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在Big 6 教學活動中利用擴增實境技術以提升學習者問題解決能力之研究

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Academic year: 2021

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(1)國立臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系 碩士論文(初稿). 在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術以提 升學習者問題解決能力之研究. 研 究 生: 林 羿 伶 指導教授: 蕭 顯 勝 博士. 中 華 民 國 一 ○ 二 年 六 月.

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(3) 在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術以提升學習者問 題解決能力之研究 研 究 生:林羿伶 指導教授:蕭顯勝 博士. 中文摘要 問題解決能力是學習者未來適應社會的重點能力之一,PISA(the Programme for International Student Assessment)亦將於 2015 年將問題解 決能力列入檢測項目。然現今提升資訊問題解決能力較普遍的為 Big 6 問題解決模式,且 Big 6 問題解決模式提到如果在教學過程中運用圖形 作為輔助,將有效提升問題解決能力。而擴增實境具備將抽象物體具現 化、高互動性及虛實整合等特性等優點。透過互動功能,將可協助學生 能將自然知識中衍生的看法及心得主動與他人分享,藉以獲得回饋的滿 足感及溝通情意等技能,培養學習者問題解決能力。此外,在傳統教學 方式下,學生較無機會從科學的學習活動中主動思考科學內容,透過擴 增實境結合虛擬與真實並與使用者產生互動的概念,將抽象概念轉為具 體知識,幫助學習者更容易了解科學知識的內容。 本研究將發展一套在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術以提升學 習者問題解決能力之教材,並訂定問題任務,以國小六年級自然與生活 科技課程為發展內容。透過平板電腦進行教學活動,探討該教材對學習 成就及問題解決能力之影響。另外,在活動過程中將記錄學習者於 Big 6 問題解決模式中的互動行為,藉由學習者產生良好互動之次數,進行行 為紀錄,以探討教學活動中學習者之互動行為對提升自然與生活科技成 就與問題解決能力之影響。 i.

(4) 實驗對象為國小六年級四個班級的學生,分別做為實驗組與對照 組。實驗組為在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術進行教學;對照組 進行傳統教學,實施時間為三週。結果顯示在 Big 6 教學活動中利用擴 增實境技術對評量成績有顯著提升。其次,在 Big 6 教學活動中利用擴 增實境技術對於學習者之問題解決態度與問題解決能力有顯著提升。最 後,在經過利用擴增實境技術的 Big 6 教學活動中學習者出現有利於問 題解決能力之行為。. 關鍵詞:擴增實境、Big 6 問題解決模式、問題解決能力、學習行為. ii.

(5) In Big6 teaching activities using augmented reality technology to enhance problem solving abilities of learners Author: Yi-Ling, Lin Adviser: Hsien-Sheng, Hsiao. ABSTRACT Problem-solving skill is the focus of the learner the ability, PISA 2015 will included in the problem-solving ability test items. Augmented reality and the actual situation with highly interactive features such as integration, through augmented reality interactive features, will help students understand the views of natural knowledge and insights derived initiative to share with others, so as to get feedback satisfaction and affective communication and other skills, to develop learners' problem-solving skills. In addition, the traditional teaching methods, students representing no chance of learning activities from science scientific content in active thinking, through augmented reality combines virtual and real users interact with the concept of abstract ideas into concrete knowledge will help learners easier to understand the content of scientific knowledge. This research develop tablet PC-based natural and living technology Augmented Reality technology combined with problem-solving mode of learning materials, and set tasks problem, content, development will be fifth and sixth grade science and technology courses under big 6 skill. After teaching activities carried out through the Tablet PC to explore the effectiveness of learning and teaching materials on the impact of problem-solving abilities. In addition, in the course learners will be recorded in the Big 6 problem-solving mode interaction, learners generate good iii.

(6) interaction by the number and frequency of behavioral records and to explore the teaching activities to enhance learners' interactions Science and Life Technology achievements and impact of problem-solving ability. Experimental subjects were sixth grade students attend science and technology programs of the four students in class, each class were about twenty-five experimental and control groups as. Experimental group augmented reality technology combines Big 6 Problem Solving; control group was generally traditional classroom teaching. Implementation time is two weeks weeks. The results showed that augmented reality technology combines Big 6 problem-solving mode usage on assessment results have a significant impact. Second, the augmented reality technology combines Big 6 Problem solving model for learners to use problem-solving attitude and problem-solving ability have a significant impact. Third, the learners have appeared in favor of problem solving behavior.. Keywords: augmented reality, big 6, problem-solving skill, learning behavior. iv.

(7) 目. 錄. 中文摘要 .......................................................................................................... i ABSTRACT ................................................................................................... iii 目. 錄 ......................................................................................................... v. 圖. 次 ....................................................................................................... vii. 表. 次 ........................................................................................................ ix. 第一章 緒論 ................................................................................................... 1 第一節 研究背景與動機 ....................................................................... 1 第二節 研究目的 ................................................................................... 5 第三節 待答問題 ................................................................................... 6 第四節 研究範圍與限制 ....................................................................... 7 第五節 研究流程 ................................................................................... 8 第六節 名詞釋義 ................................................................................. 11 第二章 文獻探討 ......................................................................................... 13 第一節 問題解決能力 ......................................................................... 13 第二節 Big 6 問題解決模式 .............................................................. 18 第三節 擴增實境 ................................................................................. 23 第四節 本章小結 ................................................................................. 29 第三章 研究方法與步驟 ............................................................................. 30 第一節 研究方法 ................................................................................. 30 第二節 研究對象 ................................................................................. 31 第三節 研究設計與實施 ..................................................................... 32 第四節 教學活動設計 ......................................................................... 35 v.

