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電腦模擬教學應用於可程式控制實習之學習成效研究

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Academic year: 2021

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(1)國立台灣師範大學工業教育研究所 碩士論文 指導教授:戴建耘博士. 電腦模擬教學應用於可程式控制實習之學習成 效研究 A Study on Learning Effectiveness of PLC Course with Computer Simulation Teaching Method. 研 究 生:古紹楷. 撰. 中華民國 103 年 7 月.

(2) i .  .

(3) 摘. 要. 本研究主要目的在探討高職電機科「可程式控制實習」課程實施電腦模 擬軟體教學之學習成效。以北部某高工電機科二年級甲班共 42 人為實驗對 象,分別為實驗組 21 人與控制組 21 人,實施為期八週 24 小時的實驗教學。 採前測、後測之準實驗研究設計。實驗教學前先對全體樣本進行認知學習前 測,其目的在瞭解實施實驗教學前學生於專業基礎能力上的差異。實驗組採 電腦模擬軟體教學,控制組採用傳統講述實習教學,教學後分別實施認知學 習後測及技能學習測驗,以評量學生學習成效,且實驗組加測電腦模擬教學 學後滿意度量表。 本研究採用獨立樣本 t 考驗、單因子變異數分析、單因子共變數分析、 及描述統計方法考驗研究假設。本研究結論如下: 一、高職電機科「可程式控制實習」課程,實施電腦模擬教學之實驗組學生, 認知學習成就測驗成績未顯著優於傳統講述教學控制組學生。 二、高職電機科「可程式控制實習」課程,實施電腦模擬教學之實驗組學生, 技能學習成就測驗成績顯著優於傳統講述教學控制組學生。 三、實驗組學生對於電腦模擬教學的滿意度問巻結果統計,可知實驗組學生 在認知、技能、情意三個向度都是滿意,顯示學生對電腦模擬教學之整 體反應為「滿意」。 本研究建議如下: 一、 「可程式控制實習」課程每週三節,使用電腦模擬教學或傳統講述教學, 上課時間皆不足,教學過程太倉促,學生沒有足夠時間操作練習,所以 建議三年級「可程式控制實習」教學時數可再增加。 二、使用電腦模擬軟體是安全、經濟、有效率的教學,值得在高職電機科「可 程式控制實習」課程教學推廣使用。 關鍵詞:電腦模擬教學,可程式控制實習。. ii .  .

(4) Abstract The purpose of this study was to explore the effects of applying computer simulation instruction system to the PLC course on students in the department of electrical engineering at vocational senior high school. The participants were the 42 students of Class A of the-second - grade in the department of electrical engineering of one vocational high school in northern.They were divided into two groups. There were 21 people in the experimental group, 21 people in the control group.This experimental teaching took twenty-four hours in total during the treatment of eight weeks.The experimental design of this study was quasi-experimental pretest-posttest design.Prior to teaching, the professional basic capabilities for students were evaluated by the pretest.The experimental group was to be taught by the computer simulation teaching,another one was to be taught by the traditional teaching mode.At the final, knowledge examination and technical test were applied to evaluate the effectiveness of learning. And the experimental group filled in a satisfaction questionnaire after computer-simulation teaching. The data of this study was analyzed by independent samples t-test, ANOVA,ANCOVA analysis and descriptive statistics. The findings and conclusions are listed as follows: First, comparing with the traditional teaching method, students didn’t clearly show higher learning achievements in the cognitive level of “PLC Course” when the Computer- Simulation teaching method was adopted. Second, students showed more obvious learning achievements in practical skills of “PLC Course” with the Computer Simulation teaching method than with the traditional teaching method. Third, according to the statistical results of computer simulation teaching satisfaction questionnaire,students in the experimental group were satisfied with the three aspects of cognition,skill,and affection.It showed students were satisfied with whole computer-simulation teaching Some suggestions are listed in the following according to the results of the research: First,there are three PLC course classes per week.Time is insufficient for the computer simulation teaching or traditional teaching mode. Teaching process is too hasty and students do not have enough time to practice. It is proposed that the teaching hours of PLC course in third grade can be further increased. Second,using computer simulation teaching is safe,efficient and economy.So it is worth being popularized to PLC course in the department of electrical engineering at vocational senior high school. key words:computer simulation instruction、the PLC course. iii .  .

(5) 謝辭 在論文定稿的那一刻,覺得自己完成了一件不可能的任務,從來不認為 自己有這樣的能力,但是我的確做到了,心裡有一股莫名的激動及喜悅。 四年的碩士生涯中,要感謝的人太多了,首先要感謝的就是我的指導老 師─戴建秐老師。從題目的選擇到口試的完成,一路上,老師給予我許多寶 貴的意見,每當我遇到瓶頸時,都能找到方向並繼續完成論文,和老師相處, 從一開始的緊張到後來的熟稔,感受到了老師做學問的嚴謹及用心。口試當 日,張明文老師和吳德豐老師的鼓勵和建議,何宏發老師和王嘉斌老師細心 的提點,都讓本論文更臻於完整,感謝四位老師,這是一次愉快且充實的經 驗。 感謝碩士生涯以來每一位教導過我的老師,讓我重溫學習的愉悅。感謝 身旁遇見的所有學長姐、同學和學弟妹,你們曾經給我許多幫助。最後,感 謝我的同事、好友及家人,你們的關心是支持我的重要力量,希望能與你們 分享這一點小小的成果。 103.7 書於台北. iv .  .

(6) 目錄 第一章緒論…………………………………………………………………….1 1.1 研究背景………………………………………………………………..1 1.1.1 職業教育現況探討………………………………………………….1 1.1.2 全球學習趨勢分析……………………………………………….3 1.1.3 電腦模擬教學探討………………………………………………….4 1.2 研究動機…………………………………………………………………7 1.3 研究目的……………………………………………………………….10 1.4 研究問題.................................................10 1.5 研究假設.................................................11 1.6 名詞解釋.................................................12 1.7 研究範圍與限制...........................................13 第二章 文獻探討..............................................15 2.1 電腦模擬教學.............................................15 2.1.1 電腦模擬教學的意義......................................15 2.1.2 電腦模擬教學的內涵.....................................16 2.1.3 電腦模擬教學的相關研究.................................18 2.2 可程式控制實習.............................................24 2.2.1 可程式控制實習的定義....................................24 2.2.2 可程式控制實習內涵.....................................25 2.2.3 可程式控制實習的相關研究...............................26 第三章 研究設計與實施........................................29 3.1 研究架構..................................................29 3.2 ... 研究對象...............................................32 3.3 研究設計…………………………………………………………….…33 3.4 研究工具…………………………………………………….34 3.5 教學實驗的實施..................................44 3.6 資料處理.......................................51 第四章 資料分析與討論...............................53 4.1 樣本資料分析.....................................53 4.2 不同教學策略在「可程式控制實習」課程學習成效之差異性分 析............................................................54 4.3 電腦模擬教學學生學後滿意度分析.........................62 4.4 綜合討論............................................66 第五章 結論與建議.............................................68 5.1 研究發現................................................68 v .  .

(7) 5.2 結論................................................71 5.3 研究建議..........................................73 5.3.1、PLC 載具虛擬系統在教學上的建議:........................73 5.3.2 對未來研究的建議.................................75 參考文獻………………………………………………………………………78 附錄……………………………………………………………………………81 附錄一 可程式控制認知學習前測試題(預測)……………………………81 附錄二 認知學習成就測驗前測試題鑑別力與難易度分析表………88 附錄三 可程式控制認知學習前測試題(正式測驗)………………………91 附錄四 認知學習成就測驗後測試題(預試)………………………………95 附錄五 認知學習成就測驗後測鑑別力與難易度分析表…………………105 附錄六 認知學習成就測驗後測試題(正式)………………………………108 附錄七 可程式控制實習技能學習成就測驗試題…………………………112 附錄八 可程式控制實習技能學習成就測驗試題…………………………113 附錄九 可程式控制實習技能學習成就測驗試題…………………………114 附錄十 電腦模擬課程應用在「 可程式控制實習」課程學生學後滿意度量 表…………………………………………………………………………115. vi .  .

