行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■成果報告
□期中進度報告
問題導向為基礎之合作式學習探討：植基於行動化數位學習
（第 2 年）
計畫類別：■個別型計畫 □整合型計畫
計畫編號：NSC
99-2511-S-039-001-MY2
執行期間：100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日
全程執行期間：99 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日
執行機構及系所：中國醫藥大學通識教育中心
計畫主持人：廖述盛
共同主持人：黃秀美
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告 ■完整報告
本計畫除繳交成果報告外，另須繳交以下出國心得報告：
□赴國外出差或研習心得報告
□赴大陸地區出差或研習心得報告
■出席國際學術會議心得報告
□國際合作研究計畫國外研究報告
處理方式：
除列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢
□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢
中 華 民 國 101 年 10 月 11 日
摘要： 問題導向學習是一種以「學生為中心」的教學方法，它可以培養學生對自己 的學習進行負責的態度。此外，問題導向學習也是一種具有促進學生產生積極、 主動學習活動的方法。有鑑於此，本研究探討將問題導向學習的學習方法導入至 合作式行動學習中，期望能增進問題導學習的學習成效。因此，本研究主要在於 探討：1. 探討在問題導向學習法下，利用合作式行動化數位學習系統進行學習 與非合作式行動化數位學習系統進行學習，對學習者學習成就之影響。2. 探討 在問題導向學習法下，利用合作式行動化數位學習系統進行學習與非合作式行動 化數位學習系統進行學習，對學習者間互動的影響。3. 植基於建構理論與情境 學習，探討利用合作式行動化數位學習系統進行學習的學習者，其影響學習者的 正面因子為何。4. 探討利用合作式行動化數位學習系統進行學習是否能有效的 提升學生對學習內容的喜好。5. 以虛擬實境為基礎，建構一個合作式行動化數 位學習系統，並探討影響學習者的正面因子為何。 本研究主要在建立一個「行動虛擬人體結構學習系統」用於輔助學生在人體 結構學上的學習。本系統利用虛擬實境（Virtual Reality, VR）技術建置 3D 立體化 人體器官，學習者可透過此系統觀察 3D 虛擬人體器官，使其瞭解人體器官的功 能、運作方式及人體結構間的空間位置。本系統以網頁的方式呈現一個互動式的 學習環境，運作於行動載具（如：PDA），學習者可利用行動載具及無線網路進 行行動學習，如此可在不受時間及空間的限制下進行學習，增加學習上的便利性 和即時性。有鑑於問題導向學習（Problem-Based Learning, PBL）逐漸受到教育界 的重視。因此，本系統結合問題導向學習，讓學生在學習情境中獲取問題解決的 能力，如此可提供學生判斷思考的機會，並進而培養學生臨床上問題解決能力。 本研究旨在探討 3D 虛擬實境結合問題導向學習及行動學習應用於醫學教育之研 究，並依據問題導向學習、虛擬實境等文獻建立研究架構，其研究變數包括：虛 擬實境三特性（互動性、融入性及想像力）、行動化虛擬實境教材的喜好及問題 導向學習的態度。評估的方法是以採用問卷調查的方式瞭解學生對行動化醫學教 育之態度，研究結果顯示虛擬實境的互動性、融入性及想像力皆可預測行動化虛 擬實境教材的喜好、行動化虛擬實境教材的喜好可預測問題導向學習的態度。 關鍵字：行動學習、問題導向學習、虛擬實境
壹, 緒論 一, 研究背景與動機 1969 年加拿大 McMaster 大學首先採用問題導向學習作為醫學教育的一種教 學方法，鑑於問題導向學習其培養學生解決問題能力及終身學習的觀念，世界各 地的醫學大學，如北美、紐西蘭、英格蘭、德國、澳洲、荷蘭等，相繼引進及發 展問題導向學習應用於醫學（Medical）、管理(management) 、及健康學（Health Science）的教育（Hung, 2009），由此可見，問題導向學習將成為醫學教育的主 流之一。問題導向學習是一種以「學生為中心」的教學方法，它可以培養學生對 自己的學習進行負責的態度。此外，問題導向學習也是一種具有促進學生產生積 極、主動學習活動的方法，如此能培養學生不斷追求醫療新知的精神，以達終身 學習的目的。 合作學習是興起美國，於 1970 年被提出，並在 1970 年代中期至 1980 年代 中期取得實質性進展的一種富有創意和實效的教學理論與策略。由於它在改善課 堂內的社會心理氣質氛，大幅度提高學生的學習成績，促進學生形成良好非認知 品質等方面有顯著的成效，非常快地引起世界各國的注意，並成為當代主流教學 理論與策略之一，還被人們譽為「近十幾年來最重要和最成功的教學改革」 (Johnson & Johnson, 1994)。在學習成效方面，許多研究都指出：合作式數位學習 的方式比個人化的學習成效更來得有效。早在 1986 年，Johnson and Johnson 就提 出合作式數位學習不但能夠加強學習成效及學習者的學習動機，且能增進學習間 彼此的互動關係，在研究中發現合作式數位學習能夠促進學習者的認知思考、應 用、解題策略和問題解決的技巧與能力。