(8) 第五節 研究工具 ................................................................................. 42 第六節 資料分析 ................................................................................. 49 第四章 研究結果與討論 ............................................................................. 51 第一節 不同教學方式對學習成就之影響 ......................................... 51 第二節 不同教學方式對問題解決態度之影響 ................................. 53 第三節 不同教學方式對問題解決能力之影響 ................................. 55 第四節 不同教學方式對於不同學習成就之學習者問題解決態度影 響之差異 ............................................................................... 59 第五節 不同教學方式對於不同學習成就之學習者問題解決能力之 差異 ....................................................................................... 69 第六節 實驗組之學習行為探討 ......................................................... 86 第五章 結論與建議 ..................................................................................... 91 第一節 結論 ......................................................................................... 91 第二節 建議 ......................................................................................... 95 參考文獻 ....................................................................................................... 97 附錄 ............................................................................................................. 105 附錄一 …………………………………………………………….106 附錄二 …………………………………………………………….110 附錄三 …………………………………………………………….112 附錄四 …………………………………………………………….113. vi.

(9) 圖. 次. 圖 1-1 本研究之研究流程與實施程序步驟 ............................................... 9 圖 2-1 擴增實境與現實及虛擬的關係圖 ................................................. 23 圖 3-1 研究架構圖 ..................................................................................... 30 圖 3-2 實驗流程圖 ..................................................................................... 34 圖 3-3 教學活動流程 ................................................................................. 36 圖 3-4 學生利用擴增實境教學系統找出問題 ......................................... 37 圖 3-5 學生繪製成問題架構心智圖 ......................................................... 38 圖 3-6 學生利用擴增實境教學系統 ......................................................... 38 圖 3-7 學生上網搜尋相關圖片 ................................................................. 39 圖 3-7 學生利用擴增實境教學系統及網路搜尋資料............................. 39 圖 3-8 學生應用心智圖軟體以及搜尋圖片資料 ..................................... 40 圖 3-9 學生進行成果發表 ......................................................................... 41 圖 4-1 問題解決態度總表 ......................................................................... 68 圖 4-2 問題解決能力分析總表 ................................................................. 85. vii.

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(11) 表. 次. 表 2-1 問題解決之步驟 ............................................................................. 14 表 2-2 問題解決之相關研究 ..................................................................... 16 表 2-3 學習行為指標說明 ......................................................................... 21 表 3-1 研究設計表 ..................................................................................... 33 表 3-2 擴增實境教學教材及示意圖 ......................................................... 43 表 3-3 學習行為紀錄表 ............................................................................. 47 表 4-1 實驗組與對照組學科能力測驗的前、後測概況......................... 51 表 4-2 學科能力測驗的同質性檢定摘要表 ............................................. 51 表 4-3 學科能力測驗的單因子共變數分析摘要表 ................................. 52 表 4-4 學科能力測驗修正後的平均分數及標準差 ................................. 52 表 4-5 實驗組與對照組問題解決態度前、後測概況............................. 53 表 4-6 問題解決態度的同質性檢定摘要表 ............................................. 53 表 4-7 問題解決態度的單因子共變數分析摘要表 ................................. 54 表 4-8 問題解決態度修正後的平均分數及標準差 ................................. 54 表 4-9 實驗組與對照組問題解決能力前、後測概況............................. 55 表 4-10 問題解決能力的同質性摘要表 ................................................... 56 表 4-11 問題解決能力的共變數分析摘要表 ........................................... 57 表 4-12 問題解決能力修正後的平均分數及標準差............................... 58 表 4-13 實驗組與對照組依高能力分組時之問題解決態度前、後測概況 ....................................................................................................................... 60 表 4-14 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決態度的同質性摘要 表 ................................................................................................................... 60 表 4-15 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決態度的共變數分析 ix.

(12) 摘要表 ........................................................................................................... 60 表 4-16 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決態度調整平均數、 標準差 ........................................................................................................... 61 表 4-17 實驗組依高、低能力分組時之問題解決態度前、後測概況 .. 62 表 4-18 實驗組依高、低能力分組時之問題解決態度的同質性檢定摘要 表 ................................................................................................................... 62 表 4-19 實驗組依高、低能力分組時之問題解決態度單因子共變數分析 摘要表 ........................................................................................................... 62 表 4-20 實驗組依高、低能力分組時之問題解決態度修正之平均分數及 標準差 ........................................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-21 對照組依高、低能力分組時之問題解決態度前、後測概況 .. 錯 誤! 尚未定義書籤。 表 4-22 對照組依高、低能力分組時之問題解決態度的同質性檢定摘要 表 ................................................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-23 對照組依高、低能力分組時之問題解決態度的共變數分析摘要 表 ................................................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-24 對照組依高、低能力分組時之問題解決態度調整平均數、標準 差 ................................................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-25 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決態度前、後測概況 ....................................................................................................................... 64 表 4-26 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決態度的同質性摘要 表 ................................................................................................................... 64 表 4-27 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決態度的共變數分析 摘要表 ........................................................................................................... 64 表 4-28 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決態度調整平均數、 x.

(13) 標準差 ........................................................................................................... 65 表 4-29 實驗組依高能力分組與對照組依低能力分組之問題解決態度 前、後測概況 ........................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-30 實驗組依高能力分組與對照組依低能力分組之問題解決態度同 質性摘要表 ............................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-31 實驗組依高能力與對照組依低能力之問題解決態度共變數分析 摘要表 ....................................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-32 實驗組依高能力與對照組依低能力之問題解決態度調整後的平 均數 ........................................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-33 實驗組依低能力分組與對照組依高能力分組之問題解決態度 前、後測概況 ............................................................................................... 66 表 4-34 實驗組依低能力分組與對照組依高能力分組之問題解決態度同 質性摘要表 ................................................................................................... 66 表 4-35 實驗組依低能力與對照組依高能力之問題解決態度共變數分析 摘要表 ........................................................................................................... 66 表 4-36 實驗組依低能力與對照組依高能力之問題解決態度調整後的平 均數 ............................................................................................................... 67 表 4-37 實驗組與對照組依高能力分組時之問題解決能力前、後測概況 ....................................................................................................................... 69 表 4-38 實驗組與對照組依高能力分組時之問題解決能力同質性摘要表 ....................................................................................................................... 70 表 4-39 實驗組與對照組依高能力分組時之問題解決能力共變數分析摘 要表 ............................................................................................................... 71 表 4-40 實驗組與對照組依高能力分組時之問題解決能力平均分數及標 準差 ............................................................................................................... 72 xi.