(8) 表目錄 表 2-1-1 電腦模擬教學意義一覽表 ............................... 15 表 2-1-2 電腦模擬教學研究內涵彙整表………………………………………….17 表 2-1-3 電腦模擬教學的相關研究整理摘要………………………………………19 表 2-1-4 傳統講述教學和電腦模擬教學的比較表…………………………………23 表 2-2-2 可程式控制實習的相關研究摘要表.......................26 表 3-1-1 傳統實習課程教學法與電腦模擬教學法實施方式...........30 表 3-3-1 實施模擬教學之準實驗設計模式表.........................33 表 3-4-1 認知學習成就測驗前測預試雙向細目表.....................36 表 3-4-2 認知學習成就測驗前測雙向細目表.........................37 表 3-4-3 認知學習成就測驗前測量表試題信度分析表.................37 表 3-4-4 認知學習成就測驗後測試測雙向細目表.....................38 表 3-4-5 認知學習成就測驗後測雙向細目表.........................39 表 3-4-6 學科測驗後測量表試題信度分析表........................40 表 3-4-7 技能學習成就測驗雙向細目表............................40 表 3-4-8 電腦模擬軟體教學學後問卷信度分析……………………………44 表 4-1-1 實驗教學組別人數分佈表...............................53 表 4-2-1 認知學習成就測驗前測量表成績統計表....................54 表 4-2-2 認知學習成就測驗前測量 t 考驗分析表....................55 表 4-2-3 認知學習成就測驗後測量表之成績統計表.................56 表 4-2-4 實驗組及控制組前測與後測之平均數、標準差與調整後平均數分 析表..........................................................57 表 4-2-5 實驗組及控制組認知學習成就測驗後測量表與前測平均分數差異 表............................................................57 表 4-2-6 實驗組與控制組認知學習成就測驗後測量表迴歸同質性考驗摘要 表............................................................57 表 4-2-7 實驗組與控制組認知學習成就測驗後測量表之共變數分析摘要 表............................................................58 表 4-2-8 二種教學法在技能學習成就測驗量表單元一之迴歸係數同質性考 驗表..........................................................58 表 4-2-9 二種教學法在技能學習成就測驗量表單元一之共變數分析表..58 表 4-2-10 技能學習成就測驗量表單元一平均數、調整後平均數摘要表..58 表 4-2-11 技能學習成就測驗量表單元二迴歸係數同質性考驗表........60 表 4-2-12 技能學習成就測驗量表單元二之共變數分析表..............60 表 4-2-13 技能學習成就測驗量表單元二之平均數及調整後平均數摘要表 61 表 4-2-14 技能學習成就測驗量表單元三之迴歸係數同質性考驗摘要表..61 表 4-2-15 技能學習成就測驗量表單元三之共變數分析表..............61 表 4-2-16 技能學習成就測驗量表單元三平均數及調整後平均數摘要表.62 vii .  .

(9) 表 表 表 表. 4-3-1 4-3-2 4-3-3 4-3-3. 電腦模擬教學的滿意度反應各向度平均數及標準差分析表...63 實驗組學後滿意度『認知向度』之平均數及標準差分析表...63 實驗組學後滿意度『技能向度』之平均數及標準差分析表...64 實驗組學後滿意度『情意向度』之平均數及標準差分析表...65. viii .  .

(10) 圖目錄 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖. 3-1-1 研究架構圖………………………………………………………34 3-5-1 機電整合虛擬機台 PLC 模擬負載構造……………………….46 3-5-2 實體機台展示…………………………………………………..46 3-5-3 軟體操作介面…………………………………………………..47 3-5-4 系統接線設定……………………………………………………47 3-5-5 虛擬機台輸出入指定……………………………………………48 3-5-6 虛擬機台元件與 PLC IO 對照表……………………………..48 3-5-7 IO 測試界面…………………………………………………….49 3-5-8 電腦模擬執行動畫………………………………………………49 3-5-9 電腦模擬執行動畫………………………………………………50 3-5-10 電腦模擬執行動畫………………………………………………50. ix .  .

(11) 第一章緒論 本章共分為七節,第一節為研究背景;第二節為研究動機;第三節為 研究目的;第四節為研究待答問題;第五節為研究假設;第六節為名詞解 釋;第七節為研究範圍與限制。. 1.1. 研究背景. 1.1.1. 職業教育現況探討. 國際勞工組織於 2013 年 5 月份報告表示,全世界 15-24 歲青年人有 700 萬失業人口,歐元區發生歐債危機後,歐洲許多國家青年失業率非常 高,2013 年九月統計,西班牙青年失業率高達 56%,希臘 57%、義大利 40%、 葡萄牙 37%、愛爾蘭也達 28%,只有德國、瑞士能把失業率壓低到 8%以下, 主要是其歷史悠久且普及的技職教育所賜,台灣青年失業率為 14%,高於 香港及南韓的 9%,是新加坡及日本的兩倍以上,也高於全球平均 12.6%, 早期台灣技職教育鼎盛時,失業率只有 2%,從職業學校畢業的學生,成為 台灣經濟起飛的重要力量,因職業教育和產業界緊密結合,業界不見缺工 及學生無學用不符現象,近 20 年教育制度改革,技職教育已快速沒落, 現在人人上大學的情況下,大學可選擇的學校遽增,高職畢業學生以升學 為第一目標,大部分進入科大或技術學院就讀,年輕世代的高失業率,產 業學界的落差,最主要原因是年輕人缺乏一技之長,導致一畢業就失業的 現象,許多業界人士建議技職教育應重新重視實務教學及符合就業導向, 以提供產業界所需的各類人才。 台灣近 20 年,高職從 209 所減至 155 所,專科從 74 所減至 14 所, 1 .  .

(12) 大學數量從 51 所增加至 162 所,但 18 歲人口減少一成,年輕人高學歷高 失業率,但企業找不到所需人才,最根本解決辦法應該要參考過去技職業 教育,強調實習與實作能力,如此才能立即提供企業發展所需人力,但高 職生畢業直接升學的比率,從 80 年的 13.7%提高至 100 年的 81.9%(公立 高職更高於 95%),直接就業比率僅 8%,高職學生為升學放棄學習技術, 各學校新設立的科系以休閒及服務業為主,導致「人找不到工作,工作找 不到人」的供需失調現象。技職教育比一般教育需要投入更多資源,例如 實習工埸、實習設備維謢、實習材料消耗等,比一般教育需要投入更多經 費,這些因素加速技職教育的萎縮,無法提供產業界所需人才,長久下去 許多產業無法在台灣立足,經濟恐會停滯無法健康成長。 華人世界士大夫觀念認為「萬般皆下品,惟有讀書高」的想法根深蒂 固,大多數學生選擇升學為主要目標,職業學校為迎合家長及學生的需求, 高職學校較重視升學科目,實習課程經常被乎視,高職規劃學校本位課程 時,加重升學考科課程上課節數,相對擠壓實習及專業課程的時數,造成 高職學生實作能力薄弱,如何在縮減的實習課程中,提升學生學習興趣達 成事半功倍的效果?實為刻不容緩的議題。 民國 90 年代政府推動「績優專科學校升格技術學院」及「技術學院 改名科技大學」的政策,技職教育廣開升學大門,國中畢業生因為廢除高 中職聯招,改為基本學力測驗及多元入學方案,許多人願意進入高級職業 學校就讀,未來考取科技院校,取得大學學歷,此即為教育部規劃的「第 二條國道」 。原先想法是讓技職體系的學生比一般大學畢業生技術能力強, 比以前專科畢業生多二年學習正規大學知識,科技大學畢業生可以具備學 歷及技術能力,未來求職更有競爭力。現實情況科技大學畢業生理論知識 比起一般大學差距更大,實作能力也比以前專科畢業生退步許多,進入職 埸工作無法立即銜接,產學出現落差。技職體系學生不再願意從事需要勞 2 .  .

(13) 力的工作,例如水電工薪資比一般大學畢業生高出許多,但擁有大學學歷 的人不肯彎下腰,捲起袖子投入此類工作。 高職的核心課程就是實習課程,實習課程培養學生就業能力,高職實 習課程時數日漸減少,學生實作的機會不多,導致學生技術不熟綀,也無 法培養解決問題的能力,研究者目前擔任高職實教師,雖有一股衝動想要 在所教的實習課程裡進行有效教學,為學生求職競爭力奠下基礎。但實習 課時數縮減情況下,要怎麼教呢?如何才能讓學生將好的專業知識應用至 實際操作? 1.1.2 全球學習趨勢分析 現在各國都面臨了全球經濟的嚴峻挑戰,年輕人失業率高升,台灣經 濟面臨轉型,人才需求轉變,大學、研究所畢業生找不到工作,我們是該 好好思考如何增加技職體系學生的競爭力? OECD 研究報告指出,今日的贏 家是面對快速轉變的世界,可以不斷學習、成長與重新定位的多能工,而 不是專家,牛津經濟學院調查指出,未來五到十年,國際人才需具備:數 位技能、靈活思考力、人際溝通能力與全球作業能力。天下雜誌 2013 年 教育特刊探討怎麼學才有未來,分析全球教育大革命,內文提及各國正進 行翻轉教育、翻轉命運的改革,全球六十個研究機構,提出<二十一世紀 需要被評量與教導的技能>,包括四大類:一、思考的方法:創意、問題解 決方法、決策、學習的能力;二、工作的方法:溝通與合作能力;三:操作工 作工具的方法:運用資訊科技與網路素養;四、生活的技能:公民素養、生 涯發展、個人與社會責任。 世界各地出現一波波的教育創新改革,目地是培育上述四大類能力, 綜觀全球五大學習趨勢,可歸納為一、鼓勵學生主動學習,老師引導學生 自行發現問題,利用現有資源尋找答案。從以前課堂全部老師教,到現在 3 .  .

