從虛擬物理實驗室走到沉浸式學習 ——在答案比比皆是的世界，培育會發問的新一代

仍然記得在新冠疫情最嚴峻的時期，我只能從電腦屏幕的一個個方格，看到學生的樣子，我就是這樣教授中學文憑試物理課。另一邊廂圍繞著我的是一些典型物理實驗室工具，有電線、感應器、鏡片、電源和各種測量儀器。在正常的情況下，學生會一起利用這些材料來試驗一些想法，從錯誤中學習，繼而體會到科學發現所帶來的興奮。然而，疫情期間，他們只可以獨留家中上網課。對所有人而言，那都是難過的日子。

在疫情期間不能使用實驗室，令STEM (科學(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)和數學(Mathematics)) 的實用教學難以推行，我跟許多科學老師一樣都為此而擔心。物理不是一門只靠背誦就成事的科目。學生在親力親為探究物體的運動、建構電路、分析數據及自行發現特定規律時，就會明白相關的概念。如期埋怨不能像往常般做實驗外，倒不如想一想這個危機可能帶來甚麼新機遇。

為了延續實用教學，我利用了互動的網上模擬平台，讓學生進行虛擬實驗。那年，我是一間本地中學的外藉物理教師。我重新設計那些與力、電、波、拋體運動、圖像及數學關係相關的中學文憑試物理科實驗，讓其能夠在數碼環境下進行。

最初，我只想複製實體的物理實驗室；疫情期間嚴禁入與人之間的緊密接觸，令學生不能進入實驗室，虛擬實驗室便是一個最直截了當的解決方案。然而，之後發生的事情卻改變了我對STEM教學的看法。學生願意花在實驗的時間遠超乎我的預期。學生再不受制於有限的實驗室設備和課堂時間，他們會反覆調校變數，測試想法和探索不同的狀況，嚴謹程度已超越課堂的要求。越來越多學生喜歡我新設計的物理課，當中一人最令我印象難忘。

在一堂有關拋體運動的物理課後，一名學生仍留在線上。我好奇問他在做甚麼。他回答我時仍目不轉睛注視著屏幕。「我想知道圖像何以在我擴大角度時改變。」那時，我意識到他的想法和態度已經有所不同——他不再只是在做功課；他正在探求知識。虛擬實驗不只是替代實體實驗，它在學生身上還孕育了一分好奇，那是傳統實驗室環境難以做到。學生不再純粹問答案是甚麼。取而代之，他們會問：「如果我這樣嘗試，那又會得到甚麼不同的結果？」

自此以後，那個轉變便一直停留在我的腦海中。我領悟到真正學習始於學生進一步探究，而非停留在單純追求答案的階段。

疫情持續，我開始關注學生如何利用他們的課餘時間。他們當中有不少都沉迷於Minecraft、Roblox和Fortnite等網上遊戲。玩遊戲時，他們會跟網友合作解難，一起應付挑戰，最終完成任務。他們享受在空閒時間打機娛樂，但卻不能投入傳統的課堂活動。我對這個矛盾感到疑惑。何解學生樂於花幾個小時在網上解難，卻不願花數分鐘來完成課堂的工作紙？

這難題的謎底逐步得以解開：遊戲能提供一個安全的環境，讓學生隨意探索，不怕失敗。在遊戲中，他們感到好奇，有目標及得到滿足。最重要的是遊戲鼓勵人自己去尋找答案。明白到這一點後，我的事業亦出現一個轉捩點。2022年，疫情稍為放緩，我在此時加盟教大，在數學及資訊科技學系任教。雖然教學環境不同，但我在疫症爆發時一直思考的問題仍纏繞心中，甚至變得更息息相關。

疫情減少了學生在實體課堂發聲的機會，但卻激發了他們在虛擬世界和網上論壇的活躍表現。教大有許多學生都沒有上過STEM堂，部分更對工程、編程、電子或科學探索等範疇只有有限的認識。當我向學生介紹傳統的STEM實驗套裝和需親手親腳參與的組裝活動時，他們的反應截然不同：有些會熱切地組裝實體原型起來，有些卻顯得猶豫和冷漠。

當我仔細觀察後，便得到一個有趣的發現。在實體情況並不投入的學生，在數碼環境下卻表現投入。他們熱衷探索虛擬空間，討論難題，並用不同方案做實驗，在線上與朋輩合作無間。他們擁有與生俱來的數碼觸覺，在智能手機、電腦遊戲、社交媒體和網上群組的圍繞下成長，自然而然被虛擬的屏幕體驗所吸引。這個觀察引發我思考另一個問題：若我們能夠因勢利導，善用而非否定吸引學生的數碼環境，那又會如何呢？

若果我們能夠改變對電子遊戲的看法，不再視它為導致學生分心和影響學業的元兇，相反，改為好好利用，它們便有可能成為強而有力的學習工具。這個想法令我將研究焦點逐漸由模擬仿真轉到以遊戲為基礎的沉浸式學習環境。Minecraft教育版便是我最早期的探索成果之一。我並沒有把Minecraft純粹當作遊戲，反而把它改造成一個學習平台，讓學生在那裡設計可持續城市，探索數學概念，並且合力解決STEM的難題。使用這平台後，學生學習成效即時可見。