(14) 表 4-41 實驗組依高、低能力分組時之問題解決能力前、後測概況 .. 73 表 4-42 實驗組依高、低能力分組時之問題解決能力同質性摘要表 .. 74 表 4-43 實驗組依高、低能力分組時之問題解決能力共變數分析摘要表 ....................................................................................................................... 75 表 4-44 實驗組依高、低能力分組時之問題解決能力調整平均數、標準 差 ................................................................................................................... 76 表 4-45 對照組依高、低能力分組時之問題解決能力前、後測概況 .. 錯 誤! 尚未定義書籤。 表 4-46 對照組依高、低能力分組時之問題解決能力同質性摘要表 .. 錯 誤! 尚未定義書籤。 表 4-47 對照組依高、低能力分組時之問題解決能力共變數分析摘要表 .................................................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-48 對照組依高、低能力分組時之問題解決能力調整平均數、標準 差 ................................................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-49 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決能力前、後測概況 ....................................................................................................................... 77 表 4-50 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決能力同質性摘要表 ....................................................................................................................... 78 表 4-51 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決能力共變數分析摘 要表 ............................................................................................................... 78 表 4-52 實驗組與對照組依低能力分組時之問題解決能力調整平均數、 標準差 ........................................................................................................... 79 表 4-53 實驗組依高能力分組與對照組依低能力分組之問題解決能力 前、後測概況 ............................................................ 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-54 實驗組依高能力分組與對照組依低能力分組之問題解決能力同 xii.

(15) 質性摘要表 ............................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-55 實驗組依高能力與對照組依低能力之問題解決能力共變數分析 摘要表 ....................................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-56 實驗組依高能力與對照組依低能力之問題解決能力調整後的平 均數 ........................................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-57 實驗組依低能力分組與對照組依高能力分組之問題解決能力 前、後測概況 ............................................................................................... 80 表 4-58 實驗組依低能力與對照組依高能力時之問題解決能力同質性摘 要表 ............................................................................................................... 81 表 4-59 實驗組依低能力與對照組依高能力時之問題解決能力共變數分 析摘要表 ....................................................................................................... 82 表 4-60 實驗組依低能力與對照組依高能力時之問題解決能力調整後的 平均數 ........................................................................................................... 83 表 4-61 學習行為之各項行為操作平均次數 ........................................... 86 表 4-62 實驗組高分組與低分組問題解決態度起始能力之比較........... 87 表 4-63 實驗組高分組與低分組問題解決態度之行為表現敘述統計 .. 87 表 4-64 高分組與低分組問題解決態度之行為表現平均操作次數差異 ................................................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 表 4-65 實驗組高分組與低分組問題解決能力起始能力之比較........... 88 表 4-66 實驗組高分組與低分組問題解決態度之行為表現敘述統計 .. 89 表 4-67 高分組與低分組問題解決能力之行為表現平均操作次數差異 ................................................................................... 錯誤! 尚未定義書籤。. xiii.

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(17) 第一章. 緒論. 本章共分六節,描述本研究之研究背景與動機、研究目的、待答問 題、研究範圍與限制、研究流程以及名詞釋義,並分別說明如下:. 第一節. 研究背景與動機. Partnership for 21st Century Skills (P21)強調未來的學生在學習時 必須具備如問題解決能力之高層次思考能力(P21 , 2011) 。而 OECD 於 2012 年舉辦的 PISA(the Programme for International Student Assessment) 測驗中,將問題解決能力(problem solving)列入評量項目中(OECD, 2011) ,強調學生必須能應用以習得的各種知識與能力以適應新環境;個 人的問題解決能力提升,將會有助於個體透過思考能力及既有的認知面 對生活上的挑戰 (Lesh & Zawojewski, 2007)。 P21(2011)提出 21 世紀所應具備的能力包含集體合作的創造力與 創新能力、有效的社交溝通與問題解決能力、網路資訊的整理與分析能 力、媒體素養及跨文化的合作技能。問題解決能力是一種心理的處理過 程用以判斷、決策、解決問題、建構及溝通意義的能力和意願,有助於 促進高層次思考能力培養。問題解決需要運用個人先前舊有的經驗、知 識、技巧和瞭解,應用到一個無先例的問題方案上,找出適用於當前問 題的要素,並加以實行(吳德邦、吳順治,1989;邵瑞珍、皮連生,1999; Gagné, 1980) 。Gagné(1985)以學習者的角度,將問題解決看成是一種 學習方式,也是學習者的高階認知的表現,這種表現可以讓學習者產生 新的觀察力,並重組其思考歷程。 現今較為普遍的資訊問題解決模式為 Big 6 (賴苑玲,2001; Eisenberg, 2008;Murray, 2008;Vakkayil, 2007) 。資訊問題解決的概念源 於 1990 年由 Eisenberg 和 Berkowitz 所提出的 Big 6 問題解決模式,而 1.

(18) Big 6 也是一種資訊尋求模式,也是一種解決資訊問題的處理途徑 (Eisenberg & Berkowitz, 1990)。顧名思義,Big 6 主要包含六個階段, 分別為定義問題、資訊尋求策略、找尋與檢索、利用資訊、整合和評估。 Eisenberg 和 Berkowitz(1988, 1992, 1999, 2000, 2010)提及在 Big 6 問題解決模式中加入圖形組織能有效的提升問題解決能力,然 Big 6 也 注重多元資訊科技與問題解決能力的結合,舉凡心智圖軟體、電子郵 件、電子資料庫、繪圖軟體等均應適時融入相關教學過程中,以協助學 生解決資訊問題。而擴增實境技術近幾年在教育領域上也有所發展,是 種新型態的學習工具,它的優點為可以讓虛擬抽象的事物具體呈現等 (Rutten, Joolingen, & Veen, 2012) ,故本研究將擴增實境技術融入於 Big 6 教學活動中。 Big 6 雖然是一個很受歡迎的資訊問題解決模式,但有研究指出 Big 6 的研究定位較為模糊,因 Big 6 只是列出每一個階段要做的任務, Meyers(2011)指出研究人員只是把 Big 6 當作是一系列的技能,而不 是當作教學指引,這也反映出 Big 6 欠缺完整之教學設計。故本研究設 計一套在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術之完整教學設計進行教學 實驗。 近年來擴增實境(Augmented Reality, AR)在教育領域上有所發展 (Hsieh & Lin, 2010;El-Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011)。根據 NMC 在 2011 年的「Horizon Report」,指出擴增實境的三度空間概念可提供使用 者新的體驗,且此概念已普遍使用在商業銷售、社交活動和娛樂生活上 (Johnson, Smith, Willis, Levine, & Haywood, 2011) 。Asai、Kobayashi 及 Kondo(2005)指出擴增實境是一種新型態的學習工具,應用在教育上 的好處有:(1)互動性;(2)知覺的回饋;(3)空間的關連性;(4)學習的新 奇感。Billinghurst 和 Kato(2002)在研究中指出擴增實境是結合虛擬與. 2.