(14) 強調學生學,因為世界變化太快,以前所學習的知識很快就被淘汰,學校 必須培養學生擁有自主學習的習慣及方法,以應付未來的挑戰。趨勢大師 托佛勤曾說:「二十一世紀的文盲,不是看不懂字及不會寫作的人,而是 不了解如何學習、如何丟掉過去所學、隨時重新學習的人。」二、培養學 生合作學習:未來工作研發產品需跨領域合作才有可能成功,惟有運用團 隊合作的力量,集合眾人的創新來源,才能解決問題及時推出新的產品, 掌握領先契機。三、提供因材施教、個人化的學習:可汗學院創辦人薩曼 可 汗(Salman Khan)描述數位學習帶來的革命:「以前只有富人才可請家教, 弱勢孩子上課聽不懂,和別人的學習鴻溝就曾不斷增加。現在透過網路數 位學習,就可以告訴老師學生的程度差異,個人化教學更可能實習。」四、 有效的學習:當前教育核心從教移轉到學,授課的目標就是學生的學習效 果,而不是老師的上課進度。五、公平的學習:即是保障學生在教室有公 平參與學習的機會,不再是教室的客人《天下雜誌,2013》。 世界各國都面臨人才培育的危機與挑戰。我們應該學習、分析和參考 他們的因應之道,台灣面臨年輕人找不到工作,企業找不到人才的困境, 這也許是每一個國家都有的問題,但我們仍必須比其他國家有更大的危機 意識,年輕人需面對少子化與高齡化社會的挑戰,根據教育部人才培育白 皮書報告,民國 117 年大學畢業生的生產力需提升為 2 倍以上,台灣才能 保持競爭力持續發展。身為教育界的研究者,應該為學生做好挑戰未來的 準備《天下雜誌,2013》。 1.1.3 電腦模擬教學探討 多元學習、資源共享及創意提升是資訊融入教育的最高宗旨,現代科 技社會中電腦、手機及平板電腦結合網路改變了大家的生活習慣,每個人 都非常依賴科技產品帶來的便利,而忽略和身邊的人互動,人們只剩下冷 4 .  .

(15) 漠疏離感,科技發展產生的衝擊及全球化的競爭,讓學生未來充滿了不確 定性,為了早點讓學生具備應用科技解決問題的能力,老師應該運用各種 方法引導學生利用身邊各種資源,尋找各種資料並統整為有用資訊協助其 達成目標,讓學生能充滿求知慾養成主動學習的習慣,現在科技進步時代 學生可以藉由網路上的資訊開闊他們的視野,科技提供多元的學習環境, 學師有責任鼓勵學生多利用,以提高學習動機讓他自主學習滿載而歸,科 技提升孩子創意培養解決問題的能力,儲備知識因應未來的挑戰。 未來的世界,我們的生活和資訊科技密切相關,生存在高度運用資訊科技 的環境,會是包含網路化、數位化、虛擬化及知識整合化的環境(溫明正, 2000)。面對資訊化快速發展的時代,教學上也愈來愈重視教育科技所扮 演的角色,資訊科技融入教師的教學、教材的呈現、學生的學習、同儕的 互動使得未來的教育環境產生改變。 (徐新逸,2003)。 教育科技是為了協助教學所設計,但是許多先進的學習系統仍無法提 供完整而快速的解答問題的方法,因此教育科技如何和教學策略或其他教 育資源配合,發展能符合教師教學及學生學習需求是非常值得深思研究的? 運用資訊科技融入教學須符合「抽象化的教材轉成視覺化的教材」 、 「需要 培育從事實物演練的經驗」、 「學校無法提供問題解決的環境」、 「 學校所 欠缺老師教學的學科」 、 「引起學生學習動機 、 「自我診斷與自我評量」等 六個範疇(張國恩,1999),科技融入教學不僅僅為了使學生能熟練操作技 巧,更須探討如何將相關知識融入科技,讓學生能學習更深層的資料蒐集、 問題解決及分析等技能,具備未來自主研究的能力?這些都是因應未來國 家發展轉型的需要,各界深切希望教育體制能提供更高階的人力以幫助社 會進步發展。 電腦模擬教學是資訊融入教學的一種方式,特別適合高職實際操作課 程,許多文獻說明科技融入教學效果顯著,但電腦都沒有取代老師,反而 5 .  .

(16) 使得教師更為重要,因此教師應學習如何將教育科技融入教學,並從中了 解科技的威力,了解科技應用的限制是非常重要的。將資訊科技融入課程、 教材與教學中,讓資訊科技成為師生一項不可或缺的教學與學習工具,使 資訊科技的使用形成教室中日常教學活動的一部份,並延伸地視資訊科技 為一個方法或一個程式,在任何時間與地點尋求問題的答案(王全世, 2000)。 因為電腦快速發展,許多公司開發出各種電腦模擬軟體,學習者可以 跳過煩鎖接線步驟,利用電腦模擬軟體於程式設計完成後,在電腦螢幕上 進行模擬操作,直接觀看動畫即可知道執行結果是否符合要求,省時方便 也可減少電線的消耗,儀器設備的維護保養備冗長繁雜的配線工作,這些 優勢使得電腦模擬教學非常適合應用於高職實習課程。 1.4 可程式控制器實習課程現況探討 可程式控制器(Programing Logic. Controler)簡稱為 PLC,廣泛應. 用至工業控制領域已經有十幾年,從最初為了取代繼電器動作,現在因為 電腦不斷進步,功能不斷增強,可程式控制已成為工廠自動化的控制核心, 所以每一所高職電機科、控制科、機電科等依時代需求將可程式控制實習 列為學生學習重點科目,全國中等學校學生技能競賽工業配線工及室內配 線工都是利用可程式控制器,另外行政院勞委會工業配線乙級技術士檢定 低壓部份則是主考可程式控制器的程式編寫設計及完成控制線路。機電整 合技術士檢定亦是以可程式控制器來完成操作。在工資高漲的年代,推動 產業自動化是企業節省成本的必要措施,最重要的是自動化人才的培訓, 在各公立職業訓練單位皆有設立相關職類進行職業訓練,其中機電整合職 類更是以 PLC 控制技術為主,培育訓練自動化整合性人才,在大專院校裡 也不斷在開設 PLC 相關課程,並成立技能檢定場,輔導學生技術養成,而 各高工職業學校,也在相關科系的課程中導入 PLC 相關控制實習,可見培 6 .  .

(17) 育自動化控制人才的重要性與急迫性。. 1.2. 研究動機 高職電機科可程式控制實習程式設計教學課程,當學生完成程式設計. 後進行「功能測試」工作時,可能方式有: 1. 利用實體機台進行功能展示 優點:讓學生了解機台各部元件的構造及動作特性,可實際反應 PLC 程式之動作,清楚地讓學生知道程式錯誤所在,提高學生學習的 興趣。 缺點:設備單價高,通常因學校經費關係無法達到多數化、多樣化的 教學需求,且機台元件眾多、故障率高,維修耗時,不但影響預 定教學進度也增加教學備課的時間。 2. 利用外接模擬開關及指示燈進行功能展示 優點:設備單價低,故障維修容易,為目前多數學校 PLC 程式設計教 學的基本配備。 缺點:對於 I/O 數較多且動作複雜的機台很難進行模擬,且學生光靠 模擬開關的切換來檢視指示燈動作,很難了解實際機台整體的動 作,降低學生學習的興趣。 為了克服上述傳統實習之缺點並整合其優點,研究者認為最佳解決方 案可能是電腦模擬教學,機電整合虛擬機台 PLC 模擬負載是電腦可程式控 制器模擬軟體。機電整合虛擬機台 PLC 模擬負載係利用電腦軟體及機台來 模擬各種機台的輸出和輸入特性,藉由電腦動畫呈現實體機台各部的動作, 學生只要檢視虛擬機台的動畫畫面,即可輕易知道實習完成的結果是否符 合題目的要求或 可程式控制器程式錯誤所在。虛擬機台的所有輸出和輸 入均與實體機台相同,因此虛擬機台與可程式控制器的輸出和輸入接線也 完全比照實體機台,藉由機電整合虛擬機台 PLC 模擬負載,學生除了可 7 .  .

