擴增實境技術於教育之應用

擴增實境技術發展至今，研究者與系統開發者已經將擴增實境應 用到非常廣泛的領域之中，在教育領域中也不例外。擴增實境的特性 可以讓抽象概念具體化，也可以設計互動內容，對於學習上更加多元 化。因此本節將討論擴增實境在教育與學習領域的研究成果。

1. 蘇俊欽(2003）應用擴增實境於中文注音符號學習之研究。研 究中應用擴增實境於拼音教學，以技術輔助兒童學習注音符 號，並設計許多輔助工具以增加教學的互動性與趣味性，加 強提升與學習效果。

2. 徐嘉壯(2006）將「增強實境」應用於教學之研究，並以國小

「自然與生活科技」領域課程單元為例。研究中發展一套AR 輔助教學系統(Augmented Reality Aided Instruction System, ARAIS)，運用 AR 的互動教學遊戲及評量測驗教導國小五年 級自然與生活科技「奇妙的水－小水滴的旅行」單元。學生 透過肢體動作直接和系統互動，無需使用滑鼠與鍵盤。研究 主要探討AR 即時互動和結合真實環境與虛擬物件的特色，

相較於傳統教學的方式，對於學習者之學習興趣以及對該章 節相關概念之釐清有無影響。研究結果顯示，系統偏好中的 鼓勵與獎賞、挑戰性、競賽、身體活動以及合作學習構面與 後測學習動機具有顯著的相關性。教材內容、教學活動以及 系統方面，若能設計成情境式以及建構式學習環境，會有顯 著的影響。

3. 范丙林、薛威明與蔣丏(2007)應用圖卡式擴增實境於電腦輔助 教學之設計。研究中利用擴增實境的技術提供立體空間上的 輔助教材，幫助抽象概念的思考。搭配多媒體電腦輔助系統，

使的學習者能在課程之外自己加強學習，增進學習的動力及 效率，讓學習上的問題能在短時間內得以解決，增強學習意 願。而圖卡的使用可以幫助擴增實境在電腦輔助教學上操作 更為直覺性，同時也能提供作為抽象概念解決的輔助教材。

4. 謝承勳、陳奕桓、沈彥廷(2009)研究運用擴增實境與動作感測 技術於幼教遊戲開發-以打地鼠為例。他們利用結合標記式擴 增實境與Wii 控制器的動作感測技術設計一款低成本、具備 高互動性與趣味性的幼教遊戲軟體。既可用來吸引幼兒對於 遊戲的注意力，也不用擔心被破壞。進而搭配Wii 控制器來 偵測敲擊動作，並於擊中時發出振動作為回饋，目的為達到 訓練幼兒肌力與反應能力。

圖 31.使用Wii 遙控器打擊地鼠(謝承勳、陳奕桓、沈彥廷，2009) 5. 魏綺亭與陳依琦(2009)探討擴增實境(Augmented Reality)應用

於國小九大學科領域之初探研究。研究中探討擴增實境具有結 合真實與虛擬、即時互動與空間定位三大特性，並且認為在國 小七大學科領域當中，並非所有的學科均適合使用擴增實境融 入教學。由於研究中並未針對學習形式等進行討論，因此建議 未來可以針對學習型式與各學科融入擴增實境的部分進行深 入討論。

6. Tan, Lewis, Avis, & Withers(2008)利用擴增實境的技術來模擬 許多不同的材質在不同情況(如高溫燃燒)下的反應及變化，且 用於教學實驗上。學生可以自行選擇材質定義圖卡，觀察燃燒 的狀況，了解其材質的化學反應。並且設計簡易的遊戲讓學生 可以針對材質的特色進行分類，如金屬類、自然材質類、陶瓷 類和聚合物等。透過擴增實境的特色，能夠輕易地在一般教室 進行許多小型實驗，讓學生觀摩與練習並得到正向回饋。

圖 32.模擬畫面與分類遊戲 (Tan, Lewis, Avis, & Withers, 2008)

7. Irawati, Hong, Kim, & Ko(2008) 在研究中將擴增實境技術應 用在教學物理課程上，藉由AR 特性展現一些平常課程上不容 易呈現的效果，如骨牌效應、入射角及反射角，以及碰撞反 應等。以往的骨牌效應，若要做到讓學生印象深刻的表現，

往往需要大量的時間及骨牌以建置其環境，且在建立過程常 因為不小心的碰撞造成時間上的損失，因此使用AR 技術能將 虛擬骨牌融入真實課程之中，節省時間成本。

圖 33.以擴增實境技術發展骨牌效應(Irawati, Hong, Kim, & Ko, 2008) 8. Kaufman(2003)開發出一套用擴增實境系統來教導幾何學的軟

體，並指出在教導幾何的空間概念時，使用 AR(擴增實境)來進 行教學，會得到更好的效果。當然，他認為目前被學校普遍使 用的機會很小，因為要花費較多的錢和操作技術上的問題。

