資訊科技融入教學

資訊科技可以支持學習者建構知識、探索知識、及做中學，教師可利用資訊 科技當作工具，提供學生具體練習及操作的機會，若將資訊科技當作認知工具可 促進學生學習成效，虛擬教具即是將實體教具數位化，並加上有助於學習的特 徵，以下就資訊科技融入教學之意涵、虛擬教具對學習之影響、及虛擬教具相關 實徵研究分別進行探討。

一、資訊科技融入教學之意涵

資訊科技融入教學的目的是要創造一個優質的教學環境，此種環境除了能改 進教師的教學方法，增進學生的學習效果之外，它應是一個多元的、互動性高的，

能培養學生主動進行探索問題，並有利於解決問題的環境(何榮桂, 2002)。資訊科 技融入教學強調融入與整合，焦點應在教學上，將資訊科技有效的整合且融入課 程、教材與學習活動中(王世全, 2000)。許多學者將資訊科技視為學習工具，在教 學活動中運用資訊科技，以融入、整合的方式使用科技來支援與延伸課程目標，

教師針對課程及教學策略之需，善用電腦多媒體特性，來有效達成教學目標，並 把資訊科技當作心智學習的工具，使學生能從事有意義的學習活動(王世全, 2000;

何榮桂, 2002; 徐新逸、吳佩謹, 2002; 邱瓊慧, 2002; Dias, 1999)。

從唯實主義(realism)與經驗主義(empiricism)、實用主義(pragmatism)與工具主 義(instrumentalism)、以及視覺媒體學習理論來看資訊科技融入教學(王春生, 2004)。唯實論與經驗主義者認為知識是經驗的產物，所有的知識基礎都是建立在 學習者感官的經驗上，有些學科是必須透過實物來進行教學的，透過各種感官來 認識事物能讓學習者印象清晰，同時藉由具體經驗，可以協助學習者理解學科內 的概念知識，實際操作的直接經驗最能引起學習動機，也最能幫助學習者了解學 習內容。實用主義與工具主義認為知識來自於活動，來自於個體與環境的交互作 用，此作用除了要運用感官外，同時也要運用頭腦，其知識發展的目的是在於產

生改善人生的工具，在教育方面則重視學校與校外生活經驗的連結、科目之間的 連結、及單元之間的連結，從做中來學、從經驗中來學、從解決問題中來學，所 以教師在設計教材內容時，應重視學習者的生活經驗。視覺媒體學習理論則認為 人類學習知識的歷程是從具體的實物操作到抽象符號的表徵，在學習過程中，為 了使學童順利建立知識概念，在不同學習階段，要運用不同的輔助媒體進行學 習，才能達到事半功倍之效，學習是動作、圖像與符號表徵，而媒體具有具體到 抽象的連續性。

資訊科技可以支持學習者建構知識、探索知識、及做中學，教師可利用資訊 科技當作學習工具，提供學生具體練習及操作的機會，並將資訊科技當作心智工 具，幫助學習者學習，表達已知的知識，建構新知識(Jonassen, 2000)。將資訊科 技融入教學不僅能吸引學習者的注意、引起學習動機，也能讓學習者獲得更具體 及真實的學習經驗，教師要進行有效的教學前，首先要做的就是引起學習者注 意，多媒體互動的特性、生動活潑的動畫或影片可以有效的吸引學習者的注意(劉 世雄, 2002; Jonassen, 1999)。互動性的視覺化媒體具有獨特的教學功能，可以有效 幫助學生理解與學習，資訊科技融入教學獨特的功能即是多元化的呈現教材，讓 抽象的教學內容更具體化，幫助學生達成有意義的學習(陳淑貞, 2004; Jonassen, 1999)。

資訊科技融入教學應是在「有需要」的前題下來進行，不應該只是為了融入 而只是將教材透過資訊設備來展示(王春生, 2004)。在數學學習方面，有些內容是 很抽象、不易了解、或是必需透過實地操作以經驗其中概念，因此容易造成學生 學習動機低落，若欲提高學習動機及增進學習成效，有必要將教材以視覺化的方 式呈現，將抽象教材內容具體化，以往的教學方式，往往需要花費大量的時間及 人物力來達成，現今利用資訊科技即可輕易的將抽象概念具體化，就由多媒體豐 富的聲光效果及互動特性，可以增加學生操作學習機會，並具體連結學習經驗，

提昇學生學習興趣及學習動機，以獲致較佳學習效果(張國恩, 2002; 萬志祥, 2004)。

二、虛擬教具對學習之影響

在 數 學 學 習 方 面 ， 兒 童 的 認 知 發 展 有 四 個 階 段 ， 依 序 為 感 覺 動 作 期 (sensorimotor)、運思前期(preoperational)、具體運思期(concrete operations)、和形 式運思期(formal operations) (劉秋木, 2002)。「感覺動作期」為零至二歲，兒童以 身體動作與感覺來體驗環境，憑感覺與動作以發揮其基模功能，會使用延後模 仿，此階段兒童有物體恆存的概念；「運思前期」為二至七歲，兒童逐漸能運用 符號來代表對環境的認識與體驗，但尚不能進行邏輯思考，開始運用語言、文字、

圖形等較為抽象的符號去從事思考活動，雖然能操作符號，但仍依賴具體事物，

此時期的兒童可以開始學習簡單的文字、數字和圖形，具有形象表徵的能力；「具 體運思期」為七至十一歲，兒童已能進行推理，以具體經驗之事物或經驗從事合 乎邏輯的思考，此階段兒童可以按物體某種屬性為標準排序進行比較，將具有相 同或相似特徵的事物放置在一起的分類能力，面對問題情境思維時，不再只憑知 覺所見的片面事實去做判斷，具有面積、體積、重量的保留概念，且具有符號表 徵的能力；「形式運思期」為十一歲以上，可將所面對的問題情境提出一系列的 假設，根據假設進行驗證，從而得到答案，在解決問題時，能獨立出個別的因素，

