科技輔助科學學習的多元觀點

過去 25 年來，資訊通訊技術(Information Communication Technology, ICT)的 空前成長與使用，促進了中、小學與大專以上學校的教與學(Holliman & Scanlon, 2004)，而這些應用於輔助學習的 ICT 則稱為學習科技(learning technology)。在 2011 年的今日，回首過去 ICT 的發展，就如同 Hall 與 Jacques 在 1990 年代末期 在 New Times 所描述的一樣，新的千禧年正上演著過去的歷史，因為世界正隨著 ICT 的出現與使用，在許多面向上都產生了質變(Kozma, 2003; Yelland, 2008)。

ICT 的快速發展，不但加速了人類科技知識的量產，也改變了人類學習的型 態。衛星連線教室、高速網路、高容量儲存裝置、高效能之個人電腦等科技的出 現，似乎有數不盡的潛能可以將教育引入新的領域(American Association for the Advancement of Science [AAAS], 1998; Linn, 2003)。AAAS 指出，美國教育史上 從來沒有比現在更廣泛地認同科技是素養教育的重要組成，教育學者和一般大眾 都渴望看到某些科技使用上的潛能可以在教育上獲得實踐。因此，在科技進展與 資訊教育政策的帶動下，不僅教育邁入了新的紀元，探索新科技對於學習之影響 的研究也如雨後春筍般地發展。AAAS(1998)指出，不論是學校內或學校外，有 越來越多的科學學習是透過和成熟的媒體互動而發生。Linn(2003)回顧 ICT 的進 展在「科學文本和教學」、「科學討論和合作」、「資料收集和表徵」、「科學視覺化

據實徵研究的證據，指出 ICT 不斷反覆且最終有利地影響了科學教育與學習。

Kang 與 Lundeberg(2010)進一步指出，科技可以創造讓學生主動解決生活面臨之 問題的學習環境，而且聚焦於學習目標，由科技所創造之學習環境能增強學生對 於科學本質的觀點並加深其概念發展。Bransford, Brown 與 Cocking(2000)與 Ebenezer, Kaya 與 Ebenezer(2011)亦指出，科技逐漸成為學習過程中的一部分並 且成為學習者在教室中產生、管理與溝通知識的方法。透過這些新穎的科技，結 合真實世界之探究活動與互動式視覺化，將能協助學習者發展關鍵的科學概念，

以及近來深受國際重視之科學探究技能(eg. Council of Ministers of Education of Canada [CMEC], 1997; National Research Council [NRC], 1996)。

ICT 基於「學習將會被適當的媒體、學生、學科內容和學習任務的組合所強 化(Clark, 1983)」、「新科技的許多特徵與學習科學之法則是一致的，而且新科技 對於提升教育是相當有希望的(Bransford, Brown, & Cocking, 2000)」、「將設備完 全配置，將能增加師生在課堂上的使用，也將能促進教學與學習(Cuban,

Kirkpatrick, & Peck, 2001)」等基本假定下，影響了科學學習之效益。然而，ICT 對於學習的輔助迄今仍然存有爭議(e.g. Clark, 1983, 1994a; Kozma, 1991, 1994a;

Kulik & Kulik, 1991)，隨著正、反向實徵研究證據的不斷湧現，以及研究方法的 進步，有研究者嘗試透過後設分析(meta-analysis)研究法來探究科技對於學習的 影響，以奠定科技輔助學習的理論基礎。

Kulik 與 Kulik(1991)更新其 1980 年代的研究，針對 254 個含控制組的研究，

再次進行後設分析，其發現電腦教學(Computer-Based Instruction, CBI)經常對學 生有正向的效果，平均可以提高學生測驗成績約 0.30 個標準差，且效果量(effect size)隨研究特徵而異，已發表文章的效果量較未發表者大、不同教學者的效果量 較相同教學者大、教學時間短者較大，而且 CBI 會讓學生對於教學和電腦產生

