適性學習系統

適性化學習 (Adaptive Learning)是數位學習最具有代表性的議題，而其中的

「適性化」強調的是依據學習者的狀態或個人特質，調整系統的內容或呈現方式，

來符合學習者的個人化需求(黃國禎、蘇俊銘、陳年興，民101)。因此，適性學 習系統(Adaptive Learning System, ALS)建立的宗旨為考量到個別的差異，例如學 生的能力、性向、習慣、興趣或學習困難等，進而提供適合個別學生的學習活動、

介面或內容。而提供的方式通常是採用人工智慧的技術，讓電腦去模仿教師的角 色，讓學生可以得到因材施教的效果(Brusilovsky, 1996；Devedzic, 2004)。以下 謹就其運作的邏輯、可結合的學習理論，與目前市面上常見的適性學習平台一一 介紹：

一、適性學習系統的運作邏輯

依據 Brusilovsky 在 1996 年提出的適性化流程（Classic process of adaptation in adaptive systems）(圖 2-2)，系統起初收集使用者的相關資料（Data about user）， 並進一步進行使用者模式化(User modeling)而建立起使用者模式（User model），

再者經由適性化（Adaptation）的過程，針對不同學生的使用者模式給予不同的 適性化教學，而達到影響學生學習的效果（Adaptation effect）。

系統(system)

使用者相關資料 (data about user）

使用者模式

（user model）

使用者模式化(user modeling)

適性化（adaptation）

收集（collects）

處理（processes）

處理（processes）

圖 2-2 適性化系統中典型的適性化流程 資料來源： (Brusilovsky, 1996)

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ALS 可以在學習過程中根據學生的特性動態地產生合適於學生之教學內容 和適性地呈現教材(Brusilovsky, 2001)。而這種系統的適性化又可分為適性呈現

（Adaptive presentation）與適性導向（Adaptive navigation）兩種模式(Brusilovsky, 2004；Stewart, Cristea, Brailsford and Ashman, 2005)。

適性呈現的方式是將學生要學習的內容或教材，考慮學生的學習狀況後，以 一 些 小 單 元 知 識 組 合 呈 現 ， 分 為 適 性 多 媒 體 呈 現 (Adaptive Multimedia presentation) 、 適 性 文 字 呈 現 (Adaptive text presentation) 與 可 程 式 化 適 性 (Adaptation of modality)；適性導向則藉由調整超媒體的連結與內容，提供了同時 具有教育背景以及針對個別的學生客製化的有效學習路徑，也就是提供適性化的 學習路徑。其中又分為直接導覽(Direct guidance)、鏈結適性化排序(Adaptive link sorting)、鏈結適性化隱藏(Adaptive link hiding)、鏈結適性化註解(Adaptive link annotation)與導覽圖調適(Map adaptation)(圖 2-3)。

19 (adaptive multimedia presentation)

適性文字呈現 (adaptive text presentation)

鏈結適性化隱藏 (adaptive hiding of links)

鏈結適性化註解 (adaptive annotation of links)

直接導覽 (direct guidance) 鏈結適性化排序 (adaptive sorting of links)

導覽圖調適 (map adaption) 適性超媒體技術

(adaption technologies)

適性導向

(adaptive navigation support)

適性呈現

(adaptive presentation)

圖 2-3 適性超媒體技術之分類法 資料來源：(Brusilovsky, 2001)

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負責決定該派送給學生那些教學媒體。其系統運作的順序通常是先由教學者在系 統中建立知識空間，接著學生主動或被動進入系統將個人資料登記於使用者模組 中，當學生於系統中開始進行學習時，觀察模組變會開始監控學生的學習狀態，

並通知適性模組到知識空間中抽取適當的教學媒體派送給學生。

雖然上面的敘述已經可以呈現適性學習系統如何派送學習材料，到底要在何 種情況下決定派送哪一份學習資料則具需要設計者來加以設定。以系統的分類來 看，適性學習系統仍是屬於學習系統的一種，而學習系統的開發首先要考量到的，

便是學習的目的與知識類型為何者，並且找出其適合的學習理論作為基礎，如此 才能設計出真正發揮教學效果的系統(Ally, 2004; Hadjerrouit, 2007)。

二、可應用於適性學習系統的學習理論

以目前線上學習系統的開發狀況來看，最常應用的教學理論可分別三大類型，

分別是行為主義(Behaviorism)、認知主義(Cognitivism)與建構主義(Constructivism) (Ally, 2004)。以下我們便分別對三種類型理論在數位學習時的應用加以說明，並 於之後評估適合於適性地理資訊學習系統的學習理論。