行動學習的特色是籍由無線通訊科技和網際網路來建構一個真實的社會學 習情與環境（authentic collaborative learning environments）,而在此學習環境當中， 不但每個是都是學習者，而每個學習者可不受時間、空間的限制地來追求個別化 與適性化的學習機會，同時也可以隨時隨地進行學習者之間的合作學習。換句話 說，行動學習是一種具有「隨時、隨地、隨意、隨身、隨手的學習」學習特質的 新學習媒介。亦是可以培養學習者即可以學習獨立又可以合作學習的環境。 就學習理論而言，建構理論強調學生是學習的主體，學生必須主動積極參與 學習，教學是激發學生建構知識的過程，學習者利用先前的知識與已有的經驗來 進行目前的認知，並不斷地重組自己對外在世界的知識，透過內省、自我對話來 修建知識。建構理論同樣主張個人的知識是在社會文化的環境之下，透過與他人 協商、和解、互動的過程，不斷的對本身的認知進行調整與整合，最終建構出個 體與社會文化共同產生的群體意識（張靜嚳，民 84）。而在問題導向學習的過程 中學習者主動參與，在與他人討論過程中，可能產生認知衝突，而認知衝突的發 生在幫助學習者進行個人的知識重建，同時透過小組合作解題或與教師討論之學 習方式，協助學習者激發個人潛在發展區，促使其潛能的發展，進而能學習到新 的知識（陳銘偉，民 93）。情境學習理論學者 Lave 從社會文化實務的角度提出， 學習者必需「參與實務環境」的過程並由專家的從旁引導，才能獲得學習的機會； 並認為一群人藉由持續的互動，分享與本身密切相關的事情、共同的問題及熱 情，以獲得該領域更深入的知識和專業（Lave, Wenger, 1991）。 有鑑於問題導向學習應用於醫學教育所獲得的正面效果，其它的教學領域也 開始嘗試融入學習導向學習於課程之中，如：建築學、商業管理、化學工程、自
然、數學、護理、哲學等（Hung, 2009；許麗齡，民 90；尤煌傑，民 97；游光昭 與蔡福興，民 90）。隨著電腦科技的創新與發展，電腦多媒體技術運用於課程教 材的設計己司空見慣，而在眾多電腦多媒體技術中又以虛擬實境技術最具有發展 的空間，相關研究指出，虛擬實境可減少平面資料轉換成適合的心智模式時所產 生的錯誤觀念（黃仁竑，游寶達，民 84）或者刺激大腦的學習（朱經明，民 88）。 另外，同樣有研究指出，多媒體技術可以克服運用問題導向學習時可能產生的問 題，而虛擬實境即是多媒體技術的一種表現方式。 二, 研究的目的與重要性 從教育的觀點而言，人類的學習有兩個主要的方向：其一是學習前人已有的 知識和經驗；其二是學習將來適應困境的能力，並由之獲取新的知識與經驗。學 習知識本身不能視為目的，而是必須讓知識成為解決問題的手段。 孔子曾言：「學而不思則罔；思而不學則殆」，其中說明了知識與思維是同樣 重要的。教師在教學活動中不是一味灌輸學生知識，而須重視激發學生的思考， 協助學生開通其意，努力尋求解答的動機，並能透過分析歸納，以達到舉一反三、 觸類旁通，並在以後類似的情境中產生學習遷移，擴大學習效果，而這種教學方 式即為啟發式的教學方法（黃光雄，民 88）。啟發式教學可引導學生主動自動的 學習，學生學到的不僅是知識，尚且學習到對問題困境的主動適應態度、思考方 式以及解決困難的能力，而這些才是教育上最重要和最可貴的（張春興、林清山， 民 89）。 在學習過程中，依靠一人的力量與小組的力量其得到的結果是不同的。合作 學習就是透過群組內分工合作的關係，增加彼此互動的機會，並在解決任務過程 中，藉由彼此間分享資訊、溝通討論與互相學習累積學習經驗，而獲得學習的成 功，除了達到個人學習的目的，也促進群組與個人學習成效。合作學習強調學習 的過程是以團體協同化的方式進行，也就是學生之間或師生之間共同參與努力而 獲得知識。 本研究的研究目的主要是利用虛擬實境技術建置一個「行動虛擬人體結構學 習系統」，並以此系統做為行動化虛擬實境教材用以輔助人體結構學的教學活 動。本研究評估虛擬實境的特性是否會影響到學習者對行動化虛擬實境教材的喜 好及使用者對行動化虛擬實境教材的喜好是否會影響問題導向學習的態度。本研 究建置的「行動虛擬人體結構學習系統」是一個網頁為基礎的學習環境，並且運 作於行動載具（如：PDA），使用者只要身在具有無線網路的區域中即可進行學 習。另外，本系統利用虛擬實境模擬人體組織，呈現組織的形狀、大小、位置及 構造等，讓學習者容易瞭解人體器官的功能及運作方式等。此外，本系統結合問 題導向學習，讓學生在學習情境中獲取問題解決的能力，如此可提供學生判斷思 考的機會，並進而培養學生臨床上問題解決能力。因此，本研究用以探討醫學相 關科系的學生對 3D 虛擬實境技術應用於問題導向學習之接受度評估。此系統提 供一個虛擬實境的學習情境，學習者可融入情境中進行問題導向學習。本研究依 據相關文獻建立研究變數：虛擬實境三特性：互動性（interaction）、想像力 （imagination）、融入性（immersion）對行動化虛擬實境教材的喜好及行動化虛 擬實境教材的喜好對問題導向學習的態度。 貳、文獻探討
一、虛擬實境（Virtual Reality）