少量正向的態度，但隨著教學時間的增加，正向態度隨之降低。從 Bayraktar(2001) 針對美國於 1970~1999 年發表之電腦輔助教學(Computer Assisted Instruction, CAI) 應用於中學及大學之科學教育的研究論文共 42 篇進行後設分析，亦得到相似的 結果，CAI 整體的效果量約為 0.273，且效果量隨教學時間、教學者效應等變數 而異，且 CAI 的效果量自 1970 年代起逐年下滑。Liao(2007)針對台灣於 1983~2003 年發表之 CAI 研究論文共 52 篇的後設分析(meta-analysis)結果，可以發現，CAI 之平均效果量較傳統教學者約高 0.55，CAI 之效果量亦隨變數而異，特別是 CAI 的效果量亦隨著年代下滑，2000-2003 年 CAI 之研究的效果量僅為 0.310。另外，

美國教育、計畫辦公室，評鑑與政策發展部(U. S. Department of Education, Office of Planning, Evaluation and Policy Development)則針對 1996-2008 年超過 1000 篇 高等教育之線上學習(online learning)的研究進行後設分析後指出，平均來說，在 線上學習環境的學生表現較接受面對面教學(face-to-face instruction)的學生來得 好；單純線上學習之效果量較面對面教學者高 0.14(p<0.05)、線上環境搭配面對 面之混層教學之效果量較面對面教學者高 0.35(p<0.001)(Means, Toyama, Murphy, Bakia, & Jones, 2009)。然而，Jaggars 與 Bailey(2010)則反駁美國教育、計畫辦公 室，評鑑與政策發展部所進行的研究，其擴大蒐集的研究範圍，延伸到完全線上、

半學期之學院課程之研究，進行後設分析後發現沒有上述之趨勢—線上學習者表 現較接受面對面教學者好，其指出上述的研究結果沒有包含到低收入

(low-income)和學業未完備(academically underprepared)的學生。

從上述針對 CBI、CAI 與線上學習等實徵研究之後設分析可以知道，媒體科 技提升學生之學習效益隨著不同研究時間、不同研究場域、不同媒體設計等各種 變數而有不同的研究結果；因此，媒體科技能提升學生學習效益的論點是受到挑 戰的。回顧教學科技與媒體對於學習影響的觀點，從 1980 年代起的影帶教學、

CBI、CAI 到 ICT 以來，儘管科技本身已經大幅地進步，但是這些觀點間仍存在

著一些爭論，而這些爭論仍不斷地反覆(perennial)與再現(recurring)(Wellington, 2005)。

早在 1994 年，Ross (1994)即指出媒體效益爭論的議題並非瑣碎的，而是對 於研究者與實務者如何思考媒體之應用具有重要的影響，故 Educational

Technology Research & Development 特組專刊針對 Richard E. Clark 與 Robert B.

Kozma 的媒體論戰進行深入討論。由於本論文的目的之一在發展一個有效的互 動式電子白板(Interactive Whiteboard, IWB)教學環境，來輔助國中學生進行細胞 分裂主題之學習，因此，希冀透過媒體論戰之文獻的回顧，作為開發本研究之 IWB 數位課程的理論基礎。基於此，本節將先回溯 1980 年代以來，Clark 與 Kozma 對於媒體輔助學習之論辯，並從科技在學習上的角色、科技是否有其獨特的屬性 來影響學習，以及媒體研究之研究方法論三個面向來闡述其論點，以探討科技輔 助學習的角色與其對於學習之影響，並從中獲得本研究之研究設計上的依據。

(一) 媒體僅是載具不會影響學習—Clark 的觀點

在電視、電腦科技興起並作為學習工具的 1980 年代，Clark(1983)分析媒體 比較研究後，提出「學習者無法從任何媒體獲得任何學習效益」的觀點，而其最 廣為人知之卡車譬喻為：

‘The best current evidence is that media are mere vehicles that deliver instruction but do not influence student achievement any more than the truck that delivers our groceries causes changes in our nutrition.’ (Clark, 1983, p445)

