物理 holo.lab 学习体验：利用智能眼镜增强现实实验以促进热传导概念理解
物理教育
2018-04-13 v2
摘要
热力学的基本概念依赖于能量、热量和熵等抽象物理量，它们在解释热现象与统计力学过程中起着重要作用。然而，这些量不为人类（视觉）感知所覆盖，因此往往缺乏直观理解。当今沉浸式技术如新一代头戴式显示器，特别是 HoloLens，可实现高质量的增强现实学习体验，能够克服这一感知鸿沟，同时避免注意力分散效应。如本文所呈现的混合现实（MR）场景——我们称之为 holo.lab——通过将物体温度的伪彩色表示作为虚拟增强实时直接叠加在真实物体本身上，可将人类感知扩展至热学领域。以不同表示形式对用户实验操作的直接反馈，便于与理论原理和预言即时比较，因此有望强化理论与实验的互动并增进概念理解。我们在本科实验教学中针对金属热传导实验测试了该技术。一项包含实验组与对照组（N = 59）的试点研究表明，MR 对学生标准化热力学概念测试成绩有微小的正向效应，表明其对底层物理概念的理解有所改善。
引用
@article{arxiv.1711.05087,
title = {Physics holo.lab learning experience: Using Smartglasses for Augmented Reality labwork to foster the concepts of heat conduction},
author = {M. P. Strzys and S. Kapp and M. Thees and P. Klein and P. Lukowicz and P. Knierim and A. Schmidt and J. Kuhn},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.05087},
year = {2018}
}