"Dit is geweldig, " zei Brendan Eder '19, ogenblikken nadat hij een tafelblad had gezien dat fel gloeide in een verduisterde kamer in Wegmans Hall.

De majoor chemische technologie uit Milwaukee, Wisconsin, herhaalde die opmerking meer dan eens gedurende het volgende half uur, terwijl hij en twee andere studenten voortdurend koffiemokken en ijslollystokjes op het glazen oppervlak van het tafelblad herschikten om reacties in het echte leven te simuleren, uitgestrekte chemische fabriek.

De oefening maakte deel uit van een innovatief, augmented reality (AR) leerexperiment waarin:

Koffiemokken werden virtuele reactoren van 10 kubieke meter - zowel propstroomreactoren (PFR) als continue geroerde tankreactoren (CSTR); ijslollystokjes dienden als de virtuele pijpen die ze met elkaar verbond; een nobel liet studenten de temperatuur in elke reactor aanpassen zoals deze aan de configuratie werd toegevoegd; Dankzij QR-codering op de bodem van de reactoren kon een camera in de tafel de precieze locatie van elke reactor vastleggen; de informatie werd doorgegeven aan een computer waar de simulaties werden uitgevoerd; en een projector in de tafel flitste de resultaten op het tafelblad - allemaal in realtime.

"We proberen AR te gebruiken als een manier om nieuwe soorten STEM (wetenschap, technologie, Engineering, en wiskunde) niet-gegradueerde laboratoria die voorheen niet mogelijk waren, " legt Andrew White uit, assistent-professor chemische technologie.

"Wat we hebben gedaan, is een hands-on, tactiel, collaboratief lab waar studenten kunnen ontdekken hoe ze meerdere reactoren bij verschillende temperaturen in elkaar kunnen zetten, en kijk welk effect dit heeft op het optimaliseren van een chemische reactie."

Belangrijker, echter, is het effect dat de tabel zou kunnen hebben op het optimaliseren van de onderwijservaring van de studenten.

"Dit is echt een noodzakelijk stuk in het hoger onderwijs, " zegt April Luehmann, universitair hoofddocent en directeur secundair wetenschappelijk onderwijs aan de Warner School of Education, die meewerkt aan het project.

"We weten veel over wat belangrijk is bij het leren dat nooit wordt vertaald in de klas, Kansen om de dialoog aan te gaan met medeleerlingen, fouten te maken, te worstelen met complexe, echte problemen die geen eenduidig ​​antwoord hebben; en om fysiek met elkaar om te gaan in een omgeving - dit zou allemaal deel moeten uitmaken van het proces, ze zegt.

"Dat gebeurt niet als studenten wordt gevraagd om opgaven één tot en met vier op pagina 262 te maken. zet het in, en de enige interactie die ze hebben is met een professor die je vertelt of het uiteindelijke aantal dat je hebt bereikt goed of fout is."

"Een tafel als deze kan zoveel meer dan dat laten gebeuren, ' zegt Luehmann.

Eventueel, de tafel wordt verbonden met de supercomputer van de universiteit, waardoor nog geavanceerdere simulaties mogelijk zijn, zegt Brendan Mort, directeur van het Center for Integrated Computing (CIRC), die ook meewerkt aan het project.

Wit, Luehmann, en Mort hebben ook voorgesteld om samen te werken met het Rochester Museum &Science Center aan de ontwikkeling van een AR-platform dat olie en water op moleculair niveau simuleert, om te laten zien wat er gebeurt als er een olielek is.

Wit, wiens expertise ligt in het gebruik van experimenten, moleculaire simulaties, en machine learning om nieuwe materialen te ontwerpen, heeft andere innovatieve manieren onderzocht om zijn studenten les te geven.

Bijvoorbeeld, hij laadde al zijn lezingen en cursusinhoud voor een les over numerieke methoden en statistieken op een open source webtoepassing genaamd Jupyter Notebook, waar studenten kunnen:

hun eigen notitieboekjes maken om huiswerk te maken en aantekeningen bij te houden; kopieer en plak eenvoudig alle vergelijkingen en andere cursusinhoud die ze nodig hebben; gebruik de interactieve functies van het platform om de vergelijkingen op te lossen en dynamische grafieken te maken; video's opnemen, tekst, en codeer alles in dezelfde documenten; en hun werk exporteren als websites, PDF's, of diavoorstellingen.

En ze hoeven geen $ 160 of meer uit te geven voor het leerboek dat anders zou worden gebruikt om de klas les te geven.

Om de effectiviteit van de AR-tafel als leermiddel te beoordelen, leden van het onderzoeksteam van Luehmann voerden een experiment uit. Ze filmden vier studenten die aan tafel een taak uitvoerden, terwijl een controlegroep van vier andere studenten dezelfde taak in een klaslokaal uitvoerde, computers gebruiken, rekenbladen, en witte borden.

Ongeveer 30 minuten in de oefening, Het team van Luehmann merkte op dat toen de studenten aan tafel naar voren leunden om de reactoren en leidingen te herconfigureren, ze zouden iets zeggen als, 'Wat dacht je van...' - en dan een reactor verplaatsen zonder de zin af te maken.

Met andere woorden, ze "begon te redeneren met hun lichaam, " zegt Luehmann. "Op een gegeven moment, de behoefte aan dialoog en woorden werd overstegen. Dat is geweldig, want de tafel gaf de studenten meer middelen om te communiceren, een rijkere reeks geletterdheden."

"Als we studenten scheikunde gaan voorbereiden om deel uit te maken van een kennismaatschappij, " ze zegt, "ze moeten kunnen onderhandelen over complexe, slecht gestructureerde taken. En dat is het soort dingen dat gebeurt aan die tafel."

Het team van Luehmann analyseert de video's nog steeds, evenals de pre- en post-experimentenquêtes en interviews met de studenten die bij de oefening betrokken zijn. De resultaten zullen het team helpen zijn methodologieën te verfijnen voor het verder beoordelen van de effectiviteit van de tabel wanneer deze later dit semester wordt gebruikt als onderdeel van een cursus chemische technologie.

Maar wat Eder betreft, de uitspraak is al binnen. "Ik zou graag zien dat dit soort leermiddelen vaker voorkomen, " zegt hij over de integratie van AR in klaslokalen en laboratoria. "Het brengen van nuttige technologie naar hands-on ervaringsleren geeft ons een uitstekende hulpbron."

"Engineering draait om toepassingen in de echte wereld, " voegt Sabrina Westgate '19 toe, een majoor chemische technologie uit Conway, Massachusetts, die ook de kans had om de tafel te gebruiken. "We leren veel in de klas, maar om zo'n visuele uitsplitsing te kunnen zien, is erg handig. Ik denk dat dit veel potentie heeft om zowel studenten als echte ingenieurs in het veld te helpen, wat geweldig is."