擴增實境在教學上的應用

在教育方面，Billinghurst、Kato 及 Poupyrev（2001）所開發的 MagicBook 是最早應用在教育上的案例（林勝賢，2010），使用者透過手 持式顯示器可以看到 MagicBook 上的立體物件或是動畫，如圖 2-7。

(a) (b)

圖 2-7 (a) 使用者使用手持式顯示器(b) 使用者看到的動畫 資料來源：林勝賢（2010)

之後擴增實境在教科書的發展應用，不只是讓使用者看到立體物件 及動畫，並增加了互動效果。Grasset、Dünser 及 Billinghurst(2008)加入 視覺及聽覺效果在混合實境書(Mixed Reality Book)中，增加使用者的沉 浸感(Immersion)，並讓使用者閱讀的時候可以與書中擴增的物件互動，

如圖 2-8。

(a) (b) (c)

圖 2-8 (a) 在 2D 圖片上擴增 3D 影像 (b) 3D 陰影效果 (c) 與擴增物件互動 資料來源：引自林勝賢（2010）；Grasset, Dünser&Billinghurst(2008)

也有利用自製的辨識方式，來增進互動的功能，Lee、Choi 及 Park

（2009）開發兩種可以黏在手指頭上的圖卡：color-band 和 polka-dot，

利用這兩種方式來取代滑鼠，方便使用者進行學習互動，如圖2-9。

圖2-9 虛擬物件在 color-band 的圖卡上呈現 資料來源：Lee 等人（2009）

以上是在書本上的應用，而下面會介紹各方面學科上的教學應用，

擴增實境在語言教學的部分，蘇俊欽（2004）藉由擴增實境來進行注音 符號教學，實驗後發現學生的學習成績有進步之外，學生對這樣的教學 有比較良好的學習動機與互動。在系統虛擬物件設計上，設計一些學生 喜歡的卡通角色為虛擬教材和學習夥伴，當學生可與正確答案時，會給 予一些簡單的回饋，如圖2-10。

在 Kirner、Zorzal 及 Kirner（2006）的比較中，有一套英文字母拼 字遊戲，其概念為設計許多英文字母圖卡，在 A～Z 的英文字母圖卡中，

讓使用者去拼湊英文單字。若使用者拼湊出正確的英文單字，螢幕將顯 示出英文字母圖卡上所對應的虛擬物件。在此具有吸引力的環境中，能 刺激使用者的互動及問題解決的能力，如圖 2-11。

(a) (b)

圖 2-11 (a) 拼字對應 (b) 拼字系統 資料來源：Kirner 等人(2006).

Hsieh 及 Lee（2008）將擴增實境圖卡以排列組合的概念，降低圖卡 設計的複雜度，利用擴增實境技術開發英語字彙學習輔助系統，提供教 師一種新的數位媒體教學給予學生不同的學習刺激。如圖2-12，即是設 計成讓學生選取相對應的英文和中文單字卡，當選取的單字卡為正確

（如 Earth 和地球），就會出現該單字的 3D 模型。

(a) (b) (c)

圖 2-12 (a) 辨識兩張圖卡會出現 3D 模型(b) (c) 少一張不會出現 3D 模型 資料來源：Hsieh 和 Lee（2008）

Hsieh 及 Lin（2009）提出一套具有浸入式學習效果的擴增實境英語 字彙學習系統（Augmented Reality English Vocabulary Learning System, AREVLS），結合英文字彙魔法書，學生能與魔法書互動給學生不同的學 習刺激。而學生在家就能透過擴增實境英語字彙學習系統自行學習，在 混合實境中，透過人機互動來增進學生的學習興趣及學習效果。學生選 取圖像卡片的對應英文單字卡，將兩張卡片放在一起，當配對正確時（如 腳踏車圖像和單字），會出現該單字的3D 模型，若對應錯誤，則不會有 東西出現，如圖2-13。

(a) (b)

圖 2-13 (a) 選擇正確圖片及單字會出現 3D 模型(b) 選擇錯誤不會出現 3D 模型 資料來源：Hsieh 和 Lin（2009）

Liu、Tan 及 Chu（2007）導入行動學習於英語會話學習，建立一個 利用二維條碼和手持擴增實境的學習系統HELLO（Handheld English Language Learning Organization）來幫助學生增進英文的程度。系統整合 二維條碼、無線網路、擴增實境、行動計算和資料庫技術。讓使用者在 校園中的某些特定地點，經由手持裝置去拍攝二維條碼，透過辨識給予 使用者該情境的相關英語會話互動。如圖2-14，使用者可以跟系統預設

(a) (b)

圖 2-14 (a) 使用者找到特定點(b) 與虛擬角色進行英語對話 資料來源：Liu 等人（2007）

此外，在科學教育上的應用也不少，在生態教學上，莊順凱（2006）

設計一套溪谷中各種生物的食物鏈系統，製作 3D 模型及動畫後，利用 擴增實境來呈現概念構圖，如圖 2-15，探討學習成效、學習動機與系統 使用性評估。實驗結果發現比起傳統的概念構圖教學，達到更好的學習 效果。當學生在進行溪谷生物食物鏈的概念構圖時，將有關聯的兩章圖 卡放在一起，系統會給予相關動畫回饋。如樹與老鼠，動畫中會顯示樹 長出果實，掉落後，老鼠會過來吃。若兩張圖卡是無關聯的，將不會出 現任何動畫。

