畫師或程式設計師去面對,這專職的關鍵人物就是「專案管理師」,老師強調這種人才非常重要,他要訓練到能和不同產業的人溝通,再將產業人的話,轉換成團隊聽得懂的語言去說明,「雖然我們團隊人不多,但是藉由累積的團隊默契,可以快速抓到重點。」王老師自信的分享。

|王宇老師分享團隊建立默契的過程。攝|吳欣玫

服務/推廣-課,原來可以這樣上

  現在,團隊除了持續接案研發,產出新作品,還有客製化服務,像是接受日本、韓國的代工,「雖然我們的技術和內容可以獨當一面,但是藉由日本、韓國的委託,對我們來說是一種學習。」王宇老師說,學習先進國家的不同邏輯,套用在我們自己的作品上,同時,也帶領師資團隊前往亞洲各地,做教學服務與推廣科技互動教材,在馬來西亞教華僑學生;在越南的台灣學校,教導師們如何教書,如何用新科技教書,再到教室實際示範教學;在日本連續三年積極參展,開拓知名度。

  王宇老師除了化學補習班,組織動畫、程式團隊,並將自己的經驗模式,延伸到外語學習,近年來國際人才流動,語言成為現在人的必備裝備,因此也有幾家日本知名企業與王宇老師洽談教育訓練合作,教外國人日文,和教日本人中文,並針對外國人研發認識日本漢字的教材,開拓數位學習新版圖。

建議-醫學運用

  針對醫學領域,王宇老師曾與中山醫學院合作教材-VR認識人體器官,也曾和彰化基督教醫院、嘉義基督教醫院接觸過,老師舉例說明應用該如何發想。 

 

|王宇老師跨界合作,也能做醫學類教材。攝|吳欣玫 

  舉例1:以幫助糖尿病患者app來說,他想知道每一餐的糖分攝取是否符合標準,以及融合自己喜好的食物,製作想法為,在符合實際的生活需求條件下,場景設計成一個超市,使用者依喜好,以手指觸控螢幕作抓取食物的動作,然後顯現總和的營養成分,檢視糖分或卡路里是否超過?如果太高,可以針對抓取的食物做切割動作,分散份量,例如西瓜切一半,糖分是多少,再檢視一次營養總和是否超標。

  舉例2:復健師需要教導患者,以「攀岩」姿勢做復健,在醫院現場教學,老師說,以他的經驗,現場教我們都會,回到家還是會忘記,可以將復健姿勢的介紹做成影片,隨時觀看,再以VR技術讓患者感受虛擬攀岩場,邊運動邊復健,就會有深刻的感受。

VR結合AI

  以醫師考試模式的OSCE(客觀結構式臨床技能測驗)為例,套用VR技術,硬體上需要空間跑站,和VR眼鏡,另外,將標準化病人以AI技術呈現,透過臨床的數據,可以讓每一站的考試不失真,請醫師戴上有觸感感應的手套,進入到診間,詢問病人(AI) 問題,AI再針對醫師的提問從資料庫中選擇適當的回應,當然,這需要龐大的數據,還有成本考量,王老師說,假設這個系統做完,在台灣執行,之後推廣到國際,資料的準確度就會提高。

  雖然說這是未來式,但以現在的技術發展速度頗快,在國際上論能運用高科技的國家比比皆是,期許台灣能站穩腳步。

願景-你永遠不曉得你是前浪還是後浪 就是做

  王宇老師從補習班任教,到研發科學數位教材,進到數位學習業,積極發展Made in Taiwan,「長江後浪推前浪,前浪死在沙灘上。」這句話就是用來形容數位學習業,王老師說,幾年前就有許多人在開始研發虛擬技術,但因為當時的技術效能或載具還不到位,多以平淡收場,如果這時候後浪來的時間剛好,那就能成長茁壯了,「你永遠不曉得你是前浪還是後浪,會太慢嗎?還是太早?都不知道,所以我是覺得現在的時間是對的,但是也不曉得,但是就是做。」王宇老師有感而發。

  體認到現在人才難尋,畢竟接案的時間壓力不小,王宇老師願意給出願景,雖然身在嘉義,但是藉由數位技術,積極帶領團隊走向亞洲市場,而後希望能吸引好的軟體產業進來,讓在地成為一個全亞洲最好的教育內容城市。


 

名詞教室

  1. SBIR經濟部中小企業處推動「小型企業創新研發計 畫」(SBIR計畫),目的為「帶動中小企業 創新研發活動,協助中小企業知識布局,以形 成推波助瀾的效果,並期望運用研發成果扶植 產業體系,以加速提升中小企業之產業競爭力,促進台灣經濟發展。」
  2. 2015年的卓越SBIR產業貢獻獎