(19) 真實並與使用者產生互動的概念。Furht(2011)研究顯示擴增實境適合 用在具備空間感及有物理特性的概念上,較適合用在自然學科。Martin、 Diaz、Sancristobal、Gil、Castro 和 Peire (2011)則認為擴增實境現在 是在初始階段,未來可能會顯著的影響教育。 在一般的自然與生活科技教學裡,學生並不容易從科學的學習活動 中主動思考科學內容,需要老師營造具有科學教學的環境,再配合適當 的科學教材與引導方式,將科學融入教學中(黃俊偉,2004)且在多篇 研究中,科學教育學者呼籲教師必須在教室中培養學生對科學本身的知 識與興趣 (Collette & Chiapetta, 1984;高慧蓮,2006)。而擴增實境的 優點則是把抽象概念具體化,可利用電腦圖像的動畫轉變,回應使用者 的動作,提升互動性,並提供操作機會給學習者,藉此達到良好的學習 效果(Rutten, Joolingen, & Veen, 2012) 。 擴增實境虛擬成像的操作方式,在運用上較真實物件能突破空間、 時間上的限制,適合應用於科學教育較抽象的概念。從擴增實境應用於 科學教育領域的教學案例探討中發現,擴增實境的互動性與虛實結合的 特性,能夠幫助科學教育闡釋科學知識的內容(廖詠年,2010)。也可 以讓學生有機會學習資訊技能,包括問題解決能力和資料共享,不確定 性管理,以及複雜的系統分析(Beck & Wade, 2004)。 2012 年王耀宗設計擴增實境融入探究式行動學習應用於博物館教 學,研究結果指出擴增實境能有效提升學習者之學習成就以及提升學習 者的興趣。本研究基於以上研究加以發展在 Big 6 教學活動中利用擴增 實境技術,進一步探討問題解決能力是否能藉此提升,實驗過程中會錄 影作紀錄,再找出能有效提升問題解決能力之行為當作佐證。 綜合以上論點,本研究以國小六年級自然與生活科技第十二冊第三 單元「生物與環境」為內容。預提升學習者高層次之問題解決能力,使. 3.

(20) 用 Big 6 問題解決模式進行完整教學活動設計,而在 Big 6 教學中使用 能把抽象概念具體化的擴增實境技術,更能有效的提升學習者之問題解 決能力。在教學過程中,以錄影觀察的方式記錄學習者在 Big 6 教學活 動中利用擴增實境技術之互動行為,統計學習者產生良好互動之次數, 進行行為紀錄。探討以此教學活動,學習者會出現利於提升問題解決能 力之互動行為。. 4.

(21) 第二節. 研究目的. 基於上述背景及動機,本研究之研究目的如下: 一、發展一套在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術的國小自然與生活 科技之擴增實境教學系統。 二、探討在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術與傳統教學的教學活動 方式對於學習者之自然與生活科技科學習成就影響之差異。 三、探討在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術與傳統教學對於學習者 問題解決態度影響之差異。 四、探討在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術與傳統教學對於學習者 問題解決能力影響之差異。 五、分析在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術教學活動的學習行為。. 5.

(22) 第三節. 待答問題. 根據研究目的,本研究之待答問題如下: 一、如何發展在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術之教學活動? 二、在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術與傳統教學之教學活動對於 學習者自然與生活科技成就影響是否有差異? 三、在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術與傳統教學之教學活動對於 學習者之問題解決態度影響是否有差異? 四、在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術與傳統教學之教學活動對於 學習者之問題解決能力影響是否有差異? 五、在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術對於學習者是否有利於問題 解決能力之行為。. 6.

(23) 第四節. 研究範圍與限制. 針對本研究之研究對象、課程內容以及研究結果等。均有特定範圍 以及限制,其說明如下: 一、研究範圍 (一) 實驗對象為臺北市某國小六年級四個班級之學生,人數共 107 人。實驗採用原班級進行實驗分組,若研究結果要推論至其 他學校之同年級或不同年級之學生需十分謹慎。 (二) 研究之學習系統內容以九年一貫的自然領域自然與生活科技 「生物與環境」課程內容進行教學設計。研究者將運用測驗 及有效性的結果作為研究成果,其他領域或其他單元之課程 內容,將無法以本研究所探討而得的結果進行推論。 二、研究限制 (一) 本研究基於學校教學行政之考量,無法進行研究對象的隨機 抽樣與分派。 (二) 本研究在問卷以及課堂上均告知,測驗分數不會影響學校成 績,請依平常心作答,盡可能降低「霍桑效應」之影響,即 學習者知道自己成為觀察對象而刻意表現良好之情形。 (三) 本研究探討學習系統對學習者的影響,學習者在使用學習系 統之外進行討論、自習等因素均可能影響實驗的內部效度。 此外,學習者若於實驗過程中缺席,亦會導致研究對象流失 的問題。. 7.

(24) 第五節. 研究流程. 本研究之研究流程與實施程序步驟如圖 1-1 所示,首先蒐集並分析 相關文獻,再擬定研究計畫;待研究計畫審查通過之後,即針對本研究 所使用之系統功能需求、教學內容、發展及應用工具與學習者進行分析 及設計。當設計完成後即開始發展擴增實境教學系統、編寫教材以及測 驗內容、並對相關實驗工具進行信效度檢定。確認以上步驟正確後,即 進行教學實驗並蒐集和分析實驗數據,並根據結果撰寫研究報告。. 8.