(a) (b)

圖 2-15 (a) 完成關連(b) 概念與概念間的 3D 動畫 資料來源：莊順凱 (2006)

地球科學方面，Shelton及Hedley（2002）利用擴增實境呈現地球與 太陽之間的關係動畫，如圖2-16(a)。還有九大行星（莊順凱，2006）及 火山爆發（Woods et al., 2004）的教學，如圖2-16（b）（c）。在動畫的 部分（如火山爆發），都製作的很逼真，並標示一些相關資訊在動畫中。

圖 2-16 (a) 地球與太陽的關係(b) 九大行星教學(c) 火山爆發動畫 資料來源：（a）Shelton 和 Hedley（2002）；（b）莊順凱（2006）；（c）Woods

等人（2004）

其它還有一些教學應用，Chen（2006）建立的化學原子教學，發現 學生會轉動圖卡以瞭解原子間鍵結的部分，如圖 2-17（a）。此研究亦發 現擴增實境在空間的概念教學上，優於書本教材，讓學生可以學習到化 學原子間真正鍵結的模樣。Juan、Beatrice 和 Cano（2008）開發一套擴 增實境系統以進行人體器官的教學，根據學生手指移到的位置，顯現該 部位的相對器官，如圖2-17（b）（c）。實驗讓使用者使用不同的顯示方 式：頭戴式顯示器及螢幕顯示器，實驗結果發現兩種顯示方式沒有顯著 差異，且學生皆喜歡此教學方式，並希望能應用在其它科目。

(a) (b) (c)

(a) (b) (c)

圖 2-17 (a) 化學原子的 3D 模型(b) 虛擬的人體器官(c) 學生用手互動 資料來源：Chen（2006）; Juan 等人（2008）

由上述例子發現擴增實境在教學應用上是可行的，其優點是不同以 往的教材呈現方式，擴增實境不只讓學生沉浸其中，其新奇的視覺效果 及簡單直覺的互動性，能帶給學生更多學習樂趣，並提升學習動機與學 習參與度。將上述研究整理如下頁表2-1。

從表 2-1 發現大部分教學都是辨識單張圖卡後，給予 3D 模型或 3D 動畫教學回饋，圖卡本身只是辨識，不過也有撰寫程式去讀取兩張以上 圖卡的互動方式，像是上述介紹的英文拼字遊戲（Kirner 等人, 2006）、

AREVLS 系統（Hsieh 及 Lin ,2009）和生態教學概念構圖（莊順凱，2006）。

而在顯示器的部分，以螢幕顯示為主，其學習效果都不錯。本研究希望 能提出不一樣的圖卡組合使用方式，讓使用者與系統進行互動，當使用 者組合出正確的配對能出現一些簡單的動畫，引起使用者的學習動機。

表 2-1 相關擴增實境應用在教學的回饋方式、互動方式和顯示方式

AR 在教學應用上，有生態教學（莊順凱，2006）、英語字彙教學

（Hsieh&Lee, 2008, 2009;Kirner, Zorzal&Kirner, 2006）、中文注音教學

（蘇俊欽，2004）、英語會話教學（Liu, Tan&Chu, 2007）、地球科學教學

（Shelton&Hedley, 2002）、化學原子教學（Chen, 2006）及人體器官教學

（Juan et al., 2008）。

在設計模式上包括回饋方式、互動方式及顯示方式，在回饋方式 上，3D模型與3D動畫同為8次，在互動方式上，圖卡辨識使用較多，在 顯示方式上，螢幕顯示較多。為因應使用成本與學生使用狀況，本研究 使用螢幕顯示來結合虛擬與現實世界，唯因實驗對象為 ADHD 學生，為 了在教學上引起學生注意力與學習興趣，需要較新奇的教材，因此本研 究選擇較少使用次數之組合圖卡做為呈現方式。

薛伊辰（2009）將擴增實境用於教學媒體，確實對於引起學習動機、

模擬學習情境等目標有正面的結果。Shelton及Hedley（2002）的教育案 例中，發現在教學實驗裡使用擴增實境教學可以讓老師使用較少量的教 材來進行教學活動，因為AR能夠增加學生的知覺並提高學生瞭解度。而 Kaufmann（2002）指出在教導幾何的空間概念時，使用AR來進行教學，

會得到很好的效果。Billinghurst（2002）指出AR應用在學習上，有以下 的優點：1.透過AR讓學習者流暢地在虛擬和真實環境下，與虛擬物件進 行互動式學習。2.AR將衍伸出一種新的教學和學習策略，這種學習模式，

學生即使是沒有任何電腦經驗也可以進行。3.AR可以讓學習者沈浸於學 習內容中，讓學習不在只是面對著安靜、不動的文字資訊。

ADHD學生在求學階段最為常見的兩個問題為學業成效低落與課堂 上教師衝突，上述兩點其根本原因為學生之注意力短暫且低落；而 ADHD 學生對感興趣的事物所表現的專注程度，與一般學生相比並無顯 著差異。根據上段文字可以整理出擴增實境教學的優點是可將教材用不

同的方式呈現，帶給學生更多學習樂趣，吸引學生注意力，並讓學生沉 浸學習環境中。因此，本研究以擴增實境技術應用在生活科技教學上，

期待能明瞭擴增實境教學對ADHD 學生學習之影響。