Google Earth應用於高中地理資訊系統課程之研究

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(1)國立臺灣師範大學地理學系第四十四屆碩士論文. Google Earth 應用於高中地理資訊系統課程之研究. 指導教授：歐陽鍾玲研究生：賴育政. 中華民國 104 年 6 月.

(2) 國立台灣師範大學地理學系碩士論文摘要論文名稱：Google Earth 應用於高中地理資訊系統課程之研究指導教授：歐陽鍾玲研究生：賴育政論文內容：共一冊，文約五萬三千餘字，分作五章，以五百餘字扼要說明。. 摘要在全球 21 世紀資訊時代快速變遷與改進下，資訊科技對教育帶來了重大變革；就地理教育而言，瞭解與地理相關資訊和設備應用是現代公民應必備之素養之一。地理資訊系統（GIS）廣泛應用於現今生活，在地理教育中更凸顯其重要性，然而單機版 GIS 對於高中教學現場仍存有種種限制與困難度。為此，本研究考量教學現場需求，藉由 Google Earth 本身可呈現 GIS 部分功能，及其操作介面平易近人及網路相關資源豐富等優點，依據我國高中地理課程綱要設計 GIS 單元教學模組，讓學生能透過操作 Google Earth 了解 GIS 概念進而達成課程目標。為探討使用 Google Earth 學習 GIS 單元的成效，本研究分析教學模組實施過程，並於課後評量學生的測驗卷及心得問卷。結果發現，讓學生操作 Google Earth 有助於學生學習 GIS 單元「向量式空間資料」及「GIS 四種空間分析」概念，但在教授「網格式空間資料」與「疊圖分析之布林運算」概念時，採用傳統板書講述教學方式較合適；就整體而言，相較於用傳統講述法教學班級，有操作 Google Earth 班級表現較佳。因此，本研究所研發「Google Earth 應用於高中地理資訊系統課程」教學模組，可將單機版 GIS 軟體於高中教學現場無法使用之限制降至最低，並讓學生透過具體操作行為釐清 GIS 抽象概念，提升教學效率並促進教學目標的達成，且課程活動的設計以日常生活經驗為設計核心，期能進一步提高學生學習專注力與學習樂趣。. 關鍵字：地理資訊系統、GIS、Google Earth、高中課程.

(3) Abstract In the global information age of the 21st century rapid changes and improvements, the information technology has brought great changes to education. To geography education, interpreting geographic information and applying Geotechnology are essential literacy for modern citizens. Today, Geographic information system (GIS) is not only widely used but also play an important role in geography education. However, there are many obstacles to break through for GIS teaching in high school geography curriculum. For instance, GIS desktop software is not easy to get for high school teachers in Taiwan. Considering the needs in geography teaching, Google Earth’s user-friendly interface, spatial visualization capabilities, and incorporation of outside data make it a useful tool. According to national 99 geography curriculum guideline, we attempt to integrate Google Earth into GIS course design. Through this course, high students can understand the concept of GIS during the operation of Google Earth and achieve the goal of the course objectives. To explore the effect of integrating Google Earth into GIS course, this study analyzes the implementation process of GIS course, student's examination paper and the result of questionnaire survey. The results show that integrating Google Earth into GIS course can help students learning the concepts of "Vector data, Overlay analysis, Buffer analysis, Network analysis and Terrain analysis." However, in "Raster data and Boolean algebra" concepts, traditional chalk and black-board teaching more effectively than Google Earth. Comparing with traditional method of teaching GIS subject, students who have operated Google Earth had better academic achievement. In addition, the results of statistic from student's questionnaire survey shows that students thought Google Earth is helpful for learning GIS courses.. Keywords：Geographic information system (GIS)、Senior high school curriculum、 Google Earth.

(4) 目錄第一章緒論 ................................................................................................... 1 第一節研究動機 .............................................................................................................1 第二節文獻回顧 .............................................................................................................3 第三節研究問題與研究目的......................................................................................17. 第二章研究方法與研究架構 ................................................................... 18 第一節研究方法 ...........................................................................................................18 第二節研究架構 ...........................................................................................................19. 第三章教學模組設計與實施 ................................................................... 24 第一節模組設計理念與原則......................................................................................24 第二節 Google Earth 應用於 GIS 課程教學模組設計 ..............................................29 第三節 Google Earth 應用於 GIS 課程教學模組實施 ..............................................40. 第四章教學實施結果與分析 ................................................................... 48 第一節教學模組實結果分析......................................................................................48 第二節學習評量分析 ..................................................................................................49 第三節學生學習心得與態度分析 .............................................................................59 第四節小結 ...................................................................................................................64. 第五章結論與建議 .................................................................................... 67 第一節研究結果與討論 ..............................................................................................67 第二節限制與建議.......................................................................................................69. 參考文獻 ....................................................................................................... 71 附錄 ................................................................................................................ 76. I.

(5) 圖次【圖 2-1】研究架構圖 ......................................................................................................23 【圖 3-1】MOODLE 平台介面 ............................................................................................40 【圖 3-2】新增我的「家」 ..............................................................................................41 【圖 3-3】空間資料與屬性資料說明.............................................................................41 【圖 3-4】對照不同時期地圖 .........................................................................................42 【圖 3-5】在「家」屬性欄位回答問題 ........................................................................42 【圖 3-6】「家」以 KML 檔輸出 .....................................................................................43 【圖 3-7】設定環域範圍 ..................................................................................................43 【圖 3-8】展示半徑 500 公尺環域範圍 .........................................................................43 【圖 3-9】搜尋便利超商並回答問題.............................................................................44 【圖 3-10】勾選不同淹水模擬高度圖層 ......................................................................44 【圖 3-11】觀察並回答問題 ............................................................................................45 【圖 3-12】可展示 3D 地形 .............................................................................................45 【圖 3-13】輸入 A 點到 B 點 ..........................................................................................46 【圖 3-14】路徑規劃結果 ................................................................................................46 【圖 3- 15】用 MOODLE 繳交作業 ....................................................................................46 【圖 3-16】展示全班作業成果 1 ....................................................................................47 【圖 3-17】展示全班作業成果 2 ....................................................................................47. II.

(6) 表次【表 1-1】資訊科技融入教學的定義...............................................................................4 【表 1-2】GOOGLE EARTH 應用於地理教學相關論文 ..................................................13 【表 2-1】教學實驗學生樣本資料 .................................................................................18 【表 3-1】單機版 GIS 與 GOOGLE EARTH 功能對應表 .................................................25 【表 3-2】GOOGLE EARTH 應用於 GIS 單元課程主要概念對應表 .............................26 【表 3-3】教學背景 ..........................................................................................................29 【表 3-4】對照組與兩實驗組教學活設計表 ................................................................31 【表 4-1】平時考對照組與兩實驗組總成績結果分析表...........................................50 【表 4-2】期中考對照組與兩實驗組總成績結果分析表...........................................51 【表 4-3】平時考對照組與實驗組各試題分析表 .......................................................53 【表 4-4】平時考對照組與兩實驗組各試題分析表 ...................................................55 【表 4-5】平時考兩實驗組各試題分析表 ....................................................................57 【表 4-6】期中考對照組與實驗組各試題分析表 .......................................................59. III.

(7) 第一章緒論. 第一節研究動機 2011 年教育部所頒佈《中華民國教育報告書：黃金十年百年樹人》文中提及台灣面臨社會變遷與教育挑戰，資訊科技與網際網路的快速發展，讓資訊的取得變得更加便利、知識流通如虎添翼般更加迅速，也為人類的思考和行動模式帶來衝擊。21 世紀晉升知識經濟時代，不但開拓了人類的視野，也改變傳統的學校制度；網際網路的興起，讓傳統教學方式產生重大變革與嚴厲挑戰，例如：科技在教室中扮演更重要角色，虛擬教室、遠距教學等，將變得更為普遍；此外，教師角色將從知識傳播者逐漸轉為知識管理者和知識學習者，學生也因教育歷程不斷朝向開放系統，知識學習也由被動式學習方式逐漸轉為自主式探索，終身學習的時代已經到來，教育創新已成為國家發展必要條件（教育部，2011）。 21 世紀全球化知識經濟社會來臨，我國中小學教育未來發展面臨許多挑戰與轉機。美國官方考量 21 世紀全球經濟樣貌和上個世紀迥然不同，意識學習課程內容方面，必須符合時代變遷，因此結合美國教育學院協會（American Association of Colleges for Teacher Education，AACTE，2010）與世界知名企業，如微軟（Microsoft）等，指出教師必須針對學生處於 21 世紀全球經濟中，需在他們 K-12 學習階段內，培養技能與具備某些特定知識，好掌握未來生活與為就業環境作準備。其中地理學被列入必需學習的核心科目之一，因 21 世紀活動舞台不再是以自己國家為主而是「全球」範圍，學生可藉由學校學習地理課程中，除了了解人類與自然環境在空間中的交互作用外，可更進一步參與世界、瞭解全球議題；需培養重要技能有三大項：「資訊、媒體和科技應用技能（Information, Media and Technology Skills）」、「學習和創新技能（Learning and Innovation Skills）」、「生活和就業技能（Life and Career Skills）」；其中，資訊、媒 1.