(25) 蒐集相關資料. 擬訂計畫. 決定研究主題. 擬定論文研究計畫 檢討修正 論文計畫審查. 教學者分析、系統功能分析、. 研究分析. 教學內容分析、發展應用工具分析. 研究工具 設計. 研究工具 發展. 教學內容設計 教學系統設計 系統建置、教材編寫 教學活動設計、自然科成就測驗編制 問題解決態度量表編制、問題解決能力測驗編制. 系統測試修正 自然科成就測驗預試. 研究工具 評估. 課程與教學內容評估 檢討修正 使用者、專家評估. 成就測驗、問題解決態度、能力前測. 進行 教學實驗. 教學實驗 成就測驗、問題解決態度、能力後測. 資料分析歸納結論與建議. 撰寫 研究報告. 撰寫研究報告. 圖 1-1. 本研究之研究流程與實施程序步驟 9.

(26)

(27) 第六節. 名詞釋義. 一、問題解決能力 問題解決能力(Problem-Solving skill)是一種心理的處理過程用以 判斷、決策、解決問題、建構及溝通意義的能力和意願,有助於促進高 層次思考能力培養(吳德邦、吳順治,1989;邵瑞珍、皮連生,1999; Gagné, 1980)。 本研究在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術來設計教學活動,培 養學生之問題解決能力。. 二、Big 6 問題解決模式 Big 6 問題解決模式(Big 6 Model of Information Problem-Solving)是 一個以解決資訊問題為主軸的過程模式,Eisenberg 和 Berkowitz(1990) 指出一個成功的資訊問題解決必須要經歷定義問題、尋找策略、取得資 訊、使用資訊、統整資訊、評估六個階段。 本研究的教學活動步驟按照 Big 6 問題解決模式進行設計,主要提 升學習者之問題解決能力。. 三、擴增實境 擴增實境(Augmented Reality)是將「現實的環境影像」及「電腦 虛擬影像」互相結合的一種新技術,讓使用者可以在親眼所見的實際環 境中操作虛擬 3D 立體物件。它將虛擬資訊加到使用者感官知覺上的電 腦顯示器,製造使用者真實與虛幻並存的知覺。擴增實境至少具有三大 特色(Azuma, 1997) :(1)結合虛擬與真實世界,(2)能夠做到即時性互動, (3)在 3D 立體環境中運作。 本研究使用擴增實境技術製作出符合課程的教材,讓學生感受到擴 11.

(28) 增實境的三大特色。. 四、學習行為 學習行為(Learning Behavior)是指在學習中有良好互動,例如定義 問題、搜尋資料、閱讀資訊等,不能只是提供答案或被動接受,更要進 一步給予同學回應、提供個人的解釋、提供相關資料、評論其他同學的 意見、鼓勵對方等等行為,才能夠有效的建構知識。 (Webb, Troper, & Fall, 1995)。 本研究探討經由在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術找出可以提 升學習成就及問題解決能力之正面行為。. 12.

(29) 第二章 第一節. 文獻探討 問題解決能力. 一、問題解決能力的重要性 P21(2011)提出 21 世紀所應具備的能力包含集體合作的創造力與 創新能力、有效的社交溝通與問題解決能力、網路資訊的整理與分析能 力、媒體素養及跨文化的合作技能。 Gagné(1985)以學習者的角度,將問題解決看成是一種學習方式, 也是學習者的高階認知的表現,這種表現可以讓學習者產生新的觀察 力,並重組其思考歷程。大部分的認知活動基本上都可以看成是問題解 決的過程,如概念的形成、推理、決策、語言及學習等,都是一種「問 題解決」 (problem solving) (Mayer, 1989;鄭麗玉,1993) 。張春興(2003) 認為,「問題解決」是指個體在面對問題時,綜合運用知識技能,企圖 達到某一目標,以解決目的的思維活動歷程。問題解決是人類重要的心 智活動,也是人類知識重要的泉源(Driscoll & Driscoll, 2005)。. 二、問題解決之定義與模式 問題解決能力是一種心理的處理過程用以判斷、決策、解決問題、 建構及溝通意義的能力和意願,有助於促進高層次思考能力培養。問題 解決需要運用個人先前舊有的經驗、知識、技巧和瞭解,應用到一個無 先例的問題方案上,找出適用於當前問題的要素,並加以實行(吳德邦、 吳順治,1989;邵瑞珍、皮連生,1999; Gagné, 1980) 。許多學者提出 問題解決之模式步驟,以提高問題解決能力,本研究整理如下表:. 13.

(30) 表 2-1 問題解決之步驟. 專家學者. 問題解決之步驟. Dewey(1910) 1. 遭遇問題:對事物的情境產生認知上的疑惑或困難。 2. 分析問題:從困惑的情境中辨識出問題。 3. 發展假設:依據問題狀況,事先提出解決問題的可 能方法。 4. 驗證假設:將所提出的解題方案逐一檢驗,探究是 否可行。 5. 應用:將構思的解決方案,應用在實際的情境上, 以解決問題。 Polya(1945) 1. 瞭解問題:指認問題的要義和被要求解答什麼? 2. 擬定計畫:尋找已知和未知訊息之間的聯結。去思 考是否有個原則或熟悉的步驟可以解決問題,並回 憶過去是否處理過相似的問題。 3. 執行計畫:實際行動,並要檢查每一個步驟。 4. 回顧:檢視行動的結果是否解決問題。 Hacker & 1. 清楚的定義問題(Define the proble clearly) Barden (1988) 2. 設定目標(Set goals) 3. 發展解決方案(Develop alternative solution) 4. 選擇最佳方案(Select the best solution) 5. 執行最佳方案(Implement the solution) 6. 評估實際結果(Evaluating the actual results) Sternberg 1. 問題確認(problem identification) (1996) 2. 問題定義(definition of problem) 3. 建立問題解決策略(constructing a strategy for problem solving) 4. 組織問題相關的訊息(organizing information about a problem) 5. 資源的分配(allocation of resources) 6. 問題解決的監控(monitoring problem solving) 7. 評鑑問題解決的結果(evaluating problem solving) Style(2001) 修改 Dewey 提出的問題解決模式,提出了問題解決的 五個步驟 1. 釐清問題 2. 提出可能的解決策略 3. 決定解決策略 4. 按照策略採取行動 14.

