研究背景與動機

第一章 緒論

本章分別就本研究之研究背景與動機、研究目的與待答問題、研究範圍與限 制及重要名詞釋義等四個小節分別進行探討。

第一節 研究背景與動機

自然科學教育一直是國內相當重視的課程之一，九年一貫課程綱要指出自然 與生活科技領域課程主要目的為培養學生對於科學探索的興趣和熱忱並且能夠 應用於現在及未來的生活當中，另外對於觀察、規劃、實驗、歸納、創造等各種 能力，希望可以藉由學習中的教學活動、實際的實驗操作等幫助學生學習，期許 學生以探究和實作的方式進行，強調手腦並用養成設計與製作兼顧的能力(教育 部，2008)。因此，自然科學是人們所需具備的基本能力，在教育上更是扮演了 十分重要的角色。

隨著資訊科技的日趨進步，教師在課堂中的教學早已與過去不同，從前教師 礙於手邊工具的匱乏，對於難以用口語闡述的概念或是現象，例如：光是直線前 進的、電磁波的行進方向等，多半只能盡力解釋並且請學生運用想像力建立抽象 的概念。使用數位模擬幫助學習者學習，可以有效幫助學習者看到難以用肉眼觀 察的現象並且建構抽象概念(Gorsky & Finegold, 1994)。利用這些數位模擬工具，

不但可以提升教學效果，幫助學習者建構完整的知識概念，更可以讓教學變得生 動有趣，使學習過程更符合個別化的需要，彌補過去傳統教學的缺點(董家莒，

2000)。國中理化科由於學習難度較高，因此常常成為學生在學習中感到害怕的 科目。為了改變這樣的教學現況，必須從課程的教學方式進行改變，例如：課程 的創新教法、學習環境的改變及教學載具的創新等(楊明獻，2008)。Coker 與 White (1993)指出，今日的教師應致力於營造適合學生學習的環境及有效的學習方式，

使學習者可以在良好的環境下主動的進行學習。凸透鏡成像課程在國中的理化課

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程中屬於較艱深的單元，探究其原因為學生難以想像光的型態，因此較難建構出 學習概念。雖然學習者在日常生活中有許多接觸光學的經驗，但由於光不具有可 接觸、可觀察的特性，因此學生很可能會發展出許多個人的想法及概念(何嘉峻，

2003)。若能善用數位科技將那些難以建構的概念以虛擬動畫或是遊戲化的方式 呈現，對於自然科中抽象概念的學習將會有很大的幫助。.

過去幾年中，許多應用數位模擬、動畫影片等方式的研究已被許多研究者證 明對於學習自然科學實驗是有趣且有效的(Gorghiu, Gorghiu, Dumitrescu, Olteam, Bîzoib & Suducb, 2010)。Tatli 與 Ayas (2010)指出，使用數位模擬等虛擬環境的教 學實驗活動，雖然能夠提升學習成效，但卻有部分學習者認為實際進行操作的真 實體驗比起虛擬環境中的操作流程會更容易幫助學習。擴增實境具備結合虛擬環 境及真實世界兩個情境的特色，使之能夠在真實世界中操作虛擬的物件資訊。透 過此特點，可以在進行教學活動的實驗器材加上虛擬資訊，進一步提供學習者在 操 作 實驗 過程 中更 多的 輔助 資 訊 (Fiorentino, E-Uva, Gattullo, Debernardis &

Monno, 2014)。擴增實境提供了模擬實驗教學嶄新的學習方式，相較於虛擬實驗，

擴增實境可以進一步提供學習者自我探索，並且與真實環境結合的可能性，這對 於一些較具抽象概念的實驗課程有很大的幫助。擴增實境亦廣泛使用在許多產業 上，例如：教育、遊戲、醫療及工程中，其中遊戲與教育結合更是近年來數位教 育發展的重點。Cheng 和 Su (2012)指出，若能在遊戲化的學習環境中進行學習，

學習者可以融入遊戲情境中並且反覆進行學習內容操作，除了可以有效提升學習 者的興趣之外，還可以幫助學習者完成學習目標。Lopez-Morteo 與 Lopez (2007) 指出，遊戲本身所具備的聲光效果及趣味性，可以引發學習者挑戰新事物的好奇 心，進而有效地促進學習者習得新知識及提升學習動機。因此，若能結合擴增實 境與遊戲在教學課程中，應能幫助學習者在學習過程中的興趣及注意力，進而提 升對於學習內容的吸收程度。

擴增實境若結合遊戲應用在教育上應可以帶給學習者不一樣的感官體驗，不 同於傳統講述式教學法，可以帶給學生更豐富的學習輔助資訊及關卡挑戰性。不

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過，若擴增實境太過於侷限在遊戲的聲光效果及動畫影片，將會偏離擴增實境遊 戲的主軸(Egenfeldt-Nielsen, 2007; Sweetser & Wyeth, 2005)。對於一開始接觸擴增 實境的初學者而言，提供明確的教學活動指引，可以使學習者將焦點放在待解決 的學習任務上，可有效降低學習者的認知負載(Hill & Hannafin, 2001)。因此，若 能在擴增實境遊戲中加入適切的鷹架輔助，一方面可以確保學習者不會因遊戲的 聲光效果而忽略了學習內容，另一方面可以幫助學習者逐步地完成學習任務(李 紋綺，2005)。

此外，Kolb (1984)的體驗式學習理論認為，學習是經由學習者自身的經驗轉 化而來，其體驗式學習循環包括：具體經驗 (Concrete Experience)、反思觀察 (Reflection Observation) 、 抽 象 概 念 (Abstract Concept) 和 主 動 驗 證 (Active Experimentation)等四個階段。透過此四個學習階段，學習者融入體驗式架構並且 在與不同的數位模擬與鷹架策略結合下，應可以有效提升學習者在凸透鏡成像單 元的知識學習成效與學習動機。

因此，本研究採用體驗式學習模式做為學習架構，探討不同的數位學習環境 (擴增實境、虛擬實境)與鷹架策略(程序鷹架、反思鷹架)對於國中一年級學生在 凸透鏡成像單元的學習成效及學習動機的影響，期望能藉由數位科技的輔助，讓 學習者體驗有趣的實驗內容，並有效促進學習理解與應用。

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