第二章 文獻探討
第一節 電腦模擬學習
（一）模擬（Simulation）的意義
根據韋氏大辭典所記載，模擬是一種虛構的而接近其本質的非真 實性的現象，模擬亦是真實事件發生的過程與情境的經歷。洪榮昭和 劉明洲（1999）認為模擬是一種行為或現象的複製，一般而言是取代 某種現象而設計。Alessi and Trollip（2001）指出模擬不僅是一個現 象的複製，它透過省略、改變、增加細節與特徵的方式，將現象簡單 化。陳郁雯（2004）認為模擬是一種事物或現象的複製，經由簡化的 程序，強化其重要之處。綜合上述的說法，模擬是提供一種虛擬的情 境藉以描述或複製真實的事件或現象。
（二）電腦模擬學習的意義
電腦模擬學習最早是美國麻省理工學院在1950年發展出一部飛 行模擬器，藉此訓練戰機飛行員，開創電腦模擬應用於教育的先河（莊 永山，1998）。近年來則因個人電腦的興起，加上建構學習理論的提
倡，電腦模擬學習的概念非常受到關注（吳幸宜譯，1994；Heinich, Molenda, & Russell, 1985）。建構學習理論主張個體知識的形成係主 動建構而非被動的接受，而電腦模擬學習正可以提供學習者一個自行 建構知識的環境。且隨著網路的發展，亦有研究者及教師將模擬學習 系統建置於網際網路上，如台師大物理系黃福坤教授建置的Demolab 物理教學示範實驗教室（ http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/ ），
提供更便利的學習方式。模擬式的電腦輔助教學方式應用在教學環境 中已日漸普及，尤其常見於比較耗時、危險或是較昂貴的狀況，學習 者可透過相關軟硬體的輔助進行複雜的實驗過程，如駕駛飛機、醫療 診斷，或是體會無法以觀察進行的科學知識學習，如電子的流動、原 子的結合與分裂等。透過電腦模擬，學習者可即時觀看現象的動態變 化，還可以藉由圖表即時顯示各參數在過程中的變化趨勢，進行更高 層次的思考（黃福坤，2006）。
電腦模擬學習強調利用電腦的功能去建立教學模式，模擬真實世 界中的現象，以幫助學習者瞭解該現象；期望學習者與電腦模擬學習 軟體互動時，經由探索及嘗詴發現該現象的合理解釋等認知過程，來 對所模擬的現象有更好的暸解（張徽鵬，2001）。一般對電腦模擬學 習的認知為：將各種模擬的實物或情境呈現在電腦螢幕上，讓學習者 根據情境的模擬來進行學習、實驗，並利用電腦分析各種實驗可能產
生的變化，使學習者立刻得知結果。簡而言之，電腦模擬學習為電腦 輔助教學的策略之一，藉由電腦模擬技術及教學軟體的結合來達成輔 助教學之目的，亦即將學習者不易觀察到的實體或現象，以電腦模擬 的方式，達成與實際情境相同的教學目的（顏晴榮，1998）。
綜合上述研究可知，電腦模擬學習強調使用電腦的功能去建立一 種情境模式，藉由重現真實世界中的現象讓學習者參與並產生互動，
並透過電腦模擬技術及教學軟體設計的結合，達成輔助教學之目的，
讓學習者進行有效地學習；此外，由於電腦可立即分析並將各種可能 之反應顯示給學習者，這種立即性回饋的功能，有助於學習者能更進 一步的瞭解電腦虛擬出來的情境，若與現實環境相當相似，將能幫助 學習者學習，以達到更好的學習成效。
二、 電腦模擬學習的教學策略
電腦模擬包含八種教學策略，以下表列說明之：
表 2-1 電腦模擬之教學策略
類別 說明
微型世界
（microworlds）
物理性模擬多半採用這種策略，學習者被 給予許多類似真實世界的物體，例如電壓 計、伏特計、開關、電阻器、迴路等，學 習者必頇進行操控、測量
表 2-1 電腦模擬之教學策略（續）
類別 說明
科學發現式學習
（scientific discovery learning）
通常是反覆性模擬，學習者執行一項科學 的實驗，探查其中的自然法則，例如生物 族群的變化
虛擬實境
（virtual reality）
以虛擬的環境取代真實的環境，包括視
（role playing）
通常應用於狀況性模擬，角色扮演是商
（case-based scenarios）
個案取向的腳本是一種近似於角色扮演
（simulation gaming）
有時候只稱作遊戲（gaming），模擬式遊 戲通常具有競爭性，特別是多人操控的模 擬式遊戲
資料來源：整理自 Alessi 和 Trollip （2001）
本研究依據學習內容的特性，在系統設計時採用「微型世界」策 略設計電子元件的模擬操作內容，並加入「科學發現式學習」及「循 環操控」策略，讓學習者可在重複操弄系統時，發現當中的規則，進 而建立其知識架構。
三、 電腦模擬學習的理論基礎
研究指出電腦模擬學習的理論基礎包括建構主義與發現式學 習，以下將分別論述。
