"Det här är häftigt, " sa Brendan Eder '19, ögonblick efter att ha sett ögonen på en bordsskiva som lyser starkt i ett mörkt rum i Wegmans Hall.

Kemiingenjör från Milwaukee, Wisconsin, upprepade den kommentaren mer än en gång under den kommande halvtimmen, när han och två andra elever ständigt arrangerade om kaffemuggar och popsicle-pinnar på bordsskivans glasyta för att simulera reaktioner i ett verkligt liv, vidsträckt kemisk anläggning.

Övningen var en del av en innovativ, förstärkt verklighet (AR) undervisningsexperiment där:

Kaffemuggar blev virtuella reaktorer på 10 kubikmeter - både pluggflödesreaktorer (PFR) och kontinuerliga omrörda tankreaktorer (CSTR); popsicle pinnar fungerade som de virtuella rören som förbinder dem; en nobb lät eleverna justera temperaturen inuti varje reaktor när den lades till i konfigurationen; QR-kodning på botten av reaktorerna gjorde det möjligt för en kamera inuti bordet att fånga varje reaktors exakta plats; informationen vidarebefordrades till en dator där simuleringarna kördes; och en projektor inuti bordet visade resultaten på bordsskivan – allt i realtid.

"Vi försöker använda AR som ett sätt att möjliggöra nya typer av STEM (vetenskap, teknologi, teknik, och matematik) laboratorier som inte var möjliga tidigare, " förklarar Andrew White, biträdande professor i kemiteknik.

"Vad vi har gjort är att bygga en praktisk, taktil, samarbetslabb där eleverna kan utforska att sätta ihop flera reaktorer vid olika temperaturer, och se vilken effekt detta har på att optimera en kemisk reaktion."

Viktigare, dock, är den effekt tabellen skulle kunna ha för att optimera elevernas utbildningsupplevelse.

"Det här är verkligen en nödvändig bit i högre utbildning, säger April Luehmann, en docent och chef för gymnasieutbildning vid Warner School of Education, som samarbetar i projektet.

"Vi vet mycket om vad som är viktigt i lärande som aldrig omsätts i klassrummet, " säger hon. Möjligheter att gå i dialog med medelever; att göra misstag; att brottas med komplexa, verkliga problem som inte har något enskilt svar; och att fysiskt interagera i en miljö – alla dessa bör vara en del av processen, hon säger.

"Det händer inte när eleverna ombeds göra problem ett till fyra på sidan 262, lämna in den, och den enda interaktion de har är med en professor som talar om för dig om det slutliga numret du kom fram till är rätt eller fel."

"Ett bord som detta kan tillåta så mycket mer än så att hända, " säger Luehmann.

Så småningom, bordet kommer att kopplas till universitetets superdator, möjliggör ännu mer sofistikerade simuleringar, säger Brendan Mort, chef för Center for Integrated Computing (CIRC), som också samarbetar i projektet.

Vit, Luehmann, och Mort har också föreslagit att arbeta med Rochester Museum &Science Center för att utveckla en AR-plattform som simulerar olja och vatten på molekylär nivå, för att visa vad som händer när det sker ett oljeutsläpp.

Vit, vars expertis är att använda experiment, molekylära simuleringar, och maskininlärning för att designa nya material, har utforskat andra innovativa sätt att undervisa sina elever.

Till exempel, han laddade alla sina föreläsningar och kursinnehåll för en klass om numeriska metoder och statistik till en webbapplikation med öppen källkod som heter Jupyter Notebook, där eleverna kan:

skapa sina egna anteckningsböcker för att göra läxor och föra anteckningar; kopiera och klistra enkelt in alla ekvationer och annat kursinnehåll de behöver; använda plattformens interaktiva funktioner för att lösa ekvationerna och skapa dynamiska grafer; inkludera videor, text, och kod allt i samma dokument; och exportera sitt arbete som webbplatser, PDF-filer, eller bildspel.

Och de behöver inte spendera 160 USD eller mer för läroboken som annars skulle användas för att undervisa klassen.

För att bedöma effektiviteten av AR-tabellen som ett läromedel, medlemmar av Luehmanns forskargrupp genomförde ett experiment. De filmade fyra elever som gjorde en uppgift vid bordet, medan en kontrollgrupp på fyra andra elever tog upp samma uppgift i ett klassrum, använder datorer, kalkylblad, och vita tavlor.

Cirka 30 minuter in i träningen, Luehmanns team märkte att när eleverna vid bordet lutade sig in för att konfigurera om reaktorerna och rören, de skulle säga något i stil med "vad sägs om..."—och sedan flytta en reaktor utan att ens avsluta meningen.

Med andra ord, de "började resonera med sina kroppar, " säger Luehmann. "Vid någon tidpunkt, behovet av dialog och ord överträffades. Det är bra eftersom tabellen gav eleverna mer resurser att kommunicera, en rikare uppsättning läskunnigheter."

"Om vi ​​ska förbereda kemiingenjörsstudenter att vara en del av ett kunskapssamhälle, " hon säger, "de måste kunna förhandla komplexa, dåligt strukturerade uppgifter. Och det är sånt som händer vid det bordet."

Luehmanns team analyserar fortfarande videorna, samt undersökningarna före och efter experimentet och intervjuer med eleverna som är involverade i övningen. Resultaten kommer att hjälpa teamet att förfina sina metoder för att ytterligare bedöma tabellens effektivitet när den används som en del av en kemiteknikkurs senare denna termin.

Men vad Eder angår, domen är redan inne. "Jag skulle älska att se den här typen av läromedel bli mer utbredd, " säger han om att införliva AR i klassrum och laboratorier. "Att ta med användbar teknik till praktisk erfarenhetsinlärning ger oss en utmärkt resurs."

"Engineering handlar om verkliga applikationer, " tillägger Sabrina Westgate '19, en kemitekniker från Conway, Massachusetts, som också hade en chans att använda bordet. "Vi lär oss mycket i klassrummet, men att kunna se en visuell sammanbrott som denna är verkligen användbart. Jag tror att det här har mycket potential att hjälpa både studenter och verkliga ingenjörer inom området, vilket är fantastiskt."