我們從多媒體學習理論、知覺理論、多媒體學習理論的教材設計原則以及數 學簡報系統的教材設計原則的角度探討激發式動態呈現教學設計的理論基礎。而 本章我們預計採準實驗研究法，透過實驗來加以驗證：在激發式動態呈現教學設 計－觸發模式下，「尺規作圖」的教學呈現具有「字幕敘述」是否會有較佳的學 習成效？實驗的假設是：「觸發模式下有字幕呈現優於無字幕的教學設計」。
本章共分成五節，分別就研究對象、研究設計、研究工具設計、研究步驟與 過程及資料分析方法等五個部分作說明。
3-1 研究對象
本研究探討的情境是「課堂授課」，研究對象是參與此課程的實驗組與控 制組學生。由於課堂授課主要涉及兩個情境變數（situational variables）：「授 課教師」與「教學環境」；以及一個參與者變數（participant variables）：參與 學生。為儘量避免無關變數（irrelevant variables）的干擾，我們將實驗設計的 考慮因素說明如下：
1. 授課教師
本實驗的實驗組與控制組的授課教師相同，而且授課時的作圖步驟說 明以預先錄製旁白的方式呈現，此設計是為了避免教師在授課時口語的表 達內容及方式有時仍會略有不同的因素，進而影響實驗結果。已經有研究 指出不同的教師對學生的「科學態度」與「數學態度」會發生影響（洪志 成, 1985；潘正安, 1985），因此應儘量避免此situational variables的影響。
擔任本實驗研究教學錄音之教師為研究者本人，有六年的數學科教學經 驗，熟悉課堂教學事務。
2. 教學環境
為避免教學環境此situational variables影響實驗結果，實驗組與控制組 的實驗教學所使用的多媒體設備皆具備單槍投影、投影布幕、大型擴音音 響喇叭、筆記型電腦等，且皆為相同型號。
3. 參與學生
本實驗的實驗組與控制組學生選擇兩個不同的「普通班」，其理由如 下:一般而言，每一年齡層的智商呈常態分配，如鐘型曲線，可表達由最
高到最低的分佈情形（柯華葳, 2007）。由於實驗學校是以「國民中學智 力測驗第三種」（路君約etal., 1991）測驗成績為依據進行常態S型男女混 合編班，因此實驗的參與者應選擇普通班，因普通班在此編班方式下智商 較為接近常態分配。此外，由於S型編班之男生與女生編班起點為亂數產 生，所以普通班本身即是隨機起點的系統性抽樣，並且由於順序由智力測 驗結果而定，所以智商分數由高而低在各班分佈的狀況大致相同，因此也 符合分層隨機抽樣的精神。
實驗學校是地處市區的學校，校內平時的課堂授課多數以電腦多媒體 教學為主，目的是為了讓研究對象參與實驗課程時的心理狀態與平常的課 堂授課環境接近，不會因緊張、興奮或陌生感等的情緒起伏影響實驗結 果。本研究教材內容雖然是國二下學期的課程，但市區學校的學生多數因 補習而先修課程，為避免部分研究對象因先修影響實驗結果，研究者選擇 以國中一年級的學生為實驗研究對象。
實驗學校的國中一年級共有五班，其中兩班有數理資優資源班的學生 分散其中，不適合作為研究對象；其餘三班考量其上學期數學成績的高低 因素，亦可能影響實驗結果，故選擇平均數及標準差較相近的兩班作為實 驗組（A班）與控制組（B 班），A、B兩班上學期數學成績的平均數與 標準差比較如表3-1。
表 3-1 A、B 班平均數及標準差表
上學期成績 班別 樣本數 平均數 標準差
A 班(實驗組) 33 80.39 1.73 全班 B 班(控制組) 32 79.91 2.02
A 班(實驗組) 17 87.88 1.09 高學業成就
組 B 班(控制組) 16 88.88 1.08 A 班(實驗組) 16 72.44 1.91 低學業成就
組 B 班(控制組) 16 70.94 2.21
此外，在常態性檢定中，採用Shapiro-Wilk的檢定方法顯示A、B兩班 學生上學期的數學成績符合常態分配，如下表3-2。
表 3-2 A、B 班常態性檢定分析表
（verbalform）」與「圖像型態（pictorial form）」兩者配合使用（Mayer, 2001）。
此外，Mayer（2005）強調文字訊息以「口述文字」的方式呈現會比「印刷文字」
有更好的效果。因此，本實驗設計依據此設計原則，每一頁面皆採用「口述文字」
與「圖」並用的設計方式。然而，Mayer（2005）又提出學習者從「具有動畫與口
述文字」的教材比「具有動畫、口述文字與字幕」的教材能得到更好的學習效果。
故本實驗在激發式動態呈現觸發模式下分採「實驗組－有字幕」與「控制組－無 字幕」，但教學內容完全相同的設計。希望藉此瞭解在「尺規作圖」這個單元的 學習上，有無字幕對學習者學習成效的影響。
「激發式動態呈現－觸發模式」採用的是滑鼠任意點擊或鍵盤空白鍵等的觸 發方式，讓教師或學習者依據學習狀況控制教材每一步驟持續進行的時間長短。
研究教材的設計採「動畫」與「口述文字」同步呈現的方式，而實驗組在每一動 畫之後皆有字幕呈現其口述文字的內容，控制組則無字幕。
