中學化學App教材與教學：以擴增實境和虛擬實境方式學習元素與有機分子結構 邱美虹1 周金城2 洪達民1 陳怡宏3 許晉維1 1國立臺灣師範大學科學教育研究所 2國立台北教育大學 自然科學教育系 3臺北市立萬芳高中mhchiu@ntnu.edu.tw n   前言 科學學習歷程中，由於許多概念是抽象的、是複雜的，因此在教與學上常具挑戰性，尤其是在化學學科中，微觀粒子的知識建構與發展，常需仰賴學習者在二度空間的表徵和三度空間的物件之間進行轉化的視覺能力、或是透過輔助工具去認識兩者之間的關係。因而，學習者若是較缺乏三度空間的視覺化(visualization)能力或是無適當的輔助學習工具，在學習一些重要化學概念(如立體化學分子結構)時便容易遇到挫折而造成學習困難。反之，若擁有良好的空間能力或是能夠透過適當的教學的輔助工具，可以提升學生在二度空間的表徵和三度空間的物件之間交互轉化的能力與表現。 n   視覺化 許多研究指出，視覺化表徵和視覺化能力的良窳會影響學生學習須具備空間想像能力的複雜概念。譬如Nakhleh & Postek (2008)指出，外顯化的視覺與聽覺表徵可以幫助學生學習限量試劑的概念，這些表徵包括1. 即時的化學反應(巨觀的理解)、2.電腦模擬反應(微觀層次的理解)、3. 圖像的表徵(符號)、以及4.問題解決中，文字的表徵。又如Gilbert (2008)也指出化學學習牽涉到巨觀(macro)、次微觀(sub-micro)、符號(symbolic)以及它們之間的相互關係。根據Gilbert的觀點，模型可以是外在表徵(如他人肢體可觸及的)和內在表徵(如個人心智)，而將它們任一表徵意義化即稱為<視覺化>(visualization)。而在化學概念中，分子結構與性質，尤其是有機分子結構的複雜性常是學習較為困難的概念，因此發展合適的學習輔具可以減少學生的認知負荷。 n   擴增實境與虛擬實境 近年來，擴增實境(Augmented Reality, AR)與虛擬實境(Virtual Reality, VR)在商業上與遊戲上的產品如雨後春筍般的成長，但為教育所研發的產品，仍有待更多研發者的投入。根據相關文獻指出，擴增實境具有以下特質(1) 能使學習內容呈現3D透視圖、(2) 提供無所不在、合作和情境學習、(3)使學習者可以感受到存在感(presence)、即時性(immediacy)、沉浸感(immersion)、(4)可視覺化那些不可視的概念或事件、(5)在正式學習和非正式學習之間搭建橋樑。這些特質提供學生投入學習、情境學習、真實性學習的機會(Wu, et al., 2013)。而有關虛擬實境部分，在一份針對13篇以虛擬實境進行教學的期刊論文(參與人數總計3081人)所進行的後設分析研究報告中指出， 遊戲、模擬和虛擬世界三者對學習都有正面的影響，其中遊戲式的虛擬實境教學，對學生的學習成效高於模擬和虛擬世界。另一有趣的發現是單獨玩遊戲的學生表現優於小組同遊的學生(Merchant, et al., 2014)。       本文主要是介紹兩個可以在化學教學上使用的App，一個是結合擴增實境與虛擬實境的有機分子結構的撲克牌，另外一個是具有AR功能的1A族和7A族的原子結構和其組合成的化合物卡牌。 n   有機分子結構App簡介   本研究開發的「有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌是目前App市場上唯一款兼具學習與電玩樂趣的應用軟體，總共分為三套。關於App的說明與下載連結可在搭配的撲克牌中找到下載連結的QR code，或是直接在蘋果商城或安卓商城尋找Molecules 1 AR/VR, Molecules 2 AR/VR & Molecules 3 AR/VR，也可找到app進行下載。中國化學會網站亦有相關訊息 http://www.chemistry.org.tw/app_download.php。 關於「有機分子擴增/虛擬實境」撲克牌設計的方向，是以高中化學課程中有機化合物的內容為主，三套撲克牌是以官能基的不同來分類，第1套是烴類，第2套是醇、醚、醛、酮，第3套是酸、酯、胺、醯胺。每套撲克牌中的有機化合物的選擇皆是以同碳數的同分異構物為主，如碳數為4的烯類：1-丁烯、順-2-丁烯、反-2-丁烯、2-甲基丙烯 […]