國立中山大學 108 年度高教深耕教學創新計畫結案報告

計畫(課程)名稱： 360°水環境虛擬導覽

(一)   具體措施、創新作法及自我檢討評估與改善機制

計畫執行前：傳統的水及廢水分析課程主要由老師教授分析方法與學生分組進行實驗組成， 但由於上課方式過於制式，且很多本科系畢業的學生在大學期間已上過相關實驗課程，造成 學生不易專心於實驗過程中，因此學習效率低落。以往的學生學習成效及評估方式僅有實驗 結果報告，且因各組進行的實驗內容大致相同，常有互相抄襲的現象，導致評估結果不客觀。

計畫執行後之改變：本計畫除了保存幾項重要的水質分析實驗外，其餘皆為創新的教學方式， 改變以往制式的教學方法，能保持學生的專業實驗能力與提高學習興趣。創新教學方式包括 使用無線藍芽感應器搭配手機進行數據紀錄與分析(PASCO 教具)、安排環境檢測公司的參訪、 中山大學廢水處理場參訪、邀請經驗豐富的業界講師、利用虛擬實境 (Virtual Reality, VR)與擴 增實境(Augmented Reality, AR)於課程中。由於課程內容多變，且大部分學生都是第一次接觸 PASCO 或 VR、AR 課程，對每節課顯得期待與興奮，這種穿插不同新穎活動於課程中能使學 生不易產生疲乏感，也因為對課程中使用的創新教學方式感到新奇與特別，因此較能專心於 課程的教學內容，可增加學生對本課程的專注度與興趣，達到更好的學習效果。因為結合了 多種教學方式，所以產生了多元的學生學習成效及評估方式，如實驗分析結果報告、參訪心 得報告(包括環境檢測公司參訪、廢水處理場參訪與 VR 導覽課程)、業師分享心得報告、PASCO 課程分析討論報告與學生意見回饋等。這些多元的評估方式可分別針對學生的實驗分析與討 論能力、專業邏輯思考能力、表達與溝通能力、合作與領導能力等方面進行學習成效評量。

具體措施、創新及創新特色作法：本課程保有七項專業的水質分析實驗，讓學生學習專業的 水質分析實驗，期間安插各項創新教學方式，引起學生更大的學習動機與興趣。具體創新教 學方式如下：

1. 使用無線藍芽感應器搭配手機進行數據紀錄與分析(PASCO 教具)： 近年發展的無線藍芽感應器，提供使用者以簡單容易的方式進行即時數據的量測，以視覺

化的數據收集、分析方式，將有助於提升學生的科學素養並且提高學習興趣。團隊合作是科 學實驗重要的一環，應用 PASCO 的軟體，教師與學生可以透過網路共享即時的實驗數據與互 動，實驗的數據可以同步在現場同學的電腦螢幕或手機上顯示。所有學生都可以檢視數據與 自訂分析，並建立屬於自己的實驗日誌。老師也可藉由即時數據量測作為課堂上的應用，幫 助學生們探討與解釋數據上的差異與涵義。

PASCO 的優點包括以下五點：

A. 使用者可根據需求選擇多樣化的感應器進行數據紀錄與分析。

B. 可搭配多種感應器進行多種不同主題與環境議題的量測實驗。

C. 即時量測的數據，可更了解目前的實驗運行狀況。

D. 簡單容易的圖形操作介面，幫助使用者不會因為複雜的操作環境造成實驗紀錄上的困擾， 或是因為紀錄方式困難造成手忙腳亂。

E.  多種數據呈現方式與內建的小工具，可幫助學生於成果報告分享，幫助學生提出結論與 提升溝通表達能力。

圖一 PASCO 上課情形	圖二 PASCO 以手機做為數據紀錄界面

2. 安排環境檢測公司參訪： 本次安排的參訪單位為台灣檢驗科技股份有限公司(SGS)，是台灣最大且最多元化的私人

測試機構，為各項產品提供測試，檢驗，驗證與查證之服務。SGS 在全台灣擁有 17 個以上的 實驗室，在各重要港口(城市)皆設有據點，對各項產品之安全性，可靠性，破壞性，及電磁相 容性等提供嚴格、一致與國際認可的相關測試。校外優良企業參訪可讓學生了解檢測分析工 作的內容與環境，透過分析實驗室的參訪與座談，可讓學生實際感受與驗證課程中講授的實 驗分析知識，並進一步了解分析檢測工作的實際工作內容與特性，做為未來畢業後的工作選 項之一。

圖三 檢測公司參訪情形	圖四 參訪大合照

3.  廢水處理廠參訪： 本校於西北海邊建有一綜合污水處理場，處理學生宿舍區及教學區生活污水(師生及員工總數約 10,000 人)。處理單元包括攔汙柵、沉砂池、油水分離池、調整池、厭氧池、好氧終沉 池、消毒池等，此廢水廠剛好做為本課程的現地參訪教材，分析水樣也可直接從廢水廠中採 取，藉此參訪行程可讓學生到現場感受與驗證課程中講授的專業知識，並與現場操作人員溝 通討論，進一步了解廢水處理廠管理工作的特性與所需專長。

圖五 現場操作人員介紹情形-1	圖五 現場操作人員介紹情形-2

4. 業師專業經驗傳承：

本課程邀請 2 位檢測分析經驗豐富的專業人士至課堂中擔任業界講師，介紹水質採樣與 分析中常遇到的問題與經驗分享，以補足課堂中不易講授的實廠經驗。本次邀請建利環保顧 問股份有限公司郭叔隆主任與吳仁杰副理到課程分享工作經驗，講題分別為：”水質採樣分析 作業程序與 QAQC 介紹”與”水質採樣作業流程”，相關簡報資料附於附件中。

