擴增實境與科學史教學

壹、擴增實境的發展與特色

擴增實境（Augmented Reality）屬於真實環境與虛擬資訊的混合（Milgram et al., 1995），其概念如圖 2-1 所示。將真實環境與虛擬環境視為一個連續的封閉 集合，集合左邊的端點為真實環境，右邊的端點為虛擬環境，中間的區段則是 真實與虛擬混成的混合實境；「擴增實境」即屬於左邊較接近真實的區段，呈現 真實世界的場景與電腦虛擬影像的合成畫面。也就是說，使用者會看到真實與 虛擬的物件同時存在一個相同的空間中。王燕超（2006）認為擴增實境系統，

並不僅是畫面重疊顯示（Superimposition），其困難是在「真」、「假」融合當 中，所有呈現的訊息知識之正確性與完整概念的清晰表達程度。

圖 2-2 真實－虛擬連續性示意圖（Milgram et al., 1995）

Azuma（1997）提出擴增實境包括三種特性：結合虛擬與真實、即時性的互 動、以及在三度空間中運作。其基本硬體需求包括：(1)用來捕捉真實影像的攝 影鏡頭，(2)虛擬物件的儲存空間，(3)能即時組合虛擬與實體或模擬三維空間的 處理器，以及(4)讓使用者與真實、虛擬物件進行互動的介面( Azuma, 1997;

Billinghurst, et al., 2001 )。除了基本的需求外，擴增實境亦能加入其他的技術，

使其應用更為豐富，例如 GPS 技術、圖像辨識、語音系統、網路資源存取、直 覺式介面等( Johnson, et al., 2010 )。透過 GSP 技術，能定位使用者在真實世界的 位置，傳送地理周遭相關的虛擬資訊；圖像辨識功能，能辨識真實世界中的圖 像，將其指定為「觸發圖片( Trigger )」，並於真實圖片上疊加指定的多媒體或虛

真實環境 擴增實境 擴增虛境 虛擬環境 Real Augmented Augmented Virtual Environment Reality(AR) Virtuality (AV) Environment

擬物件；網路資源存取，能提供使用者連結，分享與檢索社群媒體的內容；直 式介面，運用真實物件即時進行互動操作（Billinghurst, 2002）。近年來由於行動 裝置的興起，使得擴增實境的應用有了改變。原本需配戴頭戴式顯示器才能觀 驗。Billinghurst（2001）設計開發 Magic Book，將真實的書跟虛擬物件做整合 呈現，將動畫內容融入、疊加在書本不同單元裡，讀者在閱讀時仍保有一般翻 書的動作，在觀看時卻可以看到虛擬的模型動畫，讓閱讀者在真實的閱讀經驗 中，感受虛擬資訊刺激，也提供一個較為新奇有趣的閱讀體驗。Bimber、

Fröhlich、Schmalstieg 與 Encarnação（2006）將擴增實境應用在博物館的展示設

計，參觀者配戴頭戴式顯示器，觀看展示台上的恐龍化石，即會看到化石轉變 成有肌肉和皮膚的恐龍原始面貌，並提供相關部位的解釋說明。范丙林等人

（2008）研究擴增實境系統輔助國小數學幾何教學，搭配視訊與圖卡作為教材 及電腦的輸入裝置，藉由視訊讀到不同的圖卡產生相對應的立體圖與展開圖，

在螢幕上回饋影像或影片給使用者；其結果顯示，擴增實境幫助學生將抽象及 空間概念具體化，在學習上比傳統教學更具效果。Shelton 與 Hedley（2002）的 教學案例中，發現在九大行星的教學實驗裡，使用擴增實境教學可以輔助教師 使用簡易教材進行教學活動，亦能增加學生知覺並強化理解。

綜上所述，擴增實境能搭配在不同的裝置媒體上使用，可以有效地將資訊 與內容透過真實環境與虛擬物件傳達出來，讓使用者在真實的環境下，與虛擬 物件進行互動，讓學習不再面對靜態的圖片與文字，亦能增強學生對於學習內 容的理解與感受，協助將抽象概念具體化，提升學習效果。

貳、歷史人物影片呈現方式

Becker（2000）認為，影音能刺激與提升學生的學習動力，近年來科技在影 音製作上的進步，使視聽媒體更加多元呈現，亦更深入學生的生活。Becker、

Carson、 Long 與 Miller（2002）發展一套「MindWorks」科學史多媒體課程，

內容為一系列適合中學物理的教學模組，利用科學史影片作為建立情境的錨定 物，藉由在歷史情境中嵌入所欲呈現的內容，來幫助學生進行科學學習。此種 包含動態的影像與聲音的影片，能突破侷限文字與口述所不能表達的細節與背 景，亦能更清楚、具體增添文字所未能傳達的人物情感與情緒（Duveen &

Solomon, 1994）。

一般教師於課堂中安排學生影片欣賞，多數透過電腦與單槍投影機進行播 放，全班同時觀看，若學生對影片內容產生任何問題時，無法及時提出，教師 也難以提供及時回饋（鄭子善等人，2007）。應用擴增實境讀取影片，選擇瀏覽 式介面呈現，對學生較為直觀，學生也可透過手持式行動裝置隨時隨地進行學

習（范丙林等人，2008）。

參、擴增實境與歷史人物教學

Billinghurst（2002）指出將擴增實境運用在教育上可提供三個特色：（1）提 供學習者在虛擬和真實環境之間，無縫進行互動；（2）學習者能透過直覺的介 面來進行操作；（3）能讓學習在虛擬與真實環境間順利地轉換。Rupf（2004）

認為電腦科學史有許多優點，再加入「人」的優點後，可以讓科學變得更加有 趣，可以營造科學家當時的社會情境，提供學生想像，甚至模擬科學家面對問 題時解決問題、並傳達科學家的勇氣、發明才能、和希望，啟發學生對於學習 的興趣。

McNamara（2011）指出透過擴增實境，我們能夠在讀者想要時顯現資訊，

不注意時隱藏資訊，減少中斷的因素，讓擴增實境系統的運用更加人性化。范 丙林等人（2008）研究發現，擴增實境能培養學生在課後進行自我學習，更由 於其能將抽象及空間概念具體化，在學習上能比傳統教學更具效果；由於沒有 課堂上同儕之間的比較，學習效果也比傳統教學好，帶動學習者在課堂上的學 習態度。

綜上所述，透過擴增實境讀取歷史人物影片進行學習，可以突破教師於傳 統教學中，侷限於文字與口述所不能表達的細節與背景，亦能更清楚、具體增 添文字所未能傳達的人物情感與情緒（Duveen & Solomon，1994）。擴增實境技 術具有取代網際網路功能與應用方面的潛力，提供豐富的知識方式，學生也可 透過手持式行動裝置安排自己的學習進度，不被時間與空間限定，隨時隨地進 行學習（Bower, Howe, McCredie, Robinson, & Grover, 2014）。