1960 年代 Ivan E. Sutherland 教授提出「ultimate display」觀念，主要在描述 3D 空間圖像在電腦上的呈現方式，即說明如何在電腦中「仿製」真實世界中情境或 影像，具有模擬的概念，然而虛擬實境則是電腦模擬的一種極致的表現方式。虛 擬實境是利用電腦相關軟硬體技術創造一個三度空間虛擬場景，在場景中提供視 覺、聽覺等感官的模擬讓使用者具有身歷其境的感受，此外，使用者可藉由各種 感應裝置（如 3D 立體眼鏡、立體手套等）與場景中的虛擬物件進行互動。 （一）虛擬實境的特性 相關的研究認為一個成功的虛擬實境應具備互動性、融入性及想像力三項重 要的特性（Burdea & Coiffet, 2003; John, 1995; 梁朝雲、李恩東, 1998），如圖 1 所 示： 圖 1 虛擬實境的三大特性 1. 互動性 所謂互動性即為使用者透過操作介面與虛擬實境所產生之人機互動。對於虛 擬實境系統而言，人機互動是必需的。在虛擬環境中，使用者的舉動都必須在最 短的時間內獲得回應，也就必須呈現即時性、動態與互動的場景。梁朝雲與李恩 東（1998）指出虛擬實境系統應具備互動的功能，即時偵測使用者的動作，並立 刻做出相對的反應。例如：使用者可以利用適當的工具對虛擬環境中的物件，進 行移動、旋轉及縮放等動作。有研究指出，具有高互動性的虛擬境可增加學習者 的學習興趣及虛擬實境的應用性（Monahan, McArdle, & Bertolotto, 2008; Friedl et al., 2002; Temkin, Acosta, Hatfield, Onal, & Tong, 2002）。
所謂融入性（或稱為沉浸性）即為使用者能夠融入利用電腦相關軟硬體技術 所產生的 3D 虛擬環境。虛擬實境是利用電腦相關軟硬體技術，產生一個讓使用 者「信以為真」的 3D 虛擬環境，因此讓使用者能夠融入虛擬環境中，才是一個 成功的虛擬系統。使用者可以利用各種感應裝置（如 3D 立體眼鏡、立體音響等） 來達到視覺及聽覺上的擬真感官刺激。相關研究認為虛擬環境應能夠讓使用者直 接的感受到，並且受使用者的控制，讓使用者能沉浸於虛擬的世界裡，當虛擬實 境應用在教學上，則使用者沉浸於虛擬環境程度愈高則所獲得的學習成效亦愈高 （Gutierrez et al., 2007）。 3. 想像力 所謂想像力即為虛擬實境的製作能提供使用者想像的空間。人具備有豐富的 想像力與創造力，虛擬場景的設計應提供使用者想像的空間，以創造生動活潑的 題材，並增進使用者的使用意願或學習興趣。Krueger（1991）指出使用者受到虛 擬場景中的視覺及聽覺等感官刺激後，可發揮個人的創造力並產生自我的想像空 間。相關研究認為，虛擬實境所具備的想像力特性，可以讓使用者確實瞭解虛擬 環境中各物件（如：人體器官）的空間關係（Brenton et al., 2007）。 另外，虛擬實境的相關研究如表 1 所示： 表 1 虛擬實境相關研究 作者 研究內容 Gutierrez 等（2007） 研究發現，具有較高融入性的虛擬實境應用在醫學教 育上，可獲得較高的學習成效。 Lu 等（2005） 認為虛擬實境在未來的醫學教育上將扮演一個重要 的角色，並著手進行融入性虛擬實境（Immersion VR） 應用於醫學教育中的研究。 Brenton 等（2007） 認為虛擬實境具有模擬人體結構的空間關係的能 力，因此可利用虛擬實境進行解剖學的教學。 Monahan 等（2008） 認為虛擬實境所具備的互動性可增加學習者的學習 興趣。 Friedl 等（2002） 認為虛擬實境提供高度的互動性及模擬的特性，可輔 助心臟外科手術的教育訓練。 Temkin 等（2002） 利用虛擬實境建立一個其有互動性及融入性的虛擬 人體結構系統（W3D-VBS），用以改進人體結構學的 教導。 （二）虛擬實境應用於醫學教育 利用虛擬實境所製作的學習系統能讓學習者與學習教材進行互動，並提供學 習者想像的空間，依據此特性，在醫學教育上利用虛擬實境技術將人體的器官立 體化並使用虛擬實境的方式加以呈現，用以輔助傳統教學，期望能提高學習者對
人體結構（human structure）的了解。Brenton 等（2007）利用網頁為主的人體結 構虛擬系統，以幫助在人體解剖學上的教導。另外，虛擬實境同樣也運用在外科 手術、內視鏡手術的訓練及醫學教育（Grantcharov et al., 2004; Ornstein, 1995; Lange, Indelicato, & Rosen, 2000; Hassfeld & Muhling, 2001; Brenton et al.2007; Suzuki, Eto, Hattori, Yanaga, & Suzuki, 2007; Hsieh, Lee, & Tsai, 2010），讓學習者具有身在其中的 感受，以及反覆操作練習的機會。如此可以模擬各種病症，同時讓學習者熟悉整 個手術過程，增加手術操作的技巧、減少手術操作的時間及增加學習的效果 （Larsen et al., 2009; Aggarwal et al., 2007; Nicholson, Chalk, Funnell, & Daniel, 2006）。美國密西根州立大學虛擬實境實驗室開發一套虛擬醫療訓練系統，該系 統結合病人人體模擬、融入式虛擬實境及視訊討論，作為訓練急救人員的設備。 二、問題導向學習（Problem-Based Learning）
問題導向學習是一種教學的類型，它的教學型態以學生為學習的主體，學生 決定整個教學的步調，而教師則扮演指導者的角色（Donner & Bickley, 1993; 蔡 哲嘉, 2008; 陸希平、王本榮與陳家玉, 2006）。問題導向學習的主要精神在於期望 學生能在學習的過程中啟發思考及解決問題的能力，並產生積極、主動學習活動 的方法。而在問題導向學習中，教師主要在學習上提出一系列引導的問題，讓學 習者感到困惑，進而檢視自己的認知，並極力思考問題及尋找解決問題的方法， 最後解決問題並加以應用（Nelson, Sadler, & Surtees, 2005; Donner & Bickley, 1993; 黃光雄,1999; 許麗齡, 2001）。 （一）問題導向學習的特點 Donner 與 Bickley（1993）指出問題導向學習是一種較為自然的學習方法， 它具有三個特點：引起動機、主動學習與多樣式學習。問題導向學習主要是以問 題引起學習者的好奇心，並讓學習者因為好奇而積極尋求問題的解答，為了獲得 問題的解答，學習者主動搜集相關的圖書、專題專作、期刊文獻等資料。同時， 有研究指出問題導向學習應用在教育上可增加知識的長期記憶、提升問題的解決 能力、促進批判式的思考及終生學習的概念（Williams & Pace, 2009）。
