本章共分為四節，第一節闡述研究背景，學習者的情緒對於學習數位課程來 說越來越重要，因此電腦能夠判斷學習者情緒並給予回饋相當受到重視；第二節 為研究動機，探討透過研究背景篩選出情感式家教系統的課程安排；第三節研究 目的，探討不同的教學方法是否可以達到學習成效、動機和認知負荷的差異；第 四節研究範圍與限制。
第一節 研究背景
由於資訊科技的蓬勃發展，在日常生活中，大多數的人已經習慣使用電腦，
電腦已經成為生活當中不可或缺的物品，然而知識的取得不只侷限於書本，電腦 也成為取得知識的選擇之一。近年來，數位學習(e-Learning)非常受歡迎，不只 是單向的提供各種資訊與知識，更重要的是其提供學習者有自學學習的能力與不 受時空限制的好處(劉耀明，2006)。有效的學習是非常值得探索其中的原因，除 了知識的獲取和技能的培訓，情感也是一個重要因素，好的情感表現可以創造成 功的學習(Liu & Chi，2011)。但是用數位學習系統指導學生效果有限，因為數 位學習系統不能把學生的情緒考慮進去，為了使電腦更加人性化、智慧化，”情 感運算”理論出現可以對這個問題有所解釋 (Duo & Song，2012)，於是有了情 感運算(Affective Computing)名詞出現。
情感運算從社會科學與心理學的研究中發現，在電腦的世界裡完全沒有類似 於人腦處理情緒的機制存在，而是創立了情感運算這個全新的領域(鄭邦堅，
2010)。情感運算不僅能協助人們提供更好的成果也可能提高電腦做決定的能 力，其功能為透過臉部辨識、心跳、脈搏、呼吸等各種感應器取得生理訊號，針 對這些訊號截取出關鍵性參數經系統運算辨識人類的情緒。情緒表達的重要媒介 之一是臉部表情，透過攝影機將影像傳送至電腦中進行表情辨識能讓電腦辨識出 人類表情變化，做出適當的回應(潘奕安，2004)。
情感運算用於設計與評估情感式家教系統用於數位藝術(Affective
Tutoring System for the Digital Arts，ATSDAs)，藉由本體論的語意分析，
當使用者輸入文字時，藉由文字來分析情緒，透過文字所分析出的情緒回饋設計 一連串的建模及評估(Lin, Chen, Sun & Tsai，2012)。情感式數位學習模型的 實驗模組建置於改善學生學習經驗。在上海的大學使用並提出了一個情感的數位 學習模型，結合學習者的情感與上海數位學習平台。探討情緒如何演變過程，學 習過程和情感如何反饋可以用來改善學習經驗(Shen, Wang & Shen，2009)。此 外，針對英文的情歌歌詞進行分析，將字彙之間的關聯，和歌詞文本隱喻分析的 結果做比較，以評估字詞作為隱喻表達分析工具的潛能，提供不同角度的情感語 意探勘方法，作為情感溝通上的一項貢獻(李岱珊，2011)，Kwok, Cheng, Ip 與 Kong(2011)提出名為智慧型情感學習氛圍(Smart ambience for Affective Learning，SAMAL)的環境作為教學與研究使用其提供一個獨特的環境媒介整合認 知和情感的方法，以提高學習的環境。檢測學習者的情感因為同儕的意見和反 應，會有所幫助更好地了解他們的學習和參與行為(Cheng, Hou & Wu，2011)。
Kort, Reilly 與 Picard(2001)提出專業的教師擅於辨認學習者的情緒狀 態，並根據觀察的結果會採取某些行動。研究人員透過訓練的樣本讓電腦達到情 感表達的能力，雖然電腦還不能達到像人一樣的水準，但已經開始研究透過一個 電腦的虛擬助教，透過跟蹤學習者通過自己學習旅程的情感狀態。林群泰(2006) 透過虛擬代理人自我介紹及了解使用的情況，藉此拉近距離，並針對學習者情緒 和知識上問題給予關懷，使學生能更有效率的使用學習網站。柯姝伃(2010)透過 蒐集的幽默創造技巧資料庫，設計與學習教材相關的幽默表演活動。虛擬助教可 透過幽默表演活動與學生進行互動，改善學生的學習。虛擬助教會識別情感狀態 並做出適當的反應，透過適當的來評估是否繼續學習。提出學習可以融入情感運 算，以電腦為基礎將影響學習的情緒概念化，將此種情感運算融入智慧型家教系 統，稱為情感式家教系統(Affective Tutoring System，ATS)(Kort et al.，
