實驗設計

一、實驗對象

本研究之實驗對象為南投某國小四年級某一班的學生。全班人數為 13 人。分為兩種型態課程進行。分組討論以兩個人為一組，一人與老師同組。

共分為七組。而數位學習部份，則是各自進行學習。課程分為四個階段，

第一個階段實施數位學習後進行分組討論，第二~四階段則是實施個別的數 位學習。第一至四階段總共進行六十分鐘的學習。

二、實施程序

（一）老師將學生分為兩人一組。

（二）每個學生使用安裝了 WebCam 及具有網路連線的個人電腦進行學習。

（三）每個學生均需透過網際網路連結至數位學習系統，輸入學生個人的帳 號及密碼。

（四）經確認身份後，進入數位學習系統。

（五）由學生先行啟動影像擷取程式。並開始擷取影像的工作。一秒鐘擷取 2 張影像。

（六）第一階段為分組討論，老師選了四個成語故事的 Flash，讓學生進行 學習。每段 Flash 結束，隨即進行兩人一組的討論。討論後將討論結 果寫在試卷上。

（七）第二階段，老師再進行課文導讀之數位學習，讓學生學習課文、字詞、

字義…等。

（八）第三階段，進行＂麥斯楚發明魔鬼粘＂及＂蔡倫造紙＂的數位學習課 程。

（九）第四階段，進行＂愛迪生簡要生平＂及＂發明大王愛迪生＂的數位學 習課程。

（十）課程結束後，即停止影像擷取之程式。並將記錄之檔案依課程及帳號 分門別類上傳至數位學習系統中存放。

（十一）將所收集的影像檔，進行影像處理及分析，即可得知每位同學在課 程中的專注程度。

（十二）針對收集到的資料進行分析統計。

三、實施結果

本研究實驗分為四個階段，第一個階段分為數位學習和分組討論的部

份，其餘三個階段皆為數位學習的部份，分組討論時，研究者將座位調整 成兩個一組，螢幕也轉向 30~45 度角。如圖 3-17。預期討論時，學生會看 著對方討論，可使拍攝的角度較正確，可以擷取到較正面的影像。而數位 學習時，則將螢幕轉正，每個學生均看著自己的電腦螢幕，實際情形如圖 3-18 所示。

圖 3- 17 群組討論情境圖

圖 3- 18 數位學習情境圖

數位學習的部份，扣除老師說明課程進行的方式及學生調整 webcam 角度 的時間，四個階段每位同學總共擷取到 2952 張影像。討論的部份，每位學生則 是擷取到 1070 張影像。但分組討論時，大部份的同學，在討論時，幾乎都是看 著手邊的問題低頭討論或低頭寫答案，如圖 3-19，或是嘴巴不是沒有入鏡，就 是看不出張合的狀況，如圖 3-20。

圖 3- 19 低頭討論之示意圖 圖 3- 20 低頭寫題目之示意圖

因此，研究者又重新再做了一次分組討論，這次讓學生兩個人坐在一起，

對著同一台螢幕，並將討論的題目放在電腦裡，讓學生可以看著螢幕上的題目 進行討論。這次只有 12 位學生，分為六組進行討論。老師設計了六個題目，總 共進行了 15 分鐘的討論。實際施行狀況如圖 3-21 所示。這次實驗，除了坐姿 不良或兩位學生坐的離鏡頭太近導致無法入鏡外，大部份都可以擷取到臉部的 影像。每人總共擷取了 2322 張影像。表 3-1 統計了所有擷取的影像數。

圖 3- 21 第二次實施分組討論之情境圖

表 3- 1 影像擷取數量之統計表 影像擷取數量之統計表

第一階段 第二階段 第三階段 第四階段 總計 數位學習 294 540 529 1589 2952

分組討論 2322 2322

四、專注力分析

由擷取之影像，找出在數位學習時，不專心的定義:

1. 連續兩張閉眼，如圖 3-22 所示。

2. 眼睛移動範圍過大，如圖 3-23 所示。

3. 眼睛未直視螢幕，如圖 3-24 所示。

4. 擷取影像內未有人臉的影像，如圖 3-25 所示。

不將嘴巴開合的次數納入不專心的定義，是因為有些學生在進行第二階段 的課文導讀時，會不自覺得跟著唸起來。此狀況並不代表不專心。若是因為跟 同學說話，則應會符合以上四種規則。因此不需要額外再做定義。

圖 3- 22 連續眨眼示意圖

圖 3- 23 眼睛移動範圍過大之示意圖

圖 3- 24 眼珠未直視螢幕之示意圖

圖 3- 25 人臉未出現在影像之示意圖

研究者將影像利用 face.com 提供之人臉辨識程式，辨識人臉影像，此程式 可將人臉的眼、鼻、嘴的位置定位出來。如圖 3-26、圖 3-27、圖 3-28、圖 3-29 等情況，此程式均可正確的辦識出來。但在某些情形下，如影像中的嘴巴部份

全部被遮住(圖 3-30)、影像不清晰(圖 3-31)、只有半個臉(圖 3-29 左手邊的學生)…

等，則無法辨識出人臉，需要使用人工的方式去加以判別，以確認是否真的符 合以上四種規則。

圖 3- 26 人臉辨識示意圖(一) 圖 3- 27 人臉辨識示意圖(二)

圖 3- 28 人臉辨識示意圖(三) 圖 3- 29 人臉辨識示意圖(四)

