提示策略與學習風格對國中生板塊運動擴增實境學習之影響

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(1)國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文. 指導教授：陳明溥博士. 提示策略與學習風格對國中生板塊運動擴增實境學習之影響. 研究生：郭映汝撰. 中華民國 102 年 7 月 i.

(2) 提示策略與學習風格對國中生板塊運動擴增實境學習之影響郭映汝中文摘要本研究旨在探討不同提示策略(系統控制、學習者控制)對於不同學習風格(感覺型、直覺型)之學習者以擴增實境遊戲式教材學習板塊運動概念之學習成效及學習滿意度影響。研究對象為國中八年級學習者，其樣本為新北市某國中八年級學習者共 117 人。研究採因子設計之準實驗研究，自變項包括提示策略及學習風格，提示策略分為「系統控制」及「學習者控制」；學習風格分為「感覺型」及「直覺型」。依變項則包含板塊運動課程學習成效(知識理解、知識應用)及板塊運動擴增實境遊戲式學習滿意度(學習意願、教材內容、教材連結能力、教材易用性及學習動機)。研究結果依板塊運動課程學習成效及擴增實境遊戲式學習滿意度兩個依變項，綜合歸納如下：(1)將程序性之提示策略融入擴增實境遊戲中，可提升學習者的知識理解及知識應用表現，而系統控制組的學習者在知識理解成效上，顯著優於學習者控制組的學習者；(2)在擴增實境遊戲式學習環境中，不同程序性之提示策略對於學習者的學習滿意度造成顯著影響，其中，系統控制組的學習者在學習滿意度上，顯著優於學習者控制組之學習者；(3)不同學習風格的學習者在擴增實境遊戲式學習環境中，皆抱持正向態度。. 關鍵詞：擴增實境、鷹架提示策略、學習風格、板塊運動、體驗式學習. i.

(3) Effects of Prompting Strategies and Learning Styles on Junior High School Student’s Performances in Learning Plate Tectonics Concepts. Ying-Ru Guo Abstracts The purpose of this study was to investigate the effects of different learning strategies and learning styles on junior high school students’ learning of plate tectonics in Earth Science lessons using an augmented reality game-based learning environment. Participants were four classes of eighth-grade students randomly selected. All students have used tablets before, and have basic computer skills. The results revealed that (a) the system-control prompting strategy facilitated students’ understanding of plate tectonics better than the learner control prompting strategy, (b) the system-control prompting strategiy facilitated students’ learning attitude toward the augmented reality game-based learning environment better than the learner control prompting strategy, and (c) both sensing and intuitive learning styles students showed similar positive learning attitude.. Keywords: augmented reality, prompting scaffolding strategy, learning style, plate tectonics, experiential learning. ii.

(4) 誌謝推甄放榜彷彿還是昨天的事，轉眼間兩年的碩班生活卻已接近尾聲。在求學期間，首先要感謝我的指導教授陳明溥老師，不論在課業或處事的方法與態度上，因為有您的指導，學生獲益良多，在研究期間，您亦給予學生關懷與協助，由衷的感謝您。在論文口試期間，感謝朱蕙君老師及游光昭老師百忙之中細心的審閱論文，並給予寶貴的建議，使本論文能更臻完善。另外，感謝實驗期間吳翠昭老師的全力協助，使實驗研究能順利進行。感謝 CSL 的夥伴們，和我一起分工合作互相幫忙完成實驗的偵益、在我遇到問題時給我許多建議的湘儀、常常互相討論研究的承哲、遇到困難時給予協助的燕欣、辛苦的幫忙實驗及口試的思汝、日薇、嘉鴻及邦捷、協助我在課業及研究上能更快進入狀況的靖怡、寶萱、怡帆、京翰、欣垚及裕芬、在實驗過程發生狀況時給我建議的麗君學姊、經益學長，因為有你們，研究才能順利的完成，也讓我的碩士生活中，充滿許多歡笑與感動。感謝我的好姊妹們，以琳、小 K、兔兔、瓶瓶、海線、貝貝、髂替在我遇到挫折時鼓勵我、安慰我，為我打氣加油。感謝雅綺，在人生地不熟的台北，幸好有妳陪伴，和我分享研究心得、一起為研究奮鬥打拼。感謝文良，不論發生什麼事，你總是義不容辭的給予幫忙和協助，並為我們帶來歡笑。感謝 SPE，在我遇到困難時，給予許多建議。感謝我所有的好朋友們，和我一起分享生活中的點點滴滴，讓我能暫時拋開研究的煩悶，也讓我的生活更加多采多姿。最後，感謝我的家人默默的支持我、陪伴我，在我遇到挫折時鼓勵我、安慰我，因為你們的付出與體諒，讓我能夠安心的完成學業，謝謝你們！. iii.

(5) 目錄中文摘要 ......................................................................................................................... i Abstracts ........................................................................................................................ ii 誌謝 ............................................................................................................................... iii 表目錄 ........................................................................................................................... vi 圖目錄 .......................................................................................................................... vii 第一章. 緒論 ................................................................................................................ 1. 第一節. 研究背景與動機..................................................................................... 1. 第二節. 研究目的與待答問題............................................................................. 4. 第三節. 研究範圍與限制..................................................................................... 6. 第四節. 名詞解釋................................................................................................. 9. 第二章. 文獻探討 ...................................................................................................... 12. 第一節. 地球科學教育....................................................................................... 12. 第二節. 擴增實境學習環境............................................................................... 16. 第三節. 提示策略............................................................................................... 20. 第四節. 學習風格............................................................................................... 24. 第三章. 研究方法 ...................................................................................................... 28. 第一節. 研究對象............................................................................................... 28. 第二節. 研究設計............................................................................................... 30. 第三節. 研究工具............................................................................................... 48. 第四節. 資料處理與分析................................................................................... 50. 第四章. 結果與討論 .................................................................................................. 53. 第一節. 板塊運動課程學習成效分析............................................................... 53. 第二節. 擴增實境遊戲式學習滿意度分析....................................................... 57. 第五章. 結論與建議 .................................................................................................. 63. 第一節. 結論....................................................................................................... 63 iv.

(6) 第二節. 建議....................................................................................................... 66. 參考文獻 ...................................................................................................................... 69 中文部分............................................................................................................... 69 英文部分............................................................................................................... 71 附錄一板塊運動概念先備知識測驗卷 .................................................................... 78 附錄二學習風格問卷 ................................................................................................ 83 附錄三板塊運動學習成效測驗卷 ............................................................................ 87 附錄四擴增實境遊戲式學習活動滿意度問卷 ........................................................ 92. v.

(7) 表目錄表 2-1 近年來擴增實境用於教育之相關研究表……………………………..…….18 表 3-1 教學實驗分組與個組人數分配表……………………………………..…….28 表 3-2「時空歷險記」之學習主題、學習目標與認知層次表………………………33 表 3-3 「時空歷險記」遊戲式擴增實境學習活動內容規劃表……………………37 表 3-4 板塊運動課程先備知識測驗題數分配及信度表…………………………...48 表 4-1 各組對板塊運動課程學習成效之調整後平均數、標準差與人數………….54 表 4-2 板塊運動概念課程分項成效表現之共變量矩陣等式的 BOX 檢定...……...54 表 4-3 各組對板塊運動課程學習成效分項表現之多因子多變量共變數分析摘要………………………………………………………………………………...55 表 4-4 板塊運動概念課程學習成效分析結果摘要…………..…………………….56 表 4-5 各組對學習意願、教材內容、連結能力、遊戲易用性及學習動機之調整後平均數、標準差與人數………………………………………………………….57 表 4-6 板塊運動概念課程分項成效表現之共變量矩陣等式的 BOX 檢定…..…….59 表 4-7 擴增實境遊戲式學習態度分項表現之多變量檢定………………………...60 表 4-8 各組對學習意願、教材內容、連結能力、遊戲易用性及學習動機表現之多因子多變量共變數分析摘要……………………………………………..…….61 表 4-9 擴增實境遊戲式學習態度分析結果摘要………………………………..….62. vi.