在問題導向學習過程中，首先必須提出能以引起學習者的學習興趣與動機的 學習問題，並鼓勵學習者由被動學習轉為主動思考，從各種不同的觀點來確定問 題的性質，並搜集各種資料加以歸納整理，以獲得與問題相關的知識，並依此提 出各種問題解決方案進行討論，以獲得共識。因此在這個學習過程裡，除了導引 出學習者主動學習的能力外，同時可培養其批判思考、創造思考、解決問題及建 構知識的能力（許麗齡, 2001; 陳榮邦, 2004; 游光昭、蔡福興, 2001; Barrows, 2001; Donner & Bickley, 1993）。
（二）問題導向學習的程序
相關研究指出問題導向學習的運用可依循以下步驟（黃光雄, 1999; 陳榮邦, 2004; 陸希平等, 2006）：
此步驟主要在發現學習的問題，問題的提出可分為二種方式，第一種方式由 教師可在教學過程中依教學內容提出疑難問題，另一種方式為教師鼓勵學生自我 發現問題並提出問題，不論是二者中的那一種方式，主要目的是要讓學生對學習 的內容感到困惑，以激發學生的學習興趣。 2. 分析問題 此步驟主要在使學生能夠充分瞭解問題，此步驟的實施主要是由教師引導學 生進行思考，並從各種不同的觀點來確定問題的性質，在引導的過程中教師亦可 在旁協助說明及解釋問題。 3. 尋找解決問題的途徑 此步驟主要是讓學生學習思考解決問題的方法，學生可以根據過去學習的經 驗、知識或自我想像提出一些假設，接著由教師指導學生逐一分析各個假設，以 選擇合理的假設並加以驗證，最後取得結論。或是由學生根據問題的分析，搜集 相關的資料，搜集的方式可透過圖書館、網路或專家，接者由學生對這些資料進 行整理、分類、分析和組織，最後歸納出結論。 4. 解決問題並加以應用 當學生解決問題後，即習得問題解決的方法，當未來遇到類似問題的時候， 可依循相關的方法解決問題。而問題的解決是驗証學習成效的重要指標。 （二）問題導向學習應用於醫學教育 問題導向學習應用於醫學教育已有近 40 年的歷史，1969 年加拿大 McMaster 大學最早利用問題導向學習作為教育醫學院學生的一種教學方法。美國密西根州 立大學（Michigan State University）人體醫學院（human medicine）同樣實行問題 解決課程於臨床教學上。有鑑於此，1970 年代荷蘭及澳洲的醫學相關學校也開 始發展問題導向學習課程（Barrows, 1996; 蔡哲嘉, 2008）。
除此之外，美國的新墨西哥（New Mexico）、南伊利諾（Southern Illinois） 及哈佛醫學院，同樣在試驗問題導向學習之學習成效後，全面導入問題導向學習 於學習課程中。另外，加拿大的雪爾布魯克（Sherbrooke）及美國夏威夷大學醫 學院，直接採用問題導向學習課程替代傳統的課程（尤煌傑, 2008）。在國內， 首先由台灣大學醫學院引入問題導向學習，開啟國內各校探索問題導向學習在醫 學教育中的可行性及成效（李孟智等, 2004）。 隨著世界各地醫學院陸續採用問題導向學習做為主要的教學方法，它被預期 達到三個目標：學生可取得生物醫學的知識、學生能將所學應用到病人照顧上、 學生須習得終身學習的概念（Donner & Bickley, 1993; 陸希平等, 2006）。
隨著行動載具及通訊技術的出現，為數位學習開啟另一種可供學習者進行知 識傳播的學習方式（Buchanan et al., 2001）。學習者可利用行動載具，在不受時間 及空間的限制下，以同步或非同步的方式進行學習及知識的獲取（江明涓、劉晃 溢，2006）。 行動學習即是一種透過行動載具進行數位學習的方法，而行動載具包含 PDA 及行動電話等（Quinn, 2000）。學習者可利用行動載具配合行動技術或無線網際 網路技術，隨時隨地進行數位學習（Harris, 2001）。學習者所使用的行動載具需 能有效的呈現學習的內容，並提供學習者間進行互動的學習（Dye, K’Odingo, & Solstad, 2003）。而 Cortez 等（2004）認為學習者利用行動學習進行合作學習時， 能增加學習者之間的互動討論。
有研究指出，在美國有多所的藥學院己經購買行動載具或在末來五年內將配 備行動載具應用於教學中（Cain, Bird, & Jones, 2008）。另外，護理教育也逐漸利 用行動科技發展教學教材，以期能改善護理教育的教學效果，提昇護士的專業技 能及知識。（Hao, Chang, & Chong, 2006; Farrell & Rose, 2008）。同樣地，行動科技 也被運用在大學的病理學的教育之中（Sharma & Kamal, 2006）。除此之外，行動 科技也結合虛擬實境及問題導向學習應用在醫學上。Mosso 等（2009）利用虛擬 實境模擬手術情境並運行在行動載具，讓病人瞭解手術的情境，以降低病人對手 術的焦慮。Buchauer, Werner 與 Haux（1998）運用行動科技於醫院中，以進行合 作式的問題解決。 參、研究方法 本研究主要在建置一個「行動虛擬人體結構學習系統」，本系統可輔助教師 於課堂中進行人體結構學上的教學。另外，學生亦可使用本系統於課後進行自主 性學習。本研究即利用該系統進行實際學習評估，以探討虛擬實境特性、行動化 虛擬實境教材及問題導向學習態度之間的關係。以下對本研究的研究方法進行說 明： 一、研究架構 Gutierrez 等（2007）在研究中提到虛擬實境已經被使用作為提升學習效果的 一種方法，並且如果虛擬實境具備較高融入性則提昇學習者學習效率的程度較為 顯著。同樣有研究指出，虛擬實境的互動性是影響虛擬實境系統使用率的主要因 素（Chaudhry, Sutton, Wood, Stone, & McCloy, 1999）。而虛擬實境可讓使用者發揮 自我的想像力察覺到不存在的事物（Burdea & Coiffet, 2003）。另外有研究指出， 醫學相關科系的學生在虛擬問題導向學習環璄中進行學習其效果較真實環璄中 來得好（Stevens et al., 2005）。
