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明日教育 今日掌握

未来教与学的混合实境科技

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工学院工程教育创新中心主任陈锐斌教授身处科大特别设计的混合实境教室。这个全港首创的教室,为网上和面授学习提供了多个崭新的教学方法。
工学院工程教育创新中心主任陈锐斌教授身处科大特别设计的混合实境教室。这个全港首创的教室,为网上和面授学习提供了多个崭新的教学方法。 [Download Photo]
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疫情之下,工学院正加快步伐,在虚拟世界及网上教育发展引入工程设计意念,从而开拓提升学习体验的创新教学法

混合实境技术可以创造各种可能,包括学习如何透过虚拟实验室做实验;与世界另一角落的同学实时协作完成课业,就像他们也同处一室;还有及早学习三维虚拟设计和建模技能。

新冠肺炎防疫限制为大学的教与学带来了重重挑战,面授课堂和实验室训练首当其冲。然而,对陈锐斌教授来说,这次长达18个月的危机也迎来了意料之外的机会,还拓阔了工学院改善教学法的视野、提升了学习体验,更燃起了学生投身工程师事业的热诚。

陈教授是学院的工程教育创新中心(E2I)主任,该中心专注于探索前沿教育,以确保工学院的教员和学生均可以加深对领先工程教学研究的了解,并获得以此为基础的学习资源。

中心最近设立了全港首个混合实境教室,这项教与学设施结合了虚拟实境和沉浸式网上学习等元素,陈教授对此特别兴奋。此外,在个别课程中采用协作式网上学习软件能加强学生互动,而虚拟三维建模软件则能提升设计技巧。

混合实境

这个由科大设计的课室内置网上教学设备和室内定位系统,让导师和学生可透过不同方式投入混合实境的教与学。约6080名学生可以在教室的正常座位设定下上课,如需进行小组互动,课室则可容纳约50名学生。混合实境也可以照顾遥距上课的学生,以及面授和网上同时进行的课堂。现时,这个课室的特点包括:

i) 虚拟实境录影场景,包括由大学设计的动态摄录系统,让导师可以为学生录下可供于「虚拟实验室」进行的实验。学生戴起头戴式装置和使用控制器,便可以触摸和使用在虚拟实验室中所看到的设备,这些设备都是按真实世界所需要的每一件物件特别建立的三维模型。如此,学生便能按导师的指引进行实验。在虚拟环境中,导师和学生都以虚拟化身来代表。疫情等因素或会令实体实验室使用受限,上述场景除了是这些情况下的其他选择,还可以提供额外用途,例如在真正进行实验室工作前反覆预演而无需使用真正的物料,也可减低设备安全忧虑。中心目前已为土力工程三轴测试单元设立了虚拟实验室的试行。

ii) 大型曲面屏幕配合室内定位系统,可提供三维立体显示。系统可以追踪导师的头部位置和面向,然后建立错觉效果,令导师融入屏幕内的影片。据陈教授所说,这种做法可以令网课学生不觉得自己只在看著面授同学上课的影片,而是更踏实地与教室内的老师、学生一同实时互动。这个「一个课堂、两个课室」(包括面授和遥距学习两组同学)的方式,已经联同中国内地、南韩和日本的大学进行了多次应用。

网上互动

E2I团队在工学院的「21世纪重大挑战的工程解决方案」共同核心课程上采用了Miro 网上协作式白板软件平台。这个课程一向重视学生在课堂上的高度参与,学生透过Miro可以利用自己的鼠标一同合作。在40名学生的课上,同一块Miro白板便会显示40个滑鼠鼠标,老师可以监察每位同学的进度,以及他们如何参与小组作业。学生可以一边在Zoom的小组房间内就获指派的任务进行分组讨论,一边把相关的资料和便条贴到白板上。他们也可以「获准」观摩其他团队如何应对某个任务,令整个课堂体验变得非常互动。 2021年的新冠疫情,令这个由陈教授任教的课程改在网上授课;课堂笔记、课前预习和课堂活动都要重新改动,以配合Miro平台进行,但是成果『远远超越了我们的想像』,陈教授补充说,其中一些活动使用Miro时比面对面进行更能唤起学生的投入程度。