圖七 郭叔隆主任授課情形	圖八 吳仁杰副理授課情形

5. 透過虛擬實境 (Virtual Reality, VR)與擴增實境(Augmented Reality, AR)解說不同區域的水 環境與環境議題：

VR 的基本概念，是利用沉浸式的裝置，將使用者跟現實世界隔離，創建一個全數位化 360 度的虛擬環境，以視覺、聽覺、甚至觸覺的方式在虛擬環境中進行體驗。相對於我們ㄧ般傳 統的文字或書面教材，VR 可提供的豐富性和體驗性更高，讓學生在學習上能深刻的體會課堂 中所要呈現的知識與技術，勾起學生的興趣，增加使用科技的參與度，同時讓學生更能夠投 入學習，使學習更加輕鬆，並能反覆的操作練習，培養學生主動吸收知識的態度。此外，VR 能激發同學對新技術及題目的學習興趣與研究，相較於傳統的教法，VR 可以用實例展示，取 代一些傳統教育上不易實現的現地參訪行程或比較有風險的教學方式。本課程結合 Google expeditions，透過手機與平板電腦、頭戴顯示器，連結 VR 內容帶領學生漫遊世界上不同的水 環境，同時也結合海水酸化、珊瑚白化、海洋污染等環保議題，宣導環境保護的重要性，學 生實際透過 360 度的虛擬環境進行體驗，更有親臨現場的震撼感受，也留下了深刻的印象。 過程中老師為 VR 課程的帶領者，使用平板電腦主導情境轉換，藉筆記、註解引導學習內容， 輔助學生針對虛擬情境進行知識考察與討論，透過多人的帶領方式運用在教學情境中。本次 的教學內容主要為：Ocean Acidification 與 The World Ocean。

圖九Ocean Acidification 課程	圖九        The World Ocean 課程

圖十一 VR 頭戴顯示器	圖十二 VR連線說明
圖十三 VR上課情形-1	圖14 VR上課情形-2

　　也利用 AR 技術介紹了水環境中的各種魚類，包括 Ray Finned Fish、Lobe FinnedFish、Chimaera、Rays、Sharks、Hagfish、Lampreys 等魚類。透過 AR 技術，學生可在現場 親眼看見 3D 立體呈現的魚類模型，有非常震撼與深刻的體驗效果。

圖十五     AR 設置步驟	圖十六 從旁無法看到AR影像
圖十七  AR上課情形-1	圖十八  AR上課情形-2

學生學習成效及評估方式： 學習成效評估方式包括實驗分析結果報告、參訪心得報告(包括環境檢測公司參訪、廢水處理場參訪與 VR 導覽課程)、業師分享心得報告、PASCO 課程分析討論報告與學生意見回 饋等，老師會親自檢視實驗分析結果報告與參訪心得報告，從而給予成績與建議。藉由這些 報告可分別針對學生的實驗分析與討論能力、專業邏輯思考能力、表達與溝通能力、合作與 領導能力等方面進行學習成效評量，相關之實驗分析結果報告與參訪心得報告附於附件中。

自我檢討評估與改善機制： 本計畫學習成效良好，但仍有以下問題有待改善。

1. PASCO 教具數量不足：由於經費限制，目前 PASCO 各種無線藍芽感應器僅能購買一套， 若三四十位同學同時使用一套設備，會因過度壅擠導致許多同學會被檔在後面無法看到 實驗情況，學習成效不佳，建議未來增加經費多購買幾套 PASCO 無線藍芽感應器，且開 放全校登記使用，如此才能達到最好的使用效益與學習效果。

2. VR 教學環境與相關設備尚待改善：VR 技術用於教學是未來的趨勢，歐美日等先進國家 皆已陸續建設相關教學設備。本課程目前是挪動一般教學教室的桌椅，騰出中間區域進 行 VR 教學，但 VR 導覽期間學生需 360 轉動及前後左右位移，在狹小空間中很容易與 物品或同學間碰撞造成意外。且目前由於經費有限，皆以最低階的設備為主，但也因此 有同學反應課程中容易有頭暈現象(低階設備立體影像順暢度較差)，導致課程無法繼續 進行。而相關的設備數量也有限(目前購買十組設備可供十人同時上線)，導致必須分成多 組輪流進行課程，也無形造成老師與助教很大的負擔(必須重複上課 3-4 次，上課時間也 很長)。未來建議學校搭建 VR 教學專用教室與購買足夠的相關設備供全校相關課程使用， 不同系所的多位老師一起使用才能快速累積 VR 教學經驗，並持續改善 VR 教學專用教 室硬體設備與課程內容。

(二) 亮點特色

實驗課程內容，穿插多種創新教學方式，達到多元教學的目標，也能引起學生更大的學習動機與興趣。計畫成果亮點特色如下：

1. 團隊合作是科學實驗重要的一環，應用 PASCO 無線藍芽教具，教師與學生可以透過網路 共享即時的實驗數據與互動，實驗的數據可以同步在現場所有同學的電腦螢幕或手機上 顯示。

2. 安排實地參訪廢水處理廠與國際知名的檢測公司，可讓學生到現場感受與驗證課程中講 授的專業知識，並體驗專業檢測公司的工作環境與內容。

3. 邀請業界經驗豐富的專業人士至課堂中擔任業界講師，介紹檢測分析工作中常遇到的問 題與經驗分享，以補足課堂中不易講授的實務經驗。

4. 透過 VR 與 AR 技術帶領學生漫遊世界上不同的水環境，同時也結合海水酸化、珊瑚白 化、海洋污染等導覽活動介紹環境相關議題。

PASCO 教學	廢水處理場參訪
業界講師經驗分享	VR & AR 教學情形