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爬梳百篇近10年擴增實境研究 學習學程張欣怡率研究團隊探討AR教育應用成效

  數位化時代,教育科技不斷推陳出新,擴增實境(AR)技術也成為教育領域高度關注的技術之一。臺灣師範大學學習科學學士學位學程講座教授張欣怡率領研究團隊,與多位數位學習領域專家與教授共同著手將過去十年與AR相關的研究內容,進行一系列的回顧與後設分析,深入探討AR在教育中的應用成效。研究發現,AR技術有助於培養學生實作能力,但如何精心設計AR課程,並有效結合虛擬與真實情境,是當代教育工作者面臨的新課題。

  張欣怡擅長開發數位科學課程與學習活動及鷹架,並鑽研影響學生科學學習的關鍵因素,近5年在科學教育、STEM教育、以及線上學習等領域均有貢獻,不僅自2022年起連二年榮登全球前2%頂尖科學家「2023年度科學影響力排行榜」,更榮獲112年度「國科會傑出研究獎」殊榮。 

  擴增實境(AR)是一種將虛擬資訊與真實環境結合的技術,不僅能為學習者提供身歷其境的學習體驗,也能提高學生的學習動機,還能有效協助學生掌握知識,但實際效益如何,卻缺乏實證研究。

  張欣怡率領研究團隊與數位學習領域專家合作,一同爬梳2012年至2021年的資料,從2000多份研究論文中,一共篩選並分析了134篇研究論文。這些研究分別探討AR對反應、知識和技能表現的學習成果,涉及超過一萬名學生,並涵蓋各個教育階段,以及多元的學科領域。值得一提的是,2012年間研究AR主題的論文僅約2、3篇,一直到2019年後開始大爆發,疫情後更可以看出一道研究趨勢,顯示為近年研究圈的熱門話題。

 

圖說:相較於沒有使用AR的教學,有使用AR教學對於學生的「實作技能」(performance)有大的效果量(平均為0.739)。
圖說:相較於沒有使用AR的教學,有使用AR教學對於學生的「實作技能」(performance)有大的效果量(平均為0.739)。
 

   而在這十年間的研究資料中,若與傳統教學相比,AR教育科技在所有三個學習成果上都有益處,對技能表現的影響效果更大。這一項發現,也可看出AR技術在培養學生實作能力方面,藏著巨大潛力。

  研究結果指出,AR的應用效果,在不同學科和教學設計上也有所差異。根據後設回歸分析結果,以語言學習和社會學科為主題的AR課程,透過AR技術,將抽象概念具象化,使學生能夠身歷其境地探索學習內容。例如,學生可以透過AR技術觀看歷史場景的重現,或與虛擬的歷史人物互動,這些互動式學習方式,大幅提升了學生的學習興趣。

圖說:本研究使用後設回歸,結果顯示AR教育科技融入教學的時間愈長,對學習的效果量愈大。
圖說:本研究使用後設回歸,結果顯示AR教育科技融入教學的時間愈長,對學習的效果量愈大。

 

  不過,在自然科學領域中,雖然AR課程帶來的3D視覺,能帶著學生看到太陽系中的九大行星,甚至是「親臨」解剖現場,但當過度使用3D視覺效果,反而會導致學生產生「Deceptive Clarity」(虛假清晰感),也就是說,學生可能會誤以為自己理解了內容,實際上卻仍是一知半解。或是當課程時間較短,例如只有一節課使用AR,也可能導致教學效果不如預期。

  將AR技術應用在教學現場,看似利大於弊,張欣怡提醒,當教學現場在應用這項技術時,仍應該謹慎對待。尤其過去許多AR應用中的3D設計,由於解析度不足或設計不完善,反而讓學習成效下降。因此,如何精心設計AR課程,並有效結合虛擬與真實情境,成了現代教育工作者眼前的一大挑戰。

  為了避免學生因3D效果而產生錯誤理解,張欣怡建議,未來的AR教學,應注重3D設計的質量,並合理使用2D或1D的視覺化效果,以提升學生的學習成效。此外,她強調,教育者應根據不同學科的特性和學生的學習需求,量身打造合適的AR教學設計,將該項技術發揮最大的潛能。(採訪撰文 | 由本校公共事務中心提供)。

 

原文出處:Chang, H.-Y., Binali, T., Liang, J.-C., Chiou, G.-I., Cheng, K.-H., Lee, S. W.-Y., Tsai, C.-C. (2022). Ten years of augmented reality in education: A metaanalysis of (quasi-) experimental studies to investigate the impact. Computers & Education,191, Article 104641.https://doi.org/10.1016/j.compedu.2022.104641 

張欣怡 講座教授 | 學習科學學士學位學程

目前擔任《International Journal of Science and Mathmatics Education》(SSCI)的副主編、《數位學習科技期刊》(TSSCI)的共同執行副主編、《Science Education》(SSCI)編輯委員、以及科學教育學刊(TSSCI)編輯委員。研究領域涵蓋科學探究教學平台、電腦模擬與視覺化學習與評量、設計研究法。113年度獲國立臺灣師範大學講座教授、近二年榮獲全球前2%頂尖科學家「年度科學影響力排行榜」,今年更榮獲112年度「國科會傑出研究獎」殊榮。