研究設計

動中會明確的給予操作步驟且需依步驟進行探索，讓學習者在探索演練的過程中 習得相關知識。

「學習風格」係指學習者在進行本研究之實驗教學活動前， 學習者自己理 解事物、處理訊息的模式，本研究依據學習風格量表將學習者分成「感官型」、「直 覺型」。

本研究之依變項有二，分別為「化學反應課程學習成效」及「化學學習動機」。

「化學反應課程學習成效」主要評量學習者在實驗教學活動後在化學反應課程學 習成效測驗的表現，包含知識理解和知識應用兩個面向。「化學學習動機」主要 探討學習者在實驗教學活動後對於學習者化學的學習動機表現，包含外在目標導 向、內在目標導向、工作價值、控制信念、自我效能及期望成功六個面向。

本研究為配合受試班級的課程安排，實驗教學以班級為單位，教學者為研究 者本人，教學實驗為期四週，每週一節 45 分鐘，共 180 分鐘。

貳、擴增實境實驗遊戲「卡密斯任務」實驗教學活動設計

本研究希望透過實驗與遊戲，讓學習者以探索的方式來建構出化學反應課程 的相關概念，進而理解生活中化學反應的相關概念。故本研究以 Unity 軟體與 Vuforia 平台來建置一個結合教育目標、實驗、遊戲內容及探索式策略的擴增實境 實驗遊戲–「卡密斯任務」，其學習內容與學習目標、遊戲設計發展工具、遊戲 設計理念、學習活動設計及學習活動流程分別敘述如下：

一、學習內容與學習目標

「卡密斯任務」的化學反應課程學習內容與目標，是依據教育部國民中 小學九年一貫課程綱要「自然與生活科技學習領域」中的「化學反應」單元 來發展。本研究之學習目標是要讓學習者瞭解化學反應相關概念，內容包含 (1)化學變化、(2)氧化還原反應、(3)化學反應式，如圖 3-2 所示。

圖 3-2 化學反應課程相關概念知識架構圖

二、「卡密斯任務」擴增實境實驗遊戲設計發展工具

本研究之擴增實境活動使用 Qualcomm 公司的 Vuforia 平台所提供的擴增實 境技術並結合 Unity 軟體來設計製作「卡密斯任務」遊戲環境。Unity 軟體的開發 靈活度高，可供設計者自行規劃遊戲場景、設計所需之操作功能(如圖 3-3)，並且 能夠結合 Vuforia 平台所提供的擴增實境技術，另外，Vuforia 允許設計者自行設 計用來辨識擴增實境的圖卡，可以讓設計者創造出結合教育內容且適合學習者操 作使用的擴增實境世界(如圖 3-4)。

化學反應的表示法 化學反應

質量守恆定律 化學反應現象 吸熱與放熱反應

氧化與還原 反應速度 化學變化

氧化還原反應

化學反應式

化學平衡

圖 3-3 Unity 開發介面

圖 3-4 利用 Unity 與 Vuforia 建置出來的擴增實境世界

三、「卡密斯任務」擴增實境實驗遊戲設計理念

應用 5E 學習環於教學中可以增加學習者的學習興趣，使學習者能積極地建 構出自己的知識與技能(Kolomuc, Ozmen, Metin, & Acisli, 2012)，此外，5E 學習環 能有效地幫助學習者學習化學相關概念(Demircioglu & Yadigaroglu, 2012)。故本研 究之擴增實境實驗遊戲架構以 5E 學習環為活動架構，於各階段將擴增實境實驗

與遊戲融入其中，讓學習者透過實驗有效地建構出屬於自己的知識概念，並以遊

「學習內容」，如表 3-3 所示。其中，引導式探索組的擴增實境實驗，畫面會出現

(一)擴增實境實驗遊戲情境說明

於「卡密斯任務」學習任務開始前，會有遊戲的故事背景及任務目標的說明，

使學習者可以清楚知道自己的任務為何(如圖 3-5)。學習者扮演卡密斯博士的助手，

而博士年事已高需要尋找一位助手來成為他的接班人，因此博士會以居住在安提 安幽國的居民遭遇到的困難當作學習者的考驗。學習者必須在遊戲環境中透過與 非玩家角色互動、蒐集道具，以化學反應的相關概念來完成每個任務考驗。

圖 3-5 載入畫面：說明學習者扮演的角色及任務目標

(二)擴增實境實驗遊戲歷程概述

在擴增實境實驗中，有「卡密斯天平」、「卡密斯時光機」及「分秒必爭」三 個實驗任務，其內容包含質量守恆定律、氧化還原反應及反應速率三種化學概念。

在進行化學實驗的同時學習者除了進行實驗操作外還必須填寫化學反應實驗學 習單(如圖 3-6)。本研究的化學反應實驗學習單，如圖 3-7 所示(以氯化鈣溶液和碳 酸鈉溶液作用的前後質量關係實驗為例)學習單內容包含擴增實境所要辨識的圖 片以及學習者必須記錄在實驗過程中所得到的結果，另外還有給予該實驗的相關 問題，讓學習者進行自我反思以加深學習者的印象(詳細內容如附錄一)。