(18) 以學習軟體程式的設計,也可以學習實際硬體的接線,機電整合虛擬機台 PLC 模擬載具是很實用的模擬教學軟體。研究者嚐試於高職可程式實習教 學活動當中,將電腦模擬教學融入課程、教材與教學行為之中,探討電腦 模擬教學應用於可程式控制實習課程中是否比傳統講述教學活動的學習 效果更好?此為研究者的研究動機之一。 電腦也可做為訓練未來職場所需工作技能的輔助工具,若學生投入職 場需要具備操控自動化設備的能力,學生就必須學會利用電腦學習軟體程 式設計,懂得實際可程式控制器硬體的接線,所以電腦非常適合職業訓練 的實習課程。近期由於電腦發展突飛猛進,許多專家學者開始注意電腦應 用於教學的潛力,發展出許多電腦和以其為基礎的系統,將媒體、教學系 統、電腦輔助學系系統整合,成為最新的教育科技。機電整合虛擬機台 PLC 模擬載具即為新興的教育科技,利用電腦模擬實體元件取代實體機台,機 台重新指定可程式控制器輸出和輸入時,不需改變可程式控制器和輸出入 元件間的硬體接線,只需改變軟體設定即可,減少學生接線所花的時間, 學生可更專注於學習程式設計及解決問題。 「認知」 「情意」 、 「技能」為知 識領域三大類別。一般學科都偏重在「認知」的教學,而高職實習課程包 含了認知的相關知識教學,引導學生學習興趣的「情意」教學與動手實作 的「技能」訓練。複雜的電機自動控制實習,是無法光靠文字及語言即可 清楚的詮釋,特別是實際設計具備抽象概念,一般講述教學法無法完整表 達,容易造成學生學習動機的低落導致學習成效不佳,如果沒有讓學生有 結構性理解知識及動作原理,將會讓學生學習事倍功半。講解複雜的自動 控制電路,光畫電路圖就耗去太多的時間,只靠講解自動控制電路,無法 有好的學習效果,若能由電腦動畫、影片、聲音、圖片,呈現色彩不同的 完整電路,與工作原理,應有助於學習,深入探討學生對電腦模擬教學的 滿意度,此為研究者的研究動機之二。 8 .  .

(19) 現代社會科技無所不在,日新月異,所以教學也需要跟上潮流,許多 文獻提供使用電腦模擬教學學習成效較好的證據,因此許多老師、家長及 學生都認為電腦模擬教學是必要的,但是研究者仍在思考電腦可以取代老 師嗎?電腦模擬教學應該如何和教師及學生相配合?高職以實習操作課 程為主,研究者想要了解所有實習課程都該使用電腦模擬教學嗎,研究者 也想要探討那些實習課最適合使用電腦模擬教學?因此研究者先以可程 式控制實習課程當作研究範本,再推廣至其他實習課程。電腦模擬教學對 學生學習吸收知識是否有幫助?這是非常值得研究的問題,教師面對環境 變遷時,需改變以不變應萬變的心態,教學方法要做調整,要善用教育科 技來提昇教與學的效果,增進學生的學習興趣,降低課程學習的落差、安 排不同的教學活動,提供豐富教學資源及教學內容,以多元化教學迎向資 訊時代潮流。在資訊快速發展、社會變革的衝擊,教師應有新的觀點與視 野,改變一成不變的教學方法,因此研究者嚐試以不同的教學方法增進學 生學習成效,電腦模擬教學就是值得推廣的教學方法之一,因此使用電腦 模擬軟體是否是否可以提升學生認知的學習成效?,此為研究者的研究動 機之三。 由於輟學與犯罪活動具有緊密關係,因此如何引起學生學習動機,喜 愛學習並渴望學到等議題最近變得更為重要。讓學生留在學校學習是最重 要的工作,電腦模擬教學對於達成此項目標扮演重要角色,電腦模擬教學 提高學生的學習興趣,加強教師教導的深度,延伸學生學習的廣度,透過 電腦模擬教學之動畫聲光教學等模式,營造有效的學習情境,提供生動活 潑的教學內容,提高學生專注力增進學生學習效果、理解能力。電腦模擬 教學,使知識領域和實作領域的聯結性更強,更能達到統整的效果,而且 電腦模擬教學的資源生動多元,增進師生間的互動,教師易於帶動輕鬆活 潑的教學氣氛,並培養學生主動收集資訊、進行應用與分析的能力。教師 9 .  .

(20) 教完每個單元的原理及相關知識後,比起傳統實作教學電腦模擬教學只需 少許接線,學生可以有更多時間練習,有更多模擬與反覆練習的機會,達 到補強與自我學習的效果,深入探討電腦模擬教學是否可以提升學生技能 的學習成效?此為研究者的研究動機之四。 本研究動機整理如下: 一、探討電腦模擬教學應用於可程式控制實習課程中是否比傳統講述教 學活動的學習效果更好? 二、 使用電腦模擬軟體是否是否可以提升學生認知的學習成效? 三、 深入探討電腦模擬教學是否可以提升學生技能的學習成效? 四、 深入探討學生對電腦模擬教學的滿意度。. 1.3. 研究目的. 壹、研究目的 基於研究背景與動機,本研究之主要目的歸納如下: 一、 了解電腦模擬教學與傳統講述實習教學,在學習「可程式控制實習」 課程之學後認知學習成效差異情形。 二、 探討電腦模擬教學與傳統講述實習教學,在學習「可程式控制實習」 課程之學後技能學習成效差異情形。 三、 探討電腦模擬教學之實驗組學生,對電腦模擬軟體的整體滿意度情 形。. 1.4. 研究問題. 根據上述研究目的,本研究之研究問題如下: 一、 使用電腦模擬教學及傳統講述實習教學,學習「可程式控制實習」 課程之學後認知學習成效差異情形為何? 二、 使用電腦模擬教學及傳統講述實習教學,學習「可程式控制實習」 10 .  .

(21) 課程之學後技能學習成效差異情形為何? 三、 電腦模擬教學應用於「可程式控制實習」課程,實驗組學生學後學 習滿意度為何?. 1.5. 研究假設. 1 假設 1、使用電腦模擬教學及傳統講述實習教學,學習「可程式控制實 習」課程之學後認知學習成效無顯著差異。 1.1 假設 1-1:接受不同的教學策略的學生,在可程式控制實習相關 知識的認知學習前測平均分數無顯著差異。 1.2 假設 1-2:接受不同的教學策略的學生,以「認知學習成就測驗前 測分數」為影響共變因數,認知學習成就測驗後測平均分數無顯 著差異。 2. 假設 2、使用電腦模擬教學及傳統式實習教學,學習「可程式控制實習」 課程之學後技能學習成效無顯著差異。 2.1 假設 2-1: 接受不同的教學策略的學生,以「認知學習成就測驗 前測分數」為影響共變因數,技能學習成就測驗單元一平均分數 無顯著差異。 2.2 假設 2-2: 接受不同的教學策略的學生,以「認知學習成就測驗 前測分數」為影響共變因數,技能學習成就測驗單元二平均分數 無顯著差異。 2.3 假設 2-3: 接受不同的教學策略的學生,以「認知學習成就測驗 前測分數」為影響共變因數,技能學習成就測驗單元三平均分數 無顯著差異。. 11 .  .

(22) 1.6. 名詞解釋. 壹、電腦模擬教學 電腦模擬是將真實的或虛構的事物、系統的行為或現象的特性,利用 電腦模擬呈現給學生了解,學生依據實際事物的基礎,經過簡化的模型來 建構知識解決問題, 這個模型亦可以將學生不易觀察之現象或實體,利用 電腦模擬分析之結果,讓學生馬上得知。電腦模擬教學的基本定義為:電 腦在螢幕上呈現欲模擬的實物或情境,學習者根據模擬情境進行學習、實 驗,並利用電腦分析各種實習產生的變化,學習者依據執行結果判斷功能 是否符合要求。 本研究所指的電腦模擬教學是利用機電整合虛擬機台可程式控制器 模擬負載當作電腦模擬軟體,透過電腦軟體及機台來模擬各種機台的輸出 和輸入的特性,藉由電腦動畫呈現實體機台各部的動作,學生只要檢視虛 擬機台電腦螢幕的畫面,即可輕易知道實習完成時,結果及功能是否符合 題目的要求,也可做為可程式控制器程式設計的除錯程式軟體。 貳、可程式控制實習 可程式控制器為可程式及規劃的邏輯控制器。使用者可依據輸出及輸 入的邏輯關係,轉化為專用的程式語言,當輸入元件有變化時,可程式控 制器即可依據程式判斷,決定驅動哪一個輸出元件。可程式控制實習為高 職開設與可程式控制器原理、基本操作、指令應用及設計的課程。 參、學習成效 所謂的學習成效指的是透過不斷練習,累積經驗學習到的知識或技能, 使學生在行為上產生較為持久改變的結果。包含認知、技能的教學目標。 將「認知目標」定義為學生在本研究自編的可程式控制實習認知學習成就 測驗成績,「技能目標」定義為學生在本研究可程式控制實習技能學習成 12 .  .