(8) 圖目錄圖 3-1 提示策略擴增實境遊戲學習活動與學習風格之研究設計架構圖 .............. 30 圖 3-2 板塊運動課程知識內容架構圖 ...................................................................... 32 圖 3-3 UNITY 3D 遊戲引擎介面圖 .............................................................................. 34 圖 3-4 UNITY 3D 程式編寫介面圖 .............................................................................. 35 圖 3-5 融入學習內容及體驗式學習階段之遊戲架構圖 .......................................... 36 圖 3-6 上次進度讓學習者迅速投入情境、連貫各週內容 ...................................... 38 圖 3-7 學習者依照指示進行操作任務 ...................................................................... 39 圖 3-8 學習者透過操作，體驗板塊交界處的變化 .................................................. 40 圖 3-9 遊戲式學習活動流程圖 .................................................................................. 41 圖 3-10 學習者進行「時空歷險記」擴增實境學習活動 ........................................ 42 圖 3-11 系統控制組：直接給予學習者提示 ............................................................ 43 圖 3-12 學習者控制組：學習者執行任務有困難時，自行點選按鈕取得提示 .... 44 圖 3-13 體驗式學習－具體經驗：透過實際操作與知識概念結合，得到經驗 .... 45 圖 3-14 體驗式學習－反思觀察：非玩家角色給予學習者改正性回饋，促使學習者反思所習得之學習經驗................................................................................... 45 圖 3-15 體驗式學習－抽象概念：透過選擇題測驗是否習得學習任務隱含之板塊運動概念............................................................................................................... 46 圖 3-16 體驗式學習－主動驗證：學習者運用所習得概念完成相似或使用相關概念之學習任務以驗證自己是否確實了解板塊運動概念................................... 47 圖 3-17 板塊運動課程概念成效表現分析流程圖 .................................................... 50 圖 3-18 板塊運動課程概念成效表現分析流程圖 ..................................................... 52. vii.

(9) 第一章. 緒論. 本章主要針對研究背景與動機、研究目的與代答問題、研究範圍與限制及名詞解釋進行說明。. 第一節研究背景與動機地球科學(Earth Sciences)是一門研究地球及其周圍環境的科學，其範圍包含地球內部、地表陸地與海洋、大氣及太空等的組成、結構、分佈規律、相互關係及其發展變化。因此，學習地球科學便是去學習了解我們生活周遭的環境。近年來，由於全球氣候及環境的變遷，地球上許多發生的重大主題之名詞，透過媒體頻繁地出現並影響我們的生活，因此，我們應該多去了解這些自然現象對生活所造成的衝擊和影響(林美馨、張俊彥、林佳旻，2012；Occhipinti, 2013)。目前地球科學教育課堂上主要採老師講述、學習者聽講的方式進行，然而此方法主要以教師為中心，陳述相關知識理論，學習者處於被動接收聽講內容、被動學習狀態，這樣的學習方式，學習者對課堂參與往往有限。且地球科學是一門整合及應用性的課程，結合許多物理、化學及生物的概念，雖然圍繞在我們身活週遭，但許多地質作用不易觀察、反應時間也長，因此，傳統教學的講述方式，往往使學習者在學習時感到困惑。另外，「板塊構造學說」在地球科學領域中扮演極為重要的角色，許多生活環境中所發生的地質現象如：地震、海嘯、火山爆發等，透過對板塊構造與運動的了解，可得到一完整而合理的說明(賴韻如，2008)。然而學習者在學習上常因無法實際看到地球內部構造、地球內部地質作用及作用時間較長無法立即感覺到差異等而感到學習困難，甚至對板塊構造與運動的一些相關名詞，因為無法觀察到而產生迷思概念。因此本研究以板塊運動為學習內容，希望找出更有助於改善傳統教學缺點之方法，以有效解決當前學習者學習板塊運動課程之問題。 1.

(10) 為了讓學習者能更容易了解板塊運動課程內容，在教材設計上，必須能協助學習者在學習時能夠想像、甚至可看到實際的過程。而研究指出，擴增實境是一種新型態的學習工具，將其應用於教育可提供互動性、知覺回饋、空間關聯性及學習的新奇感(Kikuo, Hideaki, Tomotsugu, 2005)。Billinghurst (2002)指出，藉由擴增實境所提供的不同經驗，如：(1)支援真實環境與虛擬環境之間的無縫互動；(2) 透過運用形象化介面操作物體；(3)能在真實與虛擬的環境中流暢的變換，使其特別在教育領域更有價值。而隨著科技的發展，擴增實境已成為教育和娛樂的重要媒介(Lee, Nelles, Billinghurst, & Kim, 2004)。擴增實境並不只是輔助學習，透過高互動性及不同於以往的教材呈現方式能引起學習者動機、提升學習者學習興趣，使其能沉浸於學習內容中，並達到較好的學習效益。研究顯示，目前擴增實境在教育上的應用大多以遊戲的方式進行。而遊戲被視為具有潛力的學習工具是因為其能協助教學者達成下列目標 (Gee, 2003; Charles & McAlister, 2004; Holland, Jenkins, & Squire, 2003)：(1)使學習者可透過實際操作、行動學習知識，而不需依賴老師講解說明；(2)讓學習者在學習時透過遊戲能增加學習動機及滿足感；(3)能滿足所有學習風格及技能之學習者；(4)讓學習者透過遊戲能強化及精熟技巧；和(5)提供給學習者與他人互動和做決策的情境。然而，亦有許多研究之結果顯示遊戲雖能提升學習者的學習動機，但是卻無法有效地改善學習者的學習成效(Harris, 2001; Hays, 2005; Ke & Grabowski,2007; Ke, 2008)。其原因可能為以往的許多研究都只針對遊戲的娛樂性去吸引學習者，卻忽略在遊戲歷程中整合教學策略和學習內容，因而造成學習成效不彰 (Egenfeldt-Nielsen, 2007)。因此，如何使學習者在遊戲過程中的娛樂成分及學習內容達到最大的效益，仍有待研究及討論。而根據過往的研究，在學習者學習的過程中，若能透過鷹架策略能輔助學習者學習，使其在學習活動中有更多互動的機會，直到學習者能夠自行學習，具有發揮與提高學習成效之效用(Tharp & Gallimore, 1991)。Hill及Hannafin (2001)指出程序鷹架對學習目標的明確要求，能使學習者將焦點放在任務本身，並著重於學 2.

(11) 習之過程而非結果，可有效降低學習者之認知負載。而提示策略為鷹架策略之一，當學習者在學習過程遇到困難時，主動給予步驟提示，可讓學習者藉由引導，逐漸能夠發展出獨立解決問題之能力。另外，不同學習風格之學習者，在同一種學習環境下，所展現出的學習成效不同。許多研究討論媒體對於學習風格的影響，亦有許多人希望教育能夠符合個人的學習需求，然而這樣的教育方式是否能有效的影響學習，仍取決於學習者對於需求程度的評估和教學者提供的教學品質(Dede, 2005)。而研究人員認為，使用擴增實境技術所創造出的教學和學習環境，有巨大的潛在影響力和眾多利益 (Billinghurst, 2002; Cooperstock, 2001; Klopfer & Squire, 2008; Shelton & Hedley, 2002)，且能創造出一個適合所有學習風格的學習環境 (Classroom Learning with AR, 2010)。綜合上述，本研究欲探討國中二年級學習者，使用擴增實境體驗式遊戲學習環境，結合提示策略(系統控制、學習者控制)及學習風格(感覺型、直覺型)，對於地球科學板塊運動概念單元之學習成效及學習滿意度之影響，透過有別於以往的教學方式及環境來提升學習者之學習滿意度及成效。. 3.

(12) 第二節研究目的與待答問題本研究旨在藉由教學實驗驗證給予不同提示策略之體驗式學習模式與擴增實境教育遊戲實施於板塊運動概念學習的可行性，並探討對於不同學習風格之學習者（感覺型、直覺型）與給予不同提示策略（系統控制、學習者控制）並融入體驗式學習階段及擴增實境之教育遊戲，對國民中學八年級學習者板塊運動概念學習之影響。期望透過不同提示策略能幫助學習者學習、增進學習者學習板塊運動課程之學習成效及學習滿意度，提供未來遊戲教學與課程發展研究之參考。本研究之研究目的與待答問題分述如下：. 壹、研究目的本研究之研究目的有二：一、探討在擴增實境學習環境下，使用不同提示策略(系統控制、學習者控制)及學習者之學習風格(感覺型、直覺型)對國中八年級學習者在板塊運動概念之學習成效(知識理解、知識應用)影響。二、使用不同提示策略(系統控制、學習者控制)及學習者之學習風格(感覺型、直覺型)對國中八年級學習者在進行板塊運動擴增實境學習活動之學習滿意度 (學習意願、教材內容、連結能力、遊戲易用性、學習動機)影響。. 貳、待答問題針對研究目的，本研究提出之待答問題如下：一、透過由學習者控制之提示策略，對於不同學習風格（感覺型、直覺型）之學習者在板塊運動擴增實境遊戲式學習之成效上，是否優於由系統控制之提示策略？二、藉由給予不同提示策略（系統控制、學習者控制），是否能讓學習者在使用擴增實境遊戲式學習教材進行學習活動時，有較正向之學習滿意度？ 4.

(13) 三、不同學習風格（感覺型、直覺型）之學習者，透過使用擴增實境遊戲式學習教材學習板塊運動課程，是否皆能抱持正向之學習滿意度？. 5.

