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明日教育 今日掌握

未來教與學的混合實境科技

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工學院工程教育創新中心主任陳銳斌教授身處科大特別設計的混合實境教室。這個全港首創的教室,為網上和面授學習提供了多個嶄新的教學方法。
工學院工程教育創新中心主任陳銳斌教授身處科大特別設計的混合實境教室。這個全港首創的教室,為網上和面授學習提供了多個嶄新的教學方法。 [Download Photo]
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疫情之下,工學院正加快步伐,在虛擬世界及網上教育發展引入工程設計意念,從而開拓提升學習體驗的創新教學法

混合實境技術可以創造各種可能,包括學習如何透過虛擬實驗室做實驗;與世界另一角落的同學實時協作完成課業,就像他們也同處一室;還有及早學習三維虛擬設計和建模技能。

新冠肺炎防疫限制為大學的教與學帶來了重重挑戰,面授課堂和實驗室訓練首當其衝。然而,對陳銳斌教授來說,這次長達18個月的危機也迎來了意料之外的機會,還拓闊了工學院改善教學法的視野、提升了學習體驗,更燃起了學生投身工程師事業的熱誠。

陳教授是學院的工程教育創新中心(E2I)主任,該中心專注於探索前沿教育,以確保工學院的教員和學生均可以加深對領先工程教學研究的了解,並獲得以此為基礎的學習資源。

中心最近設立了全港首個混合實境教室,這項教與學設施結合了虛擬實境和沉浸式網上學習等元素,陳教授對此特別興奮。此外,在個別課程中採用協作式網上學習軟件能加強學生互動,而虛擬三維建模軟件則能提升設計技巧。

混合實境

這個由科大設計的課室內置網上教學設備和室內定位系統,讓導師和學生可透過不同方式投入混合實境的教與學。約60至80名學生可以在教室的正常座位設定下上課,如需進行小組互動,課室則可容納約50名學生。混合實境也可以照顧遙距上課的學生,以及面授和網上同時進行的課堂。現時,這個課室的特點包括:

i) 虛擬實境錄影場景,包括由大學設計的動態攝錄系統,讓導師可以為學生錄下可供於「虛擬實驗室」進行的實驗。學生戴起頭戴式裝置和使用控制器,便可以觸摸和使用在虛擬實驗室中所看到的設備,這些設備都是按真實世界所需要的每一件物件特別建立的三維模型。如此,學生便能按導師的指引進行實驗。在虛擬環境中,導師和學生都以虛擬化身來代表。疫情等因素或會令實體實驗室使用受限,上述場景除了是這些情況下的其他選擇,還可以提供額外用途,例如在真正進行實驗室工作前反覆預演而無需使用真正的物料,也可減低設備安全憂慮。中心目前已為土力工程三軸測試單元設立了虛擬實驗室的試行。

ii) 大型曲面屏幕配合室內定位系統,可提供三維立體顯示。系統可以追蹤導師的頭部位置和面向,然後建立錯覺效果,令導師融入屏幕內的影片。據陳教授所說,這種做法可以令網課學生不覺得自己只在看著面授同學上課的影片,而是更踏實地與教室內的老師、學生一同實時互動。這個「一個課堂、兩個課室」(包括面授和遙距學習兩組同學)的方式,已經聯同中國內地、南韓和日本的大學進行了多次應用。

網上互動

E2I團隊在工學院的「21世紀重大挑戰的工程解決方案」共同核心課程上採用了Miro 網上協作式白板軟件平台。這個課程一向重視學生在課堂上的高度參與,學生透過Miro可以利用自己的鼠標一同合作。在40名學生的課上,同一塊Miro白板便會顯示40個滑鼠鼠標,老師可以監察每位同學的進度,以及他們如何參與小組作業。學生可以一邊在Zoom的小組房間內就獲指派的任務進行分組討論,一邊把相關的資料和便條貼到白板上。他們也可以「獲准」觀摩其他團隊如何應對某個任務,令整個課堂體驗變得非常互動。2021年的新冠疫情,令這個由陳教授任教的課程改在網上授課;課堂筆記、課前預習和課堂活動都要重新改動,以配合Miro平台進行,但是成果『遠遠超越了我們的想像』,陳教授補充說,其中一些活動使用Miro時比面對面進行更能喚起學生的投入程度。