並將這些因素做某種組合，來思考問題的解決。

知 識 的 表 徵 分 為 動 作 表 徵 (enactive representation) 、 形 象 表 徵 (iconic representation)、符號表徵(symbolic representation)三個時期(劉秋木, 2002)。「動作 表徵期」是由做中學的經驗，指的是學習者接受到刺激後，所引發的外在行動反 應，透過行動手段來掌握概念或事物，例如幼兒對於一個具體物件的瞭解，在於 這個東西可以怎麼被操弄，當這個物件消失不再能被操作時，則此物件的意義亦 不存在，而此種運思的材料即為動作的表徵，實物、或花片、積木之具體物教具 皆為概念的動作表徵物，它們可以被實際地、外顯地操弄，如用點數的方式計數 花片的數量；「形象表徵期」是由觀察中學的經驗，指的是用「心像」來掌握概 念，換言之，即使具體物件已消失，在腦中仍留有心像，運思活動即是以心像為 材料，進行內在的活動；「符號表徵期」是由思考中學的經驗為主，指的是用符

號來掌握概念，對符號進行運思，符號是一個隨意選擇的記號，與實物之間並無 任何類似之處，不似心像是外在實物的影像，符號代表了實物或心像的某一種性 質之抽象意義。

從認知發展階段的時程來看，國小五年級學生處於具體運思與形式運思兩者 之間，國內研究指出，即便兒童進入國中階段，多數學生仍未發展出形式運思的 能力(袁媛, 1993)，知識的表徵是最基本的行動與形象的表徵，兒童必須透過操作 才能形成這些表徵，若不讓兒童實際操弄環境，或者至少見到外在事物，很難形 成這些表徵。具體物操作可以形成動作表徵與形象表徵，使所學得的知識有更多 的聯結增加記憶，所以國小數學教學借重教具(manipulative)之處甚多，就是希望 透過教具的操作形成正確的知識表徵(劉秋木, 2002)。教具重要的功能為提供學生 具體與抽象思維之間的轉換，這種轉換可幫助兒童經由表徵形式增進至抽象思考 的發展，從心理學習理論的觀點也支持教具於教學上的使用。Drickey(2000)也指 出，教具的使用能幫助學生建構數學抽象世界的意義及提供不同的情境以連結學 生己知及未知的知識。因此，教具在中小學生學習數學的過程中便扮演了重要的 角色，許多研究也都支持使用實體教具可以幫助學生學習數學概念。認識等值分 數時必需將物品進行不同等分的切割，但實體教具無法讓學習者任意地切割，分 數數感及單位量的概念也難以用實體教具說明，透過電腦多媒體互動特性，提供 半具體物之操作，將不易體驗的知識以影像或動畫呈現，抽象概念予以具體化、

視覺化，使學童有充足地操作機會，以經驗其中的數學概念，可有效地具體呈現 學習內容，幫助學童理解(賴阿福, 2004)。

虛擬教具(virtual manipulatives)和實體教具非常相似，是一種放在網站上具互 動特性的動態物件，此動態物件之具體表徵可以提供學生建構數學知識的機會 (Moyer, Bolyard, & Spikell, 2002; Moyer, Niezgoda, & Stanley, 2005)。最常使用於數 學 教 學 的 表 徵 方 式 有 實 物 表 徵 (concrete/physical representation) 、 圖 形 表 徵 (pictorial/visual representation)及符號表徵(abstract/symbolic representation)，虛擬教 具像圖形表徵物一樣可提供學習者視覺上的印象，但它也同時像具體教具一樣具

有可操弄的功能，虛擬教具的表徵方式並不同於前面三種常用於教學數學的表 徵，簡單來說，他們具有前述三種表徵的一些功能，且又有前述三種表徵所不具 有的一些功能。虛擬教具具有以下特性(Yuan, 2005)：(1)可變性，學習者可針對某 一物件的某一部分塗顏色，或是增加或減少某一物件的數量，如圖2-19，可以任 意改變圓形幾何釘板上的釘子數；(2)無限量供應性，可以解決課堂上實體教具不 足的問題，也能解決分配、整理教具耗時的問題，且整理教具也十分方便，只要 點選如資源回收筒的按鈕，所有畫面上的教具即獲清除；(3)可同時呈現圖形及符 號於畫面上，能強化表徵間的連結之特性，如圖2-20所示之虛擬教具可能沒有實 體教具的一些感官刺激，例如沒有觸感，但有助於學習者具體感官知識及抽象知

有可操弄的功能，虛擬教具的表徵方式並不同於前面三種常用於教學數學的表 徵，簡單來說，他們具有前述三種表徵的一些功能，且又有前述三種表徵所不具 有的一些功能。虛擬教具具有以下特性(Yuan, 2005)：(1)可變性，學習者可針對某 一物件的某一部分塗顏色，或是增加或減少某一物件的數量，如圖2-19，可以任 意改變圓形幾何釘板上的釘子數；(2)無限量供應性，可以解決課堂上實體教具不 足的問題，也能解決分配、整理教具耗時的問題，且整理教具也十分方便，只要 點選如資源回收筒的按鈕，所有畫面上的教具即獲清除；(3)可同時呈現圖形及符 號於畫面上，能強化表徵間的連結之特性，如圖2-20所示之虛擬教具可能沒有實 體教具的一些感官刺激，例如沒有觸感，但有助於學習者具體感官知識及抽象知