研究 研究 研究 研究的貢獻 的貢獻 的貢獻 的貢獻

第二節 第二節

第二節 研究 研究 研究 研究的貢獻 的貢獻 的貢獻 的貢獻

研究者所架設之虛擬物理實驗室，經由使用者操作測試之後，發現虛擬物理 實驗室在教學與應用上具有傳統教學所無法達到的學習效果，說明如下：

一、不受時空限制

雖然部分使用者表示與虛擬物理實驗室比較起來，實際操作的實驗系統操作 者會具有較深刻的印象。但是，不能否認的虛擬物理實驗室之不受時空限制的特 性，讓它在教學的應用上佔了相當大的優勢。學生不僅不須親身到達物理實驗室 操作實驗器材，對於不熟悉的實驗還能反覆的練習直至熟稔為止，這些都是傳統 物理實驗室達不到的。另外在實際操作上，虛擬物理實驗室省去實驗器材裝置所 花費的時間，也相對增加學生操作的次數，可彌補學生未能實際觸摸實驗器材而 較無印象。

二、重複性

虛擬物理實驗室建置完成之後，具備了教材可重複使用之優點，由研究者設 計發展完成系統後，則使用相同教材之教師可共同分享此資源，使教學品質更加 提升，並避免資源的浪費，產生更高的經濟效益。

三、真實情境模擬

虛擬物理實驗室系統雖無法完全取代真實的情境，但是在情境所產生的模擬 上，卻具有相當之優越性，教師進行碰撞實驗時可採用虛擬碰撞學實驗來進行實 驗說明，讓學生熟悉操作流程已達到事先預習的效果，而當真實物理實驗操作完 畢，虛擬物理實驗室亦是相當好的複習教材，可充份增加學生的學習印象。

綜合以上之論述，本系統所發揮之學習不受時空限制、重複性和真實情境模 擬之優點，故而虛擬物理實驗室操作系統，確是一項值得發展的教學研究。

第三節 第三節 第三節

第三節 研究發現 研究發現 研究發現 研究發現

資訊技術的發展對教育的影響與日俱增，而虛擬實境的出現無疑提供了學生 學習的一種新模式。虛擬實境在教育的應用是相當具有發展前景的，它可以彌補 其他教學媒體如文字、圖片、2D動畫的不足。在需要使用三度空間學習的學科上，

虛擬實境可以讓使用者從不同視角觀察現象、並可操控物件且與教材互動，虛擬 實境更是為使用者提供了一個觀察探究、主動學習的環境。因此，研究者本於上 述虛擬實境之優勢，欲創造出一個虛擬物理實驗室，盼能作為普通物理實驗教師 教學的另一種選擇，在整個研究過程中，研究者發現些許虛擬物理實驗室發展上 的困境與限制，分別條列如下：

一、在教學上應用仍有發展空間

在研究者確定研究主題，開始蒐集相關文獻之後，研究者發現儘管虛擬實境 技術在民國八十三、八十四年當中已經為教育界熱烈討論，許多專家學者皆認為 虛擬實境將是未來多媒體教育的明日之星（何敏煌，民83）。然而，在接著的幾 年當中國內虛擬實境在教育上的應用卻沒有如專家所預言的蓬勃發展。或許是因 為電腦軟硬體設備未能達到所要求的標準，或是虛擬實境技術跨入門檻太高。因 此，在某些專業的領域發展虛擬實境的人力資源較充足，所以在這些專業領域應 用的相對較多，在基礎教育上的應用案例數量就少了許多，且大部分案例都專注 於虛擬校園導覽上，少有發展應用於虛擬實驗課程上。

二、參考資料稀少

由於以往使用虛擬實境的對象屬於某些專業領域的少數專業人員，市場小所 以相對的廠商願意出版相關的書籍意願也不高，所以在研究初期參考書籍相當稀 少。因研究者本身並未具有程式編寫能力的背景，於是選擇較為容易上手的虛擬 實境軟體Virtools，雖然較為簡易但是在學習此軟體時研究者也常倍感艱辛，國

內相關的參考書籍實在相當稀少，所幸這二、三年內代理Virtools軟體的台灣愛 迪斯公司，不定期於各地舉辦教學研習，才使得研究者的研究稍稍上軌道。目前 台灣各大專院校開始有相關的教學課程開出，也陸陸續續有應用虛擬實境技術的 案例出現。

三、數值的準確度有待提升

將虛擬實境應用於實驗教學，最大的問題在於實驗操作經常需要取得較為精 細準確的數據，因此從3D物件設計乃至於虛擬物件擺放位置上，都會對數據產生 巨大的影響。所以操作虛擬實驗室所獲得的數值會有所誤差，研究者常會因為數 據上差距太大而花費許多時間來排除問題。然而，儘管研究者灌注了許多心力，

虛擬的物理環境中所取得的部分數據卻仍然與理論值有相當大的誤差，這樣的問 題其實可以使用Virtools當中的運算模組，將數據經過運算修正至接近或等於理 論值，但這樣卻已失去虛擬環境的意義。因此研究者很遺憾的發現虛擬物理實驗 室，似乎不太適合應用於需取得較精密數值的碰撞實驗課程。

第四節 第四節 第四節

第四節、 、 、建議 、 建議 建議 建議

本研究所發展之虛擬物理實驗室具有提升學習興趣、加強物理概念學習及可 跨越時空限制的優點，對於教學上有所助益，然而因本身虛擬性與技術發展上仍 有其侷限性與阻礙，有待進一步突破與克服外，也因研究者時間、能力與經費所 不及，研究尚有不周詳處，是以提出建議，以作為未來發展與研究方向之建議與 參考。

一、增加課程教學內容設計

目前本虛擬物理實驗室只設計了滑車碰撞的物理實驗，來探討動量及機械能 守恆，教材設計的內容還不多，未來可陸續的增加不同課程的虛擬教材，增加虛 擬實驗教材的廣度，除此之外，尚可探討其他自然學科的可行性，如生物科、化 學科以及地球科學等。

二、更具彈性之操作介面

蘋果電腦的ipod在全世界造成熱銷，最主要的原因在其人性化的介面，因此 若希望虛擬物理實驗室能夠廣為推廣、有高的使用率，「簡單易上手」的人性化 介面絕對是必需的要件。而且，虛擬實境教材最主要提供學生一個主動探索的環 境，在環境的設計考量方面，應盡量提供各項充足的資訊及設計如多方視角、物 件標示、重要標的突顯，以及操控便利的控制鍵，讓使用者在自主探究時能方便 地操控環境及物件，以觀察其所要了解的現象，及所欲獲得的數值。一個功能強 大使用成效顯著的輔助教學軟體，若具有太高的進入門檻，也會讓使用者望之怯 步，欲發揮虛擬實驗室最大的效益，介面簡化是相當重要的決定因素。

另外，在本研究的虛擬物理實驗室當中，滑車物件的質量、摩擦力、彈性係 數，礙於時間及人力上的因素，都由研究者事先設定完成，未來若能由使用者自 行由操作介面輸入，相信會更貼近使用者的需求。