此外，Clark 建議除非有新的理論被提出，否則應停止去問有關從媒體獲得 學習之研究與評鑑的問題，因而開啟學者對於「媒體是否影響學習？」的爭論。

1. 後設分析與媒體屬性研究支持 Clark 之「媒體不會影響學習」的主張

Clark(1983)從媒體比較研究之後設分析的證據，以及媒體屬性之研究，指出 媒體僅是載具不會影響學習效益，教學方法才是影響學習效益的關鍵。

(1) 媒體比較研究之後設分析反應出媒體效益歸因上的困惑

Clark(1983)從媒體比較研究之後設分析發現，在過去的媒體比較研究中，影 帶教學顯著較傳統教學來得好，但經過 Kulik, Kulik 與 Cohen(1979)以效果量重新 換算後，發現效益僅有 0.2 個標準差，約 1.6 分的差異。而且，Kulik, Kulik 與 Cohen(1980)指出，過去的媒體比較研究，在研究方法上沒有控制，往往是不同 團隊的教學設計或不同的教師，在不同的實驗組裡給予不同的教學內容與教學方 法，造成研究結果無法歸因，若以相同教學者進行所有實驗時，則媒體之正向效 果量有下降的趨勢，另外，當教學個人化系統(personalized system of instruction, PSI)、編序式教學法(programmed instruction, PI)與傳統教學法進行比較時，PSI 和 PI 的效果量相似，然而，當時大多數的電腦化教學僅是透過電腦來呈現 PSI 或 PI 這兩種教學法，因此，效益的本質可能源於教學方法而非媒體，當我們將 媒體與教學方法分開時，或許更能解釋學習的效果。另外，學習者的新奇效應 (novelty effect)，也會讓媒體研究之效益的效果量隨時間逐漸下降(Kulik, Bangert,

& Williams, 1983)。除上述之外，Kulik 等(1983)也指出，已發表之文章較未發表 者有更高的效果量，這意味著主編的人為偏好。基於上述後設分析的證據與效果 量的重新估算，Clark 指出過去的媒體比較研究存在這些困惑的因素，造成將學 習效益歸因於媒體的迷思。

(2) 不同媒體屬性的研究卻達成了相同的學習效益

相較於媒體比較研究僅聚焦在媒體本身，有另一群學者建議一個新的研究取 向—媒體的屬性及其對於學習過程中訊息處理方式的影響(Salomon,1979)。

Salomon 與其他學者主張，不是媒體而是媒體的特定屬性影響了學習，媒體的特 性屬性可以被學習者用來建模或形塑，以發展獨特的認知過程。例如：許多媒體 擁有像「減緩物體運動、放大縮小(zoom)模擬的細節或拆解(unwrap)三度空間的 物體為二度空間」等能力(capacity)的屬性，這些屬性被認為可以在學習者建模 時，培養其認知技能。Salomon(1974)指出，對於線索注意力較低的孩童，可以 透過影片，以攝影機放大縮小的功能，針對許多不同細節從廣角聚焦到特寫的過 程，讓孩童學會放大模擬細節的認知技能。另外，Blake(1977)指出，透過棋子移 動和棋局型態的動態建模，也許可以提高生手辨別可能之位移與棋局結構的技 能。

然而，Clark(1983)引用 Mielke(1980)的研究反駁了媒體屬性之研究，指出只 有非常少可用於培養認知技能的媒體屬性被證明是有效的。此外，Clark 也引用 Bovy(1983)的研究反駁 Salomon 之「影像放大縮小」的媒體屬性研究，其指出 Bovy 改以「影像逐漸縮小到消失(irising)」的屬性，提供專注於線索的練習，該 研究結果也和 Salomon 的研究一樣有效；另外，Bovy 還發現僅將線索獨立出來 的方法—透過 zooming 和 irising 將挑出之連續細節進行靜態的近照，在培養專注 於線索的技能上較 zooming 或 irising 更為有效；因此，Clark 認為僅將相關線索 有效獨立出來，才是訓練學生該認知技能的必要條件。另外，Blake 以靜態圖、

以圖片搭配動態箭頭、從靜態圖片拍攝動態影片，以這三種方法對高或低視覺能

以圖片搭配動態箭頭、從靜態圖片拍攝動態影片，以這三種方法對高或低視覺能