(14) 第三節研究範圍與限制本研究為配合教學活動之設計與進行，分別在研究對象、教學內容與評量、教學時間與環境上做以下之研究範圍與限制。. 壹、研究對象本研究之研究對象為國中八年級學習者，具備基本使用平板電腦操作技能，並於國小學習過板塊運動基本概念之相關課程，因此具有板塊運動之基礎概念，能了解常見相關名詞如：板塊、地震等。研究對象均符合國民小學及國民中學常態編班及分組學習準則之規定，屬常態編班。另外，而在實驗中發現許多學習者雖已具備基本使用平板電腦之操作技能，但對於擴增實境的操作方式並不熟悉；此外，本研究使用由 Felder & Soloman (2007)所提出之學習風格問卷量表，針對感覺型及直覺型之量表分數，將學習者分為兩組，分數大於 0 者為感覺型，小於 0 者為直覺型，然而每個人皆可能同時擁有一種以上之學習風格，因此學習者本身特質並未完全相同，而本研究推論的範圍僅限於相似情形之研究對象。. 貳、教學內容本研究之教學內容為研究者自編之板塊運動課程，內容範疇包含「地球內部構造」、「板塊運動相關學說」、「不同邊界的板塊運動」等三個板塊運動相關概念。考慮到學習者的學習時間及程度，本研究以認識板塊運動單元之相關概念為教學重點，屬於知識理解向度較多，至於是否能增進學習者對於學習其他由板塊運動所延伸出的相關知識如地震、火山、岩石礦物之能力，均不做深入的探究及討論。. 叁、學習方式本研究之教學實驗活動採用擴增實境結合體驗式學習及不同提示策略(系統 6.

(15) 控制、學習者控制)之角色扮演教育遊戲，學習者藉由與遊戲中非玩家角色 (Non-player character, NPC)互動、對話，得到相關知識內容，並透過於平板電腦上的實際操作進行體驗及應用。由於遊戲中所有任務的進行、學習進度皆由學習者自行控制，有別於傳統由老師所控制之講授方式，因此，研究結果之解釋及推論，僅限於同以學習者自行操控學習進度之學習方式。. 肆、教學時間與環境為配合參與實驗樣本班級之課程進度及時間，本研究之教學實驗時間為每週一節課 45 分鐘，為期四週，共 180 分鐘。因教學時間較短，因此本研究之研究結果僅針對短期板塊運動擴增實境遊戲式學習活動教材之學習成效及學習滿意度做推論。教學實驗環境為新北市某國中校內，為方便實驗進行，地點為參與樣本之班級生活科技課程所使用之電腦教室，提供教師授課使用之電腦、麥克風及廣播系統，亦提供學習者每人一台電腦，以進行線上測驗及問卷的填答，另由研究者自行攜帶 20 台平板電腦供學習者兩人一台輪流使用。所有學習活動皆於電腦教室中進行，與一般教室中之傳統講授課程上課教室不同，故研究結果推論需考慮此差異。. 伍、評量方法本研究之教學評量有「學習風格問卷量表」、「板塊運動先備知識測驗」、「板塊運動學習成效測驗」、「板塊運動擴增實境遊戲式學習活動態度問卷」等四種，皆以線上方式進行。「學習風格問卷量表」採 Felder 及 Soloman (1991)之 ILS (Index of Learning Style)量表，每個題目皆有 a, b 兩個選項，分別代表面向中相對立之兩學習風格，學習者選擇較喜歡的學習方式或最能符合自己學習情形之選項。「板塊運動先備知識測驗」及「板塊運動學習成效測驗」皆為研究者參考台中市立惠文高中國中部曹佑民老師所彙整之教材自編而成的測驗卷，測驗之選擇題皆為四選一之單選題，「板塊運動學習成效測驗」多增加問答題，用以提升 7.

(16) 鑑別度。「板塊運動擴增實境遊戲式學習活動態度問卷」則參考翁凱昕(2005)。「線上遊戲式學習對創造力之影響」中之「學習滿意度問卷」加以改編而成，問卷採李克式五點量表，每題皆有 5 個選項，1 代表非常不同意、2 代表不同意、3 代表部分同意、4 代表同意、5 代表非常同意，由學習者自行選擇最能表示自己意向或狀態的選項。由於本研究僅以線上填答測驗及問卷等方式蒐集學習者學習成效及學習滿意度之資料，因此研究結果僅能推論至類似的評量方法，無法過度推論至以實作評量、實地觀察等方式獲得之結果。. 8.

(17) 第四節名詞解釋本研究之重要名詞，分別說明如下：壹、提示策略提示策略為在學習者學習過程中感到困難時，教學者提供學習者引導及輔助的一種鷹架。本研究使用之提示策略為程序性提示策略，分為「系統控制」與「學習者控制」兩種。「系統控制」指學習者執行每一個遊戲任務關卡時，由系統主動提供學習者操作步驟，引導學習者透過操作指示，依序完成任務；「學習者控制」則是由學習者自行控制是否需要提示，在執行每一個任務關卡時，系統不主動提供操作步驟提示，而是告知學習者若對於操作過程或如何進行任務有疑問或困難，可自行點選步驟說明鈕以觀看提示。. 貳、學習風格學習風格指每個人在學習時所偏好的方式。本研究之學習風格使用 Felder & Soloman (1999)提出之「Index of Learning Styles」學習風格問卷測量學習者學習時的風格偏好，共有「主動(Active) – 反思(Reflective)」、「感覺(Sensing) - 直覺 (Intuitive)」、「視覺(Visual) - 口語(Verbal)」和「循序(Sequential) - 整體(Global)」四個向度，各向度得分總和代表學習者該向度之學習風格。另外，由於感覺型 (Sensing)學習者主要藉由感官途徑來觀察、察覺，喜歡事實、喜歡透過完善的方法及步驟來解決問題，且不喜歡和真實世界沒有明顯連結的課程；而直覺型 (Intuitive)學習者，主要在本身無特別意識之情況下進行學習，喜歡想像、創新，不喜歡不需思考且多為記憶性及規律計算的課程。而本實驗採用擴增實境之技術提供學習者在視覺及互動上的輔助學習，結合提示之策略給予學習者完善的方法步驟及思考空間。因此，基於實驗考量，本研究僅針對「感覺 – 直覺」面向進行探討。. 9.

(18) 參、擴增實境擴增實境(Augmented Reality)指一種能將虛擬物件或資訊藉由疊加方式，使其能顯示於定義的位置或符號上，與現實生活環境結合的技術。目前對於擴增實境的定義包含：(1)由 Azuma(1997)所提出擴增實境必須能同時包含三種屬性：結合真實與虛擬、提供即時性的互動及必須在三度空間內； (2) 由 Paul Milgram 和 Fumio Kishino 於 1994 年所提出的 Milgram's Reality-Virtuality Continuum。他們將真實環境和虛擬環境分別作為兩端，位於它們中間的被稱為「混合實境（Mixed Reality）」。其中靠近真實環境的是擴增實境（Augmented Reality），靠近虛擬環境的則是擴增虛境（Augmented Virtuality）。根據以上定義，本研究使用之板塊運動擴增實境遊戲式學習活動教材包含：(1)將模擬之板塊運動模型呈現於真實世界中；(2)透過遊戲故事背景與現實環境結合；(3)讓學習者透過與模型之互動來學習。. 肆、板塊運動課程學習成效板塊運動課程學習成效泛指學習者對板塊運動課程概念學習之理解與應用。本研究之「學習成效」係指經由實驗教學後學習者在板塊運動課程概念的學習成效，測驗內容以「板塊運動概念課程」的教學內容為範圍，測驗面向依據認識能力層次之不同，分為「知識理解」及「知識應用」兩面向。「知識理解」指學習者能理解板塊運動課程的基本概念，主要用來測量學習者於記憶、理解層次中的認知能力；「知識應用」指學習者有能將板塊運動課程應用於不同情境中的能力，主要用來測量學習者在應用、分析層次的認知能力。因此，本研究對象之板塊運動概念學習成效依據板塊運動概念學習成效測驗進行評估，各面向所得之分數越高，表示學習者在板塊運動概念的學習表現越好，反之，所得分數越低，表示學習者在板塊運動概念的學習表現越差。. 10.