圖 3-6 化學反應實驗學習單與實驗操作

圖 3-7 化學反應實驗學習單

在擴增實境遊戲中，分成「暖心」、「工廠夜未眠」及「恆春」三大任務關卡。

在前兩個關卡分別由不同的任務支線所組成，每個任務支線都會用到不同的化學 反應相關概念來解決問題。例如在工廠夜未眠關卡的其一任務為要提升啤酒工廠 生產啤酒的速度，學習者必須知道影響化學反應速率的因素有哪些，並使用可正 確提升速率的物品。在最後一個關卡為一個總結性任務，此任務結合前兩個任務 所應用到的概念，且會有分數的計算，以用來評量學習者在整個學習過程中是否 能有效應用所學的知識概念。

(三)擴增實境遊戲操作介面說明

「卡密斯任務」操作介面如圖 3-8 所示，學習者以第一人稱的視角進行遊戲 的操作，藉由與 NPC 的對話來取得資訊或開啟遊戲任務(a.對話框)，另外在操作 過程中隨時可以使用任務清單或道具鈕來觀看任務執行狀況與持有道具(b.功能 鈕)，若有取得物品也會畫面上方出現資訊(c.資訊框)告知學習者。

圖 3-8 「卡密斯任務」學習介面說明

在遊戲過程中，若學習者不清楚任務內容或無法順利完成任務時可以點選任 務清單鈕，在任務清單(如圖 3-9)內可以觀看各個任務的任務目標及任務的指引，

另外在道具選單(如圖 3-10)內可以觀看學習者目前所取得的道具，並且有各個道 具的詳細說明。

圖 3-9 「卡密斯任務」之任務清單

圖 3-10 「卡密斯任務」之道具選單

五、「卡密斯任務」學習活動流程

在「卡密斯任務」擴增實境實驗遊戲學習活動中，學習者在四週學習時間內 進行前測、五階段擴增實境實驗遊戲學習任務(擴增實境操作練習任務、化學反應 實驗任務、填寫化學反應實驗學習單、化學反應課程學習任務、總結性任務)與後 測。學習活動流程如圖 3-11 所示。本研究依探索策略的不同分成兩組 5E 探索式 擴增實境實驗遊戲，兩組不同之處在於學習環中的第二階段「探索」與第四階段

「精緻化」中之探索操作方式不同。以下就「卡密斯任務」之學習活動進行說明。

圖 3-11 「卡密斯任務」擴增實境實驗遊戲學習活動流程圖

在第一週進行五個階段的擴增實境實驗遊戲任務前，先讓學習者進行前測，

內容為學習風格量表。接著開始進行 5E 學習環的投入階段–「擴增實境操作練 習任務」，學習者根據學習任務的指引，熟悉擴增實境的呈現方式、擴增實境實 驗的器材操作方式以及擴增實境遊戲的環境與操作方式(如圖 3-12、圖 3-13)。

圖 3-12 擴增實境操作練習任務

圖 3-13 學習者進行擴增實境操作練習任務

第二週前 25 分鐘同時進行探索階段–「化學反應實驗任務」及解釋階段–

「填寫化學反應實驗學習單」(如圖 3-14)，以實驗的方式讓學習者先對一些化學 反應的相關概念有初步的認識，另外透過化學反應實驗學習單中的實驗現象記錄 與問題提問來加深學習者的印象以及建構出屬於學習者自己的知識概念。

在引導式探索擴增實境實驗中只會給予問題或提示且會一次給予所有相關 實驗器材(如圖 3-15)；在結構式探索擴增實境實驗中會給予完整步驟，並依步驟 給予所需實驗器材，學習者須依步驟來進行實驗探索(如圖 3-16)。

圖 3-14 學習者進行擴增實境實驗與填寫化學反應實驗學習單

圖 3-15 引導式探索擴增實境實驗

圖 3-16 結構式探索擴增實境實驗

第二週的後 25 分鐘以及第三週讓學習者進行精緻化階段–「化學反應課程 學習任務」，讓學習者藉由學習任務從中學習化學反應課程概念(如圖 3-17)。此外，

在此階段中，引導式探索組中的任務指引只會給予簡單的提示讓學習者進行探索，

而任務的完成沒有一定的順序(如圖 3-18)；結構式探索組中的任務指引會依序給 予步驟，學習者只能依步驟指引來探索並完成任務(如圖 3-19)。

第四週前 20 分鐘進行評量階段–「總結性任務」，用以評鑑學習者能否應用 前面所習得的化學反應相關概念。最後 25 分鐘進行後測，包含化學反應課程學 習成效測驗、化學學習動機。

圖 3-17 化學反應課程學習任務

圖 3-18 引導式探索擴增實境遊戲任務指引

圖 3-19 結構式探索擴增實境遊戲任務指引