本實驗教材內容採「尺規作圖」的四大基本作圖為基準：
1.作等線段 2.作等角度 3.作垂直平分線 4.作角平分線
此外，由於實驗設計中強調課堂授課的背景下，在不破壞原班級的完整性，
及避免其他的干擾因素，本研究使用準實驗設計，利用獨立樣本二因子變異數分 析去檢視不同學業成就的學生在不同的教學設計之下，學習成就變化。以下表3-4 為實驗設計分組細格表
表 3-4 實驗設計分組細格表
學業成就
因子 高 低 合計人數
A 班(實驗組) 實－高（17人） 實－低（16） 33 教學設計
B 班(控制組) 控－高（16人） 控－低（16） 32
合計人數 33人 32 65
本研究的實驗變項如下：
1. 自變項
（1） 教學設計
A 班實驗組，採激發式動態呈現觸發模式－有字幕呈現。
B 班控制組，採激發式動態呈現觸發模式－無字幕呈現。
A、B 班的教材皆有動畫、口述文字同步呈現。而口述文字部分，由 研究者本人採預先錄製旁白的方式呈現。此外，實驗組則在每一個 動畫步驟之後，出現字幕來呈現其口述文字的內容；控制組則無字 幕。
（2） 研究對象特質
實驗學校的 A、B 班學生依智力測驗成績採 S 型常態編班，且上學 期
數學成績 A、B 兩班皆呈常態分佈。A、B 兩班學生平常在學校的課 程
中接觸電腦多媒體相當頻繁。
2. 控制變項
教學的時間、教材內容主題單元、測量時的工具和時間相同。
3. 依變項
學業成就測驗分為記憶性與轉化性評量作圖。其中記憶性題目測驗兩 項：「作圖」與「作圖步驟」；轉化性題目因較為複雜僅測驗「作圖」。
之前的許多學者的研究中，大都支持學習者從「具有動畫與口述文字」
的教材比「具有動畫、口述文字與字幕」的教材能得到更好的學習效果，以 下列舉支持上述原則的相關文獻：（Abrams & Christ, 2004；Kalyuga et al., 1999；Mayer, 2001, 2005；Mayer et al., 2001）。本研究也希望藉此實驗來探討
－在激發式動態呈現觸發模式下，對於「尺規作圖」這個單元的教學設計，
有無字幕對學生的學習成效影響如何？綜合以上，我們提出下列的假設，
假設一：教學設計與學業成就在學習成就的表現有顯著交互效果。
假設二：教學設計針對作圖步驟學習成就的表現有顯著的影響。
3-3 研究工具設計
3-3-1 實驗教材製作
本研究是以國中二年級下學期「尺規作圖」為教材設計的單元，本單元希 望學習者學會「四大基本作圖」外，還會使用「文字敘述」呈現作圖步驟。數 學簡報教材的製作軟體是使用普及率極高的PowerPoint （PowerPoint 2002之 後的版本）為平台，輔以由交通大學陳明璋領導的 Informath 團隊所發展的 PowerPoint外掛系統「AMA」。之後，藉由SPSS統計軟體14.0版加以分析實驗 研究結果。
接下來，我們開始說明實驗教材製作內容，其餘詳細內容請見附錄一。本
投影片 4
投影片 9
投影片頁面說明：（投影片 13～58，請見附錄一）
◎投影片 1：簡報教材使用說明。
◎投影片 2、3：先備知識建立，數學符號介紹。
◎投影片 4：尺規作圖意義，以及作圖工具－「直尺」、「圓規」的用途說明。
◎投影片 5～56：尺規作圖－等線段、等角度、垂直平分線、角平分線的實地教 學。
◎投影片 57：視學習者學習狀況，可連結至投影片 1，重複教學演練。
◎投影片 58：按下後可離開實地教學播放模式。
研究者於課堂授課一開始進行時，以播放簡報方式一一口述說明投影片 1～
4。接著，投影片 5～56 為尺規作圖教材的實地教學，實地教學的投影片內容，
其動畫、口述文字同時呈現，延遲三秒後，出現口述文字的字幕，此時的口述文 字是研究者本人以預錄旁白的方式播放。延遲三秒出現字幕的原因，是基於多媒 體理論中的雙通道假設及有限容量假設，心理學家 John Anderson 指出視像記憶 保存的時間只有約一秒的時間（Byrnes, 2004）；而回聲記憶能維持的時間大約只 有兩秒（Eysenck & Keane, 2000），然後皆經過運作保留到工作記憶中。所以，
為了避免動畫與字幕同需視覺感官刺激，進而造成學習者的認知負荷過高，本研 究才將字幕延遲三秒出現。
投影片元件使用說明：
1. 筆、直尺、圓規：讓學習者在多媒體的學習上，有傳統黑板教學的實物感。
包括筆的動態畫線，以及圓規的動態伸展。少了筆、直尺、圓規，無法感受 作圖的實際情境。
2. 開始作圖：此按鈕按下後即進行實地作圖演練。此按鈕設計，具有提示學習 者注意學習重點的效果。
3. 上一頁：在實地作圖演練中按下此按鈕，與滑鼠滾輪迴滾具有相同效果，皆 可使先前的作圖步驟重新呈現。教師可以隨意的順序及速度呈現，有彈性的 與學習者互動。
4. 下一頁：在實地作圖演練中按下此按鈕，可以使作圖步驟一一呈現，使教學 內容得以程序性的步驟化呈現。
5. 下個練習題：此按鈕按下後即進入另一個練習題。此按鈕設計，除了提示學 習者注意題目的轉換外，也可以讓教師在此進行階段性的複習。