第一章 緒論
本章共分為五節，第一節說明研究動機，第二節說明研究目的，第三節說明 研究問題，第四節界定本研究所使用的相關名詞並提出說明及解釋，最後一節則 說明本研究的範圍與限制。
第一節 研究動機
有關我國高級中學電腦課程的起源，最早始於民國七十三年公布實施的高級 中學選修科目「電子計算機簡介」（教育部，1974），民國八十四年修訂後頒布「電 腦課程標準」，並於八十七學年度開始實施（教育部，1996），民國九十三年再次 修訂後頒布「資訊科技概論」，並自九十五學年度開始實施（教育部，2004）。
民國九十七年頒訂最新的高級中學選修科目「資訊科學」課程綱要，並於九 十九學年度開始正式實施，其主要目標為（教育部，2008）：
1. 培養學生深入學習資訊科學相關主題之能力；
2. 培養學生多元探索資訊科學各領域之研究精神；
3. 培養學生邏輯思維與創新思考之能力；
4. 培養學生統合運用資訊科技工具以解決問題之能力。
為達成上述目標，該課程綱要訂定「基礎程式設計」、「進階程式設計」及「資 訊科學與應用專題」等科目，其中「資訊科學與應用專題」科目包含資訊科學理 論、軟硬體應用、理論與應用整合等 3 類內容，由於理論較枯燥乏味，不易引起 學生興趣，因此多數高中會選擇影像處理做為教學內容。
談到影像處理教學，大部分的高中皆以教授影像處理軟體為主，例如：小畫 家、PhotoImpact、甚至是更高階的 Photoshop、CorelDraw 等應用軟體。學生們往 往在上完課程之後，對於影像處理的概念僅停留在軟體的操作，以及軟體所帶來 的各式各樣特效，但是他們對於影像處理背後真正的原理卻一無所知。有鑑於此，
已有相關的研究（花建民，民 92）藉由自行開發的軟體工具，輔助高中教師進行 影像處理教學，研究結果顯示該工具可提高學生學習興趣及增進影像處理原理的 學習。也有相關的研究（Chiu & Lee，2009；何汶偉，民 95；宋千儀，民 99）選
2 的問題，數位浮水印即為解決此問題的方法之一（Berghel & O'Gorman，1996）。
因此，在本研究中選擇以「數位浮水印專題」做為課程主題。
除了教學內容以外，教學方法對於學生的學習成就亦有舉足輕重的影響。臺 灣早期教育受到行為主義論的影響，課堂上多以教師講授課程為主，學生只頇經 由反覆的背誦與練習即可習得知識。近年來受到建構主義論的影響，認為學生知 識是主動建構的，而非背動吸收教師講授或教科書的內容，加上講求實用主義的 杜威「做中學（learn by doing）」理念的影響，教學方法已逐漸由傳統以教師為主，
轉為以學生為主(student-centered)的教學，諸如合作教學、協同教學、探究教學、
情境教學、實驗法等等。再者，由 Edgar Dale(1969)的經驗金字塔發展而來的學習 金字塔(learning pyramid)(參見圖 1-1)亦可看出，以教師為主的教學方法，越往金 字塔頂端，例如：講授教學，學生於上課後的記憶保留率最少，僅 5%；即使以 視聽輔助教學，記憶保留率也只有 20%；然而，以學生為主的教學方法，越往金 字塔下層，學生的記憶保留率也越高，例如：做中學的記憶保留率可達 75%，教 他人的方式甚至可以達到 90%。因此，以學生為主的教學或許是可行的方法。
圖 1-1 學習金字塔
(資料來源：National Training Laboratories in Bethel Maine)
在前述眾多教學方法中，實驗活動一向受到科學教育所注重，亦即透過多人 示範 (Demonstration)
群組討論 (Disscussion Group) 做中學 (Practice by Doing)
教他人 (Teach Others)
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觀察同一現象，學生們可互相分享並驗證結果以達到學習目的，並且透過學生參 與實驗活動與小組之間的競爭，可以增進學生的觀察能力及實驗操作態度
（Okebukola，1986）。國內學者亦提出實驗活動也可以讓學生驗證課程所學、培 養特殊技能、提升認知能力、瞭解科學本質與培育正確科學態度等好處（張惠博，