(19) 伍、擴增實境遊戲式學習滿意度本研究之「學習滿意度」係指學習者在板塊運動概念學習活動後，對於使用擴增實境遊戲式學習的感受與看法。使用之學習滿意度問卷，改編自翁凱昕(2005) 發表的「線上遊戲式學習對創造力之影響」中的「學習滿意度問卷」，保留原本的四個向度並新增「學習動機」一個向度，並加以修改而成，因此擴增實境遊戲式學習滿意度分別為「學習意願」、「教材內容」、「教材連結能力」、「教材易用性」、與「學習動機」等五個向度。「學習意願」指學習者在經歷板塊運動概念學習活動後，對於課程之學習意願；而「教材內容」是指學習者在板塊運動概念學習活動後，對於課程之教材內容是否滿意；「教材連結能力」則指學習者進行板塊運動概念學習活動後，對於所學概念與相似情境之連結能力；「教材易用性」向度，則是指學習者在板塊運動概念學習活動後，對於課程學習方式和學習工具使用上之滿意程度；「學習動機」係指學習者在進行板塊運動概念之學習活動後，對於該課程的興趣及喜好程度。量表各項度之平均分數越高，則表示經歷板塊運動概念課程後，學習者對於該向度之感受越好，反之，平均分數越低則表示該項度之感受越差。. 11.

(20) 第二章. 文獻探討. 本研究旨在探討不同提示策略(系統控制、學習者控制)與學習風格(感覺型、直覺型)對國中八年級學習者板塊運動概念學習成效及擴增實境遊戲式學習滿意度之影響。本章首先分析地球科學教育的意義及地球科學教育上所遇到的問題，接著探討擴增實境學習環境的範疇及其在教學上的應用，並探究提示策略與學習風格對學習者之學習成效及學習滿意度之影響。以下將分別就「地球科學教育學習」、「擴增實境學習環境」、「提示策略」及「學習風格」之相關文獻進行歸納與整理。. 第一節地球科學教育本章節首先就地球科學學習與教學意義進行探討，了解地球科學教育之必要性與重要性，再進一步探討地球科學的教學困境。. 壹、地球科學學習與教學意義地球科學(Earth Sciences)指的是有關於地球及其周圍環境的科學。傳統上，地球科學包含地球內部、地表陸地與海洋、大氣及太空等的組成、結構、分佈規律、相互關係及其發展變化。因此，學習地球科學便是去學習了解我們生活周遭的環境。近年來，由於全球氣候及環境的變遷，地球上許多發生的重大主題之名詞，透過媒體頻繁地出現並影響我們的生活，因此對於這些重大事件發生的原因、過程及其所造成的影響，有深入了解及討論的必要性(林美馨、張俊彥、林佳旻， 2012；Occhipinti, 2013)。根據教育部(2003)國民中小學九年一貫課程綱要—自然與生活科技學習領域中，已包含許多地球科學領域之相關教材要點，如：生物的多樣性、地球和太空、岩石、水和大氣、地表與地殼的變動、天氣變化、晝夜與四季…等，由此可知對 12.

(21) 於中、小學學習者而言，地球科學相當重要。. 貳、地球科學的教學困境目前地球科學教育課堂上主要採老師講述、學習者聽講的方式進行，然而此方法主要以教師為中心，陳述相關知識理論，學習者處於被動接收聽講內容、被動學習狀態，這樣的學習方式，學習者對課堂參與往往有限。另外，在學習科學概念時，學習者可能產生學習困難，據研究學習困難可能來自於(邱美紅，2000)： 1. 個人經驗影響：因個人學習風格不一，以講述為主的教學方式並非對所有學習者皆能達到相同效果。 2. 概念過於抽象：在學習的概念中，有許多屬於表徵性、概念性的符號，讓學習者無法理解。 3. 概念本身較複雜：大部分科學概念皆為一連串複雜的關係，學習者對於這些關係的交互作用、影響等難以理解。 4. 屬於較微觀之概念：概念本身或反應較微小以至不易觀察之概念，如：地質學、光學、粒子學等。而地球科學是一門整合及應用性的課程，結合許多物理、化學及生物的概念，雖然圍繞在我們身活週遭，但許多地質作用不易觀察、反應時間也長，因此，傳統教學的講述方式，往往使學習者在學習時感到困惑。據研究，國內學習者在「天氣變化」、「組成地球的物質」、「地球運動」、「地球與太空」、「晝夜與四季」、「地表與地殼的變動」、「氣團、氣象」等單元主題中存在迷思概念(陳淑筠，2002)。特別是板塊運動單元，因其位於地球內部相當遙遠，學習者就會對其產生許多想法卻又看不到現象，據研究指出學習者在學習板塊運動時容易遭遇到以下困難(Ault, 1984；Gobert & Clement, 1999； Gobert, 2000；張宏嘉，2006；賴韻如，2008)： 1. 學習者無法看到地球內部層狀結構，如：地核、地函、岩石圈、軟流圈等，因此需透過想像來理解，故學習者對此空間上的結構概念，像大小尺度等較 13.

(22) 缺乏。 2. 學習者難以理解熱與對流間之交互作用和對流與板塊運動間交互作用之影響，如：熱對流上升處板塊張裂、熱對流下沉處板塊聚合等。 3. 學習者對於地質作用時間尺度較長，如：板塊構造運動、造山運動等概念感到困難。另外，亦有研究指出，許多學習者對地球內部構造亦有迷思概念，如認為「地球內部是均勻的」、「地球內部充滿了岩漿」及「地表的岩漿是由地球中心噴出的」等，而據研究，學習者對於板塊構造與運動存亦有迷思概念，包括(Marques & Thompson, 1997；Sibley, 2005；Ford & Taylor, 2006)： 1. 對板塊範圍界定錯誤及構成板塊的成分認知錯誤，如：認為板塊邊界範圍就是海岸線、所有板塊皆是由岩漿冷卻組成的等。 2. 認為板塊的運動受到地球外部力量的影響及對大陸地殼與海洋地殼的產生與消失觀念認知錯誤。 3. 對中洋脊的成因不能清楚了解，將之用陸地上可以見到的地質現象，如：造山運動做解釋。綜合上述地球科學之學習困難及迷思概念，學習者在學習地球科學上常因無法實際看到地球內部構造、地球內部地質作用及作用時間較長無法立即感覺到差異等而感到學習困難，甚至對板塊構造與運動的一些相關名詞，因為無法觀察到而產生迷思概念。因此在課程的規劃與安排上，必須著重於如何讓學習者能更容易了解板塊運動課程內容，並協助學習者在學習時能夠想像、甚至可看到實際的過程，因此若使用擴增實境技術輔助教學，藉由擴增實境在真實環境中將虛擬物件或資訊(如：板塊、地球結構…等)融入並呈現及透過即時的互動(如：學習者自行操作虛擬之板塊模型，使板塊碰撞，同時並觀察板塊碰撞時所出現的反應)，讓學習者透過教材的輔助，能更加清楚了解，可能有助於地球科學板塊運動單元之學習。然而，研究指出地球科學專科教室設備和多媒體教學器材方面普遍不足(李文旗，2010)，所以發展編輯出板塊運動教材輔助學習有其必要性。 14.

(23) 因此，本研究欲採用擴增實境遊戲式學習教材，在真實環境中結合虛擬資訊，讓學習者透過模擬，能更清楚瞭解板塊運動相關知識，並透過不同提示策略(系統控制、學習者控制)，期能給予不同學習風格(感覺型、直覺型)之學習者在學習上的輔助，最終達到有效提升學習者學習地球科學板塊運動單元概念之學習成效和學習滿意度。. 15.

(24) 第二節擴增實境學習環境本節討論現今擴增實境學習環境應用於教育上之情形，分別就「擴增實境學習環境之範疇」及「擴增實境在教育上的應用」兩個面向，針對擴增實境學習之意義、教育意涵以及對學習的影響進行探討。. 壹、擴增實境的範疇擴增實境(Augmented Reality, AR)是一種從虛擬實境(Virtual Reality, VR)延伸而出的技術。然而，不同於虛擬實境，擴增實境著重於將虛擬資訊融入於現實生活中，建構出虛實整合的環境，藉此將虛擬訊息呈現給使用者(Billinghurst, 2002)。簡單來說，擴增實境是一種能在現實生活中增加虛擬物件或資訊的技術(El Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011)。 Milgram 和 Kishino (1994) 提出 Milgram's Reality-Virtuality Continuum，認為真實-虛擬是一種連續的概念，位於它們中間的被稱為「混合實境（Mixed Reality）」，而其中靠近真實環境的是擴增實境（Augmented Reality），靠近虛擬環境的則是擴增虛境（Augmented Virtuality）。擴增實境並非將使用者置於虛擬的世界，而是透過技術將虛擬資訊藉由疊加方式，使其能顯示於定義的位置或符號上，與現實生活環境結合，並將真實環境擴充。1997 年 Ronald Azuma 定義出擴增實境應包括三個方面的內容；(1) 將虛擬與現實結合 (Combines real and virtual)；(2) 具即時性的互動 (Interactive in real time)；(3) 呈現於 3 維空間中 (Registered in 3-D)，由此可知擴增實境能同時擁有真實、互動、空間的性質。. 貳、擴增實境在教學上的應用擴增實境可應用在不同領域如：醫療、硬體安裝與維修、教育、娛樂、定位相關技術、軍事、遊戲應用程式…等(El Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011)。隨著科 16.

