互動式教學環境

本研究氣壓實驗之嵌入式專家系統設計為實現具互動式教學功能，使學 習者彷彿置身在教師身旁，從教師身上獲取相關知識，且系統具有真實互動 式教學的功能，達成智慧、互動、真實的學習環境，以下分別敘述電腦輔助 教學的概況。

一、 電腦輔助教學（Computer-Assisted Instruction, CAI）

電腦輔助教學已漸漸成為學校教學媒體中重要之一環，其功效亦隨電腦 科技的改進與配合學習理論的軟體發展而日益顯著。CAI 與傳統教學相較之 下，具下列優點[7] ：

1. 個別化教育：利用電腦輔助學習或教學，不僅適用於資優的學習者，

對於學習進度落後，而且教師無法做個別輔導的環境下，也可以讓 該學習者趕上進度。

2. 不受時空的限制：CAI 不像傳統教學受時間及空間限制，可以隨時利

用，學習者亦可由原來學習停頓的地方，繼續中斷的課程。

3. 適應人格的自然發展：在 CAI 的教學環境中，給學習者隱私權，讓 學習者獨立作業時，減少面對同學之間的壓力，可以讓較害羞的學 習者或得較舒適的學習環境。

4. 精緻的教材發展：CAI 之教材發展乃由教育學者、教師、學習者及程 式專家等共同編寫。

5. 合乎經濟效益：CAI 的教材發展是由教育學者、教師、學習者、及程 式專家等共同編寫出來的，因此一個良好的CAI 教材，可以提供多 數教師使用，所以可以節省很多教學勞力與時間的耗損。

6. 可進行模擬實驗：在自然科學或行為科學中，某些實驗具危險性，

透過CAI 可編定狀況，供學習者模擬操作，不具危險性。

然而，傳統教學也由於所教導學習者的是具思考、難掌握的，所以有一 些特色是電腦輔助教學較難比擬的：

1. 學習互動：團體教學中互動教學較具啟發性，而此互動效果是電腦 連線作業最不易表現的。

2. 教師的身教：教師的身體語言，可把只能意會之處表達出來，如適 時的獎勵與責備，使學習者能有所領會。

3. 語言表達的機動性與彈性：傳統教學，語意表達可保持機動與彈性，

句子的長短，亦可依學習者的臉部表情，改變說明。

4. 情意教學：教師可視學習者的回答反應及情緒表現，作適當的雙向

溝通。

因此，教師在實施電腦輔助教學時，必須加強以下幾點[10] ：

1. 增加師生與同儕間互動：電腦輔助教學難以達成教學時師生以及同 儕互動時的激勵及啟發，學習者之間的互動減少、情感也會減少。

因此，電腦輔助教學所扮演的角色不宜完全取代教學，而只能做為 教學時類似教材的輔助工具，教師不宜太過於依賴輔助教學而失去 教學的意義。

2. 增加教學設備經費：某些電腦輔助教學軟體需要較高級的電腦或多 媒體設備才能充份發揮功能。

3. 強化教師的觀念與態度：部份教師的主觀以為電腦輔助教學是取代 教師的教學，或者有些過度依賴電腦輔助教學，認為讓學習者自行 去執行就好，而不加以輔導或輔助，甚至部份教師排斥電腦，不願 意接受與學習電腦，類以這樣的情況，就得要仰賴教師在觀念上必 需要有認為電腦輔助教學只是輔助教學的器材，而不是完全取代教 學的認知。

4. 積極發展人才與教材：一個良好的電腦輔助教學教材開發非常不 易，除了必需具備課程的專業知識、教學技術、以及程式語言及多 媒體設計之技巧外，最好能夠具備教學經驗，但具備這樣的人材實 在太少，再加上花費非常多的時間在電腦輔助教學軟體的發展，一 般教師不太可能花費時間在這塊區域，使得優良的教材付之闕如。

因此，惟有兩者互相搭配，取其長處相互為用，以發揮教學的最大效果，

所以本研究設計實體氣壓配管實驗平台，讓教師可在課堂利用這個平台達到 具有CAI 及傳統教學的優點。

二、 互動的要素：

一個受歡迎的老師，其上課的內容必定是多采多姿，教法必定生動活 潑，並且授課時讓學生產生互動，另其教學策略一定要考量學生學習的起點 行為。因此，互動也是教導的不可或缺之要素，而要構成一個具有互動性的 溝通須有下列三個條件[11] ：

1. 訊息必須是對特定對象而發的。

2. 交換訊息時，應根據對方所給予的回應，調整自己所要提出的訊息。

3. 溝通的管道必須是雙向的。

此外，構成互動的七個要素為[12] ：

1. 立即回應（Immediacy of Response）：以電腦教學為例，若學習者想 要知道一些相關資料（例如圖片），可按滑鼠，則電腦立即顯示資料。

2. 非線性資料處理（Non-sequential Access Information）：是指老師常在 教學過程中允許學生發問、討論、或問問題。待處理完學生問題後，

