研究背景與動機

第一章 緒論

本章將分成六節，分別描述本研究之研究背景動機、研究目的、待 答問題、研究範圍與限制、研究流程與名詞釋義。分別說明如下：

第一節 研究背景與動機

擴增實境為一項將現實環境拓展到虛擬物件和內容的技術，透過此 技術可將現實環境中不易察覺的現象，運用虛擬的資訊，將現實世界與 虛擬世界連結。此技術目前被廣泛應用在各領域中，不論是醫學、行銷、

廣告、遊戲、導覽、建築、教育、工業發展等範圍 （張昊勻、陳菁惠，

2010; 資策會，2011; Gervautz & Schmalstieg, 2012）。Johnson、Adams 與 Cummins（2012）在 NMC Horizon Report 的報告中更提到擴增實境 最有潛力的特色是可被用於視覺化和高互動性的學習模式，並將虛擬的 資訊附加在真實的世界中，這樣的特色是其它技術無法取代的，因此擴 增實境將成為未來學習的發展趨勢。

Martin、Diaz、Sancristobal、Gil、Castro 與 Peire（2011）依據 Horizon Report 進行科技導入教育之分析，擴增實境的研究趨勢如圖 1-1，在 2008~2010 年間著重於情境感知和視覺化的研究，而在擴增實境技術與 行動載具的發展配合下，行動擴增實境將成為研究重點。學生的學習範 圍變得更加寬闊，學習的場域也不限定於教室內，行動載具輕薄短小的 便利性，也加速了行動學習的無限可能性。

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圖 1-1 擴增實境應用於教育的趨勢

資料來源：Martin et al.（2011）

陳靜賢（2010）的研究中指出國小教師認為自然與生活科技教學困 難在於某些自然現象在生活中較不易察覺也無法利用肉眼觀察，只能夠 透過腦中想像的畫面來推測。例如磁力線的分佈或是黴菌生長的變化。

對於觀察力和想像力薄弱的學生，將會造成學習自然與生活科技上的阻 礙。此外，王健華與卓詠欽（2008）認為教師在進行自然與生活科技教 學時，教具的使用扮演了重要的角色。不過些情境是無法用傳統教具來 模擬的，例如板塊的移動。吳瀞佩（2004）提到學生在學習的過程中，

過於依賴教科書，加上放學後缺乏實際觀察的動力，導致學習成效不 彰，以上皆為自然與生活科技教學所遇之問題。

擴增實境有結合真實和虛擬世界的特性，因此透過此技術可彌補真 實世界無法呈現虛擬資訊的缺點。利用擴增實境製作學習教材，傳達抽

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象的概念，對於想像力較薄弱的學生而言，可在真實的環境中，利用虛 擬資訊做為輔助，對於理解學科內容是有加分的作用（廖詠年，2010；

Sayed, Sharawy, & Zayed, 2011）。擴增實境教材相對於傳統的 2D 書面資 料，可幫助學生更有效地學習和提高知識的保留 （Billinghurst & Duenser, 2012）。擴增實境教材讓學習者能利用眼睛觀看抽象的的科學概念，增 板塊運動的概念。Aziz, Aziz, Paul, Yusof, 和 Noor（2012）的研究中發現 擴增實境技術將虛擬與真實環境的結合，可以加強學習者對真實世界的 認知及互動，使學習更具樂趣與效果。在許多研究中指出擴增實境融入 教學，可有效地引起學生的學習動機（莊順凱，2006； 許曜軒，2011；

廖詠年，2010; Woods, Billinghurst, Looser, Aldridge, Brown, Garrie, &

Nelles , 2004; Di Serio, Ibáñezb, & Kloosb, 2012）。

導入擴增實境至教學時，教師將面對製作擴增實境教材耗時，且需 具備很多不同軟體的資訊技能的困難，例如製作 3D 物件，須經過建模、

材質貼圖設定、燈光設定和動畫設置，若欲製作出精細模型，則組合越 複雜，所需的建模軟體，功能也相對龐大，操作也須經過訓練，才能產 出模型，有此可知製作模型的過程繁瑣且耗時。當模型完成之後，匯入 Unity4.0 撰寫互動腳本，而模型互動的變化，配合高通公司推出的擴增 實境套件，都必須利用程式來達成。對於沒有程式基礎和缺乏製作模型 經驗的教師，製作擴增實境教材是一項沉重的負擔。故 Farias、Dantas

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與 Burlamaqui（2011）提到擴增實境教材編輯系統應設計成簡單易用，

並降低教師使用的資訊能力門檻。本研究的系統功能設計也參考了此種 作法，教師只需要搜尋模型，而不需要了解如何製作模型，簡化製作擴 增實境教材流程。

在許多研究中曾提到探究式學習結合客製化擴增實境教材的例子

（Klopfer, Perry, & Rosenbaum, 2007; Dede, Dunleavy, & Mitchell, 2009;

Thayer, 2010），皆有提升學習動機之效果。而探究式學習的優點在於能 培養學生高層次思考能力和問題解決能力，對於科學概念之理解均有幫 助，並能提高學生的學習表現。國家研究協會 National Research Council

（NRC）提到以探究式學習法進行教學，對於學生釐清的科學概念將有 的呈現（Huang, Lin, & Lee., 2012）。故雲端運算對於執行擴增實境的流 暢性是相當重要的。

本研究將雲端擴增實境教材編輯系統視為一種服務，而以雲端運算 架構本系統的優點如下：(1)教師不需下載任何開發軟體，簡化教師製作 擴增實境教材的作業流程（Arora, Kumar, Madan, & Pant, 2012）；(2)利用 雲端運算的網路使用無所不在和隨需應變自助服務特性，教師透過雲端 即可編輯擴增實境教材，在編輯教材的過程當中只需把擴增實境教材內 容存放至網路空間上，往後只要連接上網路，就可繼續編輯教材；和(3) 利用雲端運算的高度彈性，教師使用初階的資訊設備，即可執行製作擴 增實境教材的高速複雜運算。

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綜合以上所述，本研究欲建置一個雲端擴增實境教材編輯系統，並 且提供探究式教材編輯模式，特色在於教師可自行製作符合探究式學習 步驟的擴增實境教材，相對於其他客製化的擴增實境教材，有教材內容 修改彈性大之優點。系統互動功能將針對國小自然與生活科技所設計，

目的在於幫助自然與生活科技教師快速製作符合教學內容的擴增實境 教材，避免教師因為技術門檻過高，而放棄使用擴增實境教學。將教學 內容行動化已為趨勢，故教師在系統完成擴增實境教材後，系統可直接 將教材打包，學生在行動裝置上安裝 APP，輸入課程編號便可開始進行 學習。此外，本研究調查教師在使用雲端擴增實境教材編輯系統滿意 度，做為日後系統改善的意見收集，持續優化系統。

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