(25) 技的發展，擴增實境已成為教育和娛樂的重要媒介(Lee, Nelles, Billinghurst, & Kim, 2004)。Billinghurst (2002)指出，藉由擴增實境所提供的不同經驗，如：(1) 支援真實環境與虛擬環境之間的無縫互動；(2)透過運用形象化介面操作物體；(3) 能在真實與虛擬的環境中流暢的變換，使其特別在教育領域更有價值。另外，亦有研究顯示，擴增實境用於教育有以下好處(Woods, Billinghurst, Looser, Aldridge, Brown, Garrie, & Nelles, 2004)：(1)學習者喜愛使用這樣的教材並感到興奮；(2)能讓學習者發揮出更好的空間觀念；(3)容易了解需長時間作用的概念之事；(4)能呈現出立體模型並可直接操作互動；(5)學習者能自然而然地在學習中改變先備知識。而擴增實境技術所創造出的教學和學習環境，有巨大的潛在影響力和眾多利益(Cooperstock, 2001; Billinghurst, 2002; Shelton & Hedley, 2002; Klopfer & Squire, 2008)，如：(1)透過不同的角度，能給予學習者在探索課程的過程中融入、模擬及動機(Kerawalla, Luckin, Selijefot, & Woolard, 2006)；(2)當學習內容為學習者無法直接取得之真實世界中的經驗時(如：地質學、天文學)，能給予學習者協助 (Shelton & Hedley, 2002)；(3)加強學習者和教師之間的合作(Billinghurst, 2002)；(4) 培養學習者的創造力及想像力(Klopfer & Yoon, 2004)；(5)幫助學習者依據自己的節奏和步調，掌握自己的學習(Hamilton & Olenewa, 2010)；(6)能創造出一個適合所有學習風格的學習環境 (Classroom Learning with AR, 2010)。因此，越來越多研究將擴增實境應用於教育中，以輔助學習者學習提升學習成效。以下就近年來擴增實境應用於教育的研究作整理，並將結果摘要如表 2-1，以瞭解相關研究之發現與發展。. 17.

(26) 表 2-1 近年來擴增實境用於教育之相關研究表作者. 主題. 研究結果摘要. Yamaguchi, & Yoshikawa(2013). 光學. 以擴增實境建置光學系統，學習者透過由 marker 所建置之形象化介面及實際操作，可讓學習者更快速並正確的學習光學元件的架設及作用。. Kamarainen, Metcalf, Grotzer, Browne, Mazzuca, Tutwiler, & Dede(2013). 生態系統 1. 學習者透過擴增實境之系統呈現池塘環境科學-水質之相關訊息，學習者觀察並進行水質測量。測量 2. 老師回饋及學習者問卷結果顯示使用擴增實境進行教學活動有相當助益。. Lin, Duh, Li, Wang, & Tsai(2013). 彈性碰撞. 使用擴增實境系統進行模擬彈性碰撞學習之學習者學習成效顯著優於使用傳統 2D 模擬系統之學習者。. Fonseca, Martí, Redondo, Navarro, & Sánchez(2013). 建築工程. 透過擴增實境以合作方式讓學習者藉由技術可以達到更高的參與及進步，而研究結果顯示使用擴增實境結合行動設備於學習環境和學業成就有高度顯著的相關性。. Salvador-Herranz, Pérez-López, Ortega, Soto, Alcañiz, Contero(2013). 自然與社主要透過結合模型及動畫幫助學習者學習複會雜概念，結果顯示使用擴增實境能提升學習者學習之主動性及成效。. 資料來源：研究者自行整理. 綜合以上擴增實境應用於教育的相關研究結果可知，擴增實境在教育上有以下好處： 1. 透過模擬將抽象之物體或概念形象化：在較為抽象之學習概念上，可以透過將虛擬物件形象化，讓學習者透過具體模擬出的物件，可以更容易理解學習內容。 2. 實際操作之互動：運用擴增實境之互動性進行學習活動如模擬、動畫、實際操作等，可以讓學習者主動參與並投入課程之學習活動，進而提升學習者之學習成效。然而，擴增實境並不只是輔助學習，透過擴增實境能讓互動和介面變得更具 18.

(27) 親和力，增加課程中學習者之間或學習者與虛擬資訊的互動，不同於以往的教材呈現方式，給予學習者新奇的視覺效果及簡單直覺的互動性，並透過新鮮、有趣的方式，引起學習動機、提升學習者學習興趣，使學習者能沉浸於學習內容中，並達到較好的學習效益。. 19.

(28) 第三節提示策略鷹架學習理論為 Wood、Bruner 與 Ross (1976)將 Vygotsky (1978)的社會認知發展論，發展延伸而出。鷹架主要為一種暫時性的支架，以協助引導學習者學習能力的發展，而提示策略之概念則由鷹架學習理論當中發展而出，本節就提示策略定義、提示策略在學習成效與學習滿意度之影響分別進行討論。. 壹、提示策略定義鷹架學習理論又稱為支架式教學(instructional scaffolding)，指學習者在學習一項新的概念或技能時，透過提供足夠的支援來提升學習者學習能力的教學準備。為 1976 年 Wood、Bruner 與 Ross 將 Vygotsky (1978)所提出社會認知發展論中的近側發展區之概念延伸而得。而鷹架所給予學習者的學習支援，可幫助其發展學習的能力，進而使其最終能自行完成學習的工作。Wood、Bruner 與 Ross 亦整理出六種鷹架在學習上所能提供的支援：(1) 引發學習者參與；(2) 指出所欲學習事物的關鍵特徵；(3) 示範；(4) 減輕學習時的負擔；(5) 進行學習活動方向管理； (6) 掌控學習過程挫折。由此可知，學習者在學習的歷程中，可透過鷹架給予適當的支持，促進其將學習過程所得之經驗內化。然而鷹架看似具體物，但在教學上卻是一無形的支架，能否發揮實際教學效用，取決於教師的教學策略。有研究者彙整出以下十一種鷹架教學策略，分別為 (陳定邦，2003)：一、直接教學(Instructing)：以老師為中心，且隨時控管學習者的進步情形同時並給予適當的教學與指導。二、討論(Discussion)：以學習者為中心，由老師給予問題，經由學習者間討論後，得到階段性的結論以及支持此結論之依據。三、示範(Modeling)：由一演練範例讓學習者可以觀摩及學習，同時透過示範方式，能夠幫助學習者觀察專家的思考過程或解決問題的方式，以反思學習者 20.

(29) 本身之認知結構，進而改善其學習成效。四、練習(Practicing)：把某種行為動作或教材，反覆進行演練，以養成機械的正確反應。五、提問(Questioning)：在學習者面對問題時，引導學習者一層層提問，協助其找出核心問題並提出解決之策略。六、線索(Cueing)：學習者進行學習探究時，給予線索幫助其邏輯思考。七、提示(Prompying)：教學者透過引導之學習內容，給予學習者相關之知識、關鍵字，協助其進行批判思考、解決問題。八、澄清(Clarification)：協助學習者察覺並確定自己或他人的價值，使其在面對問題時，能有很明確的看法，且能尋求較為合理的解決方法。九、回饋(Feedback)：在學習者進行學習內容時，由學習者作答之回應，給予反映其能力表現之資訊，如：相關知識內容，以協助學員作進一步的改善。十、嘗試錯誤(Trying and Error)：以學習者為中心，讓學習者直接進行問題解決，由碰到問題、解決問題之過程中成長，在錯誤中學習。十一、鼓勵與讚美(Encouraging and Admiring)：學習者在進行學習時，老師給予適當的鼓勵與讚美以提升學習者自信心，使其對於科目之學習興趣、動機提升。由上述可知，提示策略為鷹架策略之一，當學習者在學習過程遇到困難時，主動給予步驟或提示，讓學習者藉由引導，逐漸能夠發展出獨立解決問題之能力。而透過鷹架策略輔助學習者進行學習任務，能使學習活動過程中有更多能與學習者互動之機會，若使用資訊科技融入教學活動中，則不僅可以提供圖畫、動畫、文字等視覺上之媒介，亦可提供聽覺、觸覺等互動，透過具有互動的特性，可培養學習者主動參與學習之目標。因此，本研究期望透過使用科技，如：遊戲、平板電腦及擴增時境等技術，結合提示策略期能協助學習者建構完整之知識概念，促進其學習滿意度達提升學習成效之目的。. 21.