民 82）。 而在資訊教學方面，也逐漸由傳統的講述與應用軟體操作，轉變為以實 驗方式進行教學（Chiu & Lee，2009；花建民，民 92；何汶偉，民 95）。
然而，在以升學為主的普通高中，電腦課程並非如英文、數學的升學科目，
成績的好與壞不會影響未來大學的選校、選系，所以往往不受到學生的重視。因 此，如何規劃與安排適切的電腦課程教學，以激勵及提高學生對於資訊科學的學 習動機，讓學生能夠快樂地上課、主動探索資訊科學，又能夠從中獲取真正有用 的知識及相關的運用，藉此達到教學目標，著實為電腦課程相當重要的研究課題 之一，更甚者可作為未來相關科系的基礎課程。
綜上所述，本研究於現行的高中「資訊科學」課程綱要（教育部，2008）之 資訊科學與應用專題科目中，探討以「數位浮水印專題」作為主題，搭配實驗策 略的教學方法及研究者自行開發之數位浮水印實驗工具進行教學，對增進高中生 影像處理與數位浮水印之學習成就及資訊科學學習動機的影響，以評估實施「數 位浮水印專題」的可行性。
第二節 研究目的
基於上述的研究動機，本研究以數位浮水印為主題，採用實驗策略的教學方 法，對高中生進行數位浮水印專題教學，並期能達到以下的目的：
一、 提升高中生的資訊科學學習動機。
二、 增進高中生對影像處理原理及數位浮水印的瞭解。
三、 設計與發展一套軟體工具，作為實驗策略教學的輔助工具。
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第三節 研究問題
依據上述的研究目的，本研究所欲探討的研究問題如下：
一、 以實驗策略進行數位浮水印專題教學後，是否提升高中生資訊科學學習動 機？
二、 以實驗策略進行數位浮水印專題教學後，是否能增進高中生對影像處理原 理及數位浮水印的瞭解？
三、 本研究所設計與發展的軟體工具，是否容易使用且增進數位浮水印概念的 理解？
第四節 名詞釋義
一、 實驗學習單
本研究所稱的實驗學習單指的是搭配實驗活動的學習單，內容包含實驗 活動的操作步驟、紀錄表格及問題。學生可依據實驗學習單所描述的步驟操 作實驗，將觀察的結果紀錄於表格中，並回答相關的問題。
二、 實驗策略
本研究所稱的實驗策略意指學生依據實驗學習單的步驟，操作數位浮水 印實驗工具(WMLab)，藉由與該視覺化軟體工具的互動，觀察實驗的結果、
紀錄並回答相關問題的過程。
三、 影像處理基本概念
本研究所稱的影像處理基本概念指的是數位影像的基本組成元素(像素)、
數位影像的類別(黑白、灰階及彩色)、像素值二進位表示法。
四、 影像處理原理
本研究所稱的影像處理原理指的是模糊化、銳利化、馬賽克、對比增強、
加雜訊、裁減的方式。
五、 數位浮水印基本概念
本研究所稱的數位浮水印基本概念指的浮水印的應用及重要性、浮水印
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的相關測量方式(NC 值、PSNR 值)，以及嵌入浮水印時影響影像嵌入品質的 相關因素，包含：色調(RGB)、位元位置(LSB 及 MSB)、帄順區及複雜區概 念。
第五節 研究範圍與限制
本研究的範圍與限制界定如下：
一、 本研究的範圍僅限於高中二年級的學生，並且需具備小畫家或 PhotoImpact 等軟體操作能力，知道二進位與十進位的轉換，且亦頇具備矩陣的概念，因 此不宜過度推廣至尚未具備相關概念的學生。
二、 教學實驗的授課內容以高中電腦課程中的影像處理原理為主。課程內容包含 影像處理基本概念簡介、數位浮水印應用及重要性、影像打散技術（Toral Automorphism）、各式影像處理原理、影像相似度(例如：NC 值)及影像品質 鑑定方法(例如：PSNR 值)等。
為了達成本研究的目的，在接下來的章節中，將描述本研究所採用的研究方 法以及各個進行步驟。在第二章中將探討相關文獻，包含實驗策略、影像處理教 學發展與現況、數位浮水印技術、學習動機、教學軟體設計原則等。第三章詳細 說明研究設計及實施步驟。第四章將針對資訊科學學習動機量表、數位浮水印成 就測驗、學習問卷及教師訪談等結果加以分析及討論。第五章則為結論與建議。
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