圖 34. 圖左圖為操作幾何方塊的教師，右圖為學生與投影幕上的影像互動 (Kaufmann & Schmalstieg 2003)

9. Kerawalla, Luckin, Seljeflot, &Woolard (2006)提出一種利用擴增 實境的教學方式與教材，其教學課程使小學科學教育課題以生 動的方式展示出來，教學中使用擴增實境展示太陽與日夜轉換 之關係。他認為應用擴增實境融入教學內容時需要考量，並且 根據其研究開發的教學系統使用過程與教學實驗結果提出建 議。為了避免應用新科技於教學結果卻變成尖端的科技展示，

研究中提出下列幾個方向供未來研究者參考：

(1)應用擴增實境技術的教材應根據老師的需求設計，並可以提 供教師增加與刪減內容。

(2)與傳統的教材相比，結合擴增實境技術的教材需有更廣泛的 內容與教材的深度。

(3)系統設計必須考慮學生的參與，並仔細規劃教學內容以提供 足夠的學習機會。

(4)開發擴增實境的教學軟體程式時應考慮學習脈絡的因素，並 以其為教學軟體的最重要考量因素。因此教學軟體程式須以 教師或學生為中心來設計其系統。

圖 35.擴增實境展示太陽與日夜轉換之關係 (Kerawalla, Luckin, Seljeflot, & Woolard, 2006)

10. Shelton 和 Hedley(2002)在” Using AR teachering earth-sun relationships to undergraduate geography students”的教育案例 中，指出對於九大行星的實際教學實驗中，跟目前的電子器材 教學( 包括了線上的 2D 圖片顯示)，擴增實境教學系統可以讓 老師做最少的教學練習，用最少的教材或低成本來進行教學。

而用擴增實境來進行教學，因為系統的立即回饋及互動性，可 以讓學童更容易了解學習。

圖36.教師透過 AR 教具進行九大行星的教學

11. Billinghurst(2003)指出擴增實境可以提供獨特的教育益處：

(1)使用它當教具，可以讓學習者流暢地在虛擬和真實環境 下，跟虛擬物件進行互動。(2)使用 AR 作為教具，它將演伸 出一種新的教學和學習策略，即使是學生沒有任何電腦經驗 也可以進行。(3)AR 可以讓學習者沈浸入學習內容中的特 質，讓學習不在只是面對著安靜、不動的文字學習。

12. Kikuo and Tomotsugu (2005)指出擴增實境(augmented reality) 可以提供學習者一種新型態的學習工具，而在發展上，也充 滿著很大的發展空間。

圖 37.學習者透過頭戴顯示器學習火山爆發的過程

而依據以上的實際教育例子，我們可以綜合得知擴增實境運用於 教育上的好處會有下列幾點：

1.互動性：可以讓學童間輕易地操作並討論。而且這種視覺和聽 覺的刺激，會讓學童感到新奇，而提升學習動機，而改變其先 備知識。

2.知覺的回饋：是以 3D 即時模式呈現在學童眼前，而且是讓學 童整個浸入到虛擬物件和真實環境所組成的空間中。

3.空間的關連性：每個虛擬物件、真實物件和環境的空間關系，

可以很容易的辨認。

4.學習的新奇感：由於擴增實境新奇呈現知識的方式和簡單、直 覺的互動性，因此，多媒體所可以帶給學生的學習樂趣，並且 引發出學習動機和學習熱枕，在擴增實境中也可以達到。

因為在教學課程中有些情境是無法用傳統教具來模擬的，如磁力 線的分佈無法利用肉眼看到，或是立體的概念只能夠透過腦中想像的 畫面來推測。而有了虛擬實境的技術，透過場景的建構與操作不同物 件的特性，讓學習者能利用眼睛觀看抽象的的科學概念，增加理解力 與學習自信心。而藉由擴增實境技術應用於教學設計，可以創造更豐 富的教學教材及多元的學習方式，提升學生的學習成效，排除教學與 學習上的困難與障礙。將科技融入教學中，擴增實境提供了比鍵盤滑 鼠更直覺、自然的互動途徑，老師及學生都能從中獲益。本研究者彙 整目前國內已經將擴增實境技術融入教育之相關實證研究整理如下：

表 3 擴增實境融入教育之相關的實證研究

表 4 擴增實境融入教育之相關的實證研究

表 5 擴增實境融入教育之相關的實證研究

由以上所列之研究實證結果可得知，將擴增實境軟體應用於教育 方面大部分皆為正向評價居多，而且發現藉由擴增實境技術融入教 學，其學習成效優於傳統教學方式所得。也發現研究者利用擴增實境 的特性融入合適的教學單元或是學習活動中，讓學習者在創造出的近 似真實環境中學習，除了情境、圖像因素可引起學習者的學習動機，

其互動模式也可讓學習者在操作過程中達到成就感，增加學習者的專 注力，進而提升其學習興趣。