(30) 貳、提示策略對學習成效與學習滿意度之影響提示策略主要為在學習者學習遇到困難時，適時透過鷹架給予學習者指引，讓學習者能藉由引導之協助解決學習上的問題，並透過不斷累積、修正，以增進學習效果之策略。Hill 及 Hannafin (2001)指出程序鷹架對學習目標的明確要求，能使學習者將焦點放在任務本身，並著重於學習之過程而非結果，可有效降低學習者之認知負載。而在教育遊戲情境中，程序鷹架以步驟性引導的方式，幫助學習者在遊戲情境中進行瀏覽、檢索，使用及獲取資源或執行某些任務(Azevedo, Verona, & Cromley, 2001)。因此，在教學過程中，可適時放入不同種類之鷹架，幫助學習者能夠順利將複雜的任務簡單化，然而對學習而言，還是必須要符合學習內容和學習者特性，才能對學習成效達到相當的助益。因此，本研究在以板塊構造運動的擴增實境遊戲式學習課程下，採用提供步驟提示的方式，期能透過系統直接給予提示引導及學習者在操作過程遇到困難尋求協助時給予提示引導兩種方式，能夠達到提升學習的效果。. 參、提示策略於擴增實境學習環境之應用研究指出，目前擴增實境在教育上的應用大多以遊戲的方式進行。而遊戲被視為具有潛力的學習工具是因為其能協助教學者達成下列目標 (Gee, 2003; Charles & McAlister, 2004; Holland, Jenkins, & Squire, 2003)：(1)使學習者可透過實際操作、行動學習知識，而不需依賴老師講解說明；(2)讓學習者在學習時透過遊戲能增加學習動機及滿足感；(3)能滿足所有學習風格及技能之學習者；(4)讓學習者透過遊戲能強化及精熟技巧；和(5)提供給學習者與他人互動和做決策的情境。遊戲式學習模式最早起於 Csikszentmihalyi 於 1975 年所提出之沉浸理論(Flow)，他指出若在進行學習活動時，可以完全投入於情境中，忽略身邊所有不相關的人事物，即進入沈浸狀態，若能使學習者進行學習活動時處於此狀態當中，則其學習成效與學習滿意度必定會有相當正向之表現。因此，Garris、Ahlers 與 Driskell 22.

(31) (2002)提出了遊戲式學習模式，強調讓遊戲設計者瞭解學習者學習行為模式及學習過程，而其最大目的在於設計一學習環境使學習者能夠沈浸於學習當中，同時期望學習者能在學習過程中得到最佳的學習經歷，達到學習成效，並建立深層而有意義的學習經驗(Aldrich, 2004; Gee, 2003; Shaffer, 2006)。然而，亦有許多研究之結果顯示遊戲雖能提升學習者的學習動機，但是卻無法有效地改善學習者的學習成效(Harris, 2001; Hays, 2005; Ke & Grabowski,2007; Ke, 2008)。其原因可能為以往的許多研究都只針對遊戲的娛樂性去吸引學習者，卻忽略在遊戲歷程中整合教學策略和學習內容，因而造成學習成效不彰(Egenfeldt-Nielsen, 2007)。綜合以上所述，遊戲式學習模式對於學習者之學習成效關乎於遊戲中娛樂成分和學習內容的比例與結合，因此，本研究擬將體驗式學習模式融入擴增實境遊戲式學習中，並加入不同提示策略，期望透過與過往不同的學習方式能夠有效提升學習者在學習地球科學板塊運動之學習成效及學習滿意度。. 23.

(32) 第四節學習風格學習風格是指個人對訊息處理（Information processing）的習慣，亦是學習者在知覺、思考、解決問題、和記憶方面的典型表現(宋志聰，2008)。不同學習風格之學習者在同一種學習環境下，所展現出的學習成效也不同。由於本研究所給予之提示策略(系統控制、學習者控制)，可能與不同學習風格之學習者(感覺型、直覺型)在訊息處理的習慣有關，因此本節以下就學習風格定義及學習風格於學習成效與態度之影響進行相關文獻探討。. 壹、學習風格定義學習風格指學習者於學習時所偏好的方式，代表學習者在教學情境中如何學（Hunt, 1979），也是學習者為了熟練於新的、困難的資訊及技能時，對於環境、社會、情緒、心理與生理等刺激所做出的反應。Keefe（1979）認為學習風格在學習過程中扮演一項非常著重要的角色，透過學習風格的診斷使個別化的教學，更具有合理的基礎。而 Gregorc（1982）、Keefe（1987）、林麗琳（1995）、張春興（1996）等學者認為學習風格是學習者與環境交互作用下，所產生的一種心理作用，在外顯行為上表現出帶有認知、情意、生理等習慣性的特徵（陳淑珍，2005）。 Felder 和 Silverman（1988）以學習風格理論定義出學習者接受和處理資訊的方式，提出每一位學習者都有自己獨特的學習風格，且沒有好壞之分。他們將學習風格從資訊之加工、感知、輸入、理解等四個方面分為 4 個相對立之面向和 8 種類型（Felder & Spurlin, 2005），分別是：主動型/反思型、感覺型/直覺型、視覺型/口語型、循序型/整體型，各類型之說明詳述如下： 1. 主動型/反思型（Active/Reflective）：測量學習者是喜歡以行動來學習或反覆獨立思考來學習的偏愛程度。主動型的學習者喜歡親自操作、體會或與他人一同合作學習的學習方式，對於新的資訊會利用方法去討論、解釋、測試它；反思型的學習者則是習慣於透過徹底的思考、單獨工作的學習方式，對於新的資訊會去反覆. 24.

(33) 的調查、運用它。而單純講述式教學的學習方式，無論是主動型或反思型學習者皆感到困難。 2. 感覺型/直覺型（Sensing/Intuitive）：主要測量學習者在學習時以感覺學習或直覺學習的偏愛程度。感覺型的學習者是透過感官的途徑來觀察、察覺，並藉由感官來收集資料，喜歡學習事實、喜歡透過完善的方法及步驟來解決問題，不喜歡複雜的概念，不喜歡和真實世界沒有連結的課程；直覺型的學習者則是在自己本身無特別意識的情況下發覺到、觀察到或學習到，例如：推測、預感、想像，喜歡探索事情的可能性或關係、喜歡創新，不喜歡重複的東西，亦不喜歡不需思考且多為記憶性及規律計算的課程。 3. 視覺型/口語型（Visual/Verbal）：測量學習者是以視覺化學習或口語化學習的偏愛程度。視覺型的學習者在學習上最適合的記憶方式是透過圖書、圖表、曲線圖、實地的示範；口語型的學習者則是比較喜歡書寫或言語述說的學習方式。大部分學習者為視覺型學習者。 4. 循序型/整體型（Sequential/Global）：測量學習者是以循序漸進方式學習或整體綜合方式學習的偏愛程度。循序型學習者是以線性思考的方式來學習和解決問題，擅長聚歛式的思考和分析，在充分瞭解學習過程所提供的素材、準備相當完善、複雜且困難的情況下，學習效果較高。整體型學習者則是運用跳躍式的思考模式來學習和解決問題，整體擴散性的思考方式，擁有較寬廣的創造力視野。而大部分的課程以循序方式教授。此測驗工具經過不斷研究研發後，於1996年在全球網際網路上建置自我評分的網路問卷（Index of Learning Styles Questionnaire），用來評量學習偏好。量表由四個面向構成，每一面向有11題，共44題，每一題有二個選項，這二個選項分別代表在學習風格面向中的二個對立風格。為避開Tuckman（1999）所謂的猶豫不決現象（Litzinger et al., 2007），量表採二分法之結構設計，強迫學習者在二個選項中選擇一個。. 25.

(34) 貳、學習風格於學習成效與態度之影響學習風格測量的目除了幫助教師個人的教學設計，去滿足學習者們的學習偏好之外，更可讓教學者致力於達到教學平衡，並在一定的限制下滿足所有學習偏好學習者的學習需要（Litzinger et al., 2007）。下面就學習風格相關研究整理如表 2-2：表 2-2 學習風格相關研究表作者. 對象. 主題. Laight (2004). 大學. 衛生職業教育學習者學習風格類型，不影響學習者對對概念構圖教學法的概念構圖之態度。態度:學習風格的影響. 大學 Nicholson, Nicholson & Valacich (2007) 林上資. 電腦中介學習：以科技當學習內容為較複雜概念時，且屬性提高學習成果為較豐富的媒體表徵時，視覺型學習者的表現優於口語型學者好。. (2011). 吳泓儒 (2009). 國小六年級學生. 研究結果摘要. 數位圖書館資訊架構對數位學習之學習成效影響研究－以自然與人文數位博物館為例. 數位圖書館支援數位學習具有良好的學習成效，整體型學習者之學習成效優於循序型學習者；學習成效較佳以及整體型學習者仰賴組織系統較多；而循序型學習者學習成效較差及仰賴搜尋系統較多。. 國小學習者認知負荷訊息處理方面，反思型的認知負與數位學習網站之探荷低於主動型；輸入向度方面，討－以自然科「永續家視覺型的認知負荷低於口語型。園」單元為例. 資料來源：研究者自行整理. 由表 2-2 可知，學習風格不同之學習者可能會產生不同之學習行為偏好，且其學習滿意度也可能產生差異，因此，針對感覺型學習者及直覺型學習者，本研究透過提供不同的提示策略，進一步探討學習者在此差異之下對於學習成效及學習滿意度是否會造成影響。 26.