2001)。
Ammer, Neji, Alimi 與 Gouarders(2010)利用情感運算和智慧型家教系統 (Intelligent Tutoring System，ITS)結合成為情感式家教系統。讓智慧型家教 系統具有情緒管理能力，能在學習者學習和情感反應時取得學習者的情緒。情感 式家教系統對學習者的臉部表情收集樣本進行訓練，可以偵測學習者的情緒，並 進一步提出讓虛擬機器人管理學習者的認知和情感模型，增加互動性和學習者的 學習動機。李佳勳(2013)使用語意辨識之智慧型家教系統和登革熱課程結合，建 置一套情感式登革熱家教系統，配合登革熱防疫宣導活動，協助教師進行登革熱 防疫宣導。Alepis 與 Virvou(2011)希望利用網路教學在任何時間地點學習的特 點進行教學。此研究主要是提供創作工具來協助給醫療助理讓它具有情感互動能 力，然而使數位學習更類似人類的人機互動。醫療指導者可以在醫療的電子學習 中使用創作工具來創造屬於自己的教育角色來跟學生互動，透過情感特徵輸入到 學習平台上，把可能的情緒狀態建模使用，再進行不同的教學策略。謝宜君(2013) 也將情感式家教系統應用於貝殼教育課程的教學活動，讓學童自己學習，藉此培 訓小小貝殼導覽員。大部分的學生對於會計學的印象是一門艱澀的課程，使用 ATS 融入會計學補救教學之中，希望對學習成效有所幫助(薛雅萍，2013)。
第二節 研究動機
本研究將社會學習領域教材融入情感式家教系統，設計適合國小學童學習系 統。透過情緒偵測給予適當的教材以及虛擬助教的幫助之下，跳脫傳統學習的限 制，以有趣和互動性的方式吸引學生學習，藉此提升其學習動機，並能達到學習 成效的提升，綜合以上所述，本研究的動機如下：
一、在之前的研究當中，情感式家教系統大多用於海洋教育、醫療、藝術及會 計學上，較少使用於社會科方面的研究，所以本研究將把情感式家教系統 融入國小社會學習領域當中進行探究。
二、希望國小學童在情感式家教系統學習之中藉由和虛擬助教的互動下，提高
學生的學習動機。
第三節 研究目的及問題
傳統的教學是以紙本和面對面現場授課為主，隨著科技的進步，多元化的學 習模式能創造更豐富的教材和學習方式。根據前述的研究背景與動機，本研究將 情感運算融入智慧型家教系統中，與一般智慧型家教不同的是，可以以學習者的 學習情緒和狀態做為課程的參考，在辨識學習者的情緒使用情感運算運用在臉部 和語意辨識提高辨識度。使得教學系統更加了解學習者當下的學習狀態，進而透 過虛擬機器人和學習者互動進行回饋。Mao 與 Li(2010)的研究中指出在學習系統 中虛擬代理助教和學習者的學習效果有顯著的效果，所以有一個可以陪伴學習者 學習的虛擬代理助教是可以幫助學習的，Lin, Atkinson, Christopherson, Joseph 與 Harrison(2013)研究在多媒體學習環境下動畫助教的存在影響科學 內容的學習、動機和認知負荷。本研究將以國小四年級學童為主要對象，設計一 套社會學習領域的教材融入情感式家教系統中之教學系統。並將此系統實際應用 在教學現場，比較傳統式教學和情感式家教系統教學在學習成效上的差異。
第四節 研究問題
根據前一節的研究目的，本研究將彙整如以下四點：
一、探討傳統教學和情感式家教系統的學生在國小社會學習領域的家鄉人口單 元中學習成效的差異
二、探討傳統教學和情感式家教系統的學生在國小社會學習領域的家鄉人口單 元中認知負荷的差異
三、探討傳統教學和情感式家教系統的學生在國小社會學習領域家鄉人口單元 中學習動機的差異
四、在使用情感式家教系統後，學生對於系統的使用及回饋意見
第五節 研究範圍與限制
一、研究範圍
本研究將以台中市某國小學童為實驗對象，分成兩班，一班進行傳統教學為控制 組，另一班為進行情感式家教系統為實驗組。
二、研究限制
本研究只針對國小四年級為實驗對象，因此在效度上有一定的限制不宜過度推 論，加上不是長時間實施教學實驗，僅實驗翰林版社會科第四冊的家鄉人口單 元，所以無法推論長期實施教學後，學童在學習成效上的差異。