"Questo e spettacolare, " ha detto Brendan Eder '19, pochi istanti dopo aver posato gli occhi su un tavolo che brillava intensamente in una stanza buia a Wegmans Hall.

Il maggiore di ingegneria chimica di Milwaukee, Wisconsin, ripetuto quel commento più di una volta durante la mezz'ora successiva, mentre lui e altri due studenti riordinavano continuamente tazze da caffè e bastoncini per ghiaccioli sulla superficie di vetro del ripiano del tavolo per simulare reazioni nella vita reale, vasto impianto chimico.

L'esercizio faceva parte di un innovativo, esperimento didattico di realtà aumentata (AR) in cui:

Le tazze da caffè sono diventate reattori virtuali da 10 metri cubi - sia reattori a flusso a pistone (PFR) che reattori a serbatoio agitato continuo (CSTR); bastoncini di ghiacciolo fungevano da tubi virtuali che li collegavano; un nob permetteva agli studenti di regolare la temperatura all'interno di ciascun reattore man mano che veniva aggiunta alla configurazione; La codifica QR sul fondo dei reattori ha consentito a una telecamera all'interno del tavolo di catturare la posizione precisa di ciascun reattore; le informazioni sono state trasmesse a un computer dove sono state eseguite le simulazioni; e un proiettore all'interno del tavolo ha proiettato i risultati sul piano del tavolo, tutto in tempo reale.

"Stiamo cercando di utilizzare l'AR come un modo per abilitare nuovi tipi di STEM (scienza, tecnologia, ingegneria, e matematica) laboratori universitari che prima non erano possibili, " spiega Andrew White, assistente professore di ingegneria chimica.

"Quello che abbiamo fatto è costruire un hands-on, tattile, laboratorio collaborativo in cui gli studenti possono esplorare mettendo insieme più reattori a diverse temperature, e vedere che effetto ha questo sull'ottimizzazione di una reazione chimica."

Più importante, però, è l'effetto che il tavolo potrebbe avere sull'ottimizzazione dell'esperienza educativa degli studenti.

"Questo è davvero un pezzo necessario nell'istruzione superiore, "dice aprile Luehmann, professore associato e direttore dell'istruzione scientifica secondaria presso la Warner School of Education, chi sta collaborando al progetto.

"Sappiamo molto su ciò che è importante nell'apprendimento che non viene mai tradotto in classe, " dice. Opportunità di dialogare con altri studenti; di commettere errori; di lottare con complessi, problemi della vita reale che non hanno un'unica risposta; e interagire fisicamente in un ambiente:tutto ciò dovrebbe essere parte del processo, lei dice.

"Ciò non accade quando agli studenti viene chiesto di fare i problemi da uno a quattro a pagina 262, trasformalo, e l'unica interazione che hanno è con un professore che ti dice se il numero finale a cui sei arrivato è giusto o sbagliato."

"Un tavolo come questo può permettere che accada molto di più, " dice Luehmann.

Infine, il tavolo sarà collegato al super computer di Ateneo, consentendo simulazioni ancora più sofisticate, dice Brendan Mort, direttore del Center for Integrated Computing (CIRC), che sta anche collaborando al progetto.

Bianco, Luehmann, e Mort hanno anche proposto di lavorare con il Rochester Museum &Science Center allo sviluppo di una piattaforma AR che simula olio e acqua a livello molecolare, per mostrare cosa succede quando c'è una fuoriuscita di petrolio.

Bianco, la cui competenza è nell'uso di esperimenti, simulazioni molecolari, e machine learning per progettare nuovi materiali, ha esplorato altri modi innovativi per insegnare ai suoi studenti.

Per esempio, ha caricato tutte le sue lezioni e i contenuti del corso per una lezione sui metodi numerici e sulla statistica su un'applicazione web open source chiamata Jupyter Notebook, dove gli studenti possono:

creare i propri quaderni per fare i compiti e prendere appunti; copiare e incollare facilmente tutte le equazioni e gli altri contenuti del corso di cui hanno bisogno; utilizzare le funzionalità interattive della piattaforma per risolvere le equazioni e creare grafici dinamici; incorporare video, testo, e codificare tutto negli stessi documenti; ed esportare il proprio lavoro come siti web, PDF, o presentazioni.

E non devono spendere $ 160 o più per il libro di testo che altrimenti verrebbe utilizzato per insegnare alla classe.

Per valutare l'efficacia del tavolo AR come strumento didattico, i membri del gruppo di ricerca di Luehmann hanno condotto un esperimento. Hanno filmato quattro studenti mentre svolgevano un compito al tavolo, mentre un gruppo di controllo di altri quattro studenti ha affrontato lo stesso compito in una classe, utilizzando computer, fogli di calcolo, e lavagne bianche.

Dopo circa 30 minuti dall'inizio dell'esercizio, Il team di Luehmann ha notato che mentre gli studenti al tavolo si chinavano per riconfigurare i reattori e i tubi, direbbero qualcosa del tipo, "che ne dici di..." - e poi muovi un reattore senza nemmeno finire la frase.

In altre parole, hanno "iniziato a ragionare con i loro corpi, " dice Luehmann. "A un certo punto, il bisogno di dialogo e di parole è stato trasceso. È fantastico perché il tavolo ha dato agli studenti più risorse per comunicare, un insieme più ricco di alfabetizzazione".

"Se prepariamo gli studenti di ingegneria chimica a far parte di una società della conoscenza, " lei dice, "devono essere in grado di negoziare complessi, compiti mal strutturati. E questo è il genere di cose che succedono a quel tavolo".

Il team di Luehmann sta ancora analizzando i video, così come i sondaggi e le interviste pre e post-esperimento con gli studenti coinvolti nell'esercizio. I risultati aiuteranno il team a perfezionare le proprie metodologie per valutare ulteriormente l'efficacia della tabella quando verrà utilizzata come parte di un corso di ingegneria chimica alla fine di questo semestre.

Ma per quanto riguarda Eder, il verdetto è già emesso. "Mi piacerebbe che questo tipo di strumento didattico diventasse più diffuso, " dice di incorporare l'AR nelle aule e nei laboratori. "Portare una tecnologia utile all'apprendimento esperienziale pratico ci dà una risorsa eccellente."

"L'ingegneria riguarda le applicazioni del mondo reale, " aggiunge Sabrina Westgate '19, uno specialista in ingegneria chimica di Conway, Massachusetts, che ha avuto anche la possibilità di utilizzare il tavolo. "Impariamo molto in classe, ma essere in grado di vedere una suddivisione visiva come questa è davvero utile. Penso che questo abbia un grande potenziale per aiutare sia gli studenti che i veri ingegneri sul campo, che è fantastico."