第二章 文獻探討
第一節 以知識或試題結構為主的電腦適性測驗
Chang, Liu, & Chen (1998)曾以直流電路為例，設計一個診斷迷思概念之測驗系 統，做為教師補救教學之參考。在題庫建立方面，該研究參考相關文獻，訂出 9 個關 於直流電路的迷思概念 ，再根據這 9 個迷思概念，請專家們出了 20 個題目，每一 題目之錯誤選項被要求儘可能跟迷思概念有所關連。
該研究的重點在於假設有一份試卷，每題的選項除正確選項之外，其餘選項皆被 設計成與某一種迷思概念有關，如圖 2-1 所示。因此，今天若學生 A 作答第 4 題時，
選擇 4a 即可判斷學生可能擁有某一迷思概念且與第 6 題有關，故必須再進行第 6 題 的測驗來繼續作答。此時若學生面對的選項為 6a、6b、6c，且這三者分別代表不同的 迷思概念 M1、M2、M3，因此即可判斷出學生所擁有的迷思概念為何。若學生選擇 的是 4b，則可對應到迷思概念 M4，唯有選擇到 c 時才能確定學生沒有 M1 至 M4 這 四種迷思概念。
此方法優點為：
1. 根據受試者作答之選項來決定下一題試題，可達到適性化之效果。
2. 由受試者作答之選項來推論迷思概念，如果題目夠多，將可精確診斷出每一位 受試者之迷思概念，達到個別化之需求。
儘管優點是很明顯的，不過我們也發現幾個問題，例如：
1. 每條適性測驗路徑皆須精心設計以避免重複，而無法精確診斷出相對應之迷思 概念。
2. 出題時需考慮選項及迷思概念間關係，困難度高。
3. 當試題具有可猜測性時，不易達成精確診斷。
圖 2-1 Chang et al., (1998)適性測驗流程
除此之外，尚可利用概念繼承關係圖來尋找學生的補救學習路徑，因此蕭嘉琳 (2001)曾提出設計出互動式概念關係建立輔助系統，利用繼承關係圖診斷法，判斷學 生的學習障礙根源，給予學生適當的建議。但是單獨建立概念繼承關係圖是複雜且耗 費時間的，通常需要由相關領域的專家或專業教師，才比較容易建立一個較為客觀的 概念繼承關係圖。下方圖 2-2 所示是一個概念繼承關係圖。
圖 2-2 概念繼承關係圖（引自蕭嘉琳，2001）
從圖 2-2 可以觀察到相關學習路徑可能有：路徑 A：C1→C3→C6、路徑 B﹕C1
→C3→C7、路徑 C：C1→C4→C8→C10、路徑 D：C2→C4→C8→C10、路徑 E：C2→
C5→C9。因此我們可以發覺到 C1 與 C2 是這個概念繼承關係中兩個最上位的概念，
而每一個路徑都是一種學習模式，所以只要診斷出某一個節點，利用概念繼承關係圖 就可以快速的找出學生的補救學習路徑。
二、Diagnosys
Diagnosys 是由 Appleby et al. (1997)所開發出來的，是一種基於知識結構為基礎的 數學概念之電腦化診斷測驗，該系統設計時同時採用了專家知識結構和學生的知識結 構分析法，如此可以分兩階段節省試題。學生的結構的擷取乃透過專家知識結構編製
的紙筆測驗進行預測，並根據下列的方式所建構出來的。
為改進 Diagnosys 不足之處，「國小數學科電腦化適性診斷測驗(I)(II)(III)」（郭伯 臣，2003、2004、2005）將順序理論和試題關連結構分析法與試題反應理論結合來分 析學生知識結構，並分別使用專家知識結構與學生知識結構來建立電腦化適性診斷測 驗，以節省施測的題數並診斷國小學童的數學能力，提供學童適性、立即的成績回饋 與補救教學的建議，協助學童學會正確且完整的數學概念。詳細內容分述如下：
一、試題順序結構理論與試題關聯結構分析法
Airasian & Bart (1973)的「順序理論」(ordering theory, OT)及 Takaya (1991) 的「試 題關聯結構法」(item relationship structure analysis, IRS)常用來定義試題間的結構。將此 兩理論敘述於下：
Takeya(1991)發現經由 OT 所得之受試者試題結構與試題間之相關係數有些情況 會產生矛盾，故提出試題關聯結構分析法，希望透過另一種測量試題順序結構 IRS 之
若
r
jk* ≥r
，則設定試題j
為試題k
之下位試題，紀錄為Xj → Xk，其中 r為一閾 值(threshold)，常設定為 0.5。在 OT 及 IRS 中，若Xj → Xk且 ，則兩者的關 係可以表示成Xk → Xj
j k
X ↔ X ，而且這樣表示試題
j
與試題k
是等價的。二、電腦化適性診斷測驗之知識結構
該研究根據專家知識結構或學生試題結構中各相關概念間之上下位次序關係，
減少施測題數。假設有一教材專家知識結構如圖 2-3 所示。在紙筆診斷測驗中需施測 圖中概念 A-I 所有試題，才能知道學生的學習情況，但在該研究之電腦化適性診斷測 驗中，受試者如果答錯概念 A 的試題，則需進一步測量概念 B、C 及其下位概念，以 了解學生之迷思概念為何；如概念 B 對、概念 C 錯，在電腦化適性診斷測驗中僅需 再施測概念 F、G、H、I 之試題，因此可節省概念 D、E 之試題。
A
B C
D E F G H I 圖 2-3 專家知識結構圖
三、電腦化適性診斷測驗系統
在郭伯臣（2005）的研究中提出，電腦化適性診斷測驗系統包含四個子系統：1.