建構主義認為所謂的學習是指學習者以其既有的知識，主動與當 前所呈現的知識作自省思考，建構新概念的過程。在電腦化的模擬學 習環境中，學習者在進行學習時的中心，從過去以教師為主，進而轉 移到自身身上，而教師在教學時的工作則轉換為學習者在透過電腦化 教學時的協助者（陳繁興，2001），學習者在進行電腦模擬學習時，
即可透過與系統進行互動的方式建立本身的認知架構。
發現式學習指的是學習者在學習情境中，經由自己的探索，最後 獲得問題答案的一種學習方式。因此從事件的變化中發現其原理原 則，才是構成學習的主要條件，而教師教學的任務即是配合學習者身 心發展，教導如何思維，如何從學習活動中發現原則，從而整理統合，
組織成屬於自己的知識（張春興，2003）。
廣義的電腦模擬可分為概念模型的模擬及操作模型的模擬兩大
類，概念模型的模擬包含原理、概念的模擬，操作模型的模擬則屬於 認知或非認知的操作程序模擬，其中概念模型的電腦模擬學習即是一 種發現式學習的應用（de Jong, Wouter, & van Joolingen, 1998）。
本研究以建構主義的概念設計模擬學習系統，提供完整的學習內 容及回饋機制，可讓學習者進行自主學習以建構其電子學認知架構；
而系統中的模擬操作內容屬於概念模型的模擬，學習者在操作時即可 在系統的反應中發現電子學的觀念和原則，達到發現式學習的目標。
四、 電腦模擬學習的種類
Alessi 和 Trollip（2001）認為不同學者和領域的人在定義電腦 模擬時具有不同的觀點，並依其意涵區分為兩種，第一種為「關於某 種觀念的模擬」（About something simulations），另一類為「如何進 行的模擬」（How to do something simulations），兩種類型分別說明 如下：
（一）「關於某種觀念的模擬」（About something simulations）
1. 自然法則的（physical）：
此類模擬形式提供關於自然界的物體或物質的現象呈現，透過呈 現在螢幕上面，學習者可透過操控學習相關的知識。例如物理學和生 物科學、電子學或者社會科學裡的經濟學、都市計畫、心理學。
2. 反覆的（Iterative）：
此模式強調提供可重複操作的模擬程式，學習者在反覆操作其中 變項的過程中，進行與模擬程式間的互動；透過反覆輸入變項的不同 參數值，程式提供不同的結果給學習者觀察現象和解釋結果。時間快 慢的因素在這種模擬當中不容易表現，所以此模擬方式相對於動態
（dynamic）模擬又稱為靜態（static）模擬，但是如果程式可以設計 操作的指令如：加快、減慢或暫停等，則對教育的應用上有很大的幫 助（蕭錦玲，2006）。
（二）「如何進行的模擬」（How to do something simulations）
1. 程序的（procedure）：
目的在於隨著目標教導一連串的動作，例如：駕駛飛機。此模擬 方式也會動手操弄螢幕上的物件，但是和自然界法則的模擬不同處，
在於強調一個一個步驟的教學，在操作過程中，工作的確認及最佳步 驟必頇經過分析，例如戰車打靶練習的步驟包含了目標的選定、彈種 的確定、測距離、瞄準、發射等步驟，另外，空軍的飛行訓練、音樂 節拍練習…等都適合用模擬式電腦輔助教學來進行；但必頇先分析其 步驟內涵及次序，才能實施教學（洪榮昭、劉明洲，1999）。
2. 情境的（situational）：
處理人們或組織在不同情境之下的行為或態度。和程序性模擬不 同之處，在於學習者被鼓勵探索各種不同的方法，行為和組織產生的
結果不是機器可以預期的，為機率所操弄，例如一個商業的模擬當 中，降低產品售價的結果，可能會增加也可能減少顧客。大部分的情 境模擬有角色扮演，使學習者藉由和其他參與者的討論而更投入。
情境性模擬學習的成果賴於對狀況的一種學習經驗，或對於一些 模糊不清的狀況或隱而難現的實況加以釐清的學習。情境性模擬並不 是要預測一個現象的結果，僅是對於一個比較無法用其他教學媒體表 達出來的現象之發生步驟、原理、順序等，利用電腦來表達其特性。
例如引擎的運作，在真實活動的情況下，人的眼睛無法看見它的內部 操作步驟的進行，透過模擬法電腦輔助教學，就可以提供學習者熟悉 其內部運作原理與動態過程的機會。又如核子反應的流程、化學工程 的流程或實驗等的模擬應用，都可以增進學習者對認知知識的吸收，
提高教學的效率（洪榮昭、劉明洲，1999；陳昭雄，1989）。
本研究參酌電子學的學習特性，依據上述之模擬學習類型，定義 並設計本研究所設計之模擬學習系統，說明如下：
1.自然法則的（physical）：本研究以此類型呈現教材，在「課前引言」、
「背景知識」、「概念釐清」中以圖像化及語音講解，展示電子學 中難以用文字呈現的學習內容。
2.反覆的（iterative）：本研究在「模擬操作」、「自我評量」兩部分的
2.反覆的（iterative）：本研究在「模擬操作」、「自我評量」兩部分的