(8) 體和科技應用技能養成目的是因 21 世紀人類生活在充斥媒體與科技環境，在擁有豐富的資訊及日新月異的科技工具協助下，透過媒體與科技，可將個人貢獻與團隊合作達到前所未有的規模，因此，身為公民必須具備此技能，好因應 21 世紀發展需求。美國國家地理教育委員會（National Council for Geographic Education， NCGE，2011）更進一步針對美國教育學院協會（AACTE）所強調 21 世紀技能，必須融入 K-12 地理教育中，增進學生地理科的學習成效，例如：使用最新和可靠的地理資訊技術，可以提升人文和自然系統的空間關係研究。學生可藉機會觀察、綜合分析來自衛星與地面站數據資料再加上實地觀測，展現地理學內部協作過程，增加地理學於 21 世紀廣泛跨學科研究之價值地位，最重要的是，對學生而言，這將會是放眼世界的開始。教育的目標需協助公民去理解身處全球社會中的意義並培養社會應變及適應能力；我國教育部針對 21 世紀國民教育，提出提升資訊科技與媒體素養教育方案，具體措施強調落實資訊科技融入中小學課程與教學，提升學習品質（教育部，2011）。地理教育方面，賴進貴（2010）提出中小學教育是在培養下一代的社會公民，面對資訊時代的快速進步與改變，我們需要足夠的遠見來設想未來社會挑戰與需求，培養學生因應挑戰能力，就地理教育而言，「瞭解與地理相關資訊和設備的功能、應用，是現代公民應必備之素養，我們將此素養稱為地理資訊素養。」。綜合上述所言本研究者認為，未來我國學子競爭力關鍵之一，不再是為了因應升學考試或取得高學歷，而需培養並善用科技與網際網路等 21 世紀公民應有素養；要提升我國學生地理知識能力，除衡量學生曾經學過的知識、自身經驗外，須將地理課程結合資訊科技，進而提升學生地理資訊素養，並更進一步地養成批判思考與解決問題能力，好為 21 世紀公民做準備。. 2.

(9) 第二節文獻回顧文獻回顧主要目的為收集和研究相關文獻資料，藉由分析文件，協助研究者進一步凝聚焦點，便於描繪整個研究架構。本節將針對「資訊科技融入教學」、「網際網路資源應用於地理課程」、「地理資訊系統單元於地理教育中之限制」及「Google Earth 應用於地理課程」四方面做與本研究相關文獻之探討。. 一、資訊科技融入教學面對全球 21 世紀社會資訊時代的快速進步與改變，資訊科技快速發展與迅速普及對教育帶來重大轉變，為了讓未來主人翁能適應資訊時代生活，必須培養資訊素養與運用資訊科技的能力；許多教師與專家學者也相信，資訊科技可以促進教育改革，對傳統教學帶來革新（Dexter, Anderson & Becker, 1990；Moursund,1992；Mehlinger, 1996；Dias, 1999；轉引自王全世，2000）。透過資訊科技的特性，教師將資訊科技作為輔助學習工具，提供適當的刺激與互動學習，吸引學習者的注意力，提高學習成效（黃冠達，2003）。Carano 與 Berson（2007）認為透過資訊科技融入教學可幫助教師增進教學成效，克服傳統教學的障礙，且能夠建構學生地理素養及文化察覺，在全球化的趨勢下，學生亦可透過多種資訊科技，如網際網路、視覺化資源或新聞媒體之運用，利於獲得知識的連結，擴大視野（鍾明娟，2009）。張國恩（2002）指出，教師在學習的過程中，由知識的傳授者蛻變為知識建立的協助者，學生與老師的關係也由「從老師身上學」（learning from teacher）轉變成「和老師一起學」（learning partner），正由此種學習觀點的改變，現今資訊科技的發展注重如何把科技當作學習工具，學生利用這些工具發展知識，將資訊科技當作學習伙伴（learning partner）；學生與科技間的關係如同學生與老師間的關係，由「從科技學」（learning from technology）轉變成「用科技學」（learning with technology），因此在使用電腦與網際網路從事地理. 3.

(10) 教學時，老師需適時給學生適當的協助與引導學生如何從網路相關資源學習並探索知識（knowledge exploration），讓學生在學習活動過程中自行建構知識，而教師在設計電腦與網際網路資源設計教案時應考慮：需求性、可行性與資源性（張國恩，2002）。教育部於 2001 年時召開資訊教育藍圖座談會，多位專家學者討論並將資訊科技融入教學定義為「教師依據教學的需求，利用電腦與網路的特性，於適當的時機與各科教學相結合，並以活潑的教學方式改善原本的教學模式」（黃冠達，2003）。本研究彙整學者所提出關於資訊科技融入教學的定義如【表 1-1】。. 【表 1- 1】資訊科技融入教學的定義提出者. 年代. 資訊科技融入教學的定義. Dias. 1999. 科技整合應該是在融入、整合並在無間隙的方式下，使用科技的資源來延伸課程目標，使學生能從事有意義的學習活動。. 王全世. 2000. 資訊融入教學是將資訊科技融入於課程、教材與教學中，教學上應強調融入、整合外，幫助學生解決問題、學習新知的工具，也是教師不可或缺的教學工具，讓資訊科技成為教室中日常教學的一部份。. 教育部召開資訊教育藍圖座談會. 2001. 將資訊科技融入教學定義為：「教師依據教學的需求，利用電腦與網路的特性，於適當的時機與各科教學相結合，並以活潑的教學方式改善原本的教學模式」（轉引自黃冠達， 2003）。. Roblyer & Edwards. 2002. 科技提供一些工具，包括電腦與其相關科技，我們將其結合至教學過程中以滿足教育的需求。. 張國恩. 2002. 資訊科技融入教學是教師運用電腦科技於課堂教學上，以培養學生「運用科技與資訊」的能力和「主動探索與積極研究」的精神。. 黃冠達. 2003. 教師為提升教師教學或學生學習效果，在教學設計過程中，考量資訊科技的特性與教學的需求，在教學過程中適當使用資訊科技。. 陳麗紅. 2004. 資訊科技是指電腦與網路等相關科技，故資訊科技融入教學是指將資訊科技融入於課程、教材與教學中，讓資訊科技成為師生一項不可或缺的教學工具與學習工具，使資訊 4.

(11) 科技的使用成為在教室中日常教學活動的一部分，並且能延伸地視資訊科技為一個方法或一種程序，在任何時間、地點來尋找問題的解答。鄧富源. 2005. 指教師運用資訊科技於課堂教學及課後活動上，以培養學生運用資訊科技的能力，以及主動探索與研究的精神，使學生能獨立思考進而解決問題。. 林錦勳. 2006. 資訊科技融入教學，乃是在教學過程中，考慮學習者和教學者的需求，妥善的運用資訊科技工具，強調將其融入教學活動之中，資訊科技成了教與學不可缺少的工具，除了可以提升教學品質外，也可以培養師生運用科技與資訊的能力，以整合為出發點的資訊科技融入教學成為教學中運用的資訊科技的主流。. 賴佳君. 2007. 教師於教學活動過程中，將資訊科技融入教學前的教材準備、教學活動的進行、教學後的評量及補就教學等，讓教學方式活潑化、評量多元化，使資訊科技成為一項教學工具與學習工具，以提升教師教學效果及學生學習成效，使資訊科技成為教室教學活動不可或缺的一部分。. 張程昭. 2008. 指在教學過程中，考慮學習者和教學者的統合需求，妥善運用資訊科技工作，強調將其融入教學活動之中，除了可以提升教學品質外，也可以培養老師與學生運用資訊與科技的能力。（資料來源：本研究整理）. 就資訊科技融入教學來看，教師因運用資訊科技使其授課能力提升，學生可學習各種最新科技運用與課程或生活面結合，提高學習動機、培養獨立分析思考，亦可提升教師教學品質與效率。又本研究整理關於「資訊科技融入教學」相關研究，發現所運用的資訊科技廣泛，包含運用資訊設備如電腦、投影機、視聽媒體、網路媒介等；然而，目前與資訊科技相關教學內涵，多是以電腦與網際網路做為主流，強調網路運用、多種教學媒體與教學資源的整合，以隨時隨地任何人都能不受時空限制下，進行自主學習為其精神，藉以達成教學數位化（王全世，2000；Roblyer & Edwards，2002；陳麗紅，2004；賴正偉，2007；張程昭，2008）。. 5.