圖 3- 30 無法辦識之人臉示意圖(一) 圖 3- 31 無法辦識之人臉示意圖(二)

此程式可以應用在＂眼睛移動範圍過大＂及＂擷取影像內未有人臉影像＂

的規則。眼睛移動範圍過大的部份，可將連續影像之眼睛位置找出並記錄下來，

再比較前後兩張影像眼睛之位置，x 軸或 y 軸差異大於 10，即表示移動範圍過 大，如圖 3-32 及圖 3-33，是兩張連續影像，由人臉辦識程式抓出圖 3-32 之左 眼 x 軸位置為 17.34，而圖 3-33 左眼的 x 軸位置為 33.3，兩者差異 15.96，判別 圖 3-33 移動範圍過大，視為不專心的影像。若 x 軸無差異，再比對 y 軸的位置。

以此標準，記錄符合的影像數量。而擷取影像內未有人臉影像的部份，也可使 用此程式加以判讀，若未標示出任何座標，表示未辨識出人臉，即符合不專心 之定義。另外，其它的規則，則是用人工的方式去輔助辨識。

圖 3- 32 眼睛移動範圍過大示意圖(一) 圖 3- 33 眼睛移動範圍過大示意圖(二) 依上述的定義及辦識方法。計算出符合以上定義之總影像數量，進而計算 專注力之百分比，公式為：

專注力之百分比=(所有影像數-不專心影像數)/所有影像數*100%

表 3- 2 學生數位學習之專注力百分比 學生數位學習之專注力百分比

座號 不專心影像

(張) 專心影像(張) 專注力(%) 專心度分組 1 243 2709 91.77% 專心 2 936 2016 68.29% 普通 3 1291 1661 56.27% 普通 4 1446 1506 51.02% 不專心 5 1003 1949 66.02% 普通 6 789 2163 73.27% 專心 7 1060 1892 64.09% 普通 8 450 2502 84.76% 專心 9 1480 1472 49.86% 不專心 10 1804 1148 38.89% 不專心 11 1780 1172 39.70% 不專心 12 764 2188 74.12% 專心 13 1183 1769 59.93% 普通 註：總張數為 2952

由公式得出數位學習所有學生的專注力百分比。再依所有學生專注力百分 比的高低，由高至低排列，前 33%者為專心組，後 33%者為不專心組（吳明隆，

2011）。目前樣本數為 13 人，因此專心組即是前四位學生，不專心組則為後四 位學生。由表 3-2 得知座號為１、８、１２、６在數位學習時有較高的專注力 表現。而座號為４、９、１１、１０在數位學習時，則呈現較不專心的狀況。

而在教材難易度不同時，學生專注力的表現如表 3-3，座號１、６、８、１

２在教材較簡單的狀況下，有較高的專注力，而座號４、９、１０、１１則呈

而在群組討論的狀況下，有參與的定義為:

1. 嘴巴開合的次數。

只列了嘴巴開合這一項，是因為在討論時，若影像中看得到嘴巴張合的動 作，即表示學生有在張嘴說話，認定為參與。而研究者也計算了未偵測到人臉 的張數，當作研究的參考依據。將討論時所擷取的影像，依嘴巴開合次數計算 出學生參與度的高低，公式如下：

參與度之百分比=嘴巴開合總次數/所有影像數*100%

表 3- 4 群組討論之參與度百分比 群組討論之參與度百分比

學號 嘴巴張合影像 數(張)

未偵測到人臉的

影像數(張) 參與度百分比 參與度等級

1 245 0 10.55% 低

2 370 208 15.93% 低

3 577 28 24.85% 高

4 597 98 25.71% 高

5 443 755 19.08% 低

6 568 18 24.46% 高

7 618 76 26.61% 高

8 531 152 22.87% 高

9 253 637 10.90% 低

10 104 1612 4.48% －

11 96 1781 4.13% －

12 357 794 15.37% 低

註：總張數為 2322， －表示不採用數據

將統計結果列於表 3-4。而參與度高低之分組，因座號１０與座號１１未偵 測到人臉的張數超過總張數的 1/2，屬無效數據，因此不列入分組，而以 10 人 為樣本數，取前 50%為高參與度。而後 50%為低參與度，進行統計分析。

五、統計分析。

本研究的資料處理與分析的部分採用社會科學套裝軟體 SPSS for Windows 進行統計分析。資料分析分為三個部分，一、學生進行數位學習的狀況下，不 同程度之專注力與學習成效之相關性；二、學生進行數位學習的狀況下，教材 難易程度與專注力之相關性；三、學生分組討論的狀況下，高低參與度對學習 成效是否有所不同。以下為各部分資料分析處理的方法。

探討學生進行數位學習的狀況下，不同程度之專注力(高專注力與低專注力) 與學習成效是否有顯著的差異。統計分析採取獨立樣本 t 檢定來探討不同程度 之專注力與學習成效是否有顯著的差異。

探討學生進行數位學習的狀況下，不同的教材難易程度(高難度與低難度) 與專注力(高專注力與低專注力)之相關性。統計分析採取成對樣本 t 檢定來探討 不同難易程度之教材與不同專注力之間是否有顯著的差異。

探討學生分組討論的狀況下，不同的參與度(高參與度和低參與度)與學習 成效是否有顯著的差異。統計分析採取獨立樣本 t 檢定來探討不同程度之討論 參與度對於學習成效是否有顯著的差異。