"C'est génial, " a déclaré Brendan Eder '19, quelques instants après avoir posé les yeux sur une table brillamment brillante dans une pièce sombre de Wegmans Hall.

La majeure en génie chimique de Milwaukee, Wisconsin, répété ce commentaire plus d'une fois au cours de la demi-heure suivante, alors que lui et deux autres étudiants réarrangeaient continuellement les tasses à café et les bâtonnets de sucettes glacées sur la surface en verre de la table pour simuler des réactions dans la vie réelle, usine chimique tentaculaire.

L'exercice s'inscrivait dans une démarche innovante, expérience pédagogique en réalité augmentée (RA) dans laquelle :

Les tasses à café sont devenues des réacteurs virtuels de 10 mètres cubes - à la fois des réacteurs à écoulement piston (PFR) et des réacteurs à réservoir agité continu (CSTR); des bâtons de popsicle ont servi de tuyaux virtuels qui les relient; un nob a permis aux étudiants d'ajuster la température à l'intérieur de chaque réacteur au fur et à mesure qu'il était ajouté à la configuration ; Le codage QR au bas des réacteurs a permis à une caméra à l'intérieur de la table de capturer l'emplacement précis de chaque réacteur ; les informations ont été transmises à un ordinateur où les simulations ont été exécutées ; et un projecteur à l'intérieur de la table a flashé les résultats sur la table, le tout en temps réel.

« Nous essayons d'utiliser la RA comme moyen de permettre de nouveaux types de STEM (science, La technologie, ingénierie, et mathématiques) des laboratoires de premier cycle qui n'étaient pas possibles auparavant, " explique Andrew White, professeur adjoint de génie chimique.

« Ce que nous avons fait, c'est créer une tactile, laboratoire collaboratif où les étudiants peuvent explorer l'assemblage de plusieurs réacteurs à différentes températures, et voyez quel effet cela a sur l'optimisation d'une réaction chimique."

Plus important, cependant, est l'effet que la table pourrait avoir sur l'optimisation de l'expérience éducative des élèves.

"C'est une pièce vraiment nécessaire dans l'enseignement supérieur, " dit April Luehmann, professeur agrégé et directeur de l'enseignement secondaire des sciences à la Warner School of Education, qui collabore au projet.

"Nous en savons beaucoup sur ce qui est important dans l'apprentissage qui ne se traduit jamais en classe, " dit-elle. Des opportunités d'engager le dialogue avec d'autres apprenants, de faire des erreurs, de lutter avec des des problèmes de la vie réelle qui n'ont pas de réponse unique ; et d'interagir physiquement dans un environnement - tout cela devrait faire partie du processus, elle dit.

« Cela ne se produit pas lorsque les étudiants sont invités à résoudre les problèmes un à quatre à la page 262, rends-le, et la seule interaction qu'ils ont est avec un professeur qui vous dit si le chiffre final auquel vous êtes arrivé est bon ou mauvais."

"Une table comme celle-ci peut permettre bien plus que cela, " dit Luehmann.

Finalement, la table sera connectée au super ordinateur de l'Université, permettant des simulations encore plus sophistiquées, dit Brendan Mort, directeur du Centre de calcul intégré (CIRC), qui collabore également au projet.

Blanche, Luehmann, et Mort ont également proposé de travailler avec le Rochester Museum &Science Center sur le développement d'une plate-forme AR simulant l'huile et l'eau au niveau moléculaire, pour montrer ce qui se passe quand il y a un déversement de pétrole.

Blanche, dont l'expertise est dans l'utilisation d'expériences, simulations moléculaires, et l'apprentissage automatique pour concevoir de nouveaux matériaux, a exploré d'autres façons novatrices d'enseigner à ses élèves.

Par exemple, il a chargé tous ses cours et contenus de cours pour un cours sur les méthodes numériques et les statistiques sur une application Web open source appelée Jupyter Notebook, où les étudiants peuvent :

créer leurs propres cahiers pour faire leurs devoirs et prendre des notes ; copier et coller facilement toutes les équations et autres contenus de cours dont ils ont besoin ; utiliser les fonctionnalités interactives de la plateforme pour résoudre les équations et créer des graphiques dynamiques ; incorporer des vidéos, texte, et coder le tout dans les mêmes documents; et exporter leur travail en tant que sites Web, PDF, ou des diaporamas.

Et ils n'ont pas à dépenser 160 $ ​​ou plus pour le manuel qui serait autrement utilisé pour enseigner la classe.

Pour évaluer l'efficacité de la table AR en tant qu'outil pédagogique, des membres de l'équipe de recherche de Luehmann ont mené une expérience. Ils ont filmé quatre étudiants en train de faire une tâche à table, tandis qu'un groupe témoin de quatre autres étudiants a abordé la même tâche dans une salle de classe, à l'aide d'ordinateurs, feuilles de calcul, et tableaux blancs.

Environ 30 minutes après le début de l'exercice, L'équipe de Luehmann a remarqué que pendant que les étudiants à la table se penchaient pour reconfigurer les réacteurs et les tuyaux, ils diraient quelque chose comme, « que diriez-vous de… » – puis déplacez un réacteur sans même terminer la phrase.

En d'autres termes, ils « ont commencé à raisonner avec leur corps, " Luehmann dit. " À un moment donné, le besoin de dialogue et de paroles a été transcendé. C'est super parce que la table a donné aux élèves plus de ressources pour communiquer, un ensemble plus riche d'alphabétisations."

« Si nous préparons les étudiants en génie chimique à faire partie d'une société de la connaissance, " elle dit, "ils doivent être capables de négocier des complexes, tâches mal structurées. Et c'est le genre de chose qui se passe à cette table."

L'équipe de Luehmann analyse toujours les vidéos, ainsi que les enquêtes pré- et post-expérimentation et les entretiens avec les étudiants impliqués dans l'exercice. Les résultats aideront l'équipe à affiner ses méthodologies pour évaluer davantage l'efficacité de la table lorsqu'elle sera utilisée dans le cadre d'un cours de génie chimique plus tard ce semestre.

Mais en ce qui concerne Eder, le verdict est déjà tombé. « J'aimerais beaucoup que ce genre d'outil pédagogique se généralise, " dit-il à propos de l'intégration de la RA dans les salles de classe et les laboratoires. " Apporter une technologie utile à l'apprentissage expérientiel pratique nous donne une excellente ressource. "

"L'ingénierie est une question d'applications du monde réel, " ajoute Sabrina Westgate '19, une majeure en génie chimique de Conway, Massachusetts, qui a également eu la chance d'utiliser la table. "On apprend beaucoup en classe, mais pouvoir voir une ventilation visuelle comme celle-ci est vraiment utile. Je pense que cela a beaucoup de potentiel pour aider à la fois les étudiants et les ingénieurs réels dans le domaine, ce qui est génial."