因此本研究根據問題導向學習、虛擬實境、數位學習系統設計因素與相關研 究建立研究架構（Liaw, Huang & Chen, 2007），其研究變數包括：虛擬實境互動性、 想像力、融入性對行動化虛擬實境教材的喜好與行動化虛擬實境教材的喜好對問 題導向學習的態度（如圖 2 所示），用以探討醫學相關科系的學生對 3D 虛擬實 境技術應用於問題導向學習之接受度評估。
圖 2 研究架構與假設 本研究依據研究目的訂定以下之研究假設： H1：虛擬實境互動性能預測行動化虛擬實境教材的喜好。 H2：虛擬實境融入性能預測行動化虛擬實境教材的喜好。 H3：虛擬實境想像力能預測行動化虛擬實境教材的喜好。 H4：行動化虛擬實境教材的喜好能預測問題導向學習的態度。 二、系統介紹 （一）系統架構 本研究所建立的「行動虛擬人體結構學習系統」分成三個部份進行建置。第 一部份為『3D 人體器官建立』，本系統所使用的 3D 人體器官模型皆為 Turbo Squid 公司所製作。本系統利用 3dsMax 這套軟體對 3D 人體器官進行互動性操作設定， 並利用 Flash 軟體將其轉換為 Flash 影像串流檔，如此即完成本系統的互動式虛擬 人體器官動畫。第二部份為『學習網站設計』，此部份是利用 PHP 程式語言及 Java Script 程式語言，進行學習網頁與學習測驗之操作介面設計及學習內容的製作。 第三部份為『PBL 討論區設計』，此部份是利用 PHP 及 JSP 程式語言進行設計。 系統架構如圖 3 所示。
圖 3 系統架構圖 （二）課程內容 本系統提供使用者一個互動的學習環境，主要的教學課程包括人體結構中的 消化系統、泌尿系統、肌肉系統、骨骼系統、皮膚系統及牙齒系統六大單元，本 研究期望學生透過本系統進行學習後，能更深入了解人體結構間的空間的相對位 置，期望提高學習者的學習興趣及學習成效。圖 4 為本系統的課程內容選擇頁 面，使用者可透過觸控筆點選欲學習的課程單元，當使用者選擇課程單元後，隨 即進入課程學習頁面並進行相關內容的學習。在課程學習頁面中，使用者可透過 「子單元選單」選擇該單元的學習內容，其課程學習頁面如圖 5 所示。
圖 4 課程內容選擇頁面 圖 5 課程學習頁面 （三）虛擬人體結構 本系統所提供的課程單元除了一般的文字說明外，尚包含虛擬人體結構的展 示動畫，學習者可透過點選「課程學習頁面」中的「觀看虛擬實境」按鈕即可進 行 3D 人體器官之形狀、位置及大小的觀察，觀察的畫面如圖 6 所示。本系統共 提供十四個虛擬人體結構的展示動畫。 圖 6 虛擬人體結構動畫展示：(a)旋轉前 (b)旋轉 90 度後 (c)旋轉 180 度後 （四）問題導向學習
本系統依據學者（黃光雄, 1999）所提出的問題導向學習步驟，進行相關功 能的製作，其結果如下所示： 1. 提出問題 本系統依各學習單元提出相關的學習問題，如圖 7 所示。 圖 7 本系統學習單元之學習問題 2. 分析問題 為了使學習者能夠瞭解學習問題，本系統建置學習問題討論區，提供分組討 論學習，如此可提供學習指導者引導學習者進行分組討論學習。 圖 8 本系統建置的問題討論區
3. 尋找解決問題的途徑並獲得解答 根據本系統所提出的學習問題，學習者可針對問題進行相關資料的搜集，搜 集的方式主要是透過本系統所建置的學習內容（如圖 4~圖 6 所示），當學習者對 這些搜集到的資料進行整理、分類、分析和組織後，進行學習問題的作答。除此 之外，在本系統中，學習者亦可以根據過去學習的經驗、知識或自我想像，在學 習討論區中提出個人的觀點（如圖 8 所示），這些觀點可在同儕間進行分析討論， 以求得合理的解答。本系統的學習問題作答畫面如圖 9 所示。 圖 9 本系統的學習問題作答畫面 4. 解決問題並加以應用 在經過尋找與解決問題的途徑並獲得解答之後，學習者的後設認知應會提 升，進而應用相關知識。達成問題導向學習得學習目的。 三、研究對象 本研究以中國醫藥大學學生為實驗對象，取樣的科系為醫學系、中醫系、牙 醫系、醫管系、藥妝系、生物科技系及藥學系。在實驗過程中，不告知研究對象 正在進行教學實驗，以避免霍桑效應之產生。本研究共回收 159 份有效問卷，其 中男有 65 位，女有 94 位。受測者就讀科系中，藥學系佔 69 人，醫學系佔 28 人， 牙醫系佔 25 人（如表 2 所示）。 表 2 受測者基本資料分析表 變數名稱 項目 計數 性別 男 65 人