(12) 因此，對各專家學者所提出之定義，本研究界定「資訊科技」為與電腦及網路等相關科技；「資訊科技融入教學」為將資訊科技中可提升教與學所用的各項優勢資源，來延伸課程目標，在適當的時機下融入教學過程各環節，培養學生運用資訊科技的能力，以及主動探索與研究精神，提升教師教學效果及學生學習成效。. 二、網際網路資源應用於地理教學資訊科技融入網際網路教材雖然相當多元化，教師仍應以教材的知識內容為主體慎選網路資源，引導學生學習；教育部已於民國八十七年完成全國及各縣市軟體與教材資源中心網站的設立工作，並帶動各級教育單位著手整合網路教學資源，可見透過網路資源學習，勢必成為我國教育從事教學重要工具之一（蔡姿娟，2002）。賴佳君（2007）整合多位專家將資訊科技應用於教學之方法，由於網路的發達、能提供之資料多元且豐富，應用網際網路資源成為教師在教學上最常用的教學的方法之一。在地理教學應用方面，網際網路可視為一大型的教學資源資料庫、強大的傳達工具，利用即時性、便利性、互動性、整合性、多元化、不受時空限制等特性，所構築出的一個全面學習環境，可支援多元化的媒體，像是高解析度的圖像、動畫、影片、地圖、圖表模擬等，這對地理教育而言尤為重要，不但可加深學習者的印象，也強化地理教學的豐富性和趣味性，使學生學習效率更佳（Catherine & Arthur，2003）。傳統講述法往往難以提供實際具體學習情境，而網路教學環境奇特有的多元化媒體，幫助將課文內容具體化、模擬真實學習環境，不但可加深學習者印象、增添樂趣，學生學習效率更佳；然而，網際網路資源快速成長讓現代地理教師不再缺乏教學素材，面對取之不盡的資源，要如何依據教學目標且有效運用融入地理教學，並適切地引導學生學習課程內容更是教師所要面對重要課題。林錦勳（2006）提及網際網路能提升地理教學資源. 6.

(13) 豐富性，對教師而言，網路上提供各式各樣的教學素材，對學生來說也為很好的學習工具，像是各種教學資源網站、線上影音資料庫、動態網站（如中央氣象局為星雲圖、即時新聞）或網路電子地圖等；其研究將網路資源應用於國中地理課程台灣天氣與氣候單元方面，在學習成效分析給予正向回饋，特別是低學習成就男學生的學習成效有顯著幫助，此外學生也表示「喜歡用電腦且能自己操作」方式學習。賴正偉（2007）將 Google Earth API 結合 HTML、JAVA 等網頁技術以網際網路數位學習平台模式配合地理資訊系統課程教學，讓學生自由點選達數位學習個別化外，也免除以往需專業、高成本軟體之問題，且易於操作，打破教學時間、環境、地點限制，有網路的地方就可使用此教材，研究結果顯示學生對於地理教材以網際網路方式呈現感到滿意。江映瑩（2007）將中國區域地理課程核心概念建置教學網站供學生學習，其研究結果實驗組學生學習成就提升，學習態度給予正向回饋。綜上所述，就地理教育層面，網際網路資源之應用對地理教學帶來許多好處、各種不同資訊呈現方式等，以提供即時且易取得的資訊，新穎的網路資訊教學漸漸改變國、高中地理教學方式，著實為地理教育提供了很多特殊的價值（陳哲銘、王耀輝，2008）。. 三、地理資訊系統單元於地理教育中之限制 2013 年地理學科中心為瞭解高中地理教學現場可能遭遇的問題，以 99 年地理課程綱要為基礎編製問卷，請教師依過去教學經驗於問卷中針對教學現場以及學生評量方面提出困難處，其調查結果統計顯示，地理資訊系統單元為全國教師在教學現場中首要困難之單元，其原因不脫離－地理資訊系統此屬於應用類型的課程內容，對學生而言由於缺少實際應用經驗，以至對他們而言在學習該單元時太過於理論及抽象，也非每一間學校都有與地理資訊相關專業軟體可使用。在台灣高中地理資訊系統教學主題編排原是希望學生能. 7.

(14) 藉由地理資訊的蒐集與處理來解決生活中的問題，進而培養學生的地理資訊素養，課程編排上「Teaching with GIS」的意味存在，但在具體目標設計仍是以「Teaching about GIS」為主（Sui，1995）。為進一步了解現今教學現場關於教師教學方面以及學生學習地理資訊系統單元遇到困難，本研究從多篇研究文獻中提及單機版 GIS 於教學現場限制部分歸類整理（詳細見附錄一），並從教師與學生、軟硬體設備兩方面來談：（一）教師與學生本身 1、時間不足：（1）學習單機版 GIS 費時單機版 GIS 軟體如 ArcGIS、SuperGIS、QGIS 等，屬於高度專業性軟體，需花時間經過基礎軟體訓練後，方能達到操作熟練程度並有效地在課堂中使用 GIS 教授課程。對於現場教學而言學習門檻太高，缺乏足夠時間時間去熟悉 GIS 操作外，一般教師與學生皆不常接觸，久未使用下則會生疏（余俊青，2003；時玫君，2004；江映瑩，2007；張程昭，2008；賴正偉，2009；莊婉瑩，2010；洪挺晏，2011）。（2）缺乏充裕教學時間高一必修地理內容繁雜、課程安排緊湊，根據目前課綱規定教學時數為每週兩節，平均一週需教授一章節，教師多面臨趕課和進度壓力。課綱主題的編排雖有 Teaching with GIS 意味存在，但在具體目標的設計中仍以 Teaching about GIS 為主。用兩節課操作單機版 GIS 並教授相關概念，在時間上難以兼顧達成，教師僅偏重課程認知概念教授，較少讓學生實際操作與分析應用層面，導致大多數教師對於 GIS 概念認知程度高，然而操作應用 GIS 做為工具進行其他地理課程的教學或指導學生從事專題研究則相對缺乏信心（陳哲銘、王耀輝，2010；莊婉瑩，2010；洪挺晏，2011；蔡慧瓊，2011）。. 8.

(15) 2、GIS 圖資來源與適用性：由於單機版 GIS 軟體所用圖資檔案都有特定格式，對於不熟悉 GIS 教師而言，難以辨識使網際網路上相關資源是否適用於學校電腦所安裝單機版 GIS 外，更難以設計讓學生操作 GIS 為基礎的課程教材。（余俊青， 2003；時玫君，2004；張程昭，2008；陳哲銘、王耀輝，2010；賴正偉， 2009；莊婉瑩，2010；洪挺晏，2011）。. （二）軟硬體設備雖然單機版 GIS 功能完善，也最能完整展示地理資訊系統課程中各種教學概念，但此類專業商業 GIS 軟體，如 ArcGIS、SuperGIS 等價格昂貴此外，倘若往後將舊版軟體升級，又需再花一筆更新費用，對學校而言是沈重負擔。而近幾年開發的 QGIS，雖然可免費下載使用，但其同樣於 GIS 軟體操作上屬於較專業性，對於一般使用者而言，難以在短時間內上手；此外，硬體電腦設備也是一筆開銷。（余俊青，2003；時玫君， 2004；張程昭，2008；陳哲銘、王耀輝，2010；賴正偉，2009；莊婉瑩， 2010；洪挺晏，2011）。. 從上述本研究歸納地理資訊系統教學限制相關論文發現，雖然單機版 GIS 功能性對於配合高中課程教學最為完善，但此軟體除了價格昂貴外，仍有許多困境需要列入考量，如教師專業操作訓練、學生學習能力、課程時間安排、軟硬體設備、相關課程與教材提供等種種限制，使高中地理科地理資訊教學多半只能以講授概念為主，學生較缺乏實際操作、自主學習的機會，儘管許多研究已顯示單機版地理資訊系統的融入能有效提升學生學習效果和興趣，但也只限於部分學校的個案推廣，在整體高中地理教育之現況而言實際狀況並不理想。. 9.

(16) 四、Google Earth 應用於地理課程就可融入地理教學的資訊科技而言，根據張程昭（2008）歸納相關論文發現，主要以單機版 GIS 和 Google Earth 為主，雖單機版 GIS 功能性強，但此軟體除了價格昂貴外，仍有許多困境需要考量與改善。近年來網際網路資源越來越多樣，使 Google Earth 的出現提供新的學習可能性，像是可利用 Google Earth 地圖軟體將地理資訊結合聲音、圖形、動畫，該軟體展現豐富地理訊息，以視覺化方式呈現空間資訊，且具有互動性特色，可增加學生臨場感，有助於教師進行與地理相關之教學（張程昭，2008；陳芳慶，2009）。陳哲銘與王耀輝（2010）於〈高中地理 GIS 教學體檢報告〉調查指出教師從事 GIS 單元使用軟體方面，最常使用 GIS 相關軟體是 Google Earth(84%)，其人機介面的親和程度是教師們認為最重要因素(82%)，也是多數教師認為在電腦教室所應當安裝使用的 GIS 相關軟體 Google Earth 仍是首選(89%)之因。此外， Google Eart 體為一免費地圖軟體，透過遙測衛星影像讓一般使用者可以各種角度瀏覽世界各地地表景觀，近幾年該軟體快速普已成為地理教育上熱門資 1. 源，例如廖振順老師應用其地理專業教育背景，將 Google Earth 應用於地理課程教學，像是地形、氣候、自然災害、人文變化、大自然變遷等，用適當的地圖或統計資料套疊在 Google Earth 衛星圖再加上標註與解說，讓學生方便而快速了解地理課程內容，增進學習效益。賴正偉（2009）歸納 Google Earth 於地理教育普及之因素是其具有下列特點： 1、高效能的視覺瀏覽： Google Earth 本身擁有強大雲端運算技術、巨量資料庫及獨特串流技術，使 Google Earth 效能遠比多數 Web GIS 系統強大，且 Google Earth 打. 1. 台北市立萬芳高中廖振順老師撰寫三本與 Google Earth 相關地理教學書籍：《地理課沒教的事-用 Google Earth 大開眼界》、《地理課沒教的事 2--用 Google Earth 穿越古今》、《地理課沒教的事 3-用 Google Earth 看見地球的變動》。 10.

