Augmented reality lader eleverne drive et kemisk anlæg

"Det her er fedt, "sagde Brendan Eder '19, øjeblikke efter at have sat øjnene på en bordplade, der glødede stærkt i et mørkt rum i Wegmans Hall.

Den kemiske ingeniør major fra Milwaukee, Wisconsin, gentog denne kommentar mere end én gang i løbet af den næste halve time, da han og to andre studerende løbende omarrangerede kaffekrus og ispindepinde på bordpladens glasoverflade for at simulere reaktioner i det virkelige liv, spredt kemisk fabrik.

Øvelsen var en del af en innovativ, augmented reality (AR) undervisningseksperiment, hvor:

Kaffekrus blev virtuelle 10 -kubikmeter reaktorer - både plug flow reaktorer (PFR) og kontinuerlige omrørte tankreaktorer (CSTR); popsicle sticks tjente som de virtuelle rør, der forbinder dem; en nob lod eleverne justere temperaturen inde i hver reaktor, da den blev tilføjet til konfigurationen; QR -kodning i bunden af ​​reaktorerne muliggjorde et kamera inde i bordet for at fange hver reaktors præcise placering; oplysningerne blev videresendt til en computer, hvor simuleringerne blev kørt; og en projektor inde i bordet blinkede resultaterne på bordpladen - alt i realtid.

"Vi forsøger at bruge AR som en måde at aktivere nye typer STEM (videnskab, teknologi, ingeniørarbejde, og matematik) bachelor -laboratorier, der ikke var mulige før, "forklarer Andrew White, adjunkt i kemiteknik.

"Det, vi har gjort, er at bygge en praktisk, taktil, samarbejdslaboratorium, hvor eleverne kan udforske at sammensætte flere reaktorer ved forskellige temperaturer, og se, hvilken effekt dette har på optimering af en kemisk reaktion. "

Vigtigere, imidlertid, er den effekt, tabellen kunne have på at optimere elevernes uddannelsesoplevelse.

"Dette er virkelig et nødvendigt stykke inden for videregående uddannelser, "siger April Luehmann, lektor og direktør for sekundær videnskabelig uddannelse ved Warner School of Education, der samarbejder om projektet.

"Vi ved meget om, hvad der er vigtigt i læring, der aldrig bliver oversat til klasseværelset, "siger hun. Muligheder for at gå i dialog med medstuderende, lave fejl, kæmpe med komplekse, virkelige problemer, der ikke har et enkelt svar; og til fysisk interaktion i et miljø - alt dette bør være en del af processen, hun siger.

"Det sker ikke, når eleverne bliver bedt om at lave problemer et til fire på side 262, aflever det, og den eneste interaktion, de har, er med en professor, der fortæller dig, om det sidste tal, du nåede frem til, er rigtigt eller forkert. "

"Et bord som dette kan tillade så meget mere end det at ske, "Siger Luehmann.

Til sidst, bordet vil blive forbundet til universitetets supercomputer, muliggør endnu mere sofistikerede simuleringer, siger Brendan Mort, direktør for Center for Integreret Computing (CIRC), som også samarbejder om projektet.

Hvid, Luehmann, og Mort har også foreslået at samarbejde med Rochester Museum &Science Center om at udvikle en AR -platform, der simulerer olie og vand på molekylært niveau, for at vise, hvad der sker, når der er et olieudslip.

Hvid, hvis ekspertise er i at bruge eksperimenter, molekylære simuleringer, og maskinlæring til at designe nye materialer, har undersøgt andre innovative måder at undervise sine elever på.

For eksempel, han indlæste alle sine foredrag og kursusindhold for en klasse om numeriske metoder og statistik på en open source webapplikation kaldet Jupyter Notebook, hvor eleverne kan:

oprette deres egne notesbøger til at lave lektier og holde noter; nemt kopiere og indsætte alle ligninger og andet kursusindhold, de har brug for; bruge platformens interaktive funktioner til at løse ligningerne og til at oprette dynamiske grafer; indarbejde videoer, tekst, og kode alle i de samme dokumenter; og eksportere deres arbejde som websteder, PDF -filer, eller diasshow.

Og de behøver ikke bruge $ 160 eller mere til den lærebog, der ellers ville blive brugt til at undervise klassen.

For at vurdere effektiviteten af ​​AR -bordet som et undervisningsværktøj, medlemmer af Luehmanns forskerhold gennemførte et eksperiment. De optog fire elever, der lavede en opgave ved bordet, mens en kontrolgruppe på fire andre elever løste den samme opgave i et klasseværelse, ved hjælp af computere, regneark, og hvide tavler.

Cirka 30 minutter inde i øvelsen, Luehmanns team bemærkede, at da eleverne ved bordet lænede sig ind for at omkonfigurere reaktorer og rør, de ville sige noget i stil med, "hvad med ..." - og derefter flytte en reaktor uden selv at afslutte sætningen.

Med andre ord, de "begyndte at ræsonnere med deres kroppe, "Siger Luehmann." På et tidspunkt, behovet for dialog og ord blev transcenderet. Det er fantastisk, fordi bordet gav eleverne flere ressourcer til at kommunikere, et rigere sæt læsefærdigheder. "

"Hvis vi skal forberede kemitekniske studerende til at være en del af et vidensamfund, " hun siger, "de skal være i stand til at forhandle komplekse, dårligt strukturerede opgaver. Og det er den slags ting, der sker ved det bord. "

Luehmanns team analyserer stadig videoerne, samt undersøgelser før og efter eksperiment og interviews med de studerende, der var involveret i øvelsen. Resultaterne vil hjælpe teamet med at forfine dets metoder til yderligere vurdering af tabellens effektivitet, når det bruges som en del af en kemiteknisk klasse senere på dette semester.

Men hvad Eder angår, dommen er allerede i. "Jeg ville elske at se denne form for undervisningsværktøj blive mere udbredt, "siger han om at inkorporere AR i klasseværelser og laboratorier." At bringe nyttig teknologi til praktisk erfaringslæring giver os en fremragende ressource. "

"Engineering handler om virkelige applikationer, "tilføjer Sabrina Westgate '19, en kemiingeniør fra Conway, Massachusetts, som også havde en chance for at bruge bordet. "Vi lærer meget i klasseværelset, men at være i stand til at se et visuelt sammenbrud som dette er virkelig nyttigt. Jeg tror, ​​at dette har et stort potentiale til at hjælpe både studerende og egentlige ingeniører på området, hvilket er fantastisk. "