當材料力學遇上元宇宙

土木三洪兆昇

在這個暑假，我有幸參與了吳東諭老師「 VR 應用於挫曲行為之學習素材開發及成效評估」之專案，這個專案的目標是開發一個在VR虛擬環境中體驗柱挫曲行為的教材，並實際評估此開發教材對使用者理解挫曲行為的成效。在經過暑假的準備後，這次專案將讓正在修習材料力學的大二學生實際操作，並評估成效。
測試當天，學生先隨機被分成幾組，而測試的進行方式分為三個階段：前測、實際操作VR教學軟體，再到後測。
第一階段為前測，內容為柱挫曲的題目，每題作答有時間限制，針對影響柱挫曲行為的參數以及發生挫曲時的變形為方向出題，目的是為了與之後的後測結果做比較，評估學生操作VR教學軟體學習的成效。

第二階段為實際操作VR教學軟體，此次VR教學軟體介面的設計都是建立在VR的虛擬環境中，軟體一開始快速的回顧了挫曲公式中影響挫曲的各個參數，包含材料性質、斷面性質、邊界條件以及柱的長度。結束回顧後，學生能依照給定的參數選項選擇兩根具有不同斷面、長度、邊界條件以及側撐的柱子，選擇完畢後會進入到加載介面。在加載介面中，學生可以同時觀察兩根柱子的挫曲行為與變形，並在數據欄中同時看到柱軸力與變形位移的數據，以看到所選取的不同參數的影響，學生更可以切換成應力模式觀察加載過程中各處的應力分佈。
最後一個階段為後測，出題內容與前測大致相同，一樣以限時的方式，希望能實際評估學生在使用VR教學軟體後是否能提升對柱挫曲行為作答的直覺。在後測結束後，我們也以填寫問卷的方式收集學生對此次VR教學體驗各環節的建議。
在進行完所有的測試過程後，我們將學生前後測的作答結果進行整理，發現學生在判斷鋼柱各參數對挫曲的影響、挫曲變形情況、應力分佈的作答正確率都有成長，但在判斷強弱軸控制挫曲上作答正確率則有降低。而從問卷調查中也得到很多有助益的建議，未來將會嘗試往AR發展，提升方便性並讓大家有同步的學習體驗。
最後，由於這次是第一次讓學生實際操作開發的VR教學軟體，所以在很多環節上都有我沒有注意到的地方而造成了失誤，很感謝大家的投入、體諒以及回饋，讓我們看見了在開發時我們所沒有注意到的地方，希望可以在持續的改進後能更加完善這項專案並呈現給大家。