再進入下一個段落的學習。

3. 適應性（Adaptability）：即針對不同的學習者給予不同的訊息傳達與 教學方式。

4. 回饋（Feedback）：以電腦教學為例，電腦必須針對學習者的回應，

提供有關的訊息。因為學習者個別差異大，所以回饋必須因人而異。

5. 選擇性（Option）：是指學習者能自由操控的權力。例如：假設電腦 只充許學習者按空白鍵來更換下一個螢幕畫面，則給予學生的選擇 權太小，相對地互動性就減少。

6. 雙向溝通（Bi-directional Communication）：互動系統必須具備雙向溝 通的管道。若電腦只提供訊息而不接受學習者的意見、反應或指令，

那麼互動性的功能必降低。

7. 中斷性（Interruption）：是指學習者具有權利從先前的課程互動系統 中離開，以加入另一個課程活動。

三、 電腦輔助教學的型態或表現方法：

在許多的研究中，將電腦輔助教學的型態或表現方式其共同者可區分成 教導式、練習式、模擬式、遊戲式、問題解決法、對話詢問法、測驗法等，

與本研究的較有關的是教導式、練習式、模擬式三種，分別作以下的介紹：

1. 教導式（Tutorials）：

目的是讓電腦擔負整個教學的責任，最具有對教材傳真的效果，其 作法通常是把傳統式教學的課文或練習直接或間接地搬進（設計程 式）電腦中，讓學習者從中學習以達成教學目標。這就有如本研究 所提供給學習者實驗技能教學的功能，學習者可以依照氣壓實驗的 配管步驟，一步一步的引導學習者進行實驗配管，實驗中如配管錯

誤，系統即時顯示錯誤資訊，讓學習者進行修正、改善。

2. 練習式（Drill & Practice）：

練習式教學活動主要是提供學習者有重複練習的機會，以幫助學習 的效果。適用在學習者已接受過一個單元課程，但仍需多次練習以 熟悉新觀念的一種教學方式。學習者經由本研究所設計的教學引導 後，可自行選擇操作學習做自我訓練，系統會在監控模式下觀察學 習者實驗配管的正確性，透過互動式引導與操作的教學功能，達到 熟悉及熟練配管的實務技能。

3. 模擬式（Simulation）：

藉由電腦模擬技術及學習理論的結合來達成輔助教學之目的，它允 許使用者控制輸入參數與觀察輸出結果，並可提供學習者探索的學 習環境，讓學習者經由模擬實驗、做中學來形成具體的概念，進而 達到學習的目標。

四、 互動式電腦輔助教學的特性

電腦輔助教學有其深厚的理論基礎。有效掌握學習理論的精髓，製作出 來的CAI 課程軟體應能具備下列特性[7]：

1. 互動性（Interaction）：

電腦能接收及評鑑學習者的反應，提供適當的回饋，從而產生學習 傳播理論中的「雙向溝通」。

2. 個別化（Individualization）：

依學習者的個別需要、興趣、能力及學習方式，提供適合的方法及 最適當的教材，達到個別化教學，落實以學習者為中心之教育理念。

3. 多樣化（Versatility）：

結合各種視聽媒體，集合成多媒體CAI（Multi-Media CAI），充分 發揮聲、光、色及實景動態的教學效果，令教學可更具變化。

4. 動機性（Motivation）：

電腦的智慧性、擬人化（Personalization），產生親和效果，使教室 不再是脫離真實世界的象牙塔，而能引起學習者的學習動機。

5. 隱私性（Privacy）：

由於CAI 的個別化，使學習者在自我的環境中學習，無論學習失敗 或進度緩慢，也不致「丟臉」，可大大減輕同儕的壓力（Peer Pressure）， 保持隱私。

6. 一致性（Consistency）：

教師會因受限於生理或心理的限制，使教學品質易受到內外因素的 影響，然而電腦卻不會有這些問題，可以維持教學品質的一致性。

五、 電腦輔助教學之問題

運用多媒體電腦輔助教學協助教師進行教學活動，進而改善教學成效並 達到因材施教的目標，但由於教學不是僅有科學論理上的探討，也涵蓋了教 育理論和心理學等領域範圍，其中充滿了各種的不確定因素，使得目前的電 腦輔助教學普遍存在著許多共同的問題[13] ：

1. 系統具備的智慧性不高：無法診斷、分析學習者特性，來決定該使 用何種教學策略與教材。

2. 僅採用單一教學策略及固定教材：沒有依照學習者的能力，給予適 性化的教學，就有如是在翻閱一本電子書籍。

3. 缺乏合適的導引與工具：在網頁上學習，容易造成學習者迷失在這 一頁一頁的網頁中或認知超載。

4. 系統無學習能力：無法觀察及分析學習者的行為與成果，來做為下 次決策時之依據。

5. 系統之彈性與調適性能力不夠：缺少新增或調整專家知識庫的內 容，無法對教學或引導策略進行修正。