(35) 參、學習風格在擴增實境學習環境之應用學習風格是指個人對訊息處理（Information processing）的習慣，亦是學習者在知覺、思考、解決問題和記憶方面的典型表現(宋志聰，2008)。不同學習風格之學習者，在同一種學習環境下，所展現出的學習成效也不同。目前已有各式各樣研究，討論媒體對於學習風格的影響，也有越來越多人希望教育能夠符合個人的學習需求，而不是統一固定的課程教法和內容，然而這樣的教育方式是否能真正有效的影響學習成效，仍取決於學習者對於本身需求程度的評估和教學者提供的教學品質，而不僅僅是將各式各樣的學習模式融合(Dede, 2005)。經研究指出，擴增實境是一種新興型態的學習工具，將其應用於教育上可提供學習者互動性、知覺回饋、空間關聯性及學習的新奇感 (Kikuo, Hideaki, Tomotsugu, 2005)。而隨著擴增實境在使用者介面的進步有令人振奮的發展，研究人員認為，使用擴增實境技術所創造出的教學和學習環境，有巨大的潛在影響力和眾多利益(Billinghurst, 2002; Cooperstock, 2001; Klopfer & Squire, 2008; Shelton & Hedley, 2002)，且能創造出一個適合所有學習風格的學習環境 (Classroom Learning with AR, 2010)。因此，本研究以擴增實境遊戲式學習環境製作地球科學板塊運動課程之學習教材，期能藉由擴增實境於教育之優勢，對於感覺型學習者及直覺型學習者皆能有效提升其學習之成效。. 27.

(36) 第三章. 研究方法. 本章節主要探討透過不同提示策略(系統控制、學習者控制)參考體驗式學習階段並融入使用擴增實境之遊戲式學習活動，對國中八年級不同學習風格(感覺型、直覺型)之學習者在學習板塊運動概念及學習滿意度之影響。以下就研究對象、研究設計、研究工具及資料蒐集與分析分別說明。. 第一節研究對象本研究之參與者為新北市某國中八年級學習者，所有班級均屬常態編班，且國小學習過板塊運動基本概念之相關課程，因此具有板塊運動之基礎概念，能了解常見相關名詞如：板塊、地震等，並均具備基本的平板電腦操作技能。為配合原班級課程安排，本研究以班級為單位，隨機選取該校八年級之四個班級進行教學實驗。其中男生 64 人，女生 53 人，總共 117 位研究參與者。本研究為求實驗準確性，剔除未能全程參與之學習者 17 人，學習成效之理解與應用分數極端之學習者 7 人，故本研究之有效樣本共 93 人，男生 52 人，女生 41 人。有效樣本以班級為單位，依據提示策略將其中兩個班級分配為「系統控制組」，兩個班級分配為「學習者控制組」，各組並依據學習風格量表分數總分將分數>0 學習者分配為「感覺型學習者組」，分數<0 之學習者分配為「直覺型學習者組」。實驗分組與各組之人數如表 3-1 所示：. 表 3-1 教學實驗分組與個組人數分配表學習風格提示策略系統控制組學習者控制組合計. 感覺型. 直覺型. 合計. 23 20 43. 26 23 49. 49 43 92. 28.

(37) 「系統控制－感覺型」23 人，「系統控制－直覺型」26 人，「學習者控制－感覺型」20 人，「學習者控制－直覺型」23 人，合計系統控制組共 49 人，學習者控制組共 43 人，感覺型組共 43 人，直覺型組共 49 人。. 29.

(38) 第二節研究設計本研究採用因子設計(factorial design)之準實驗研究，探討不同提示策略(系統控制、學習者控制)結合體驗式擴增實境遊戲式學習對不同學習風格(感覺型、直覺型)國中學習者學習板塊運動概念之學習成效和學習滿意度之影響。研究之提示策略結合體驗式擴增實境遊戲式學習活動設計詳述如下：. 壹、提示策略結合體驗式擴增實境遊戲式學習研究設計本研究之研究設計架構如圖 3-1 所示。. 自變項一、學習風格  感覺型  直覺型. 依變項. 共變項先備知識. 二、提示策略  系統控制(提示) (系統主動提示)  學習者控制(提示) (系統被動提示). 一、板塊運動概念學習成效 1. 知識理解 2. 知識應用二、板塊運動擴增實境遊戲式學習滿意度 1. 學習意願 2. 教材內容 3. 教材連結能力 4. 教材易用性 5.. 學習動機. 圖 3-1 提示策略擴增實境遊戲學習活動與學習風格之研究設計架構圖. 本研究自變項有二，分別為「提示策略」及「學習風格」。「提示策略」依據學習者在遊戲式學習時給予提示的方法分為系統控制和學習者控制兩種，兩者皆以體驗式學習之四個階段：具體經驗、反思觀察、抽象概念、主動驗證為基礎， 30.

(39) 「系統控制組」在含有擴增實境操作的具體經驗及主動驗證兩階段關卡，由系統主動給予學習者操作性提示；而「學習者控制組」則在操作具體經驗及主動驗證兩階段關卡時，僅告知學習者若有問題可點選提示，而不主動給予學習者提示，讓學習者可以先自行思考、嘗試。遊戲中之人物及物件，使用3D模型建置軟體「3ds Max」製作相關立體模型，而遊戲架構則使用市售之遊戲引擎「Unity 3d」並透過 Qualcomm所提供之Vuforia來開發擴增實境遊戲式學習環境。「學習風格」指學習者在學習時所偏好的方式，本研究僅針對感覺型與直覺型部分，將學習者依據學習風格量表分數將感覺型與直覺型面向分數總和大於0 的學習者分為感覺型，分數越高表示其感覺風格越強烈，總和分數小於0的學習者為直覺型，分數越低表示其直覺風格越強烈。本研究依變項有二，分別為「板塊運動概念學習成效」與「擴增實境遊戲式學習滿意度」。「板塊運動概念學習成效」主要探討學習者在不同提示策略的體驗式學習模式下進行擴增實境遊戲式學習活動之後，在板塊運動概念測驗的表現情形，其中包含知識理解和知識應用兩個面向。「擴增實境遊戲式學習滿意度」主要探討學習者在不同提示策略的體驗式學習模式下進行擴增實境遊戲式學習活動之後，學習者對於板塊運動概念之學習和擴增實境遊戲式學習的看法，其中包含學習意願、教材內容、教材連結能力、教材易用性及學習動機等五個面向。本研究為配合受試樣本的班級、教室和課表的安排，教學實驗以班級為單位，實驗地點皆於電腦教室中進行，實驗時間為各班的生活科技課上課時間，教學者為研究者本人，教學實驗為期 4 週，每週一節 45 分鐘，每班各 180 分鐘。. 貳、提示策略融入體驗式擴增實境遊戲學習實驗教學活動設計本研究期望能透過擴增實境模擬板塊運動情境，讓學習者實際體驗板塊如何運動，同時並了解其相關知識概念。因此研究以 3ds Max 製作相關立體模型，使用 Unity 及 Qualcomm 所提供之 Vuforia 來開發環境，將板塊運動概念融入於擴增實境遊戲－「時空歷險記」中，並將遊戲置於平板電腦。在遊戲過程，學習者可 31.

(40) 藉由與非玩家角色(NPC)交談及解決在情境中發生的事件來實際操作體驗並學習板塊運動概念。其學習領域與目標、遊戲設計發展工具、遊戲設計理念、學習活動設計、學習活動流程詳述如下：. 一、學習領域與目標「時空歷險記」之板塊運動擴增實境遊戲式學習課程內容與目標是依據國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域，分段能力指標的第四階段(國中 1-3 年級)2-4-3-2「知道地球的地貌改變與板塊構造學說；岩石圈、水圈、大氣圈、生物圈的變動及彼此如何交互影響」來發展，主要分為地球內部構造、板塊運動相關學說及板塊運動三個主要概念(如圖 3-2)。. 地函地球內部構造. 地殼地核大陸飄移說. 板塊運動. 板塊運動相關學說. 海底擴張說板塊構造學說聚合板塊邊界. 不同邊界的板塊運動. 張裂板塊邊界錯動板塊邊界. 圖 3-2 板塊運動課程知識內容架構圖. 「時空歷險記」之學習主題、學習目標與認知層次如表 3-2 所示，在「地球 32.