(17) 破比例尺限制，讓使用者不論至是何種尺度都可快速瀏覽相應圖資來獲取 GIS 圖資的服務，且 Google Earth 是直接建構在三維環境下的軟體，可觀看視覺化的虛擬環境，例如提供街景遊覽服務、做立體地形教學應用等。 2、免費使用：絕大多數的 GIS 軟體都需另行購買，但 Google Earth 只需至網路下載安裝後即可使用，且本身功能對於教育現場教學而言已十分充足，不足之處則可搭配網際網路提供免費可額外安裝於 Google Earth 之資源，實質上學校不需大量購買單機 GIS 軟體。 3、簡單易用的介面： Google Earth 本身除提供放大、縮小、平移之外基本的 GIS 功能，也提供了諸如影像套疊、GPS 定位、飛行模擬、圖層操作、自建地標地物等，這些小型的 GIS 功能不但讓 Google Earth 在免費型的數位地球軟體中，擁有最多的使用者，也因其功能可立即應用於基本的 GIS 教學，大受中小學社會領域及高中地理科歡迎；其中，最為重要因素為 Google Earth 操作介面多為直覺反應，整體軟體親和度高，使用者極易在短時間內上手。 4、豐富而充足的圖資： Google Earth 與其他數位地球軟體一樣，都是以衛星圖片為基礎來展示空間資訊，然而 Google Earth 本身所使用之衛星影像，包涵了美國大地衛星（LandSat）法國 SPOT、美國 IKONOS 與 QuickBird 等高解析影像，也有部分都市地區是使用航空照片；以台灣圖資而言，Google Earth 對台灣全島都提供了至少兩米解析度的遙測影像，都市地區則有 61~70cm 不等的高解析度遙測影像，搭配 Google Earth 內含的數值地形模型（DEM），能有效的模擬、展示環境的三維形貌，對於台灣地理教育有相當助益。再者，除了衛星影像外，Google Earth 也提供了充足的 GIS 基本圖資，如道路圖、行政界等，這些 GIS 資料再平常都需要花費高價購買，但如今已可透過免費的數. 11.

(18) 位地球軟體加以使用，也促成了 Google Earth 的普及。此外，該軟體本身也提供各種豐富的免費資料庫，並與其他網際網路資源相互串連，即時連線更新各類網路圖層資料。. Google Earth 該軟體發行於 2005 年，至今已有多位研究者應用 Google Earth 於教學（見【表 1-2】），本研究將相關文獻整理歸納。例如區域地理教學上，使用 Google Earth 有助於學生地理概念的啟發、釐清抽象概念與知識，提高教師教學效率與促進教學目標的達成，使用過程中學生喜歡臨場感強的動態性操作，使之可與教師間互動增加（李明燕，2007；江映瑩，2007；張程昭，2008；許柔婷，2011）。在鄉土教學方面，可利用 Google Earth 提供各種面向的環境觀察及虛擬實境體驗，提升學生對鄉土認同（陳方慶、陳孟寬，2009；蘇勝祥，2010；邱雅琳，2011）。此外，也可應用於探測學生繪製生活地圖時空間能力與空間認知學習（林信全，2005；黃邵偉，2010）、位置與範圍單元概念學習（陳俊源，2007；張春蘭、洪芸香，2008；林志宜， 2008；周興隆，2010；蔣佩璇，2012）、應用其可將地形呈現立體視覺化方式，從事地形教學（陳俊源，2007；蔣佩璇，2012）等。就整體使用 Google Earth 於地理教學研究成果而言，均普遍給予正面肯定；視覺性的刺激使學生認知學習獲得良好成效（江映瑩，2007；周興隆，2010；黃邵偉 2010；許柔婷，2011），Google Earth 除了可提升學生學習動機外（張程昭，2008；張春蘭、洪芸香，2008；陳方慶、陳孟寬，2009；周興隆，2010；黃邵偉 2010；蘇勝祥，2010；許柔婷，2011；蔣佩璇，2012），對於學生空間認知能力提升亦有不錯之成效（李明燕，2007；賴正偉，2009；陳方慶、陳孟寬，2009；黃邵偉 2010）。在 GIS 教學方面，王耀輝（2006）針對 Google Earth 的操作教學與解說進行初探，讓學生及使用者不需操作複雜專業 GIS 軟體即可瞭解 GIS 的功能及. 12.

(19) 應用潛力，且認為 Google Earth 在未來將是高中 GIS 教學的良好平台。賴正偉（2009）應用 Google Earth 功能、豐富圖資及可 3D 視覺化優勢，透過 Google Earth API 建置圖台，以網頁瀏覽方式展示高中地理課程地圖及 GIS 單元，讓學生從中學習簡易 GIS 功能與概念，研究結果可提升學生學習興趣，證實 Google Earth 在 GIS 單元教學上有所助益。論文名稱空間能力與空間認知對三維空間搜尋系統的影響. Google Earth 應用於中學地理教育之研究. Google Earth 融入國小五年級社會領域地理教學之應用初探. 台灣地區國中與高中學生閱讀衛星影像之能力探究. 電子地圖及 Google 地球在國中地理課程之應用. 【表 1- 2】Google Earth 應用於地理教學相關論文研究者對象概要林信全國中七年級學生探討 Google Earth（以下簡稱為（2005） GE）搜尋系統與空間能力與空間的關係是否有正相關、學生在點、線、面連接的地理空間概念中，在年級及性別方面差異不大；在位置點的地理空間概念中，學業成就優等的能力較好。江映瑩國中八年級、高高中建置 Web GIS 教學網站融入（2007）中一年級教學，以問卷瞭解高中生使用 GE 的學習滿意度；國中以「中國的位置與疆域」進行 GE 教學實驗，調查結果，學習成效良好。陳俊源國小五年級生將 GE 融入國小地理。並於上課中（2007）穿插使用 GE，其概念包括距離、地圖、地形、經緯度以及人文城市，並以教學設計的觀點，從學生特徵、教學目標、策略以及教學傳遞來探究，使原本不具有教學作用 GE，可以資訊融入教學方式高度應用。李明燕國中八年級與高國中以「中國的交通與都市單（2007）中二年級元」、高中「東南亞單元」進行教學實驗，探討 GE 衛星影像引入國中與高中教學前後，學生閱讀衛星影像能力之差異，進而分析性別、班級特質與學校設備等因素，影響學生閱讀衛星影像的能力。張春蘭、國中七年級以「位置與範圍」為主題，利用洪芸香電子地圖 Urmap、Google map、（2008） Google Earth 設計教學範例，指導學生學習讀圖的相關概念，進一步讓學生利用寒假地圖作業在家 13.

(20) 論文名稱. 研究者. 對象. 建構小五學生 Google 地球地圖學習情境；以活動理論為架構之研究 Google Earth 在國中區域地理教材的設計與應用-以中國地理為例. 林志宜（2008）. 國小五年級. 張程昭（2008）. 國中八年級. 以 Google Earth 為基礎的高中地理數位學習之研究. 賴正偉（2009）. 高中一年級. Google Earth 介紹與應用於國小社會領域教學之研究. 陳芳慶、陳孟寬（2009）. 國小四年級. 14. 概要自行操作電子地圖。藉由學生繳交作業的情形評估可行性條件外，也分析學生的學習態度，提供想利用網路電子地圖融入地理教學的教師們參考。使用課程為「空間方位與坐標單元」，搭配教師與學生的訪談，配合地圖學習動機量表、地圖概念測驗、地圖學習成效測驗之量化數據，藉此分析 GE 對地圖課程之影響。課程為「中國地理單元」。學生上課反應熱絡，研究者指出學生喜歡臨場感強的動態性操作外，也喜歡熟悉的題材，如家鄉等，引起熱烈討論與迴響。因此用 GE 此網路資源於地理教學中，相較於傳統教學上，學生參與度與專心度提高，且都給予正面肯定回饋。 1、運用 Google Earth API 建置圖台，讓學生個別自行進行數位學習「地圖、GIS 單元」，其結果可提升學生的學習興趣，證實了 Google Earth 在地理數位學習推動的優勢。 2、 GE 的功能、豐富的圖資及 3D 視覺化環境對於課程中的地理資訊系統單元有較佳的學習效果，足以做為高中 GIS 教學時的強力工具。 3、研究以 GE 為基礎的教學，可強化學生空間認知，並以視覺化的學習提升學習興趣與效果，也有助於學生對於周遭地理環境的認識。運用 GE 製作高雄縣相關交通設施及路線資料庫進行資訊融入教學活動學習「家鄉的交通與變遷單元」。研究發現學生自我評估對家鄉交通認知和情意方面表現良好，多數學生對電子地圖的學習方式有高度興趣、視覺性的刺激.