女 94 人 醫學系 28 人 牙醫系 25 人 藥用化妝品系 26 人 藥學系 69 人 科系 其它 11 人 *其它：中醫系 2 人、醫管系 7 人、生科系 1 人、護理系 1 人 四、研究教學實驗 在教學實驗方面，首先負責實驗的研究者向受試對象進行系統介紹，包括教 學內容介紹、虛擬實境的操作、討論區的使用及系統的操作方式等。接著，將受 試對象分組以進行問題導向學習，分組的方式為 3~4 人為一組。研究者在系統討 論區中建立不同的學習問題，並指定各組選擇其中一個學習問題進行分組討論。 各組可針對學習問題進行相關資料的搜集，搜集的方式主要是透過本系統所建置 的學習內容，當學習者對這些搜集到的資料進行整理、分類、分析和組織後，進 行學習問題的作答。在實驗對象使用 4 週後，發放問卷瞭解他們對此系統的認知。 五、研究工具 本研究為行動學習系統設計之研究，因此研究工具包含學習工具及評量工 具。學習工具為本研究所設計之行動虛擬人體結構學習系統，評量工具為問卷調 查表，問卷的設計包含五個部份（如表 3 所示）：虛擬實境互動性、虛擬實境想 像力、虛擬實境融入性、行動化虛擬實境教材的喜好及問題導向學習的態度，並 採用李克特式七點量表形式作答，受試者依自己的感覺從「非常同意」、「同意」、 「稍同意」、「沒有意見」到「稍不同意」、「不同意」、「非常不同意」中，予以 7 分至 1 分區間尺度衡量之。以下敍述本研究的研究變數之操作型定義： （一）互動性 本研究將此變數定義為：「使用者透過操作介面與虛擬實境所產生之人機互 動」。例如: 「使用本系統可進行 3D 物件的移動」、 「使用本系統可進行 3D 物 件的旋轉」、及「使用本系統可進行 3D 物件的縮放」等評量互動性。 （二）融入性 本研究將此變數定義為：「使用者能夠融入利用電腦相關軟硬體技術所產生 的 3D 虛擬環境」。本研究中使用者可透過配戴 3D 眼鏡觀察立體化的人體器官並 沉浸其中而獲得視覺上的擬真感官刺激。例如: 「我覺得本系統能使我更瞭解器 官的真實形狀」、「我覺得本系統的 3D 模擬環境令人感覺逼真的」、 及「我覺得 本系統的 3D 模擬環境有身歷其境的感覺」等評量融入性。 （三）想像力
本研究將此變數定義為：「虛擬實境的製作能提供使用者想像的空間」。本研 究中使用者透過對 3D 虛擬人體器官的觀察，能對人體器官間的空間位置產生聯 想。例如: 「我覺得本系統比平面影像更容易瞭解學習人體結構」、「我覺得本系 統能使我更瞭解人體器官的空間位置」、及「我覺得本系統能使我更瞭解器官間 的相對位置」等評量想像力。 （四）行動化虛擬實境教材的喜好 本研究將此變數定義為：「使用者對於行動虛擬人體結構學習系統的喜好程 度」。例如: 「我願意分享使用本系統的經驗」、「我覺得本系統可增進學生間互 動」、「我喜歡本系統數位教材透過網頁的表達方式」、「我喜歡本系統數位教材透 過影片(像)的表達方式」、及「我喜歡本系統數位教材透過立體影像的表達方式」 等評量行動化虛擬實境教材的喜好。 （五）問題導向學習的態度 本研究將此變數定義為：「使用者行動虛擬人體結構學習系統有助於提升問 題導向學習的學習態度」。例如: 「透過本系統學習提昇我學習的能力」、「透過 本系統學習提昇我解決問題的能力」、「透過本系統學習提昇我建構知識的能 力」、「使用本系統進行學習後讓我有信心更能瞭解人體的構造」、「使用本系統進 行學習後讓我有信心學好人體結構」、「我覺得本系統可增進師生間互動」、及「我 覺得本系統的 3D 模擬環境令人更專注的學習」等評量問題導向學習的態度。 六、問卷之效度、信度 本研究邀請三位專家學者對問卷的內容效度進行審查，審查上依研究目的與 題目之相關性及措詞合適性進行評量，依據評量結果，將鑑別度較低的若干問項 刪除，並針對語意不清者加以修改以提高問卷的內容效度。而問卷信度 Cronbach’s α 值為 0.93，因此本問卷具有高信度。 本研究採用 SPSS for Windows 17.0 版本之統計軟體進行資料分析。在進行因 素分析之前，將利用 KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）樣本適切性檢定與 Bartlett’s 球 形檢定進行變項之間相關情形的檢定，判斷變項是否適合進行因素分析。本研究 資料檢定之結果，KMO 檢定值為 0.88，顯示各變項彼此之間具有極佳的相關性。 另外，Bartlett’s 球形檢定的卡方值為 2524.95，達顯著性，表示本研究之調查資 料適合進行因素分析。
為確認本問卷之因子，本研究利用主成份分析法（principle component analysis） 進行因素分析，並經過直交轉軸（orthogonal rotation）的最大變異法（varimax） 分析後，21 個測量題目抽離出五個主要的因子(互動性、想像力、融入性、行動 化虛擬實境教材的喜好與問題導向學習的態度），經因素分析後也顯示相同維度 的題目被歸類為同一因素。 各因素的題目及負荷量（factor loading）請見表 3。 表 3 問卷的平均值及信度與因素分析 測 量 題 目 負荷量 平均值 標準差 Cronbach’s α
因素一：互動性 1. 使用「本系統」可進行 3D 物件的移動 .87 5.32 1.26 2. 使用「本系統」可進行 3D 物件的旋轉 .53 5.84 1.03 3. 使用「本系統」可進行 3D 物件的縮放 .84 5.03 1.36 .76 因素二：想像力 4. 我覺得「本系統」比平面影像，更容易瞭解學習人體結構 .79 6.10 0.96 5. 我覺得「本系統」能使我更瞭解人體器官的空間位置 .84 6.14 0.83 6. 我覺得「本系統」能使我更瞭解器官間的相對位置 .81 6.11 0.88 .91 因素三：融入性 7. 我覺得「本系統」能使我更瞭解器官的真實形狀 .66 5.92 1.16 8. 我覺得「本系統」的 3D 模擬環境，令人感覺逼真的 .82 5.55 1.17 9. 我覺得「本系統」的 3D 模擬環境，有身歷其境的感覺 .78 5.23 1.27 .88 因素四：行動化虛擬實境教材的喜好 10. 我願意分享使用「本系統」的經驗 .61 5.59 1.16 11. 我覺得「本系統」可增進學生間互動 .61 4.84 1.28 12. 