多媒體題庫系統、2.適性測驗系統、3.補救教學分類系統、4.輔助學習模組。系統進行 流程如圖 2-4 所示，透過此系統將學生課堂後的評量與補救學習數位化及網路化，藉
此達到「因材施測」及「因材施教」。
上述系統除了具有 Diagnosys 的優點之外，其主要優勢在於分析學生知識結構的 方法具有較完善的數學理論基礎，並且能提供有利的補救教學。
圖 2-4 電腦化適性診斷測驗及適性補救教學系統進行流程圖
在郭伯臣（2004）的研究中使用專家知識結構、Diagnosys、OT 與 IRS 四種方法 來建
（四） 其他結構的演算法而言是較不敏感
（三） 輯是非題、選擇題及填充題，同時還必 development life cycle, SDLC），由於每個資訊系統皆有其不同的特性，因此有關系統生 命週期的劃分與步驟，並沒有固定的標準模式。底下就瀑布式系統發展法、雛型式系
oyce 所提出，此發展法以系統層次為起點，經由分析、設計、
圖2-5 瀑布式開發法
二、雛型式系統發展法
雛型式系統發展法於 1984 年由 Boar 首先提出，如圖 2-6 所示，此種方法按照 使用者的初步需求，儘速完成一個雛型系統供使用者使用，之後再不斷地根據使用者 的意見進行系統的修改至使用者滿意為止之軟體系統開發方法。由於在新系統發展 時，使用者通常只能提出部分的需求，所以若採用雛型法則可以很快來瞭解使用者的 需求，並能隨時與系統發展者做適當的溝通，此種方法亦可以用來辨別使用者的動態 功能需求，或者將工作雛型評估修正成最終的軟體產品。雛型系統發展法過程可分為 需求分析、快速規劃、快速製作、建立雛型、評估修正及完成系統等階段，各階段的 工作重點如下所述（張大鈞，2001）：
（一）需求搜集：開發者與使用者需一起討論並定義軟體的目標及所有的功能 需求，同時列出必須做深入定義的地方。
（二）快速設計：著重在使用者可看到的介面，如輸入輸出之畫面及報表等，
開發者須使用現有的程式模版或應用相關工具，如報表及格式產生器來 達成快速設計的目的。
（三）建構一套軟體雛型：完成一可執行的軟體雛型產品。
（四）評估需求：透過使用者的實際操作與需求評估，提出需求的調整。
（五）循環：透過上述的程序週而復始的執行，直到滿足使用者之需求，才繼 續進行後續分析，設計…等階段，因此開發者在此階段即能充分了解那 些功能是必須設計。
圖2-6 雛型式系統發展法
三、重覆加強式系統發展法
重覆加強式系統發展法又被稱遞增式系統發展法，它是採用步階增量的方式來發 展，額外的子系統功能是在每次增加的過程中被加入至軟體系統，並重新進行設計、
製作及雛型修正的工作，如此重覆增量直到所有子系統功能被加入系統為止，如圖 2-7 所示。
其工作步驟有三項： 1.建立處理控制清單、2.增量步驟、3.判斷處理控制清單是 否空白。根據許元（1998）的解釋：首先必需建立處理控制清單，它可定義整個系統 必須具備的所有應用系統功能，也可以瞭解到距離完成的系統還有多遠，且由增量步 驟中自處理控制清單尾端取一項分析工作，快速建立雛型，由學習者的評估結果獲得 修正的意見，它包含設計、製作及分析，其中設計部份可自選設計方法，製作方面則 需包括程式的撰寫及測試，分析則是經由使用者線上使用，並提供意見，經過評估後，
將所需的修正，放進處理清單的尾端。最後判斷處理控制清單是否空白，若是則整個 系統完成，若為否則重覆進行增量步驟。透過此種過程重覆不斷地實行之後，即可將 我們所需的功能附加於該系統中。
圖2-7 重覆加強式系統發展法
表2-3 系統發展方法的比較
從表2-3 的比較中，可以知道三種系統發展方法各有其優缺點。而本研究限於時 間的問題，無法採用瀑布式的系統發展法，且在人力及希望系統在完成後能符合使用 者需求的考量下，本研究的系統開發方法，將依雛型式系統發展法來進行。
第五節 電腦網路相關技術之探討
一個系統除了理論之外，還需要一些屬於電腦網路方面的技巧來將之實體化。本 系統的建立是基於希望能夠以最小的資源耗費，達成最大的經濟效益，因此，對於作 業系統的選擇，以較安全、穩定的 Linux 系統為平台，其餘相關開發工具也以穩定、
免費使用為優先考量。除此之外，本研究的 KSAT 系統乃是建置在網際網路環境之 上，因此採用網路三層式主從架構及資料庫與 Web 訊息傳遞。下面分別就各相關工
具介紹說明。
一、三層式主從架構資料庫技術：
這個架構主要在用戶端和伺服器端再加上一層中介層，成為三層的主從架構
（Client/Server）。在這三層的架構下，用戶端使用標準的通訊協定（如：TCP/IP）與 中介層溝通；中介層使用標準的資料庫通訊協定或資料庫中介軟體與後端的資料庫溝
（Client/Server）。在這三層的架構下，用戶端使用標準的通訊協定（如：TCP/IP）與 中介層溝通；中介層使用標準的資料庫通訊協定或資料庫中介軟體與後端的資料庫溝