(31) 專家學者. 問題解決之步驟. 5. 評鑑行動的效能 Firth(2003) 1. 定義問題 2. 分析問題 3. 找出可能的解決辦法 4. 選出可行的解決辦法 5. 試驗並實行這種辦法 Eisenberg & Big 6 問題解決模式步驟 Berkowitz 1. 定義問題 (1988, 1992, 2. 尋找策略 1999, 2000, 3. 取得資訊 2010) 4. 使用資訊 5. 統整資訊 6. 評估 張春興(2003) 1. 發現問題存在:為培養學生思維能力,首先應鼓勵 學生發覺問題。 2. 了解問題性質:了解問題有無結構,及自己的知識 經驗是否足以解決此一問題。 3. 蒐集相關訊息:問題的已知條件是什麼,求解的目 的是什麼,達到目的之前需要的訊息是什麼,若訊 息不足則應尋求。 4. 問題解決行動:實際進行解決問題。 5. 事後檢討評價:問題解決後可依問題類別加以探討。 黃茂在、陳文典 1. 確定問題:形成一個問題,需要有一個敏銳的察覺 (2004) 力。 2. 確認問題:回顧舊經驗,擬定一個可達成的目標。 3. 形成策略:列出各種策略並選擇其中可行的方法, 如果沒有舊經驗,也要有創意的想出辦法。 4. 執行實現:實地去執行。在過程中,由於情境可能 改變,需要不斷應變以想辦法處理,並且不致偏離 當初策略的主軸。 5. 整合成果:整理資料、研判資料所呈現的意義並賦 予一個解釋、檢討工作的品質,對整個事件的處理 過程有一個綜合性的回顧。 6. 推廣應用:整理心得及事後想法,將能發現更多的 問題。 資料來源:研究者自行整理. 15.

(32) 綜合上述文獻得知,每一個問題解決的步驟,都是一種能力的培 養。對於問題解決的模式,許多學者提出不同的見解,因本研究使用擴 增實境作為教材,故使用以解決資訊問題為主的 Big 6 問題解決模式 (Eisenberg & Berkowitz, 1988, 1992, 1999, 2000, 2010)來提升學習者之 問題解決能力,其分為六個步驟:「定義問題」、「尋找策略」、「取得資 訊」、「使用資訊」、「統整資訊」、「評估」,做為本研究設計教學活動的 依據,並在下一章節做介紹。. 三、問題解決國內外相關研究 問題解決既列為重要教育目標之一,國內外學者對問題解決能力的 相關研究不少,研究對象從小學生到大學生都有,大部分為國小高年級 學生,大多數研究的結果顯示問題解決的能力是可以培養的,或經由問 題解決的教學策略、訓練後,能產生正面的學習效果,列表如下: 表 2-2 問題解決之相關研究. 專家學者. 問題解決之相關研究. Higgins(1997) 以中學生為研究對象,比較問題解決教學與傳統教學 在數學教學上的成效。研究指出:接受問題解決教學 的學生解題時較能堅持。 Lazakidou & 以小學生為研究對象,調查使用計算機為基礎的教學 Retalis(2010) 方式對問題解決能力的成效。研究指出:使用 Synergo 的工具以及學習管理系統 Moodle,可在相對較短的時 間內提高學生們的問題解決能力。 Liu, Cheng,& 以大學一年級學生為研究對象,研究學習經驗和解決 Huang(2011) 問題的模擬遊戲的關係。研究指出:發現學生的學習 經驗和他們的解決問題的策略之間的有密切聯繫。 Hung, Chang, 以小學生為研究對象,研究多點觸控的數學遊戲是否 Yu, Cheng 能提升學習成就。研究指出:因為設備的緣故可能會 (2012) 造成些許學生喪失學習機會,但大多可以提升學生的 問題解決能力。. 16.

(33) 專家學者. 問題解決之相關研究. 潘怡吟(2003) 以國小六年級學生為研究對象,探討自然科創造性問 題解決教學對國小六年級學童問題解決能力態度及學 習成就之影響。研究指出「創造問題解決教學」能夠 顯著增進學生問題解決能力。 李啟嘉(2012) 以大學生為研究對象,探討 ADDIE 教學設計模式融入 專題導向學習對大學生的問題解決能力與自我導向學 習傾向之影響,實驗組學生較控制組學生在問題解決 能力上有顯著的提升。 黃文昌(2012) 以七年級學生為研究對象,探究科學積木遊戲教學對 提升科學問題解決能力的影響。研究指出教師活用資 源及適性課程設計能幫助學生提升問題解決能力。 蕭愉靜(2012) 以七年級學生為研究對象,探究教學實施於數學課室 中,試圖提升其數學問題解決能力。研究結果指出探 究教學使學生整體的數學問題解決能力獲得顯著提 升,其中釐清問題、決定解決策略及評鑑行動效能三 構面均獲得顯著提升,顯示探究教學能有效提升學生 的數學問題解決能力。 資料來源:研究者自行整理. 綜合上述文獻,應用於數理科以及搭配適當策略,問題解決能力是 可以有效被提升的。故本研究以國小自然與生活科技科為實驗科目,應 用擴增實境技術結合 Big 問題解決模式,藉此提升國小學童問題解決能 力。. 17.