我喜歡「本系統」數位教材透過網頁的表達方式 .74 5.43 1.25 13. 我喜歡「本系統」數位教材透過影片(像)的表達方式 .72 5.67 1.07 14. 我喜歡「本系統」數位教材透過立體影像的表達方式 .63 5.89 0.97 .83 因素五：問題導向學習的態度 15. 透過「本系統」學習提昇我學習的能力 .77 5.38 1.20 16. 透過「本系統」學習提昇我解決問題的能力 .80 4.94 1.40 17. 透過「本系統」學習提昇我建構知識的能力 .72 5.45 1.17 18. 使用「本系統」進行學習後，讓我有信心更能瞭解人體的構造 .69 5.48 1.12 19. 使用「本系統」進行學習後，讓我有信心學好人體結構 .63 5.38 1.14 20. 我覺得「本系統」可增進師生間互動 .56 4.62 1.31 21. 我覺得「本系統」的 3D 模擬環境，令人更專注的學習 .57 5.21 1.28 .92 肆、研究結果與討論 一、描述性統計分析 本研究的有效樣本數為 159 人， 問卷項目填答 4 分表示同意程度普通。由 表 3 可知，在因素「互動性」、「想像力」與「融入性」方面，各項目的平均數皆 高於 5，表示學習者對本系統所建置的虛擬實境有正面的態度。 二、相關分析 本研究利用相關係數的分析，用以檢驗研究假設，辨別各變項之間的關聯強 度。相關分析採用 Pearson 積差相關係數，並使用雙尾檢定，其分析結果如表 4 所示。
表 4 研究變項相關矩陣（雙尾） 互動性 相像力 融入性 行動化虛擬 實境教材的 喜好 問題導向 學習 互動性 -- .37** .36** .37** .43** 相像力 -- .60** .57** .62** 融入性 -- .60** .67** 行動化虛擬實境教 材的喜好 -- .72** 問題導向學習的態 度 -- **p≦0.01 三、路徑分析 本研究為了更進一步探討變項間的影響效果與預測關係，採用結構方程模式 （Structural Equation Modeling, SEM）中的 PA-OV（path analysis with observed variables）模型進行路徑分析。分析的工具為 Amos 5.0，其分析結果（如表 5 所 示）顯示，其整體適配度的卡方值為 45.58（df=3），顯著性機率值p=0.000（<0.001）， 達顯著水準。本研究利用 GFI、NFI 與 CFI 做為模型檢驗指標，相關學者（吳明 隆, 2009; Henry & Stone, 1994）認為此三項指標大於 0.90 為理想水準，而 Segars & Grover（1993）認為此三項指標只要大於 0.80 即可。而本研究的檢驗結果 GFI=0.91、NFI=0.87、CFI=0.87 符合檢驗標準。虛擬實境的互動性、融入性及想 像力對於行動化虛擬實境教材的喜好均有直接效果，標準化迴歸係數 β（路徑 係數）分別為 0.13（p<0.05）、0.38（p<0.001）及 0.30（p<0.001）。同時行動化虛 擬實境教材的喜好對於問題導向學習的態度亦有顯著的直接效果（β=0.72， p<0.001），因此，虛擬實境的互動性、融入性及想像力可藉由行動化虛擬實境教 材的喜好來間接影響問題導向學習的態度。 表 5 路徑分析各項效果說明 R2 直接效果 間接效果 整體效果 行動化虛擬實境教材的喜好 .44 互動性 .13* -- .13 融入性 .38*** -- .38 想像力 .30*** -- .30 問題導向學習的態度 .51 行動化虛擬實境教材的喜好 .72*** -- .72 互動性 -- .01 .01
融入性 -- .27 .27 想像力 -- .21 .21 *p≦0.05; ***p≦0.001 由以上的分析結果得知，虛擬實境的互動性、融入性及想像力對行動化虛擬 實境教材的喜好具有顯著的相關性及預測能力。另外，行動化虛擬實境教材的喜 好對問題導向學習的態度同樣具有顯著的相關性及預測能力。圖 10 為本研究的 研究假設之檢驗結果與迴歸係數 β 值。 圖 10 研究假設之檢驗結果 伍、結論與未來研究 一、結論 本研究利用虛擬實境技術建置一個「行動虛擬人體結構學習系統」，以探討 虛擬實境特性、行動化虛擬實境教材及問題導向學習態度之間的關係。本研究依 據問題導向學習、虛擬實境及行動學習等相關文獻作為研究的理論基礎，發展一 套行動人體結構學習教材，該教材除了利用虛擬實境技術建置虛擬人體器官外， 並搭配 3D 動畫、2D 影像及文字說明建立出一系列人體結構相關的教學內容，最 後結合網頁技術建構出網頁化的行動虛擬人體結構學習系統。系統提供學習者一 個問題導向為基礎的學習環境，並利用虛擬實境技術建置虛擬人體結構，以幫助 學習者在發現問題後提升對問題的瞭解及解決問題的能力。 本研究的研究成果可分成兩部份，第一部份評估虛擬實境的三大特性對本研 究所建置的行動虛擬人體結構學習系統的接受度是否會產生影響，其結果顯示互 動性、融入性及想像力對行動化虛擬實境教材的喜好皆具有預測性。第二部份評 估本研究所建置行動虛擬人體結構學習系統對問題導向學習是否會產生預測的 效果，其結果顯示具有預測性。從結果來看，本研究發現虛擬實境很適合應用在 醫學教學教材上的製作及問題導向學習上。評估結果說明如下：