(23) 就測驗成績,本研究所指學習成效為學生在「認知學習成就測驗」及「技 能學習成就測驗」得分情形,量表得分越高,表示學生學習成效越高;反 之,則有待加強。. 1.7. 研究範圍與限制. 壹、 研究對象範圍與限制 本研究對象為北部某高工電機科二年級學生,礙於人力、經費、時 間上限制,無法大規模進行教學實驗,故無法推論至其他地區 貳、 研究法範圍與限制 為了不影響正常課程安排,本研究將班級分為實驗組及控制組,實驗 組採用電腦模擬教學,控制組採用傳統教學,依照學號順序分 2 組,同班 同學入學成績非常接近,且在一樣學習環境使用相同的設備與材料,因此 可視為具有的同質性的研究對象。實驗組人數 21 人,控制組人數 21 人共 42 人,總計上課 8 週,每週 3 小時。因實習課程無法分割,無法隨機選取 研究對象,因此以準實驗方式進行教學實驗。 參、 研究變項範圍與限制 學習成效好壞影響因素很多,本研究無法完全排除所有干擾因素,也 無法兼顧探討所有變項影響,因研究人力限制,無法兼顧全部學生的學習 情況,評量時因評分主觀因素影響,無法完全客觀使評分具有一致性,影 響實驗的準確性,以問卷調查學生學習滿意度,由學生在自由意志下填答, 恐因情境不同或填答態度的影響填答結果,使研究結果出現測量誤差。此 外本研究係以量化數據推斷,其結果無法作為質性研究深入推估。教學實 驗的研究結果或統計資料無法推及其他學校,不同教學情況,老師、情境、 教材、教法、對象也可能有不同的結果。. 13 .  .

(24) 14 .  .

(25) 第二章. 2.1. 文獻探討. 電腦模擬教學. 2.1.1 電腦模擬教學的意義 表 2-1-1 電腦模擬教學意義一覽表 研究者. 年代. Chamber 與 Sprecher 1983. 電腦模擬教學的意義 定義電腦模擬係提供給學生扮演某種角色並與電 腦間互動的一種模式。. Thomas 和 Hopper. 1991. 電腦模擬對知識的傳授過程並沒有太大的幫助,它 最大的貢獻在於知識的轉換和運用。. 林秀美. 1996. 為了配合教學上的需要將電腦模擬軟體應用於教 學上,是一種教學手段或是能力訓練的方法,主要 用於輔助老師教學之用,讓學生有較佳的學習效果. 顏睛榮. 1997. 電腦模擬教學為電腦輔助教學的策略之一,結合電 腦模擬技術及教學軟體的來達成輔助教學之目 的,亦即將學習者不易觀察到的現象或實體,以電 腦模擬的方式,達成與實際情境相同的教學目的. 李明書、. 1998. 陳建州. 早期的電腦大都是以資料計算、文字處理為主。近 年來,隨著人們對電腦的依賴,各界熱衷於開發結 合軟、硬體而具有更高親和力的電腦模擬介面,提 供人們解決問題. 李進益. 2003. 電腦模擬是相對於真實現象的表徵,尤其是對原先 15 .  .

(26) 受限於安全、倫理、經濟、需求設備、時間、空間 與危險因素等之理由下無法進行的教學內容,更具 意義 陳怡真與徐新逸. 2007. 研究指出透過數位課程進行模擬練習與實體演 練,能幫助 學習者快速獲得正確的技能操作過程,而且在練習 過程中能讓學習者對於所學技能的保留與遷移有 更多助益。. Rafael Cano-Parra 2013. 電腦模擬軟體是經常用在教育上的方法,目的是研. 與 Eduardo. 究和了解一個真實的系統、應用程序或平台的行為. Gómez-Sánchez 與. 和特性。. Miguel L. Bote-Lorenzo 與 José Antonio González-Martínez. 綜合以上中外學者的看法,可知電腦模擬軟體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。所謂 電腦模擬教學可以說是一種學生主動式參與學習,可引發學生的學習動機, 有良好的學習轉移功能,它能使學生將模擬所學到的知能,轉移到實際的 情境,經由電腦模擬教學,學生知識、技能等的學習轉移更具效率且有效。. 2.1.2 電腦模擬教學的內涵 有許多關於電腦模擬教學學習成效研究的文獻使用實驗研究法,因為 16 .  .

(27) 實驗研究法是唯一能真正能考驗有關因-果關係之假設的方法,實驗研究 中,研究者至少操作一個變項,控制其他有關變項,以及觀察一個或多個 變項的結果(王文科、王智弘,2008)。現將電腦模擬教學學習成效研究的 文獻中,有關自變項、控制變項及依變項的內涵整理於表 2-2-1。 表 2-1-2 電腦模擬教學研究內涵彙整表 研究者. 年代. 自變項. 控制變項. 陳毅賢. 2002. 教學能力 1. 學生專業基礎能力 學生性向能 2. 教師教學能力 力 3. 教材及評量性質. 1. 認知成就 2. 技能成就 3. 氣油壓控制學習態度. 莊利吉. 2006. 教學策略. 1. 學生專業基礎能力 2. 教師專業知識與經 驗 3. 使用軟體相同. 1. 學期成績的差異情 形 2. 學習滿意度的情況. 蘇義賢. 2007. 空間能力 教學法. 1. 教材內容 2. 教師特質 3. 評量方式 4. 學生基本電學能 力. 1. 室內配線成就測驗 2. 認知負荷評量. 王年亮. 2007. 傳統教學 法 電腦模擬 軟體教學 法. 1.學生程度相同 2.學習環境相同 3.教材內容相同 4.評量方式相同 5.教師能力相同. 1.學生認知學習成就 差異 2.學生技能學習成就 差異 3.學生完成實驗時間 差異 4.學生學習滿意度. 詹博元. 2007. 教學策略. 1.學生程度 2.學習環境 3.教材內容 4.評量方式 5.教師能力. 1. 技能模擬學習系統 2. 空間能力量表 3. 電腦素養量表 4. 焊接實習學習成效測 驗。. 17 .  . 依變項.

(28) 張基成. 2011. 學習方式 混成式數位 學習、傳統 式教室學習. 2013. 不同的數位 1. 學生專業基礎能力 模擬與科學 2. 教師專業知識與經 情感投入 驗. 徐郁昇. 許燕欣. 1. 教學內容相同 2. 教學進度皆相同 3. 教學時數相同 4. 統計控制降低實 驗結果的誤差 5. 實驗處理減少對實 驗結果的干擾。. 1. 成就測驗、 2. 自我覺知效果. 1. 電磁作用單元學習成 效 2. 電磁作用單元 ARCS 學 習動機 3. 科技態度. 自變項是足以造成差異的活動或特微,依變項是研究的結果,係因操 緃自變項而造成的團體變化或差異,控制變項可視為無關變項,無關變項 係指那些可能與實驗處理無關,但因與實驗處理同時出現,且可能對依變 項產生重大的影響,卻未被實驗者操緃的變項(王文科、王智弘,2008)。 綜合以上文獻探討可知,所謂電腦模擬教學成效研究中的變項內涵, 由表 2-1-2 所示,自變項典型上操緃的包括教學方法,控制變項內涵為學 生程度、學習環境、教材內容、評量方式、教師能力等,而依變項內涵為 經過不同教學策略後,實驗組學生認知、技能及情意的相關測驗結果。. 2.1.3 電腦模擬教學的相關研究 表 2-1-3 電腦模擬教學的相關研究整理摘要 研究者 陳毅 賢,. 名稱 電腦模擬教 學在高職氣. 研究對象. 研究結論. 實驗教學為期 1. 氣油壓控制的學習成就,在技能 八週,以國立新 學習方面,電腦模擬教學優於傳統 18 .  .