(34) 第二節. Big 6 問題解決模式. 一、Big 6 問題解決模式的定義 Big 6 是以解決資訊問題為主軸的問題解決模式,Eisenberg 和 Berkowitz(1990)指出一個成功的資訊問題解決必須要經歷過六個階段。 (一)定義問題(Task Definition) 學生首先要合理的將任務問題的焦點和範圍定義出來,以確定解決 此問題所需要資訊的範圍、性質或方向。老師在此階段可指導學生若干 思考的方向,但無需給予他們太仔細的說明或講解,以免學生在此自我 學習的過程中未能擔負起較大的責任。 (二)尋找策略(Information Seeking Strategies) 在清楚工作的方向後,學生要以腦力激盪的方式廣泛的思考有關此 問題所有可能之資訊來源,如書籍、期刊、照片、電視、網路、相關人 員等。學生們再從其中慢慢選擇出最佳的資訊來源。接著把問題範圍排 列出優先順序。過程中會先延續第一階段的腦力激盪後,所發展出的心 智圖相關可能性資源,接著依優先順序呈現搜尋策略。 (三)取得資訊(Location and Access) 學生實際應用在圖書館利用教育中所學習的各種找尋資訊的知能, 如查詢索引、使用線上公用目錄和搜尋引擎等,以獲得需要的資訊。本 研究以開發的擴增實境教材以及搜尋引擎為主。這個過程中,老師可隨 時幫助學生復習這些找尋資訊的知能、習慣及態度等。 (四)使用資訊(Use of Information) 根據獲得資訊的類型,學生能有效的聆聽、閱讀、觀看各類圖文資 訊,以及知道如何從中萃取出重要的資訊,例如運用記筆記、重點標示、 摘要等方法。老師可引導學生試著將重點資訊以摘要的方式列點列項, 18.

(35) 並以自己的話意清楚的陳列出來。 (五)統整資訊(Synthesis) 雖然現今各種文書處理和多媒體編輯軟體均使用方便,但在此階段 更注重學生整合各類資訊的能力,以達到資訊的需求。此外,選用適當 的媒體將統整的資訊發表出來也是學生要學習的重點。本研究將根據第 一階段定義問題的架構將資訊組織,利用心智圖軟體工具,協助研究成 果的完成與分享。然而,不論使用何種呈現的工具,學生是否能做出合 理的推論、辯證與結論才是主要考量的標準。 (六)評估(Evaluation) 最後一個階段,為成果發表會。藉由師生與同儕互動方式,評鑑研 究成果的優缺點以及需要改進的建言等。過程中,可以回顧研究過程的 得到或是缺失處,加以研討,不僅是讓研究成果透過互相指教、修正以 達作品更臻完美。本研究也讓學生填寫問題解決態度,自我反省整個過 程所花費的時間和精力是否有效率,以及是否擁有成就感。. 二、Big 6 問題解決模式相關研究 Big 6 不論在小學和中學均有實證研究,證明 Big 6 是一個有效和成 功解決資訊問題的模式。 Chen 和 Ma(2012)利用準實驗研究,把七年級隨機分為實驗組和 對照組。實驗組使用 Big 6 問題解決模式,而後者接受了傳統的講座教 學。測試學生的問題解決能力,記憶力和理解力管理。結果表明,實驗 組的問題解決能力和學習理解優於對照組。 Chang(2006)利用問卷調查訪問了一千多名小六學生以理解學習者 的基本能力,結果發現學生在搜尋資料的能力較佳,但在評估和綜合資 料的能力明顯較弱。 歐陽誾和李佩娟(2007)以 Big 6 問題解決模式為架構,並透過網 19.

(36) 絡學習環境及資訊問題解決的教學,引導學習者了解和善用網路資訊, 從而提升大學生的資訊問題解決能力。該研究就 22 名大學三年級和四 年級的學生進行 8 星期的學習活動,研究發現學習者的資訊問題解決能 力有所提升。 楊孟泰和鐘樹椽(2005)設計了一套 Big 6 問題解決模式的線上合 作學習系統,並設計相關的教學活動,以了解臺灣小學生的問題解決能 力。研究共進行六週二十二節課。第一階段以「氣體專家任務」為主題 來設計學習活動,這些學習活動以教師為主體,引導學習者在學習系統 中進行大六法的訓練,讓學習者熟悉整個系統。第二階段以「臺灣的水 資源」為題,這次的活動以學習者為主體,教師扮演輔導者的角色,為 學生在解決學習問題的過程時而作出協助,結果發現學生在問題解決能 力中的「界定問題」 、 「解決方法」和「預防問題」這三方面均有顯著的 進步。 Eisenberg 和 Berkowitz(2000)進行了一個 Big 6 問題解決模式與學 生能力的行動研究,運用 Big 6 作為教學架構,利用 Big 6 協助學習者 理解課程內容及懂得如何通過寫作、專題研習和考試來表達知識,以探 討高中歷史學生在使用 Big 6 後能力的轉變。研究發現使用 Big 6 後參 加歷史檢定的合格率由 53% 提升至 91%。. 三、Big 6 問題解決模式的互動行為 Webb、Troper 和 Fall(1995)即指出要在學習中有良好互動,不能 只是提供對方答案,更要進一步給予同學回應、提供個人的解釋、提供 相關資料、評論其他同學的意見、鼓勵對方等等行為,才能夠有效的幫 助小組建構知識。表 2-3 為 Big 6 問題解決模式之學習行為說明。. 20.

(37) 表 2-3. 學習行為指標說明. Big 6 定義. Big 6 問題解決之行為 定義問題的任務. 定義問題 確認完成這項任務所需的資訊 討論可能的資源的範圍 搜索策略 列出資源的優先順序 找尋資訊 搜索資訊 從資源裡發現訊息 閱讀資訊 利用資訊. 擷取資訊 從多個資源中組織資訊. 整合訊息 表達資訊 評價作品 學習評價 評價問題解決的過程. Big 6 行為說明 明白老師所賦予的任務 內容,且用自己的話語解 釋清楚,並跟老師進行確 認。 列出任務的相關問題。 列出可能用到的資訊來 源。 選擇最好的資訊來源,列 出優先順序。 蒐集所有的資訊,得到相 關資訊。 列出與主題有關之關鍵 字,或與主題相關的詞 彙。 閱讀及接觸資料。 從各種資訊來源中,節錄 重要的訊息。 根據第一階段定義問題 的架構將資訊組織。 利用熟悉的軟體工具,協 助研究成果的完成與分 享。 評鑑作品的優缺點以及 需要改進的地方。 思考完成這項任務的過 程,對今後類似的問題的 幫助。. 資料來源:研究者自行整理. 綜合上述文獻得知,Big 6 問題解決模式能有效提升學生之學習成 就以及問題解決能力。Eisenberg 和 Berkowitz(1988, 1992, 1999, 2000, 2010)提及在 Big 6 問題解決模式的教學過程中加入圖形能有效的提升 21.

