虛擬實境應用於教學之學習理論

(一)、建構主義學習理論的意涵

行為主義認為學習需要刺激與連結，藉由直接教學與反覆練習，可達成有效 學習。人的知識是由人主動去建構的，科學知識並非一成不變的，知識的發現也

沒有一套固定的歷程或方法 (顏弘志，2000,2004)。綜合各建構主義派別差異，

顏弘志、段曉林(2006)解釋建構主義應該包含下列三點特點：

1、知識不是被動的接受，而是主動建構的。

2、新知識必須建立在原有的知識基礎上。

3、知識是人與周遭環境互動所產生的。

Vygotsky（1962）指出個人知識的建構來源包含自發和正式的知識，科學概 念的學習必須是由學生主動的參與整個學習過程，再進而建構自己的意義。所以 學習者學習的意念動機強與弱，將會影響科學知識的學習成效（曾志華，1997）。

(二)、建構主義與電腦虛擬實境學習環境

在Vygotsky觀點中強調知識是由學生與環境的互動而主動建接受或吸收知 識。從科學學習的角度來看，教師、媒體素材皆可以是知識的促進者。王思峰等 (2004)認為利用電腦網路多元化的呈現方式，運用圖像、導引工具、目錄、虛擬 實境技術等，結合影音、聲光等相關媒體來設計輔助教材，藉由網路學習社群進 行互相討論、研商與觀摩，不但能吸引學習者的興趣，還可進而提昇教學品質；

此提供自動學習的環境與滿足自主性探索的學習方式，正符合建構學習論主動參 與的原則。梁朝雲等(1998)認為教學活動乃是去提供一個環境，讓學習者在其中 自行建構知識，這環境可以是真實的、自然的，如情境學習理論所主張；也可以 是人造的虛擬環境，如電腦產生的虛擬環境。此外透過虛擬實境環境可以讓學習 者感官經驗接受到以往傳統教學所難以比擬的感官經驗，所以適時利用此電腦輔 助教學對於提升學習效果有明顯的成效(廖士權，2003)。

周文忠(2005)指出虛擬實境具有的沈浸性、互動性及想像力的三大特性，與 近年來學者主張之建構學習理論有著高度的相關性，軟體的特性與學習理論之相 對照下，可看出其異曲同工之處。林子超等(2006)認為虛擬實境可以引起學習動 機、降低學習挫折，並幫助學習者處理資訊，主動建構知識，最後習得抽象的概

念再轉而為具體的知識，也能藉由虛擬世界共同參與學習活動和分享心得。此外 虛擬實境以視覺化、具象化的方式呈現資料，可以取代傳統以抽象的文字符號來 呈現學習內容，就認知科學的角度，對於學習者認知處理是有助益的，也就是學 習者是直接透過虛擬實境的環境來建構知識，而不必透過抽象的符號系統來學 習，虛擬實境扮演了幫助學習者從具體事物轉換到抽象法則的媒介橋樑(許光 城、葉秀玲，2007)。

本研究系透過物理虛擬實驗室的建立，藉由電腦系統呈現虛擬仿真的畫面讓 學習者操作實驗以達到參與歷程並且主動建構知識，符合Vygotsky強調外在環境 的情境脈絡對於學習的影響及強調主動學習的精神。

二、情境學習理論 (一)、情境學習理論

Suchman觀察人們操作影印機時發現，大部份的人在使用過程中遇到困難 時，才查閱說明書或直接請教有經驗的人，而不是先仔細閱讀完使用手冊後再操 作機器(邱貴發，1996；唐文華、劉馨韓，2004)。Lave等人透過對俗名誌研究發 現，某些專門行業的工作者，如屠夫、助產士、裁縫師、操舵手等，思考及行動 表現也和完全依賴理論法則行事的學生截然不同。面對專業上各種複雜的疑難雜 症，依然有令人滿意的出色表現，甚至更懂得如何直接利用環境資源解決陌生的 問題（Lave, & Wenger, 1991；黃鴻鈞，2004）。情境學習理念強調學習者與環 境間互動的歷程，提供一個可供學習者主動建構知識的學習環境(許瑛玿、廖桂 菁，2002；Suchman,1987；Brown, Collins & Duguid,1989；王春展，1996；鄭 晉昌，1994)。Brown等認為情境學習的內涵具有下列兩項特點：(邱貴發，1996；

Brown, Collins & Duguid,1989；Lave & Wenger,1991)

1、 強調真實的活動：學習的價值應在於真實情境與社會脈絡中，學習者才

能體會知識的意義及價值，才能真正掌握知識，以利學習遷移(施郁芬、

陳如琇，1996)。但是學校教育往往將知識抽離社會脈絡環節，難以和複 雜化、多元化的真實情境相結合，導致不利於知識轉移。

2、 強調學習來自於學習者主動探索與操作：學習的過程是一個對知識持續 不斷建立意義的歷程，學習者在整個環境中，是主動的知識建構者，所 以情境式教學著重提供或營造一個可讓學習者主動建構知識的學習環 境，使學習者在真實的情境中學習知識技能。

(二)、情境學習與電腦虛擬實境學習環境

情境學習理論強調學習者與環境之間的互動關係，在真實學習環境中能主動 學習建構知識。Winn（1993）表示，要達到情境學習目標應提供近似真實的學習 經驗，將課堂的學習活動轉換為更實際的方式進行，以直接提供學習者親身經歷 真實世界的學習經驗。

電腦科技可增進學習資源的廣度、深度及變化性，及提供學習感受臨場感，

有助於增進其參與感及學習動機。因此提供學習者真實的情境經驗或近似真實的 學習經驗是支援情境學習的有利因素。網路學習可提供近似真實的環境，藉由網 路學習情境中的學習資源，教材是可以多元化方式呈現，不受時空限制，具備取 代耗時、費材的教材準備的便利性。黃鴻鈞(2004)指出網路情境學習具有如下特 質：

1、打破學習時間與空間的侷限。

2、豐富且多元化的學習資源。

3、社會互動的學習方式。

4、個別化的學習。

5、自我建構的學習型態。

根據建構理論，學習者會根據既有的概念與經驗，去詮釋新理論的意義，情

境化教學則是提供學習者科學理論對應的真實情境，以促使學習者能夠從具體的 現象中，詮釋理論的意義。提供情境化學習環境是概念發展的必要因素(湯兆崙、

黃鼎凱、蔡宜君，2007)。

實踐情境學習理論需要一個真實的學習環境。一般教室難以提供真實情境，

因此許多學者認為利用電腦多媒體實踐情境教學可以補教室環境的不足

(Winn,1993；McLellan,1996；邱貴發，1996；楊家興，1993）。透過媒體科技 與情境教學理論互相結合，可以提昇學生的學習動機和學習成效，更有助於培養 學習者問題解決及獨立思考的能力(許瑛玿、廖桂菁，2002)。另外王春展（1996）

認為情境學習理論可以設計真實化的學習情境課程、進行鷹架協助式教學、重視 合作學習與分組學習式教學，以及運用情境式電腦模擬互動多媒體輔助教學等，

提供學校教師教學上的參考應用。

本研究的物理虛擬實境實驗室，將提供一個具有多媒體特性且帶有互動性、

真實性、生動的虛擬學習情境，虛擬情境以3D擬真立體動畫來呈現，在擬真的虛 擬環境學習環境下，操作者可以透過滑鼠、鍵盤在仿真的情境中進行學習。

第五節 虛擬實境