(29) 2002. 油壓課程之 教學實驗研 究. 竹高工日間部 機械科三年級 的學生共九十 人. 講述教學。 2. 實驗組語文推理能力高分組的學 習者,在氣油壓控制認知學習成就 表現較低分組為佳。控制組語文推 理及機械推理能力高分組的學習 者, 在氣油壓控制認知學習成就表 現較低分組為佳。 3. 實驗組數學推理、機械推理、錯 別字辨別、文法與修辭、知覺速度 確度等能力,高分組的學習者在氣 油壓控制技能學習成就表現較低分 組為佳。控制組空間關係、抽象推 理等能力,高分組的學習者在氣油 壓控制技能學習成就表現較低分組 為佳。 4. 採用電腦模擬教學的學生,在氣 油壓控制的學習態度較傳統講述教 學為佳。 5. 兩組學生在氣油壓控制整體態 度、信心及焦慮高分組的學習者, 其氣 油壓控制學習成就較低分組 為佳。 6. 兩組學生在氣油壓控制整體態 度、信心及焦慮上與學習成就有顯 著相關。 . 莊利 探討融入虛 吉,200 擬實驗室在 6 數位邏輯課 程的學習成 效. 連續兩屆的高 雄高工資訊科 二年級學生進 行 教學實驗. 實驗組與控制組的學期成績有顯著 的差異存在。. 19 .  .

(30) 蘇義 賢, 2007. 電腦模擬教 學在高中生 活科技之應 用-以室內配 線教學為例. 南部小型都會 高中之二年級 學生,共 169 位,此次教學時 間為期五週,共 10 節課. 1. 在室內配線概念教學上,電腦模 擬教學策略成效優於傳統教學策 略。 2. 在室內配線教學上,電腦模擬教 學策略讓學生產生的認知負荷高於 傳統教學策略。 3. 不同空間能力學習者,在電腦模 擬策略下之室內配線概念學習成就 上沒有差異。 4. 電腦是合作學習的有利溝通工 具、合作學習有助於小組互動。. 詹博 元, 2007. 電腦模擬教 學應用於高 職冷凍空調 科「焊接實習 單元」學習成 效之研究. 北市兩所高職 冷凍空調科一 年級各一班的 學生為研究對 象,進行為期四 週的技能模擬 學習。. 1. 學習者的空間視覺能力會直接 影響技能模擬測驗 2. 學習者的電腦態度會直接影響 技能模擬測驗 3. 學習者的空間視覺能力會透過 技能模擬測驗間接影響技能實作表 現 4. 學習者的電腦態度會透過技能 模擬測驗間接影響技能實作表現 5. 學習者的技能模擬測驗會直接 影響模擬認知測驗及技能實作表現. 鄭家 惠, 2009. 電腦模擬體 育教學對大 學生批判思 考意向與教 學信念之影 響. 以立意取樣選 擇台北市兩所 體育相關科系 之三年級學生 75 人為研究對 象。其中一組為 實驗組 35 人, 進行每次 100 分 鐘的電腦模擬 體育教學;另一 組為對照組 40 人,同樣進行 100 分鐘但無電 腦模擬體育教 學. 一、實驗組在「體育課批判思考意 向量表」之「整體反省」、「開放心 胸與同理心」、「系統性與分析」以 及「職前體育教師知覺教學信念量 表」之「師生互動」、「教學方法」 等構面之前、後測成績間皆達顯著 差異,經事後比較發現其後測成績 均高於前測成績。 二、對照組在「體育課批判思考意 向量表」之「整體反省」、「開放心 胸與同理心」以及「職前體育教師 知覺教學信念量表」之「課程內 容」、「師生互動」、「教學方法」等 構面上前、後測成績間均未達顯著 差異,只有在「體育課批判思考意 向量表」中「系統性與分析」上達. 20 .  .

(31) 顯著差異情形,經事後比較分析發 現,其後測成績高於前測成績。 三、實驗組與對照組在「體育課批 判思考意向量表」之「整體反省」、 「開放心胸與同理心」、「系統性與 分析」與「職前體育教師知覺教學 信念量表」之「師生互動」、「教學 方法」等構面後測成績達顯著差 異,其實驗組之後測成績皆高於對 照組後測成績,唯有在「職前體育 教師知覺教學信念量表」之「課程 內容」上未達顯著差異。 林仲 淮, 2011. 應用電腦模 擬教學於高 職機械科「氣 壓實習」科目 學習成效研 究. 國立羅東高工 機械科二年乙 班學生為實驗 對,分派成實驗 組與控制組. 1. 採用電腦模擬教學,對學生在氣 壓認知的學習成效並未優於傳統教 學。 2. 電腦模擬教學,對於學生在氣壓 技能的學習成效優於傳統教學。電 腦模擬教學可以節省技能實習教學 的時間。 3. 採用電腦模擬教學對於學生的學 後態度有正面之影響。. 吳昭 彬, 2011. 高職機電科 「機電整合 實習」課程實 施電腦模擬 軟體教學學 習成效之研 究. 以國立台南海 事機電科三年 級學生為實驗 對象,分派成實 驗組與控制 組,進行為期八 週,共計二十四 小時的實驗教 學。. 1.. 21 .  . 2.. 3. 4.. 採用電腦模擬軟體教學,對學 生在機電整合認知的學習成效 與傳統教學無顯著差異。 電腦模擬軟體教學與傳統教 學,對學生在機電整合技能的 學習成效無顯著差異。 電腦模擬軟體教學可以節省技 能實習教學的時間。 學生對電腦模擬軟體教學持正 面及肯定態度。.

(32) 張基 高職學生電 成、徐 工機械混成 郁昇 式數位學習 效果. 高職電機科二 年級修習「電工 機械」課程的兩 班學生,實驗組 學生 33 名與控 制組 32 名。實 驗組為混成式 數位學習,控制 組為傳統式教 室學習,實施時 間為期五週. 1.混成式數位學習與傳統式教室學 習在學生的成就測驗上無顯著 差異。 2.混成式數位學習的自我覺知效果 顯著優於傳統式教室學習,其 中認知效果最高,技能次之。 3.接受混成式數位學習之後的「自 我覺知效果(認知、技能、情 意)」顯著優於之前的。 研究結論為混成式數位學習對於學 生的成就測驗無顯著影響,但對於 自我覺知效果有顯著正面影響。  . 王碩 鴻, 2013. 虛擬車床對 高職生操作 訓練輔助之 成效分析. 以高三生為實 一、學科知識的成效上,四項教學 驗對象,分組教 單元實驗組與控制組並無顯著 學進行學業與 之差異 操作技術學習 二、術科技術的成效上, 「控制器介 成效之評估 面操作」或「進階 NC 程式設計 與加工」兩項單元分析,實驗 組在操作應用單元上術科成效 優於控制組 三、透過觀察證實虛擬模擬工具機 有助於在某階段訓練項目下, 輔助學生在控制器技能操作學 習之成效。. 許燕 欣, 2013. 不同數位模 擬對國小電 磁作用單元 體驗式學習 之成效與動 機的影響. 研究之對象為 一、 國小五年級學 習者,共計 106 人參與實驗教 二、 學。. 三、. 22 .  . 擴增實境模擬比電腦模擬更 能提高學習者的知識應用表 現 在數位模擬學習環境中,學 習者皆抱持正向的 ARCS 學習 動機,其中,高科學情感投 入學習者的 ARCS 學習動機優 於低科學情感投入學習者 擴增實境模擬更能提高學習 者行為投入的表現,此外, 高科學情感投入學習者抱持 較高的科技態度。.

(33) 傳統講述教學是在學校校園教室內或實習工場進行的教學過程,通常 老師與學生同時於一個環境空間中互動學習,在教室中的學生須遵守共通 行為規則與約束,而電腦模擬教學是給予學生不同學習模式,在學習時間 及學習進度上,學生更有自主彈性。傳統講述教學和電腦模擬教學的比較 表如表 2-1-4 所示。. 表 2-1-4 傳統講述教學和電腦模擬教學的比較表 傳統講述教學. 電腦模擬教學. 時間. 教師和學生必須同時間進行. 學生可自主選擇時間學習. 空間. 必須在共同一教室或工場. 只需電腦即可練習. 學習態度. 學生被動的接受知識. 學生主動學習. 合作學習. 同一時間、地點以教師講授知識 可利用不同的時間、地點,學生互 為主,較少學生間互相合作學習 相交流討論. 學習方式. 學習方式唯一. 多種學習方式可供學習者更多選擇. 認知迷失. 因學習方式唯一,學生不易迷 失學習方向. 因學生選擇學習方式多元,易造成 學生迷失學習方向. 學習負擔. 學生不必預習及事先尋找相關資 學生需有背景相關知識,才能了解 料,學習負擔較低 模擬教學呈現結果的意義,學習負 擔沈重. 學習範圍. 限制在教師知識的教導. 學習範圍層面廣泛. 由上述文獻探討可知,傳統講述教學與電腦模擬教學各有優劣之處, 電腦模擬教學可否取代傳統講述教學是值得再探討的議題,但由文獻研究 結果可確認,電腦模擬教學相較於傳統講述教學學生的認知學習成績較無 顯著差異,技能學習成績有顯著差,接受電腦模擬教學的實驗組學生學習 滿意度高,且學生自律性較高、較願意自主學習。 23 .  .