(21) 論文名稱. 研究者. 對象. Google Earth 融入地理教學對國中生學校成效影響之研究. 周興隆（2010）. 國中七年級. 運用 Google Earth 改善學童的空間認知與描述能力之行動研究. 黃邵偉（2010）. 國小六年級. 利用 Google Earth 進行鄉土教材整合之行動研究—以「森情羅東」課程為例. 蘇勝祥（2010）. 國小五年級. 15. 概要有助學生對學習內容的記憶。 1、學習「位置與範圍單元」。有用 GE 融入教學的控制組學生，在學習成就上明顯優於傳統教學，推測學生每人個別使用一台電腦自行操作 GE 學習，在 GE 可立體且清晰呈現下，帶給學生深刻感官刺激，讓他們更能理解相關概念，轉化為生活中可應用的能力。 2、接受 GE 教學的學生，無論在教學後的立即學習成效或教學一個月後的學習保留成效測驗，均優於傳統教學學生。 3、實驗組學生對於 GE 融入地理教學方式給予正面與肯定態度，認為 GE 融入地理教學有助於提升學習興趣及學習能力。 1、「學習空間組織、路徑、地圖能力、地標」概念，利用 GE 輔助世界地圖教學有助於提升學童在繪製社區地圖時「空間組織、地圖能力、路徑、地標」之部分能力。 2、以 GE 實施地圖教學可以提升兒童的學習動機，影響對於空間認知、地理相關知識的學習成效。 3、 GE 教學確實對於學童在空間認知及描述詳細度上有所助益，衛星空照圖由俯拍的實景圖像，以及軟體介面的易於操作都有直接性的影響。 1、以自行設計鄉土教材方式做研究，其研究結果發現，利用 GE 能使鄉土教材更系統化，其所提供各種尺度的環境觀察及虛擬實境體驗，除促進學生積極主動學習外，更充分闡釋鄉土教育中「立足鄉土、放眼國際」的目標。.

(22) 論文名稱. 研究者. 對象. 以動機理論設計 Google Earth 融入鄉土教學之研究 Google Earth 融入國中地理教學成效之研究. 邱雅琳（2011）. 國中七年級. 許柔婷（2011）. 國中八年級. 國中地理科 Google Earth 應用評量設計之研究~以「位置與範圍」和「地形」兩單元為例。. 蔣佩璇（2012）. 國中七年級. 概要 2、對國小五年級學生來說，GE 能引發高昂學習興趣，並達成更有效的學習；而教師以電腦實施教學時，必須有效管理電腦螢幕，並保持和學生有眼神的交流，同時利用同儕間互助，方能使教學效果更為提升。將 GE 融入教學除了能顯著提升學生對於教材主題的認知學習外，也有助於培養學生對本地鄉土認同。 1、利用 GE 融入地理課「中國北部單元」教學。研究結果發現，對於中等程度學生表現具有顯著差異，且學生學習態度均反應課程內容活潑有趣，學習意願漸趨積極。 2、融入電腦課教學方面，大多數學生能學會 GE 軟體，並順利完成作業，達成教師預期教學目標並能將學生誘導到正確之電腦應用上，更能訓練資訊科技使用基本能力，培養主動探索與獨立思考的興趣與能力。 1、學生學習「位置與範圍、地形單元」時，對於 GE 普遍感到興趣且表示 GE 有助地理的學習，顯示研究所應用 GE 功能的確能輔助地理學習。 2、研究發現測驗題目過多、過於冗長容易導致學生失去耐心，不利於作答。. （資料來源：本研究整理）. 綜上所述，教師運用 Google Earth 實施教學科目主要集中於地理科教學，整體研究成果普遍均持正面肯定，對學生在學習認知、空間概念理解、學生學習動機方面給予正向回饋。然而，目前 Google Earth 應用於教學方面，仍以教師在課堂教學過程中自行操作示範，抑或設計成網路教學平台方式，供學生自行瀏覽學習 GIS 概念為主，讓學生實際動手操作、分析應用部分不足。 16.

(23) 由於 GIS 廣泛應用於現今生活，在地理教育更凸顯其重要性；Google Earth 本身具有部分單機版 GIS 功能，雖然相較於單機版 GIS 其部分功能上仍有限制，但在操作介面設計平易近人，不似單機版 GIS 複雜，使用者多靠直覺反應即可上手、網路相關資源豐富等優點，學生可透過操作 Google Earth 了解 GIS 基礎功能與概念，對教師而言已足夠滿足 GIS 課程之用。除此之外， Google Earth 網際網路資源豐富且多樣，在 Google Earth 裡同時可開啟多種外掛軟體，將整個與 GIS 有關之操作、分析應用流程串聯一起，此舉可提升學生在學習 GIS 概念時的連慣性與整合性。因此，本研究認為讓學生個別使用電腦，透過自行實際操作 Google Earth 方式，可在帶給學生深刻感官刺激下，更能理解 GIS 相關概念，進而達成 GIS 單元課程目標。. 第三節研究問題與研究目的經由文獻回顧，考量現行高中地理課程綱要、探討資訊科技融入教學、地理資訊系統單元於教學現場所遭遇難以使用單機版 GIS 軟體在現場教學限制以及網際網路資源應用於地理教育、Google Earth 與地理教育之關係及重要性，提出以下問題：一、在沒有專業 GIS 軟體可操作下，是否有替代該軟體之教學方式？二、是否可以將 Google Earth 應用於現今高中地理資訊系統單元？三、學生在不同教學模式學習地理資訊系統單元的成效是否有差異？四、學生對使用 Google Earth 學習地理資訊系統單元有何看法及態度？. 針對上述所提出研究問題，本研究提出下列研究目的：一、探求 Google Earth 在我國現行地理資訊系統課程單元中，可協助達成哪些具體目標。二、探討地理資訊系統單元模組設計實施情形。三、分析教授地理資訊系統單元時，使用不同的教學模組設計，對學生的學習成效是否有差異。四、了解實驗組學生，對於 Google Earth 應用於高中地理資訊系統單元的看法及態度。 17.

(24) 第二章研究方法與研究架構. 第一節研究方法一、研究對象為配合「地理資訊系統單元」，研究者選定三班學習水平相近的高一班級，分別採不同教學方式；一班採傳統教學方式，課堂上完全使用講述法，學生不操作 Google Earth（A 組）；另兩班皆有一堂課操作 Google Earth：一班教師第一堂課先講述單元部分概念，於第二堂課至電腦教室中上機操作 Google Earth 並於操作過程中講述四大空間分析概念（B-1 組）；另一班於第一堂課操作 Google Earth，第二堂課教師利用前一堂課學生操作 Google Earth 經驗，做為講述該單元重要概念範例（B-2 組）；三班學生性別組成、人數、上課與評量時間請見【表 2-1】。. 班級. 對照組 A組實驗組 B-1 組實驗組 B-2 組. 【表 2- 1】教學實驗學生樣本資料男女總人 Google Earth 上課時平時考數操作情形間時間（2014）（2014） 15 16 31 兩堂課皆上課， 11.11 11.18 無操作 Google 11.12 Earth。 13 18 31 先上課，後操作 11.12 11.19 Google Earth。 11.17 13 18 31 先操作 Google 11.10 11.17 Earth，後上課。 11.11. 期中考時間（2014） 11.27. 11.27 11.27. 二、文件分析法透過文獻回顧藉由蒐集前人所做與 Google Earth 相關教學應用以及 GIS 教學限制，找出現今我國高中地理 GIS 單元教學過程中，所遭遇之困難及限制，以及使用 Google earth 在教學上所帶來優勢，做為本研究設計 Google Earth 應用於 GIS 課程教學模組之參考。. 18.

