擴增實境實驗遊戲

本節討論使用擴增實境技術於教育上之情形，分別就「擴增實境環境」、「擴 增實境在教育上的應用」及「擴增實境結合實驗與遊戲」三個構面來探討擴增實 境實驗遊戲以及對學習的影響。

壹、擴增實境環境

擴增實境(Augmented Reality)介於真實與虛擬之間，其為從虛擬實境延伸出 來的新技術。雖然擴增實境仍保留部分虛擬實境的一些特性，但就融入程度而言 兩者是有差異存在，擴增實境提供了一個複合式的景觀，其場景是真假兼具的，

而虛擬實境則是一種完全融入之環境，使用者的視覺、聽覺與知覺等，都完全在 虛擬實境系統的控制中(王燕超，2006)。因此，擴增實境與虛擬實境最大的不同 在於擴增實境除了可以看到現實的世界外，在同一時間能看到虛擬物件與真實環 境作結合(Alcañiz, Contero, Pérez-López, & Ortega, 2010)。

一般而言，擴增實境可以歸納出三種特性：(1)結合真實環境與虛擬物件；(2) 具有即時的互動性；(3)能在 3D 立體環境進行(Azuma, 1997)。另外，就擴增實境 呈現方式，擴增實境大致可以分成三種類型：(1)有標記圖示。使用特定圖形來進 行影像辨識；(2)無標記圖示。以實際景物或圖片來進行影像辨識；(3)GPS。透過 GPS 定位進而呈現影像。根據這些呈現方式，擴增實境也逐漸應用於商業以及教 育上，以下就擴增實境於教育的應用方式以及在學習上的幫助加以探討。

貳、擴增實境在教育上的應用

當學習應用到更多的感官(聽覺、視覺、觸覺等)進行學習，將能帶來更強大 的學習經驗(Alcañiz, Contero, Pérez-López, & Ortega, 2010)，而擴增實境技術除了 能夠帶來視覺上的感官還能提供實體觸覺的感覺，加上能夠結合真實環境以及 3D 物件，可以讓學習者深入其境融入在學習環境中，而 3D 物件與環境也提供一般

傳統二維平面無法提供的資訊，學習者還能夠以最自然的方式與 3D 物件互動，

因此，透過擴增實境將可以把虛擬與真實無縫地連接起來(Kesim & Ozarslan, 2012)。

隨著擴增實境技術的發展，加上各種載具的研發，擴增實境不在只有透過傳 統的頭戴式顯示器才能使用，在一般有鏡頭工具或可連結投影的電腦，甚至目前 人們普遍擁有的手持式行動設備皆可使用擴增實境技術。因此，擴增實境除了可 以應用於商業部分外，擴增實境也開始被使用於教學上，許多研究也都證實擴增 實境是可以應用於教學且能達到不錯的學習成效。另外，雖然擴增實境是從虛擬 實境所延伸過來的技術，但仍有部分特性的差異，所以擴增實境用於教育上將有 別於虛擬實境的優點。Billinghurst(2002)曾指出擴增實境可以提供獨特的教育益處：

(1)擴增實境可以讓學習者流暢地在虛擬和真實環境下，跟虛擬物件進行即時互動；

(2)使用擴增實境作為教具時，它具有一個實體的操作介面，學習者能較直覺地操 作；(3)擴增實境可以很流暢地在虛擬與真實間轉換，讓學習者沈浸入學習內容中。

此外，Billinghurst 和 Dünser (2012)也提出擴增實境可以用於課堂教學上的一些關 鍵因素：(1)擴增實境技術可以提供足夠的學習經驗，特別是在擴增書以及行動裝 置的擴增實境應用；(2)擴增實境經驗應該是用以補充而不是完全取代傳統教材；

(3)可以幫助低空間能力的學習者去理解一些空間相關的資料。因此，我們得知擴 增實境因為其擁有互動性可以讓學習過程更活潑也可以幫助學習者藉互動加深 學習印象，另外亦具有沉浸性可以讓學習者專注於學習環境，以及透過實體可以 額外提供視覺與感官功能的結合，所以，擴增實境是具有應用於教學上的潛在效 益，而目前已有將擴增實境應用於教育上的相關研究(如表 2-5 所示)。

表 2-5 擴增實境應用於教學

學習領域 研究者 研究結果

醫學教育 Mischkowski, Zinser, Kübler, Krug, Seifert, &

Zöller (2006)

當醫生在進行口部手術時可以直覺地 進行操作，而且可以立即在正確的預 定位置進行操作。

Nikou, Digioia III, Blackwell, Jaramaz, &

Kanade (2000)

使用擴增實境可以減少使用具輻射的 X 光，且能幫助醫生進行微創手術。

科學教育 Enyedy, Danish, Delacruz,

& Kumar (2012)

擴增實境幫助 6-8 歲的學習者對於力 與摩擦能夠有個基本的認識。

Matsutomo, Miyauchi, Noguchi, & Yamashita

(2012)

透過擴增實境系統學習者可以更輕易 地瞭解看不到的磁力線的相關特性。

Dunleavy, Dede, &

Mitchell (2009)

利用 GPS 擴增實境系統可以幫助學習 者間的合作。

Campos, & Pessanha (2011)

