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 制以及重要名詞釋義四個部分進行詳述。

第一節 研究背景與動機

普通高級中學基礎化學課程綱要(2010)提到，化學是基礎科學的核心學科，

學習者必須建立科學思考的基本方法與態度，因此教材內容應著重於化學科內容 與實驗活動學習，認識並了解物質的構成及其化學能量變化。然而，受到目前升 學主義的影響，教師多半以講述的方式進行課程教學，導致學習者對化學的學習 興致缺缺；其次，目前許多學習者認為化學這門科目是非常抽象複雜以致無法理 解，難以應用於日常生活之中(De Vos, Bulte, & Pilot, 2002; Osborne & Collins, 2001) 。

電化學反應課程牽涉到許多概念，例如電解質、氧化還原反應與金屬活性等 等。教師在傳統講述式教學講解「鋅銅電池」的原理時，以畫板書的方式呈現鋅 銅電池裝置，搭配其他顏色的粉筆畫出離子與電子的流向，並以口述的方式講解 其原理。然而要完整的畫出所有離子與電子的流動情形是非常困難的，必然造成 學習者眼花撩亂的情況發生，可能增加其認知負荷；教師為了讓學習者瞭解所教 授之概念，以日常用語去詮釋科學現象，可能造成學習者的誤解進而形成迷思概 念，例如「鹽橋的功用是為了溝通兩電解液」造成學習者誤解為電解液中的離子 是透過鹽橋進行移動(郭順利，2007；張秀澂，2002)。因此，若能使學習者親自 操作化學實驗，可看到實驗過程中參與化學反應的物質所產生的變化及現象，並 在此過程中建立知識幫助提升學習成效；而實驗活動是以學習者為中心的活動，

讓學習者可以自由的探索，將有助於學習者產生正向的學習態度(Tarhan & Sesen, 2010)。然而，化學實驗的操作使學習者實際看到化學反應所產生的變化及現象，

但卻無法用肉眼觀察到化學反應中電子與離子的流動情況，而一般學習者在實驗

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活動中只依照課程指示完成實驗操作步驟，將實驗結果記錄下來，並未思考實驗 過程中所看到的化學反應是如何產生的，透過這樣的實驗活動也未能提升學習者 的學習動機(Sesen & Tarhan, 2013)。

由於化學抽象概念難以表達的教學方式以及學習者無法觀察實驗之微觀化 學反應的困境，在科技資訊輔助教育的推動下，現今已有許多透過電腦模擬動畫 的方式來幫助學習者瞭解化學的抽象概念(劉漢欽，2006)。然而，有研究(Imbert, Vignat, Kaewrat, & Boonbrahm, 2013)指出，在虛擬環境所呈現之物件並非由人體 直接碰觸進行互動，而是透過其他裝置間接操控，使學習者無法感受到真實世界 所賦予之物理或化學特性。近年來擴增實境的技術已逐漸為世人所知，例如 google glass 便是具有革命性的擴增實境產品之一，其最大的特色是將虛擬與現 實整合，使用者在現實世界的環境同時與擴增出的虛擬物件進行互動，藉此獲得 更真實的互動經驗。Cai、Wang 和 Chiang (2014) 認為擴增實境的技術不僅讓學 習者獲得真實的操作經驗，也可透過擴增出的 3D 虛擬物件更真實的呈現出現實 中人類無法用肉眼觀看的微觀世界。因此，操作化學實驗時若能透過擴增實境的 方式學習，不僅獲得操作實驗的經驗，也能在學習的過程透過擴增實境看到化學 反應的微觀世界。此外，為了讓學習者將所學概念應用到生活情境，若將擴增實 境化學實驗結合遊戲，不僅能讓學習者沉浸於遊戲情境中提升學習動機，也能在 解決遊戲任務的過程不斷嘗試錯誤並修正，改變既有的錯誤想法，藉此促進學習 者對複雜問題的理解，增加對學習內容的保留度(Souza-Concilio & Pacheco, 2013)

。

透過擴增實境所擴增的虛擬資訊可以為多種型態，例如靜態圖像、3D 立體 物件或動畫等。根據 Mayer 和 Moreno (2003) 提出之多媒體呈現原則，當同一概 念同時使用圖片、影片或動畫等多種媒體表達將增加學習者認知負荷。根據上述 之原則，擴增實境應用於教學時，必須考量虛擬資訊呈現方式以降低學習者的認 知負荷。有研究(Kose, Koc, & Yucesoy, 2013)認為透過擴增實境呈現 3D 動畫的方

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式可以促進學習者的思考，以此增進學習表現；Cai、Wang 和 Chiang (2014) 的 研究結果發現，以擴增實境的 3D 動畫呈現技術可以促進學習者對化學概念的理 解。然而，當設計教學環境時應考量學科本身的複雜度，對於複雜度較高的單元 應該添加靜態圖標來引導學習者(Homer & Plass, 2014)。Nincarean、Alia、Halim 和 Rahman (2013) 認為擴增實境的教育價值不僅在其功能，並建議擴增實境融入 教學理論進行教學。化學實驗在每個階段都有不同的反應現象，在學習的過程提 供適度的引導觀察，幫助學習者將概念系統化地編碼到長期記憶中(Gagné, 1985)

，促進學習表現。

綜合以上論述，本研究將擴增實境遊戲應用於電化學實驗教學活動，探討不 同擴增型態之學習環境與不同引導策略對高中生學習電化學反應概念之學習成 效與學習動機之影響。期望透過遊戲的情境引起學習者的學習動機，以擴增實境 的技術觀察到化學反應微觀的世界，理解電化學反應概念，並透過引導策略將所 學概念進行編碼後記憶，獲得更好的學習表現。

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