(34) 2.2 可程式控制實習. 2.2.1 可程式控制實習的定義 微電腦控制科技不斷的推陳出新,小型微控制器將朝輕、薄、短、小 的目標前進,功能特性不斷的擴充,物件導向的設計方向也將使學習者更 加容易學習。大型可程式控制器則提升其演算能力、記憶體容量、中央處 理單元的速度、網路通訊功能及數據處理則大為增強。可程式控制器 (programmable. logic controller)簡稱 PLC ,是以微處理機為基礎,. 應用於工業製造複雜控制功能的一種專用電腦。而可程式控制器(PLC)具 有輕巧、可靠、優越性能、容易編輯程式及控制功能可輕鬆修改,在自動 控制業界應用非常廣,符合技術密集的的要求,可程式控制在工業控制是 不可或缺的設備,另外,可程式控制器於故障檢測、自動倉儲、工廠自動 化、遠端系統監控等領域仍是主流,可程式控制器未來仍會持續應用於工 業自動化,且在集中管理、分散控制的自動化控制導向中,更顯示出可程 式控制器的重要性。因此,高職電機科學生都應該具備可程式控制器自動 控制設計的能力,未來才有立即就業的競爭能力。高職電機科必修課程雖 沒有可程式控制實習,但幾乎所有高職學校電機科、控制科及機電科,均 提供學生選修可程式控制實習課程,以因應時代變遷及業界需求。全國工 科中等學校學生技能競賽室內配線、工業配線及機電整合等職類的競賽內 容,即以可程式控制器來做自動化控制的比賽。行政院勞委會工業配線乙 級技術士檢定低壓部份則是主考可程式控制器的程式編寫設計及接線完 成控制線路。機電整合乙級、丙級技術士檢定亦是以可程式控制程式設計 來命題。各個學校發展學校特色是學校本位課程,可程式控制實習課程將 成為各電機控制相關類科的主要課程。由此可見提升高職電機科「可程式 24 .  .

(35) 控制實習」課程學生學習成效,是非常迫切且重要的。 可程式控制實習的定義係指高級技術職業學校工業類科中,開設與可 程式控制器原理、程式設計、工業控應用相關的實習課程。高職「可程式 控制實習」課程可為自動控制業界培育基礎人才,也能銜接科大院校自動 化的課程。高級工業職業學校為工業職場基層技術人才的養成與進修機構, 學生學習成效的高低將會影響工業基層人力的能力及工作態度,因此教師 就必須以電腦模擬教學來提升高職「可程式控制實習」學習成效,配合學 生的需求及每個人的特質,進而探討教學目標及課程內涵,設計發展教材, 於教學過程中配合各種教學方法,符合教學目標,藉由評量的結果,不斷 的檢討改進教學中的各個階段,才能使高職「可程式控制實習」課程的教 學品質更趨完善。 2.2.2 可程式控制實習內涵 高職電機科專業實習科目課程內涵之研究中,可程式控制實習課程內 涵為可程式控制器的構成、各種指令介紹、基本指令、步進階梯命令、工 業應用程式指令、應用指令等(吳志淦,2002) 。根據技職教育體系一貫課 程高職學校電機電子群校訂科目課程綱要規劃及教材編寫計劃期中工作 成果報告(教育部,2003d) ,報告中說明可程式控制實習課程的能力指標 為:認識 PLC 可程式控制器的特性與 I/O 接線操作、熟悉 PLC 可程式控制 器之 指令、加強 PLC 可程式控制器程式設計之能力等三項能力,且可程 式控制實習將是學校本位課程發展的重點。. 25 .  .

(36) 表 2-2-1 可程式控制實習內涵表 研究者. 年代. 吳志淦. 2007. 可程式控制實習內涵 1. 可程式控制器的構成 2. 各種指令介紹 3. 基本指令 4. 步進階梯命令 5. 工業應用程式指令 6. 應用指令. 由以上文獻探討可知,可程式控制實習的內涵有培養學生認識可程式 控制器(PLC)的發展背景、組成要件、內部結構,並了解其基本指令、應 用指令且能分析階梯圖,利用步進指令設計符合動作要求的程式。並利用 PLC 控制氣壓及電動機各種控制。 2.2.3 可程式控制實習的相關研究 表 2-2-2 可程式控制實習的相關研究摘要表 研究者. 論文名稱. 陳家 問題解決 瑩,2004 教學策略 在高職電 機電子群 可程式控 制實習科 目學習成 效之研究. 研究方法. 研究結論. 以立意取樣方式 選取國立苗栗農 工職業學校冷凍 空調科三年級學 生共 72 人為研究 對象,其中甲班 38 人為實驗組, 採用問題解決策 略教學,乙班三 十四人為控制 組,採用一般傳 統講述教學。. 一、問題解決教學策略有效增進冷凍 空調科學生「可程式控制實習」 科目學習成就,值得推廣。 二、一般傳統講述教學與問題解決教 學策略兩組學生,對於問題解決 態度大部分無顯著差異。 三、問題解決教學策略對於提升「可 程式控制實習」學習成效有正面 助益。 四、「可程式控制實習」科目學習成 就表現高分組與低分組學生,在 問題解決態度方面無顯著差異。 五、問題解決態度與「可程式控制實 習」科目學習成就無顯著相關。. 26 .  .

(37) 杜志 建構高職 敏,2004 「可程式 控制實 習」課程 教學品質 系統之研 究. 本研究首先進行 文獻探討、文件 分析、企業深度 訪談及德懷術調 查等方法,確立 「可程式控制實 習」課程的顧客 需求以及學生應 具備之能力項 目,再根據此需 求建立高職「可 程式控制實習」 之教學目標及教 學大綱。. 壹、 高職「可程式控制實習」課程 教學品質系統包括:分析、設 計、發展、執行、評量、以及改 善的連續過程。 貳、 高職「可程式控制實習」教學 品質系統之顧客需求能力依重 要程度依序為:瞭解 PLC 相關概 念之能力、基本順序指令使用之 能力、階梯圖軟體操作之能力、 步進階梯指令及順序功能圖 (SFC)運用之能力、常用應用 指令使用之能力、熟悉書寫器使 用之能力。 參、 高職「可程式控制實習」教學 目標應使學生具備:可程式控制 器的相關概念能力、書寫器使用 的能力、基本順序指令設計應用 能力、階梯圖編輯軟體操作能 力、步進階梯指令及順序功能圖 運用能力、常用應用指令設計程 式能力。 肆、 高職學生「可程式控制實習」 學習成就與「數學」 、 「數位邏輯 實習」及「工業配電實習」等課 程的學習成就之間有顯著相關。 伍、 高職「可程式控制實習」教學 大綱及其細目,本研究共擬出四 十三項,其中以正確的用電安全 觀念、良好的工作態度、基本控 制電路實作及除錯、設計順序控 制電路、正確的 PLC 接線、階梯 圖編輯軟體編輯╱修改電路、應 用指令電路實作及除錯等最為 重要。. 由以上文獻探討可知,在部訂專業及實習課程方面,高職學生學習「可 程式控制實習」與「數位邏輯實習」及「工業配電實習」的學習成就之間 27 .  .

(38) 有正相關,其餘專業及實習課程與「可程式控制實習」學習成效之間並無 明顯相關(杜志敏,2004),可程式控制器於工業界應用廣泛,自動控制人 才需求很高,但有關可程式控制實習的學習成效的研究文獻非常少,因此, 應用模擬教學於可程式控制實習的學習成效值得深入探討。. 28 .  .