(一)、行為主義(Behaviorism)

行為主義在 Skinner(1963)確立操作制約的概念後，其理論學說影響當代教學 環境甚深，其論點包含以下三點:

1.著重刺激與觀察行為之間的關係。

2.認為內在無法觀察的心理活動不是行為科學研究的領域。

3.主觀環境的影響重於先天的本質。

以目前適性學習系統的開發來看，常利用到的學習理論仍有相當的比例使用 行為主義，其中最常見的便是知識空間論(Knowledge Space Theory, KST) (Albert and Lukas, 1999；Conlan et al., 2002)。其原理為先以概念構圖的方式先建構知識 領域(Knowledge Domain)，該知識領域可由一組相關的試題來呈現，例如我們可

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有一知識領域為 Q(能了解侵蝕輪迴的成因)，而 Q 可由 a、b、c、d、e，五個題 目所構成(表 2-1)，表示方式為 Q = {a, b, c, d, e }。以 and-or-graph 方式呈現就如 同圖 2-4 所示。在這例子中，我們可以看到若學生能夠解問題 c—曲流地形形成 的原因，那麼他一定可以解決問題 a—河積作用如何改變地表地形與 b—河蝕作 用如何改變地表地形。我們可以將其表示為 a£c 以及 b£c，也就是說 a 與 b 是 c 的前提(prerequisite)。同例子中，假設最初測驗時出問題 e，而學生答錯了，代表 學生可能不了解板塊運動對地表地貌的影響，或者不了解河積與河蝕作用如何交 互改變地表地形(問題 d 與問題 c)，但若接下來學生答對了問題 d，則可確認學 生對於問題 c 中的觀念不清楚，接下來若學生答對了問題 a，那麼我們便可以確 認，學生是因為問題 b 中的觀念不清楚，才導致於對侵蝕輪迴的成因無法釐清。

此時我們便可以依此給予學生適當的補救教學。

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表 2-1 知識領域 Q 之題目

問題代號 對應觀念 對應題目

a 河積作用如何改變地表

地形?

下列何種地形不屬於河積地形？(1)沖積扇(2)氾濫平 原(3)三角洲(4)峽谷

b 河蝕作用如何改變地表

地形?

下列何種地形不屬於河蝕地形？(1)峽谷(2)瀑布(3)壺 穴(4)沙洲。

c 河積與河蝕作用如何交

互改變地表地形?

下列關於附圖曲流中的甲岸和乙岸地形比較，何者錯 誤？

d 板塊運動對地表地貌的

影響為何?

下列何種內營力作用會加速河川的侵蝕作用？(A)板 塊相對上升(B) 板塊相對下降(C)河中泥沙減少(D) 河中泥沙增多。

e 侵蝕輪迴的成因 ? 附圖為河流剖面變化。請問：下列何者會導致丙時期

→甲時期？ (A)河床坡度變緩 (B)含沙量增加 (C)海平面下降 (D)海平面上升。

資料來源：本研究自行整理

圖 2-4 知識領域 Q 之知識關係圖

23 標的分類分成知識向度（knowledge dimension）和認知歷程向度（cognitive process dimension）兩部分。就知識向度而言，擷取新近認知心理學的研究成果，將知 別關係也從舊版的「累積性階層」 (cumulative hierarchy)轉為「漸增複雜性階層」

(increasing complexity hierarchy)。因此若我們透過分類表來設計教學活動與評量

24 層面教育的需求，卻對技能層面卻會有侷限。李堅萍(民 90)曾針對 Simpson、

Harrow 與 Goldberger 三種技能領域教育目標進行比較研究，發現 Simpson 分類 理論的 7 大階層(詳見附錄二)，分別為(1)知覺(Perception)(2)趨向(Set)(3)導引下的 反應(Guided Response) (4)機械化(Mechanism) (5)複雜且明顯的反應(Complex Overt Response)(6)適應(Adaptation)(7)創新(Origination)，明顯的可與 Bloom 模式 結合，因此最符合國內教學環境之需求。

(三)、建構主義(constructivism)

建構主義認為學生會依據個人的特質詮釋資訊與周圍的環境，透過觀察、處 理、詮釋與知識的特化來學習。在學習的過程中，學生是主角，而非旁觀者。知 識的體系應由學生自己建構出來，而老師的角色則是提供學生需要的協助與回饋。