三維建模

在专为一年级同学而设的「首年基础工程设计课程」中,学院引入了三维设计和建模软件Blender和互动实时内容建立平台Unity两个工具。在疫情爆发以前,这个体验式学习课程主要涉及设计和动手制作实体工程作品。在202021学年间,同学都留在家中学习,所以课程也改为教授如何设计和建立虚拟三维模型。两种科技工具的结合,为学院的学生提供了迫真的感觉、启发无限的设计能力,更带来了发挥创意的新方式,让他们率先投入发展迅速的虚拟三维建模领域。这个基础课程也使用了Miro来训练创意,有助提升团队合作。

教学相长

陈教授特别指出,在困难的环境下运用这些高科技工具不仅仅是为了方便,而是为求提升教学质素,以及为学生创造更具影响力的学习体验。

他说:「我们正努力营造超越面授的不一样体验。」为确保实现这个目标,中心在推行各项科技应用前,会先开展深入的试行过程,包括定期与成员开会讨论新选项,然后在课堂或工作坊测试可能选用的软件,了解学生是否对有关科技感到满意。 「这是我们不断反覆进行的过程。」

他解释指,E2I 2010年成立以来,已测试过数以百计的软件和教学工具。老师和学生对几个工具有较佳体验,而那些工具都是由中心引入的。由于使用新科技很多时候需要经历艰辛的学习过程,中心成员往往就是把教学创新变成实践的先锋。这样,E2I的导师便可为其后参与使用新工具的老师提供训练。

尽管陈教授不认为虚拟实验室会在此时此刻完全取代实体的实验和测试,他却提醒我们科技的发展是一日千里的。两三年前,连续两小时戴上虚拟实境眼镜会令人却步,因为眼镜本身比较笨重,而且有连接线牵绊。 「即使你眼中看到整个虚拟世界,你也会因为所穿戴的设备而感到眼前所见都是假的。现在,新型虚拟实境眼镜已不再带线,非常轻巧,甚至可以整天戴著都不成问题。」

谈及技术问题,例如是因使用者所在位置和所用设备而导致不太稳定的网络连线、硬件失灵,加上要让导师熟悉新科技等,仍然会造成某些限制。然而,陈教授很有信心能找到应对的解决方案,而线上和以虚拟实境为基础的教学所带来的可能性,将打开新时代的教育机会,推动这方面的发展。

面授教学复课在即,下一步何去何从?

陈教授此时希望看到的,是各课程均可继续使用疫下环境的多种教学法,在课程中加入一、两个网上学习平台或虚拟实境体验的元素,配合面授教学来提升学习体验。

种种新冠疫情限制所留下来的一个好处,是学生和教授均更接受在传统教室以外的环境中学习。陈教授认为,上课形式不再局限于教授的PowerPoint讲课加上学生的课后讨论,「所有人都期望新意陆续出现。只要我们以不同场景及模式教授同一课程,便能为学生缔造更佳的学习体验。」

随著学院及整个科大已订于2021年秋季学期恢复面授课,陈教授很希望能确保这股动力可以持续下去。 「我们非常活跃积极,因为我们知道大家很容易会走回旧路。如果我们已经改变了对教育的看法,便要趁著现在还能对新教学法和新科技抱持开放思想的时候坐言起行。」

审时度势,创造潮流

对陈教授来说,教育家的其中一个关键原则,是审视新发展会否在未来成为核心技能,并确保能及时教懂学生,为他们未来的生活做好准备,这点在工程领域尤为重要。

举例来说,能让学生把三维虚拟设计带到真实世界的3D打印技术,成本到了最近才稍为亲民,不再高不可攀。现时,这类打印机的价钱已大大降低,越来越有潜力普及。

他表示:「我经常提醒自己,我们必需在科技上与时并进。假如你预视三维建模和3D打印是学生必需具备的技能,我们现在便要开始教授。即使当中会遇到困难,我们仍然要早著先机。大学教育正是为此而设。」