在傳統課堂一向少有參與討論的學生即時變得積極和有貢獻。他們會分享想法，辯論策略，並通力合作，解決問題。因為身處一個他們真正享受的環境，令學習變得真實。我亦開始使用Delightex、Scratch、Blockly Games、Code.org等平台。這些工具讓學生得以發揮和創造，而非被動地接受和消費。他們會建立虛擬博物館，設計互動體驗，創作數碼故事，並透過創意項目，展現他們學到的東西。見到學生通過創作來學習，令我相信沉浸式技術在教學上有龐大的潛力。

即使這些平台成功令學生由被動聆聽改為積極參與，但若要使學生處身一個專門用來發問、配合STEM探索及與課程緊扣的學習環境，那便需要自行開發。這個想法驅使我創作「數學城(Math City)」。構思始於課堂一個常見的問題——許多學生認為數學抽象，與現實生活無關。立體形狀概念如點、線、面及空間推理往往被簡約成工作紙上靜止的平面圖像。我想若學生非單單看到數學題，而是能夠穿梭於數學當中，那又會是怎麼樣的一回事？

在「數學城」虛擬學習平台，學生能夠在一個虛擬城市中探索，那裡包含了線索、難題與挑戰。學生不再被動地觀看圖像，用單純背誦的方法來學習數學，而是透過體驗來領略數學世界。鑑於「數學城」的成功，我把技術應用到其他學科，開創了結合遊戲學習、說故事、科學探究及解難的沉浸式虛擬環境，當中包括有關生物及科學教育的The Cardium 和Atomic Shadows。對發掘虛擬真實(VR)及沉浸式技術在教育上的可能性，我越來越有興趣。

我開始利用VR頭盔和Unity遊戲引擎，創作出能讓學生進入而非只是觀察的學習空間。不論任何環境，我都秉持同樣的理念，那就是學生不應純粹接收訊息，他們應該主動去發掘。這一點在今時今日尤其重要。現在，人工智能可在秒間生成各種文章、簡報、影像、電腦程式及報告，令大量訊息變得容易得到。若果科技能提供即時答案，那麼，教育的焦點何在？

我認為教育應聚焦在人的四項獨有能力，包括創意、批判思維、合作和溝通。這些能力在沉浸式求知環境下自然而生。學生會利用批判思維解難，並與朋輩合作，一起完成任務，分享成果時需運用溝通技巧，設計方案時則有機會發揮創意。人工智能不會直接生成這些技能，唯有透過身體力行，人才可以培養出這些能力。

今日，這些虛擬學習平台已跳出我的教室外。藉著外展計劃、工作坊及STEM項目，全香港數以千計的中學生，包括部分非華語的學生，已使用沉浸式技術來學習，因而受惠於視覺和互動教學的優勢。而最令人鼓舞的是，我這些發明亦獲國際認可。「數學城」入選2026年泰晤士高等教育亞洲獎(Times Higher Education Awards Asia)，並獲提名2026年時代雜誌的最佳發明(Best Inventions)。與此同時，整合了許多虛擬世界及探究式學習原則的5E Labs: Human-AI Inquiry Ecosystem for Immersive STEM Learning亦入圍2026年全球教育科技獎(Global EdTech Prize)。

這些認同是有價值的，但我最關心的仍然是學生——那個在課後仍留下來探索模擬物理實驗的學生；那個透過解難而信心大增的學生；那個在走進虛擬世界前，認為STEM不適合自己，但之後卻有信心自己能成為科學家、工程師、設計師或推動創新的人。正是這些態度和行為的轉變持續推動著我，驅使我不斷開創更多讓學生愉快學習的平台。這項工作至今取得的成就已超乎我的想像。

回望過去，開始時只想在全球爆發疫情的時候，繼續教授物理實驗而作的嘗試，竟可逐漸發展成利用模擬技術、遊戲學習、沉浸式環境及VR科技的不同創新教育發明，當中涉及更宏大的願景，亦獲得國際表揚。縱使使用的技術越來越先進，我的初心卻從未改變，那就是開創能激發好奇心的學習體驗。

在現今這個答案過剩的世界，教育應該減少教導學生如何尋找答案，反而更加注重協助他們探索、創新、合作和思考，鼓勵他們提出自己的問題。要在人工智能時代脫穎而出，就要懂得發問、想像，以及利用新技術，更深入思考，而非以人工智能來取締人類智慧。

備註：Singh Manpreet博士的研究重點在於融合生成式人工智能、人機協作和沈浸式虛擬世界等科技，從而創造結合虛擬與現實世界，並且能進一步擴展的學習體驗。他領導開發了多個創新平台，包括Math City、The Cardium、Atomic Shadows和虛擬教師培訓學校，透過以遊戲為本，以及由人工智能輔助的學習環境，培養成千上萬學員的創造力、批判思維和解決問題的能力。他於2022年加入教大。