Martín-Gutiérrez, Luís Saorín, Contero, Alcañiz, Pérez-López, &

Ortega (2010)

擴增實境書對於學習者在空間以及測 量能有正向的影響。

健康教育 Hsiao, & Rashvand (2011) 學習者的學習成效有明顯地進步且學 習興趣也相對提升許多。

歷史教育 Santana-Mancilla, Garc’a-Ruiz, Acosta-Diaz,

& Juárez, (2012)

擴增實境可以額外提供更豐富的資 訊。

人員訓練 Yim, & Seong (2010) 擴增實境用於核電廠人員訓練減少了 人為的錯誤以及增加了安全性。

Anastassova, & Burkhardt (2009)

擴增實境工具可以幫助合作，也可以 同時分享虛擬影像在實體汽車上。

資料來源：研究者自行整理

從上述研究我們可以歸納擴增實境多半用於幾種學習內容的教育領域上：

1.具規則性操作的知識

當學習內容有一定規則的操作時，從建構主義的觀點，學習者實際動手去操 作將可以加深其印象，由於擴增實境是在真實環境下進行，所以可以讓學習者摸 擬進行真實的操作，而且實際物體的觸控是可以幫助學習去建構出新的知識 (Karal & Reisoglu, 2009)。

2.無法直接從實體觀察得知的抽象知識

有些科學現象無法從肉眼直接觀察出來，這類型的內容對於一般學習者多半 較為抽象，而擴增實境保有虛擬實境的特色，可以額外以虛擬的方式提供相關資 訊，此外，擴增實境除了將肉眼看不到的事物可視化，更能將虛擬與現實環境作 適當結合(Lee, 2012; Salmi, Kaasinen, & Kallunki, 2012)，這將幫助學習者更加容易 理解抽象概念。

3.與空間相關的知識

由於一般空間課程多半以 2 維平面的教材來進行教學，但對於低空間能力的 學習者較難以將 2 維平面轉換成 3 維空間，因此，使用擴增實境可以保留實體物 品讓學習者進行觀察並可同時提供 2 維的虛擬影像來讓學習者對照學習。

Kaufmann 和 Schmalstieg (2003)也指出透過擴增實境可以幫助改善學習者的空間 相關概念。

由於化學反應課程是一門較抽象的學習單元，在化學反應發生的過程中，雖 然可以看到進行化學反應物體表徵的變化，但對於為何有此改變的原因並不能單 純從觀察得知，例如：化學反應進行時原子會進行重新排列。因此，透過虛實整 合的擴增實境學習環境，將虛擬資訊或物件融入真實環境中是可以幫助學習者更 加瞭解所要學習的內容(Ariyana & Wuryandari, 2011)。此外，在化學反應的相關實 驗有些是需要一定程序性的操作步驟，學習者除了可以透過這些操作步驟來加深 學習印象，也可以從每一步驟所發生的化學現象找出其化學原理。另外，擴增實

境也可以用來避免在實驗室所會遇到的問題(Andujar, Mejias, & Marquez, 2011)：

在實驗室裡，無論是軟硬體都是資源有限的；實驗室的器材是相當昂貴的，無法 為每個學習者都提供個別的器材。若實驗是需要用到火或是一些強酸強鹼等高危 險性物品，當學習者沒有足夠的使用經驗或是相關知識時，往往容易造成一些無 法挽回的傷害發生(Sokan, et al. 2010)。因此，研究建議使用擴增實境來建置學習 環境。

參、擴增實境結合實驗與遊戲

目前的電腦遊戲主要注重於電腦畫面中所呈現的 2D 與 3D 虛擬環境，較少 有與實體進行互動(Cheok et al., 2004)，而一般的教育遊戲也是如此，然而，因為 環境會影響到學習者的學習情緒，所以當學習者在一個真實的情境底下學習是可 以增強學習者的學習經驗(Zhou, Cheok, & Pan, 2004; Guazzaroni, 2013)。而擴增實 境結合遊戲除了可以保留遊戲的趣味性，其呈現的方式，對於學習者來說也是較 新奇特別的經驗(Cheok, et al. 2004)，另外，擴增實境遊戲可以額外帶給使用者真 實感與存在感，並且他是第一人稱的視角在真實世界與虛擬物件進行互動，這將 有別於一般第三人稱視角更具有臨場感(Von Der PüTten et al., 2012)，而且對於學 習者的學習動機也有正向的提升(Alem, Furio, Juan, & Ashworth, 2011)。

一般的虛擬實驗都是以操作的演練為主軸，但這可能造成學習者只記住操作 的步驟，對於實驗內容背後的涵意沒有更深入地瞭解，所以透過遊戲任務以及遊 戲目標來幫助學習者在操作的過程中也有進行思考。另外，擴增實境的學習環境 對於在學習困難的概念可以比使用傳統實體教材還要快速習得概念(Liarokapis &

De Freitas, 2010)，而且在擴增實境遊戲所習得的知識概念也能容易地遷移至真實 經驗中(Echeverría et al., 2012)。所以，若讓學習者於擴增實境的學習環境以實驗 以及遊戲來學習化學反應相關概念，將有機會提升學習者的學習成效以及學習動 機。