(41) 內部構造」主題中，學習者必須能夠：(1)指出地球內部的分層結構、(2)說明地球各層結構的位置及依據；在「板塊運動相關學說」主題中，學習者必須能夠：(1) 說出有哪些板塊運動相關學說及內容、(2)了解各學說是如何推論出來的、(3)運用學說內容解釋現今板塊位置、地質活動及未來可能的變化；在「不同邊界的板塊運動」主題中，學習者必須能夠：(1)說出有哪些不同的板塊交界邊界，並推測其板塊移動的方向、(2)指出不同邊界會有那些不同的地質活動、(3)運用不同地區的地質活動或特徵來判斷出當地的板塊運動類型及可能造成的影響。. 表 3-2「時空歷險記」之學習主題、學習目標與認知層次表學習主題. 學習目標. 認知層次. 地球內部構造. 1. 能夠指出地球內部的分層結構 2. 能夠說明地球各層結構的位置及依據. 知識理解. 板塊運動相關學說. 1. 能夠說出有哪些板塊運動相關學說及內容知識理解 2. 能夠了解各學說是如何推論出來的知識應用 3. 能夠運用學說內容解釋現今板塊位置、地質活動及未來可能的變化. 不同邊界的板塊運動. 1. 能夠說出有哪些不同的板塊交界邊界，並推測知識理解其板塊移動的方向知識應用 2. 能夠指出不同邊界會有那些不同的地質活動 3. 能夠運用不同地區的地質活動或特徵來判斷出當地的板塊運動類型及可能造成的影響. 二、「時空歷險記」遊戲設計發展工具本研究之擴增實境遊戲之設計發展工具以 Unity3d 之遊戲引擎做為開發環境，同時使用 Qualcomm 所提供之 Vuforia 套件設計製作擴增實境環境，並以 3D 模型、動畫之製作軟體－3ds Max 製作其遊戲環境背景元素、人物及實驗操作模擬所需之物件，透過將 3d 物件資訊結合現實環境，將學習內容具體呈現出來，讓學習者在進行遊戲式學習活動時，能夠更明確的了解知識內容，並同時擁有玩遊戲的動機及感受。Unity3d 的開發環境提供簡單的遊戲物件、場景空間規劃布置、模 33.

(42) 擬(如圖 3-3)亦允許開發者以 java 程式自行編寫故事、遊戲事件、動畫等功能(如圖 3-4)，創造出符合設計者所規畫之遊戲世界，並能整合遊戲相關資料檔案，匯出至實驗教學進行時使用之平板電腦載具上。. 參數調整區，可調整物品位置、大小、貼圖等參數. 場景建置區：可任意放置模型圖片等物品，並透過 Game 視窗可瀏覽其實際呈現情形. 圖 3-3 Unity 3d 遊戲引擎介面圖. 34.

(43) 支援 java 程式撰寫，可自行設計遊戲中各事件、功能等. 圖 3-4 Unity 3d 程式編寫介面圖. 三、「時空歷險記」遊戲設計理念提示策略為引導學習者學習時，依據學習狀況所提供的輔助學習鷹架，並參考體驗式學習理論之學習歷程：具體經驗、反思觀察、抽象概念及主動驗證等四個學習階段設計遊戲，讓學習者可藉由經驗獲得知識或改變學習歷程；而擴增實境遊戲式學習可透過遊戲中的學習任務及擴增實境技術，將學習內容以更真實具體及更具互動性的方式呈現。故本研究之遊戲設計結合提示策略、體驗式學習歷程及擴增實境遊戲式學習，讓學習者在遊戲的情境中，透過更真實、更高互動性的方式及提示策略的輔助、引導，將舊經驗與新知識連結，學習板塊運動課程之概念(如圖 3-5)。其中，「系統控制組」學習者在執行遊戲任務時，由系統主動提 35.

(44) 供學習者提示，並依照體驗式學習階段，輔助學習者透過由擴增實境模擬情境之實際操作的遊戲歷程將新知識與舊經驗連結而得到具體經驗，接著藉由與非玩家角色的談話及改正性回饋反思遊戲任務所指之概念，再透過形成性測驗整理所得之概念，最後透過以擴增實境模擬出類似情境之形成性任務檢驗其所得概念是否正確及能否將概念運用於其他類似之情境中；「學習者控制組」依同樣的體驗式學習階段，但在擴增實境實際操作之關卡時，只告知學習者學習過程若有問題可尋求提示輔助，而不主動提供提示，待學習者依自己學習的情況決定是否要看提示。. 進入遊戲. 遊戲過程. 遊戲結果. 在學習任務中融入板. NPC 在學習者完成任務. 塊運動相關概念，讓. 後提供改正性回饋，使其. 學習者體驗。. 反思獲得的學習經驗。. 學習內容. 反思觀察. 具體經驗. 學習結果遊戲角色. 抽象概念. 主動驗證. 提供形成性任務，讓學. 學習者依前面兩階段所. 習者驗證所學到的板塊. 學習經驗，指出正確的. 運動概念。. 概念。. 圖 3-5 融入學習內容及體驗式學習階段之遊戲架構圖. 36.

(45) 四、「時空歷險記」擴增實境遊戲式學習活動設計本研究之擴增實境遊戲式學習活動旨在輔助學習者學習時，透過擴增實境的擬真環境及互動，融入具故事情境的遊戲任務中，以習得板塊運動相關知識概念、提升學習成效及學習滿意度。「時空歷險記」依據學習內容及學習目標設計學習活動內容包括：「遊戲場景」、「學習目標」、「學習內容」及「擴增實境遊戲式學習活動」，如表 3-3 所示。遊戲中各任務以線性方式串聯，因此學習者必須照遊戲設定之步驟一步步完成遊戲任務。. 表 3-3「時空歷險記」遊戲式學習活動內容規劃表遊戲場景. 學習目標. 學習內容. 古代叢林. 透過簡單操作了解地球內部構造並熟  練平板及 AR 遊戲  的操作方式. 灰色地帶. 讓學習者透過學習  任務了解板塊構造  學說的演進、內容  及證據. 大陸漂移說海底擴張說板塊構造學說. 錯亂時空. 讓學習者在遊戲情境中能了解張裂、  聚合及錯動性板塊  邊界活動與地質構  造的關係. 張裂板塊交界聚合板塊交界錯動板塊交界. 遊戲操作練習地球內部構造. 37. AR 遊戲式學習活動任務：穿越時空. 基本移動、選取、對話等操作任務：地板在移動？(大陸漂移說) 任務：海底的秘密(海底擴張說) 任務：事實的真相(板塊構造學說) 任務：沉默的力量(張裂邊界活動與地質構造) 任務：神奇的相遇(聚合邊界活動與地質構造) 任務：巧妙的遇見(錯動邊界活動與地質構造).

(46) 遊戲情境與各階段學習任務歷程說明如下。. (一) 遊戲情境說明在時空歷險記各週任務開始之前，皆會有上次進度，說明故事內容、前一週學習內容和遊戲目標，協助學習者迅速投入遊戲情境。遊戲中小風(學習者)和琳琳在學校後山探險時，不小心掉進一深不見底的洞裡，醒來後才吃驚的發現他們回到了過去，沒想到未來真的有時光隧道，也能夠在過去、現在、未來間穿梭，不過也因為這樣，讓貪心的強盜集團起了歹念，想強行搶奪時光隧道，並毀滅部分時光隧道阻止時空巡邏隊的搜救，進而造成世界時空混亂的狀態，意外捲入風波的小風和琳琳兩人只能努力的幫忙時空巡邏隊修補，將一切回復，才能重返現代。. 圖 3-6 上次進度讓學習者迅速投入情境、連貫各週內容 38.

(47) (二) 各階段學習任務歷程概述「時空歷險記」主要分成兩個遊戲階段，分別為「遊戲操作練習任務」及「板塊運動課程學習任務」。在「遊戲操作練習任務」階段，學習者透過與非玩家角色的談話了解地球內部結構相關名詞及概念，並嘗試在平板電腦上操作遊戲中物品(選取、移動)及與非玩家角色對話等(如圖 3-7)。在「板塊運動課程學習任務」階段，主要藉由遊戲任務方式讓學習者學習板塊運動課程概念及應用。遊戲任務中，將板塊、化石、熱對流等相關地質現象以 3D 模型方式做模擬，使學習者可透過執行任務的操作過程中體驗相關概念，不須再只靠想像方式來學習。例如：在聚合性板塊邊界的活動與地質構造學習任務中，學習者透過直接操作模型板塊，便可看到兩板塊間交界處的地質變化(如圖 3-8)。. 學習者依據遊戲中非玩家角色的指示進行操作任務圖 3-7 學習者依照指示進行操作任務. 39.