（一）虛擬實境三特性：「互動性」、「融入性」及「想像力」對「行動化虛 擬實境教材的喜好」之影響 本研究利用相關係數分析發現，虛擬實境的互動性、想像力及融入性與行動 化虛擬實境教材的喜好具有正相關。在預測關係方面，互動性、融入性及想像力 對行動化虛擬實境教材的喜好具有預測性，這表示虛擬實境的互動性、融入性及 想像力對將影響行動化虛擬實境教材的喜好的接受度程度。其中融入性可以解釋 行動化虛擬實境教材的喜好達到 38%變異量，較想像力及互動性可以解釋行動化 虛擬實境教材的喜好 30%及 13%的變異量為高。換句話說，虛擬實境所具備的融 入性為最主要學生能接受行動化虛擬實境教材的喜好的原因。Gutierrez et al. （2007）指出虛擬實境應用在醫學教育中，其具有較高的融入性，則學習者亦 可獲得較高的學習成效。如此可知融入性在虛擬實境中是重要的因子，而本研 究之研究結果也顯示融入性對虛擬實境教材喜好影響最為關鍵。另外，本研究 結果顯示想像力的影響程度雖然低於融入性，但兩者之間差異不大，本研究 認為兩者之間可能存在著影響的關係，建議未來進行虛擬實境的研究，可針 對融入性與想像力兩者之間的關係進行研究。 （二）「行動化虛擬實境教材的喜好」對「問題導向學習的態度」之影響 本研究利用相關係數分析發現，行動化虛擬實境教材的喜好與問題導向學習 的態度具有正相關。在預測關係方面，行動化虛擬實境教材的喜好對問題導向學 習的態度同樣具有預測性，這表示系統的行動化虛擬實境教材的喜好將影響使用 者對問題導向學習系統的接受度程度。Massey et al.（2006）將問題導向學習的觀 念導入行動學習中，並獲得良好的學習效果。Buchauer et al.（1998）認為行動設 備的運用亦可增加合作討論的效率及問題解決能力。而本研究的研究結果也顯示 行動化的學習對問題導向學習有正向的影響。另外，本研究進一步認為，在未來 的發展上可加強虛擬實境的融入性及想像力設計，以提升行動化虛擬實境教材的 喜好對問題導向學習系統的製作的影響程度。 本研究依據問題導向學習的三個特點：引起動機、主動學習與多樣式學習， 設計問題導向學習的態度之測量題目。本研究製作的學習系統藉由學習問題的提 出，希望能引起學習者對人體結構學上的疑惑，並依此期望能提昇學習者的學習 動機及自信心。另外，本研究提供結合文字、圖片及 3D 模型的學習內容，如此 學習者可搜集到更為多樣的資料並進行整理、分類、分析和組織後，對學習問題 提出解決方案。本研究提供問題討論區，讓學習者分享自己的問題解決方案，並 與同儕及教師進行互動式的討論以獲得共識。藉由這個過程引導出學習者主動學 習、解決問題及建構知識的能力。如此亦符合相關學者所提出的論點（許麗齡, 2001; 陳榮邦, 2004; 游光昭、蔡福興, 2001; Barrows, 2001; Donner & Bickley, 1993）。 二、研究限制與未來研究方向
本研究主要在探討虛擬實境結合問題導向學習與行動學習在醫學教育的應 用，但因為行動載具本身具有執行效能不足的缺點，因此本研究在建置系統時受 限於載具而只能設定基本的互動（如：旋轉），而其它較耗資源的動作（如：放
大、縮小、拖拉物件）則無法進行設定。然而虛擬實境技術隨著電腦科技的發展 而逐漸成熟，以下建議二個未來研究的方向：（一）可增加虛擬實境的互動性功 能及更友善的操作介面，如利用 Virtools 或 X3D 等軟體工具設計人體器官的組裝 及拆解等互動模式，以便學習者能更方便的觀察人體器官。（二）可發展融入性 的虛擬實境 CAVE（Cave Automatic Virtual Environment）系統，系統結合病人人體 模擬、融入式虛擬實境及視訊討論，可運用此系統於問題導向學習課程中。 參考文獻 1. 尤煌傑（2008）。PBL 與哲學：「以問題為基礎的學習」（PBL）教學法在「西 方美學理論及其批判」課程的應用。哲學與文化，35（5），109-121。 2. 江明涓、劉晃溢（2006）。Mobile e-Learning—延伸數位學習之無線行動力。 2006 年 5 月 20 日，取自經濟部工業局—數位學習產業推動與發展計畫網站 http://www.elearn.org.tw。 3. 朱經明（1999）。多媒體與身心障礙兒童。特殊教育季刊，72，10-12。 4. 李孟智、蔡嘉哲、陳進典、翁國昌、黃建寧、蘇本華等（2004）。加拿大克 馬斯特大學 PBL 課程參訪記要。醫學教育，8（2），87-91。 5. 吳明隆（2009）。結構方程模式：AMOS 的操作與應用(第二版)。五南圖書出 版股份有限公司。 6. 邱皓政 （2006）。量化研究與統計分析-SPSS 中文視窗版資料分析範例解析 (第三版)。五南圖書出版股份有限公司。 7. 陸希平、王本榮、陳家玉（2006）。問題導向學習。醫學教育，10（2），89-97。 8. 黃仁竑、游寶達（1994）。遠距教學與虛擬實境（Virtual Reality）。資訊與教 育，50，24-27。 9. 黃光雄（1999）。教學原理。師大書苑有限公司。 10. 許麗齡（2001）。問題導向學習於護理教育上的應用。護理雜誌，48（4）， 31-36。 11. 張春興、林清山（民 89）。教育心理學。東華書局。 12. 張靜嚳（民 84）。何謂建構主義。建構與教學，3 期，彰化師大科教中心。 13. 陳榮邦（2004）。問題導向數位學習在影像診斷學課程之應用。醫學教育，8 （2），135-145。 14. 梁朝雲、李恩東（1998）。虛擬實境的發展與種類。視聽教育雙月刊，40（3）， 18-26。 15. 游光昭、蔡福興（2001）。網路化問題導向式學習環境之設計。生活科技教 育，34（12），18-23。 16. 蔡哲嘉（2008）。問題導向學習法(Problem-Based Learning, PBL)之基本原則和 實務技巧。醫療品質雜誌，2（2），81-85。
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