(25) 三、量化分析本研究利用統計軟體進行單因子變異數分析（ANOVA）與卡方檢定，以敘述統計探討三組學生分別在不同教學模式中，學生學習 GIS 單元方面是否有顯著差異。為評量三班學生學習成效，除了在地理資訊系統單元教學結束後實施翰林版平時考地理資訊單元評量測驗卷外，也採用學校期中考試卷中與地理資訊系統單元相關試題，並根據三組學生評量結果，利用統計軟體進行分析，進一步探討不同教學模式之學習成效。. 四、問卷處理為了解兩實驗組學生操作 Google Earth 學習地理資訊系統單元情意部分，以半結構問卷方式，請兩班學生寫下心得，研究者再進一步整理並探討學生對於 Google Earth 應用於學習 GIS 單元的看法與態度為何。. 第二節研究架構基礎教育階段是根據學生年齡層不同而安排，不同年級的教學與不同階段的心理發展需配合，教學上才會發揮事半功倍的效果（張春興，2007）。教材的繁簡難易，要適合學生心理和生理的發展順序，其提供內容要以能配合學生經驗的具體事實為起點，循序引導學生發展比較抽象的概念於新的學習情境；換句話說，給予的學習經驗，其所期望的反應，必須是在學生能力所及的範圍之內，亦即給予的學習經驗，要和學生現有的學習成就相配合（陳國川，1995）。從上述各專家學者論述中，地理學科要能達成教育任務，其教材內容勢必配合學生心智發展階段才能順利學習，且從學習地理知識的過程中得到成就感；因此，教材內容結構必須配合學生思考模式，才能激發他們學習興趣，強化學習效果。《生活化地理：美國國家地理課程標準》（1994）內容提及所有人都需瞭解地理學，這意味著人們需要瞭解地球上人類、地方和環境的空間脈絡，並提出學習地理的四大理由，分別為「存在的理由」：地理學可以藉由文字或圖形使學生瞭解其在何處；「倫理的理由」：地理學提供地球的自然和人文體系的知識，以及生活事物和自然環境相互依賴的知識；「知識的理由」：地理學集中注意於令人發生興趣的事物，這可使人類得學習更廣博的知識和更明智的決定；「實用 19.

(26) 的理由」：在現代世界中，地理學具有實用的價值，由於世界加速的互相聯繫，地理知識的實用益加重要，對於地方和全球性問題，可透過地理學提供解決能力。而我國高中地理九九課程綱要中，強調學生需透過地理學觀點了解全球性與地方性的重要議題，並從永續經營的理念探討人與地的關係，以增進適應環境的能力，提昇科學素養進而培育 21 世紀的世界公民。因此，普通高級中學高一通論地理部分欲達成課程目標有（教育部，2010）：（一）增進學生了解人類活動和地理環境間關係的能力。（二）培養學生了解地表重要現象空間分布的地理意涵能力。（三）提升學生了解重要的地理學觀點與方法，並適當應用於地理問題的能力。（四）幫助學生體會環境的多樣性及複雜性，培養其欣賞及包容的態度。學完高中一年級地理課程，學生應該了解系統地理學的基本概念與認知地理學的空間、生態與區域觀點，從而發展一套人類珍貴的價值信念，並知道如何利用地理技能來分析解決生活中所面臨的各項問題。完成上述課程的學生應具備核心能力為（教育部，2010）：（一）知道如何利用地圖或其他地理學工具與技術，蒐集、整理與分析各種地理資料，並能選擇恰當方式來表現、解釋地理現象的分布類型、成因及其變化。（二）知道自然系統與人文系統以形塑地表景觀的運作情形，並能分析人類如何介入此自然或人文系統，創造獨特的文化景觀。（三）能積極參與課程相關活動，並有能力規劃戶外地理實察內容。國家地理教育委員會（NCGE）於《21st Century Skills Map of Geography》指出，由於 21 世紀的人類生活在科技媒體組成的環境中，能輕易獲得豐富的資訊與科技工具，為了能在 21 世紀有效地生活，公民們必須培養和地理資訊相關的基礎以及批判思考：例如學生能透過網際網路從國家網路數據資料庫，分析國內生產總值（GDP）和世界不同地區的人口從事農業的百分比之間的關係，並按類別在電子地圖上，呈現空間格局上的變化。將地理資訊相關技術納入高中地理課程意義重大，除了是普及地理資訊技術相關知識的有效途徑，使學生透過學習與社會經濟發展接軌外，也是資訊技術與地理課程整合的重要途徑，因為它使得「透過教學中使用資訊技術來提高學生資訊素養」的目標更容易實現。在資訊化社會中，學校教育應培養學生地理資訊科技應用能力，並內化成個人的生活一部份，也就是說即使學校技能學習以反覆的機械操作為主，但當遇到問題時，能夠進行構思和規劃，將機械式的技能轉為有效能的工具，能加以搜尋、分析、彙編才是資訊素養培養的高層 20.

(27) 次表現，更是地理資訊素養培養的最終目的，此時才能給學生帶的走的能力，並應用於現實社會生活中，解決社會上所需解決之問題（蔡慧瓊，2011）。透過資訊科技融入教學可幫助教師提供適當的刺激與互動學習，吸引學生的注意力增進教學成效。近年來學生資訊能力提升下，多具備基本電腦操作能力，因此在上機操作時，教師多不用再從頭教起，不論是在電腦軟、硬體操作學習或是網路資源運用方面都能很快上手。陳麗紅（2004）歸納資訊科技融入社會科教學成效分析後得到結果：在學習成效方面，當資訊科技融入教學時，學生學習表現比採用傳統教學方式，表現出更正面且積極的學習態度；就學生學習成效與區域差異之相關性來看，網際網路資源使用經驗上沒有區域差異，但當學生面臨問題時，北部地區學生善用網際網路資源解決問題之比例最高，其次為中部、南部，最後為東部地區（蔡慧瓊，2011）。地理資訊系統（GIS）無論是在地理學或是地理教育中都是扮演著工具角色在地理教育中將 GIS 融入到地理課程當中可為學生帶來更輕易且直觀的地理資訊，可以便捷地進行資料的比對、分析，進而對地理現象有更深入的了解，藉此培養出帶得走能力，根據研究發現，達成以上的教學目標以問題導向的 Teaching with GIS 較為可行，在 99 課綱 GIS 單元目標中，更是直接加上文字附註建議教師以 1~2 節課時間，提供學生實際操作 GIS 軟體，由此可知，動手實際操作對於 GIS 課程越來越被重視（賴進貴、莊婉瑩，2008；蔡慧瓊，2011）。雖然單機版 GIS 軟體功能性強，也最能完整呈現高中地理地理資訊系統單元教材中之概念，但對於教師、學生、學校而言，存在各種限制與困境，如教師、學生學習操作專業版 GIS 需費許多時間練習、軟硬體設備經費、課程教材與相關資料提供等。近年來網際網路資源多來越多樣，Google Earth 的出現提供新的學習可能，該軟體除了免費提供下載使用，也是一個整合性的平台，可從網際網路資源找到各種豐富與其相關的資料庫；其功能除展現豐富地理訊息、以視覺化方式呈現空間資訊外，也具有互動性特色，可增加學生臨場感，有助於教師進行與地理相關之教學（張程昭，2008；陳芳慶，2009）。最重要的是，Google Earth 相對於專業版 GIS 來說，對教師與學生而言，軟體介面親和度高，操作方便極易上手、課程教材相關資料多元、可減少學校在軟硬體設備方面經費支出等優點，使之在國、高中地理課程教學方面逐漸受到重視。賴正偉（2009）應用 Google 21.

(28) 2. Earth 學習 GIS 透過利用 Google Earth 建置高中地理 GIS 網路學習平台方式，讓學生自行上網閱覽學習 GIS 相關概念，其學習成效明顯提升，學生學習 GIS 單元過程中，除了學會概念，也順帶培養獨立分析與判斷能力。因此本研究認為，為了達成現今社會需求與地理學科理念，可透過教育途徑將網際網路資源—Google Earth 應用於地理資訊系統單元課程，配合教學目標讓每位學生實際動手操作 Google Earth 方式，自行探索、解決與自身密切相關的問題來學習 GIS 課程，藉此達成課程教學目標並培養地理核心能力，對學習也能激發出更多的興趣。根據前所陳述，考量學生、學科理念、現今社會需求及 GIS 重要性，將 Google Earth 應用於課程並設計教學模組，實踐課程綱要中的教學目標，並藉其評量結果省視整個教學流程。本研究架構圖如下【圖 2-1】。. 2. 賴正偉（2009）:《以 Google Earth 為基礎的高中地理數位學習之研究》。台中，逢甲大學環境資訊科技碩士學位學程碩士論文。 22.

(29) 社會需求資訊科技能力之網際網路資源應用. 學生. 學科理念. 年齡、性別、區域. 地理資訊系統單元. 教法. 課程. 教材. 講述法、問答法、應用網際網路資源. Google Earth 應用於地理資訊系統課程. 高一上地理資訊系統單元. 對照組 A 組：無使用 Google Earth 學習 GIS 單元. 實驗組：使用 Google Earth 學習教學模組的實施. B-1 組：先學習 GIS 單元再使用 Google Earth B-2 組：先使用 Google Earth 再學習 GIS 單元. 教學評量、學生學習評量作為評量內容包括：認知、技能、情意分段考、平時考. 檢討與分析【圖 2-1】研究架構圖. 23. Google Earth 操作評量.