三維建模

在專為一年級同學而設的「首年基礎工程設計課程」中,學院引入了三維設計和建模軟件Blender和互動實時內容建立平台Unity兩個工具。在疫情爆發以前,這個體驗式學習課程主要涉及設計和動手製作實體工程作品。在2020至21學年間,同學都留在家中學習,所以課程也改為教授如何設計和建立虛擬三維模型。兩種科技工具的結合,為學院的學生提供了迫真的感覺、啟發無限的設計能力,更帶來了發揮創意的新方式,讓他們率先投入發展迅速的虛擬三維建模領域。這個基礎課程也使用了Miro來訓練創意,有助提升團隊合作。

教學相長

陳教授特別指出,在困難的環境下運用這些高科技工具不僅僅是為了方便,而是為求提升教學質素,以及為學生創造更具影響力的學習體驗。

他說:「我們正努力營造超越面授的不一樣體驗。」為確保實現這個目標,中心在推行各項科技應用前,會先開展深入的試行過程,包括定期與成員開會討論新選項,然後在課堂或工作坊測試可能選用的軟件,了解學生是否對有關科技感到滿意。「這是我們不斷反覆進行的過程。」

他解釋指,E2I 自2010年成立以來,已測試過數以百計的軟件和教學工具。老師和學生對幾個工具有較佳體驗,而那些工具都是由中心引入的。由於使用新科技很多時候需要經歷艱辛的學習過程,中心成員往往就是把教學創新變成實踐的先鋒。這樣,E2I的導師便可為其後參與使用新工具的老師提供訓練。

儘管陳教授不認為虛擬實驗室會在此時此刻完全取代實體的實驗和測試,他卻提醒我們科技的發展是一日千里的。兩三年前,連續兩小時戴上虛擬實境眼鏡會令人卻步,因為眼鏡本身比較笨重,而且有連接線牽絆。「即使你眼中看到整個虛擬世界,你也會因為所穿戴的設備而感到眼前所見都是假的。現在,新型虛擬實境眼鏡已不再帶線,非常輕巧,甚至可以整天戴著都不成問題。」

談及技術問題,例如是因使用者所在位置和所用設備而導致不太穩定的網絡連線、硬件失靈,加上要讓導師熟悉新科技等,仍然會造成某些限制。然而,陳教授很有信心能找到應對的解決方案,而線上和以虛擬實境為基礎的教學所帶來的可能性,將打開新時代的教育機會,推動這方面的發展。

面授教學復課在即,下一步何去何從?

陳教授此時希望看到的,是各課程均可繼續使用疫下環境的多種教學法,在課程中加入一、兩個網上學習平台或虛擬實境體驗的元素,配合面授教學來提升學習體驗。

種種新冠疫情限制所留下來的一個好處,是學生和教授均更接受在傳統教室以外的環境中學習。陳教授認為,上課形式不再局限於教授的PowerPoint講課加上學生的課後討論,「所有人都期望新意陸續出現。只要我們以不同場景及模式教授同一課程,便能為學生締造更佳的學習體驗。」

隨著學院及整個科大已訂於2021年秋季學期恢復面授課,陳教授很希望能確保這股動力可以持續下去。「我們非常活躍積極,因為我們知道大家很容易會走回舊路。如果我們已經改變了對教育的看法,便要趁著現在還能對新教學法和新科技抱持開放思想的時候坐言起行。」

審時度勢,創造潮流

對陳教授來說,教育家的其中一個關鍵原則,是審視新發展會否在未來成為核心技能,並確保能及時教懂學生,為他們未來的生活做好準備,這點在工程領域尤為重要。

舉例來說,能讓學生把三維虛擬設計帶到真實世界的3D打印技術,成本到了最近才稍為親民,不再高不可攀。現時,這類打印機的價錢已大大降低,越來越有潛力普及。

他表示:「我經常提醒自己,我們必需在科技上與時並進。假如你預視三維建模和3D打印是學生必需具備的技能,我們現在便要開始教授。即使當中會遇到困難,我們仍然要早著先機。大學教育正是為此而設。」