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在 適 性 學 習 領 域 裡 常 應 用 的 建 構 主 義 理 論 有 兩 種 分 別 為 自 我 調 整 學 習 (Self-Regulated Learning, SRL)與學習風格理論(learning style)，以下依序陳述:

自我調整學習是一個主動建構的歷程，在此歷程中，學生會依據特定工作的 察覺及對該工作的動機與情感來設定學習目標，並以此目標監督、控制與調整自 我的認知、行動甚至是情境(Puustinen and Pulkkinen, 2001)。而SRL可以視為學前 的思考計畫(forethought)、學習中的意志控制(volitional control)與學習後的自我反 思(self-reflection)三階段的迴圈(Zimmerman, 2002)。藉由強化學生的自我滿足與 學習動機，進而促成自我學習方法的不斷改良，而自律的學生(Self-regulated learner)由於具有高度的學習動機，故在學業表現上往往可以獲得較高的成就。

然而要成功的運作自我調整學習模式，其先決條件在於學生必須要具有自我 調整的能力，否則迴圈根本無法啟動。因此在教學上給予學生的自由揮灑的空間 應該是漸進式的，一開始應給予學生適當的協助，當學生自我調整能力逐漸增強 時，才給予其更多的主控權(Aviram, Ronen, Somekh, Winer and Sarid, 2008 )。此 概念與鷹架理論剛好不謀而合，也就是說教師在學生的學習歷程中所給予的輔助 應該逐漸減少，最後讓學生能獨自應用其新學的知識、技能(Lipscomb, Swanson and West, 2004)。

至於學習風格方面，該研究在心理學與教育學領域中有相當悠久的歷史，而 且已許多學習風格模型被提出。Steiner, Nussbaumer and Albert (2009)認為這些模 型可以依其定義概分為五類，且都有機會於適性學習系統中實現，例如第一類模 型是假設人與生 俱來 便有聽覺 (auditory) 、 視覺 (visual)、觸 覺 (tactile)與動覺 (kinaesthetic)四種主要學習風格模式(e.g. Dunn & Griggs, 2003; Gregorc, 1979)；第 二類模型則是認為學習風格的不同乃是由於每個人心中的認知風格就有所不同。

例如 Riding 與 Rayner (1995)即認為學生可分為文字型與圖像型兩種認知風格，

兩種學生在學習過程中會自動採取不同的學習策略。；第三類則是把學習風格當 作 是 人格 特質 中 的一部 分 ，具 體的 範 例為 邁 爾 斯 -布 里格 斯性格 分 類指 標

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(Myers-Briggs Type Indicator, MBTI)( Myers &McCaulley, 1985)，在此分類指標下，

可以用四個人格特質來描述個體差異，分別是

但是長期而言，仍有一固定的模式。Kolb的學習風格(Kolb & Kolb, 2005)是該類 模型中最常見的，他認為每個人在學習過程中通常會經歷「具體經驗(Concrete Experience, CE)」→「反身性觀察(Reflective Observation, RO)」→「概念化(Abstract Conceptualization, AC)」→「主動的實驗(Active Experimentation, AE)」四階段，

最後再回到具體經驗(CE)的循環，只是每個人在面對特定學習對象或目標時，所 在的位置不一樣，因而構成四種學習風格，即位於CE-RO間的分散型(Diverger)、

RO-AC間的同化型(Assimilator)、AC-AE間的聚合型(Converger)與AE-CE間的調 適型(Accommodator)四種；最後一類則是將學習方法、策略視為學習風格。

Vermunt (1996)所提出的學習風格目錄(Inventory of Learning Styles)是該類中的重 要範例，他認為學生的學習風格可依其本身既有的認知結構與新學習事物之間的 連結模式來作畫分，共有四種型態，分別為無相關型(undirected)、再現連結型 (reproduction directed)、有意義的連結型(meaning directed)與藉由實作產生連結型 (application directed)。每一種在學習策略與學習心態皆不相同，教師得依據其學 習風格來給與適當輔助。因此當我們在設計適性學習系統時，就可以依照學生不

Vermunt (1996)所提出的學習風格目錄(Inventory of Learning Styles)是該類中的重 要範例，他認為學生的學習風格可依其本身既有的認知結構與新學習事物之間的 連結模式來作畫分，共有四種型態，分別為無相關型(undirected)、再現連結型 (reproduction directed)、有意義的連結型(meaning directed)與藉由實作產生連結型 (application directed)。每一種在學習策略與學習心態皆不相同，教師得依據其學 習風格來給與適當輔助。因此當我們在設計適性學習系統時，就可以依照學生不