(30) 第三章教學模組設計與實施. 第一節模組設計理念與原則本研究教學實驗以高中一年級學生為對象，應用 Google Earth 於高一上學期地理課地理資訊系統單元課程，探討其在高中地理資訊系統課程應用成效為何，希冀能提供高中教師在教學現場進行 GIS 單元教學時，降低教學過程中無法使用專業版 GIS 軟體之限制。在設計應用 Google Earth 於地理資訊系統單元教材時，首先需符合地理課綱教學目標為撰寫原則；其次，企圖透過活動運作，達成地理知識的學習和情意精神培養；同時，在以學生為主的教學活動中，隨時以各種方式實施評量，以了解教學目標是否達成。又，張國恩（2002）提及教師將網際網路資源應用於教案設計時，應考慮其需求性、可行性及資源性三部分，故本研究在設計教學模組時需考量： 1、需求性：非所有教材皆需要利用電腦來輔助教學，若確實需要，則教案設計時所應用的電腦資源也必須滿足輔助教學的需求，故本研究將針對我國現行之課程綱要中，學生必需學習之 GIS 概念，找出可對應使用 Google Earth 操作部分，彌補無法操作專業版 GIS 軟體學習之限制。 2、可行性：將電腦融入教學時，所使用的電腦資源在學校現有的環境必須能實行。每所學校的軟硬體設備環境皆不同，因此可使用的電腦資源也不同，在考慮電腦融入教學時，須考量資源應用可行性。由於現今高中課程中，電腦資訊課程列為必修，因此在硬體設備、網際網路環境方面無缺乏困境。 3、資源性：除需考量教學相關資源--軟體、網際網路資源是否易取得外，也需顧及智慧財產權與合法性問題；Google Earth 為 Google 免費提供網路下載軟體，教學模組中 Google Earth 使用圖資分別來自下列免費地理教育相關資源網 3. 站：（1）中央研究院人社中心「地圖與遙測數位典藏計畫」、（2）Google. 3. 中央研究院人社中心「地圖與遙測數位典藏計畫」。http://gissrv4.sinica.edu.tw/gis/twhgis.html 24.

(31) 4. Map/Earth 觀察報@Sinica 、（3）University of New Hampshire Cooperative 5. Extension KML TOOLS 。. 此外，Todd（2007）為釐清 Google Earth 功能是否可呈現單機版 GIS 軟體功能，於 2007 年提出單機版 GIS 功能可用 Google Earth 操作展示部分（見【表 31】），本研究參閱【表 3-1】瞭解 Google Earth 能取代單機版 GIS 功能部分為何，作為教學模組設計參考。. 【表 3-1】單機版 GIS 與 Google Earth 功能對應表 GIS 功能 GIS 功能描述 Google earth 功能達成能力（2007）查詢可針對空間資料和屬無法無法查詢空間資料或（query）性資料做查詢。屬性資料。環域分析圍繞一個特定距離的無法沒有工具能夠計算環 (buffer) 區域，來限制或包含域範圍。某些細節條件。疊圖分析可將多種圖層資料，可以 Google Earth 本身內 (overlay) 相互運算、套疊。建多種圖層間可用疊圖功能，但僅以視覺觀察方式，無法做運算。近鄰分析分析某特定對象之感部分可以「直接觀察方 (proximity) 興趣的目標或領域。可以式」來確定，但沒有相關內建工具來計算鄰近關係或距離。相交、相連位置之間的相互關連部分位置之間的關連性，（connectivity）性，例如路網特徵。可以只能用直接觀察的方式，沒有提供工具計算其關連程度。模擬分析過程、結果、趨部分只能以直接觀察方式（modeling）勢或預測可能的結果可以進行，沒有提供任何或決策。相關工具進行複雜分析之操作。（資料來源：本研究整理。表格改繪至 Todd C. P. (2007) ）. 4. Google Map/Earth 觀察報@Sinica。http://gis.rchss.sinica.edu.tw/google/. 5. University of New Hampshire Cooperative Extension KML TOOLS。http://extension.unh.edu/kmlTools/index.cfm. 25.

(32) 6. 因 Todd 提出 Google Earth 可取代單機版 GIS 軟體功能時間為 2007 年，但本研究教學實驗實施期間為 2014 年 11 月，在考量 Google Earth 功能與 2007 年有所出入，如：2014 版 Google Earth 已可做空間查詢和屬性查詢、環域分析則能藉助網際網路所提供簡易模組資源方式，即可彌補 Google Earth 不足之處。此外，Todd 提出【表 3-1】中對應 GIS 功能部分與我國課程綱要中，學生必需學習 GIS 功能概念有所不同，因此本研究者將針對我國普通高級中學地理課程綱要 GIS 單元重要概念，參考單機版 GIS 軟體操作情形以及斟酌 2014 年 Google Earth 功能已可操作程度，將【表 3-1】內容延伸並修正後，彙整成【表 3-2】以做為 Google Earth 應用於地理資訊系統課程教學模組設計之核心概念及其操作的對應關係。. 【表 3-2】Google Earth 應用於 GIS 單元課程主要概念對應表高中 GIS 課程單機版 GIS 可利用 Google Earth 操作程度主要概念操作情形（2014 年版）圖層方式儲存在 GIS 裡，點、在 Google Earth（以下簡稱 GE）裡和單機線、面向量資料版 GIS 相同，無論是自己數化點、線、面各自成一圖層。向量資料或從外面加入照片、地圖等網格衛星影像、掃瞄資料，都是以圖層方式儲存，可在操作介圖檔等網格圖檔面的左邊欄位觀察之。也個別成圖層儲存在 GIS 資料庫裡。空間資料每一圖層由空間開啟 GE 左邊欄位圖層時，例如：可點選資料和屬性資料該圖層上之坐標點-空間資料後（如：某地組成。標符號為學校樣貌），會跳出關於該點屬屬性資料性欄位表（如：學校名稱、網頁連結）。空間資料可自行數化點、可在 GE 裡自行數化點、線、面，在數化 -向量式結構線、面，在數化過程中，即可看出都是由點坐標所組成。過程中，即可看出都是由點坐標所組成。空間資料在 GIS 中，數值 Google Earth 裡的網格資料除衛星影像圖 -網格式結構高程模型外，也有其他網路資源，例如中央研究院（DEM）、衛人社中心「地圖與遙測數位典藏計畫」下星影像和航照圖載 Google Earth 專用台灣百年地圖，內有各此類網格資料放 6. Todd C. P. (2007): Google Earth as a (Not Just) Geography Education Tool,Journal of Geography, 106(4): 145-152. 26.

(33) 高中 GIS 課程主要概念. 單機版 GIS 操作情形大後可清楚看到一格一格資料結構樣貌。網格式資料解 DEM 資料或遙析度測影像解析度高低來自資料本身品質，且可由該資料的屬性資料看出其解析度之實際數值。向量與網格資直接用講述法講料儲存方法的解概念。優缺點依照資料本身直接用講述法講特性選擇適當解概念。的儲存格式資料整合應用提供地圖投影、過程坐標轉換整合功能，可彙整不同形式、比例尺、時間的地圖，讓不同來源的資料可整合到同一資料庫，以利後續分析。空間查詢功能可點選空間資料上的圖徵、圖形等，查詢並展示所對應的屬性資料外，也能進一步做複雜的空間查詢條件，例如某學校範圍 5 公里內的便利商店有哪幾間？屬性查詢功能可藉由屬性資料查詢所對應的空間資料，而且在 GIS 中可對屬性資料欄位表做複雜的指令，找出. 可利用 Google Earth 操作程度（2014 年版）種掃瞄地圖檔，將圖資放大後，皆可看出網格式資料結構特色。僅「直接視覺觀察方式」觀察，不同時間點、不同地方的影像由不同公司所屬遙測拍攝提供，如：Astrium、DigitalGlobe、 GeoForce Technologies。因此拍攝出來的解析度都不同。其中以 GeoForce 最高，次為 DigitalGlobe、然後 Astrium。直接用講述法講解概念。. 直接用講述法講解概念。. 只能單純將圖檔利用手動調整進行幾何校正，無法精準用數學方式校正。. Google Earth 只能簡單查詢空間資料，如點選地圖某圖例，即展示出與其相對應的屬性資料。例：點選地圖上某學校符號後，顯示此學校的相關屬性資料。. Google Earth 只能單一查詢屬性資料。例：輸入「統一超商」後，地圖即將統一超商位置標示出。. 27.