(39) 第三章. 研究設計與實施. 本研究旨在探討「使用電腦模擬教學課程」是否增進可程式控制實習 之學習成效。本實驗教學設計區分成:一、研究架構。二、研究對象。三、 研究設計。四、研究工具。五、教學實驗的實施。六、資料的處理等六部 分加以敘述。. 3.1 研究架構 本研究依據研究目的及文獻探討、學習目標及學校現有設備擬定研究 架構,以相同環境設備、相同教材內容、相同教師教學、自變項為不同的 教學方法,依變項為學習成效差異,探討不同教學法產生學習成效之差異。 研究架構如圖 3-1-1 所示。 自變項 1. 傳統教學方法 2. 電腦模擬教學方法. 依變項 1. 學生認知學習成就高低 2. 學生技能學習成就高低 3. 學生學習滿意度高低. A. B 中介變項 1. 教學環境 2. 教材內容 3. 教師特質 4. 評量方式 5. 學生基礎專業能力.  .  . 圖 3-1-1 研究架構圖 A:分析接受不同教學方法變項的學生在認知、技能學習成就差異情形及實 驗組學生對模擬軟體的滿意度。 B:妥善處理控制變項,避免影響實驗結果。 29 .  .

(40) 壹、自變項 自變項為實驗研究中研究者操縱的變項,本研究自變項為不同的教學 方法,本研究採準實驗研究法,將學生分為實驗組及控制組進行實驗教學 研究。 一、控制組 控制組採傳統講述教學方法,教師搭配教科書及 PPT 透過口述教 導或介紹知識給學生,進一步示範操作後讓學生反覆練習,使其對可 程式控制實習知識有所了解。 二、實驗組 實驗組採電腦模擬教學法,教師除了利用教科書及 PPT 口述教導, 並藉助電腦做模擬教學,教師由模擬教學課程提示操作方法,同學確 實了解後再進行實際操作練習。 表 3-1-1 傳統實習課程教學法與電腦模擬教學法實施方式 . 上課地點. 傳統實習課程教學 第1~8週全部於工業配線工 場實作. 課程內容 上課時間 學習空間. 教具. 電腦模擬教學 第一週~七週電腦教室上課 第八週工業配線工場實作. 可程式控制實習 每週3小時,共8週. 每週3小時,共8週. 工業配線工場. 1. 工業配線工場 2. 可程式控制器虛擬負載電腦 模擬軟體. 1.黑板 2.投影機輔助教學 3.可程式控制器實作箱. 30 .  . 1.黑板 2.投影機輔助教學 3.可程式控制器實作箱 4.電腦模擬軟體.

(41) 課程教學方式 老師於實習工場講解原理、實 教師於第一節講解可程式控制器 作示範、解答學生問題,學生 原理後,學生利用可程式控制器 虛擬負載模擬軟體練習 利用可程式控制器實作箱實 際接線練習 . 貳、中介變項 控制變項為教學實驗過程中會影響結果的自變項以外的變項,研究者必須 妥善處理控制變項,以免影響實驗結果。 一、教學環境 實習課的教學環境為工場,實驗組及控制組實作練習時,皆使用相同工場 及教學設備,除了實驗組採電腦模擬軟體教學時,須要用到電腦教室教學 外,其餘教學環境都控制相同,教學環境算是控制在相同條件下實施。 二、教材內容: 實驗組及控制組皆使用相同可程式控制實習教科書,因此教材內容可以算 是控制在相同條件下。 三、學生程度: 本校編班方式依學生入學成績再採 S 型編排,實驗組及控制組具有相近的 入學成績,學習能力差距不大因此學生程度可視為相同。 四、教師特質: 控制組及實驗組皆為同一教師任教,在教師的專業知識、教學經驗、教師 專業能力及人格特質上可認定為相同。 五、評量方式 : 本研究依據教學目標及教材內容編制評量試卷,實驗組及控制皆使用相同 試卷評量,評量範圍相同且經科內具有教學經驗教師審核,因此評量方式 可認定為相同。 參、依變項: 31 .  .

(42) 依變項是被預測的變項,依隨著自變項變化而改變。在實驗中隨著不同教 學法而產生結果差異的部分,也就是研究者所要測量的行為或心理歷程, 本研究目的主要在探討實驗組與控制組的學生,在經過實驗教學後學生對 「可程式控制實習」課程認知學習成效、技能學習成效、技能熟練度及實 驗組學生使用「電腦模擬教學」學後滿意度量表,其中包括對該教學法之 認知、技能及情意部份。其內容略述如下: 一、學生認知學習成就高低 學生在經過實驗教學後,第九週實施認知學習成就測驗,內容為電工法規、 電氣符號、基本電學、電工機械、低壓工配、高壓工配.工業電子與邏輯 電路、可程式控制器等測驗成績高低。 二、學生技能學習成就高低 學生經過實驗教學第九週後實施技能學習成就測驗,內容含可程式控制器 的相關概念、書寫器使用、基本順序指令設計應用、步進階梯指令及順序 功能圖運用能力、常用應用指令設計程式能力等實作測驗成績之高低。 三、學生之學習滿意度量表 學生在經過八週的實驗教學後,實驗組的學生針對電腦模擬軟體之電路模 擬教學的學習滿意程度,接受滿意度調查問卷勾選,問卷將採李克特氏 (Likert-type scale)五點量表方式製成,選項為「非常符合」 、 「符合」 、 「普通」、 「不符合」 、「非常不符合」五項。. 3.2 研究對象 本教學實驗研究對象為北部市立某高職電機科二年級學生共 42 名,, 所有學生均於一年級學習過工業配線相闗課程,以立意取樣編排方式分成 實驗組及控制組,兩組皆為 21 人,實驗組實施電腦模擬教學,控制組實 施傳統教學方法,實驗教學課程每週 3 小時實施八週共 24 小時。 32 .  .

(43) 本研究對象僅 42 人分成實驗組與控制組各 21 人,是否會因樣本過 少而造成嚴重偏差呢?此問題是值得注意與探討的,經相關文獻探討,學 者 Gay(1992)對於樣本數多少,提出以下之看法,如果實驗研究設計得宜, 有嚴密的實驗控制,每組受試者至少在 15 人以上。由此可知,本研究樣 本數是否過少之問題,其對統計檢定力的影響是微乎其微的。. 3.3 研究設計 由於學校情境,不可能為了應付實驗需要,更動功課表或重新編班, 因此,從事實驗研究時,只能遷就既有的事實,應用現有班級,作實驗分 組,因此,不等組的前測-後測控制組設計是教育研究領域,相當流行與 有用的設計(王文科,王智弘,2008),研究者基於學校行政作業已經完成 編班,故無法運用隨機分配抽取等組學生參加實驗,本研究採用準實驗設 計之不等組前-後測設計,兩組學生均接受相同前後測及追蹤測驗。兩組 學生均為同班的二年級學生,入學成績相近程度相同,本實驗設計模式如 表 3-3 所示。 表 3-3-1 實施模擬教學之準實驗設計模式表 組別. 前測. 實驗處理. 後測. 後測. 實驗組 控制組. 01 O4. X. O2 05. O3 O7 O6,. 表 3-3 各代號的涵義如下 O1:實驗組之認知學習前測。 模擬教學活動進行前一週內,實驗組接受「認知學習成就測驗前測量表」 的施測。 O2:實驗組之認知學習後測。 模擬教學活動結束後一週內,實驗組接受「認知學習成就測驗後測量表」 33 .  .

(44) 的施測。 O3:實驗組技能學習測驗。 模擬教學活動進行完成,第九週對實驗組進行「技能學習成就測驗量表」 的施測。 O4:控制組之認知學習前測。 傳統講述教學活動進行前一週內,控制組接受「認知學習成就測驗前測量 表」的施測。 O5:控制組之認知學習後測。 傳統講述教學活動結束後一週內,控制組接受「認知學習成就測驗後測量 表」的施測。 O6:控制組之技能學習測驗。 傳統講述教學活動完成,第九週控制組接受「技能學習成就測驗量表」的 施測。 O7:實驗組之學後滿意度量表。 模擬教學活動進行完成後,第九週實驗組接受「學後滿意度量表」的施測。 X:實驗組之實驗處理。實驗組接受為期八週的電腦模擬教學實驗。. 3.4 研究工具 本次教學實驗設計測量表,採用一、認知學習成就測驗前測量表;二、 認知學習成就測驗後測量表;三、技能學習成就測驗量表;四、電腦模擬 教學滿意度量表等四種測量工具,並以此工具收集所需之資料。教師完整 記錄每位學生完成每一次實作的時間,當作評量學生是否熟練的依據。 壹、認知學習成就測驗前測量表 認知學習成就測驗前測量表於教學活動實施前一星期對所有學生施測,目 的為當作實驗設計實施前後學習成效比較,並且瞭解兩組學生在未實施教 34 .  .

參考文獻

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