(34) 高中 GIS 課程主要概念. 單機版 GIS 操作情形同時符合多種條件的空間資料。. 可利用 Google Earth 操作程度（2014 年版）. 環域分析. 可透過內建程式計算點、線、面（向量檔格式）的環域分析範圍。. 疊圖分析. 可計算滿足各種條件分析後的各種圖層，並可以最終分析結果，輸出單一圖層。內建程式可計算給予多種條件限制之路網分析結果。. 需使用網站資源： University of New Hampshire Cooperative Extension KML TOOLS ，將點、線、面圖層（向量檔格式）以 KML 檔輸出並上傳到該網站，可自動計算使用者輸入環域範圍外，會產生一環域分析後的新 KML 圖層，使用者再用 Google Earth 將其讀取，即可見環域分析結果。僅能以「直接視覺觀察」方式，觀察各種分析結果圖層疊合一起樣貌。可利用調整各圖層透明度以便觀察，但無法似單機 GIS 軟體可藉由程式計算方式，輸出滿足使用者計算條件圖層結果。於「規劃路線」欄位輸入從 A 點到 B 點位置，可根據不同交通方式：開車、搭公共交通工具、走路三種方式下，最快到達目的地之最佳路徑，但無法做複雜路徑規劃。有內建 3D 地形展示功能（利用 DEM 結合衛星影像），可視覺體驗地形高低起伏。另可自「Google Map/Earth 觀察報@Sinica」網站下載由逢甲大學賴正偉先生提供的「模擬全台海平面上升 0-30 公尺 KMZ 檔」，配合 Google Earth 操作，可展示全台灣不同高度淹水模擬樣貌，但無法計算其淹水範圍。. 路網分析. 地勢分析. 可藉由 DEM 資料計算出坡度、坡向或以分層設色圖等方式展示。也可做視域分析、淹水模擬等和地形高度有關的地勢分析。. 28.

(35) 第二節 Google Earth 應用於 GIS 課程教學模組設計根據上述設計理念與原則，本研究應用 Google Earth 功能中能取代單機版 GIS 操作部分設計教學模組；由於成功實施 GIS 教學的老師們大多以問題導向方式來進行教學（陳哲銘、王耀輝，2010），故模組設計議題盡可能與學生日常生活有切身關係之問題為主，這些問題能引起學生學習興趣，因此本教學模組是以學生自己的「家」為中心來設計問題，以操作 Google Earth 貫串 GIS 單元課程認知目標與情意目標，即透過教學活動--讓學生自行操作 Google Earth 來輔助獲得地理知識，並藉由學習地理知識的過程，達成情意目標。為了解學生達到教學目標之情形，採用平時考和期中考兩次測驗方式，探索學生是否瞭解地理資訊系功能與應用；再者，每位學生於課堂中運用 Google Earth 功能與 GIS 相關概念查詢或展示生活週遭地理相關議題；在學習態度與心得部分，則採用半結構式問卷。詳細教學活動設計見【表 3-3】與【表 3-4】. 一、教學背景本研究者將於自己任教學校選定第一次段考成績平均相近之三班學生實施教學實驗，且皆使用兩堂課時間學習 GIS 單元課程，課程內容以我國 99 課程綱要中所制訂單元具體目標為授課基準，教師可再配合學生學習能力根據具體目標再細分次級具體目標，詳細請見【表 3-3】。. 【表 3-3】教學背景單元名稱. 第5章地理資訊系統. 班級. 高一. 人數. 31人. 教材來源. 各版本高中地理教科書與教師手冊. 研發教師 (學校). 賴育政 (臺北市立西松高中). 時間. 100分鐘 (2課時). 課綱相關冊別. 地理 1. 教學法. 講述法、觀察法、問題教學法、探究教學法. 課綱相關單元. 第 4 章地理資訊蒐集與處理. 29.

(36) 評量方法. 教學資源. 課堂口頭發表、撰寫學習單、課後評量測驗書籍：地理1（翰林版）設備：電腦、網路、投影機、電腦教室電腦已安裝Google Earth 網路資源： 1、Google Earth。http://www.google.com/intl/zh-TW/earth/ 2、Google Map/Earth 觀察報@Sinica。 http://gis.rchss.sinica.edu.tw/google/ 3、University of New Hampshire Cooperative Extension KML TOOLS。 http://extension.unh.edu/kmlTools/index.cfm。 4、中央研究院人社中心地圖與遙測數位典藏計畫。 http://gissrv4.sinica.edu.tw/gis/twhgis.html。課程綱要內容主題地理資訊系統. 主要概念. 具體目標. 地理資訊系統的組成、功能與應用. 一、認知目標：. 次級具體目標. 1.了解地理資. 1-1能說出何謂地理資訊系統. 訊系統內涵與. 1-2能說出地理資訊系統組成要素. 結構 2.了解地理資. 2-1能說出地理資訊系統資料儲存方式. 訊資料系統儲. 2-2能說明向量式結構的資料建檔方法. 存方式與格式. 2-3能說明網格式結構的資料建檔方法 2-4能說明網格解析度. 地理資訊單元. 2-5能說出不同儲存方法的優缺點 2-6能依資料本身的特性選擇適當的儲存格式 3.了解地理資訊系統的功能與應用. 3-1能說明地理資訊系統資料整合應用過程 3-2能說明地理資訊系統空間查詢功能 3-3能說明地理資訊系統屬性查詢功能 3-4能說明空間分析中環域分析功能 3-5能說明空間分析中疊圖分析功能 3-6能說明間分析中路網分析功能 3-7能說明空間分析中地勢分析功能. 30.

(37) 二、技能目標： 4.能運用地理資訊系統查詢或展示生活週遭的地理議. 4-1能運用與地理資訊系統相關之資源於日常生活中 4-2能運用地理資訊系統相關資源來探討周圍地理議題. 題。. 三、情意目標： 5.關心地理資訊系統應用於生活周遭部分。. 5-1主動關心地理資訊系統對周遭生活環境之影響 5-2願意主動使用地理資訊系統相關資源解決生活問題. 二、對照組與實驗組教學活動設計因對照組 A 組、實驗組 B-1 組及 B-2 組分採不同教學模式實施教學，由於教學需根據 GIS 單元課程綱要實施，故本研究以 GIS 單元具體目標為教學進行之準軸，針對教學模式、教學評量及教學活動內容分別詳述如下，請見【表 3-4】。【表 3-4】對照組與兩實驗組教學活設計表組別教學設計. 對照組 A組. 教學模式兩堂課皆在教室上課，並採教師為中心的傳統講述法教學；教學過程使用課本並配合電腦簡報軟體教授課程內容。（第一堂課課程次級具體目標 1-1~26；第二堂課 3-1~37）. 實驗組 B-1 組. 實驗組 B-2 組. 1.第一堂課先在教室上課，採用傳統講述法教學，教學過程中除使用課本外，教師操作 Google Earth（以下簡稱 GE）講授課程概念為主，並配合電腦簡報軟體方式教授課程內容（課程內容上至次級具體目標 2-6）。. 1.第一堂課先至電腦教室操作 Google Earth 並於課堂開始時先給予學生軟體操作說明講義以及課堂學生需回答問題，教師全程不教授與 GIS 單元相關內容。（學生操作 GE 一共分七步驟，詳細內容請見本章第三節）. 31.

(38) 組別教學設計. 對照組 A組. 教學模式. 實驗組 B-1 組. 實驗組 B-2 組. 2.第二堂課至電腦教室操作Google Earth，於課堂開始時先給予學生軟體操作說明講義以及課堂學生需回答問題。課堂進行中學生一邊操作，教師一邊教授課程概念方式讓學生了解地理資訊系統的功能（次級具體目標3-. 2.第二堂課於教室上課，教師應用學生第一堂課操作評量試題經驗，先教授該單元概念後，採用問答方式請學生回答操作過程中，應用哪些 GIS 概念，以加深學生學習印象。（次級具體目標 1-1~3-7）. 1~3-7）教學評量 1、平時考測驗：於上完地理資訊系統單元後實施。 2、期中考. 1、平時考測驗：與對照組相同，於單元課程結束後實施。 2、操作評量：第二堂課使用 Google Earth 時，需透過操作回答教師給予問題。 3、操作 Google Earth 後心得感想：於課程結束後，請學生寫下。 4、期中考教學活動內容. 次級具體目標. 對照組 A組. 實驗組 B-1 組. 實驗組 B-2 組. 認知 1-1 1-2. 1、地理資訊系統（GIS）是一套用來蒐集、儲存、處理、分析、展示各種形式地理資訊的系統。 2、 GIS 需要具備電腦軟硬體、數值資料庫及需操作人員。 3、此部分概念三班皆直接採用講述法講解。. 認知 2-1. 1、每筆資料皆以「圖層」方式儲存。 2、第四章學過「地理資訊＝空間資料+屬性資料」概. 1、在教室示範 Google Earth 給同學看，解釋從介面左邊欄位可見所有資料都以圖層方式儲存。 32. 1、教師於第二堂課時操作 GE，並請學生回想在第一堂課操作經驗中，每次新增新的地圖資料到 GE.