(38) 問題解決能力,故本研究自然與生活科技科之教學活動使用 Big 6 問題 解決模式結合擴增實境技術進行教學設計,並在下一章節介紹。. 22.

(39) 第三節. 擴增實境. 一、 擴增實境的定義 擴增實境(Augmented Reality, AR)又稱擴充實境或延伸實境,是 從虛擬實境(Virtual Reality, VR)的領域中延伸出來的技術。概念與架 構則是利用了行動裝置、無線網路以及感應裝置等來建構環境。但擴增 實境注重虛擬資訊與環境的結合,並非讓使用者完全投入在虛擬的世界 中,而是透過影像技術,將虛擬的物體或是資訊融入真實的景物中, 因 此,擴增實境是擴廣了現實,而不是完全的沉浸在虛擬的世界中。 Milgram與Kishino(1994),對擴增實境的概念提出了定義,如圖2-1。 他們認為擴增實境是一種介於真實空間(Real Environment)與虛擬環境 的一種概念,它藉由於真實空間之中結合虛擬資訊或圖像來實現其應 用。. 圖 2-1. 擴增實境與現實及虛擬的關係圖. 資料來源:Milgram 及 Kishino(1994). Azuma 於 1997 年將擴增實境下了一個明確的定義,它必須同時擁 有下面三個特性:(1)結合真實與虛擬(Combines real and virtual);(2) 是即時性的互動(Interactive in real time);(3)資訊的呈現必需在三度空 間內(Registered in 3-D)。 擴增實境注重在將現實環境中融入虛擬的物件影像或資訊,建立出 23.

(40) 虛擬與現實並存的構想。它是一種介於現實空間與虛擬實境的概念,利 用結合「虛」與「實」的層面將資訊呈現給使用者(Milgram & Kishino, 1994)。擴增實境的應用需要將虛擬資訊加諸於現實空間中,因此在活 動與系統設計上需要重視使用者與環境、使用者與系統,以及使用者與 使用者之間的互動與設計(Björk, Falk, Hansson, & Ljungstrand, 2001; Dünser & Horneker, 2009;Mulloni, Wagner, & Schmalstieg, 2008)。因為 在擴增實境的活動與系統的設計上,最先面臨的就是如何讓使用者能夠 「沉浸」(immersion)於現實與虛擬結合的環境中,而不會感覺到不習 慣或是無法接受。. 二、相關研究 (一) 國外相關研究 本段統整國外對於擴增實境的相關研究,以下按照年份排 序。Shelton和Hedley(2002)案例中,指出對於九大行星的實際學 校教學實驗中,跟目前的電子器材教學(包括了線上的2D圖片顯 示),擴增實境教學法更可以讓老師作最少的教學練習,用少量 的教材,來進行教學。而用擴增實境進行教學,因為它的知覺回 饋和互動性,讓學童更容易了解,更易提出問題。 Kaufmann及Schmalstieg(2003)開發出一套用擴增實境來教 導幾何學的軟體,並指出在教導幾何的空間概念時,使用擴增實 境來進行教學,會得到更好的效果。Billinghurst(2003)指出擴增 實境可以提供獨特的教育益處:第一,使用它當教具,可以讓學 習者流暢地在虛擬和真實環境下,跟虛擬物件進行互動。第二, 使用擴增實境作為教具,它將演伸出一種新的教學和學習策略, 這種學習模式,即使是學生沒有任何電腦經驗也可以進行。最後, 擴增實境可以讓學習者沈浸入學習內容中的特質,讓學習不在只 24.

(41) 是面對著安靜、不動的文字資訊。 Woods等人(2004)在實作案例中,綜合了五個用擴增實境進 行教育的例子,加以說明用擴增實境進行教育的好處。(1)有學生 在使用時,都很興奮並且喜愛這種教材;(2)它可以發揮更好的空 間概念關系,傳統的課本不易表現;(3)對於需要時間概念的知識, 比傳統教材來地更易表現;(4)所呈現的圖片為3D模組,還能用手 與之操作互動;(5)以教育的建構主義來說,使用這種教法可以讓 學生自然而然地去改變他們的先備知識。 Asai、Kobayashi及Kondo(2005)提出擴增實境可提供學習者 一種新型態的學習工具,而在發展上,也充滿著很大的發展空間。 擴增實境運用於教育上的好處將有: 1.互動性:可以讓學童間輕易地操作,並討論。而且這種視覺 和聽覺的刺激,會讓學童感到新奇,而提升學習動機。 2.知覺的回饋:是以 3D 即時模式呈現在學童眼前,而且是讓學 童整個浸入到虛擬物件和真實環境所組成的空間中。 3.空間的關連性:每個虛擬物件、真實物件和環境的空間關系, 可以很容易的辨認。 4.學習的新奇感:由於擴增實境呈現知識的方式和簡單、直覺 的互動性,因此,多媒體所可以帶給學生的學習樂趣,並 且引發出學習動機和學習熱忱,在擴增實境中也可以達 到。已經有很多研究作過這樣的證明了。 Asai、Kobayashi 及 Kondo(2005)指出擴增實境可以提供學 習者一種新型態的互動介面,由於資訊技術的日新月異,目前仍 有相當大的發展空間。與其他的媒體相較,擴增實境最大的特色 便在於提供了一個複合式的景觀空間,使用者所見的場景,是虛. 25.

(42) 實兼具的。學習內容並不需要與現實環境有所關聯,而是可以利 用虛擬資訊,呈現出混合真實與虛擬的學習環境,讓學習者在其 中進行學習與探索。學習者還可以在學習活動中,藉由角色伴演 或資訊探索等方式,親身體驗一般生活之中較難接觸到的學習情 境。 Dünser與Horneker(2009)以寓言故事作為內容,加入3D 角 色、聲音及互動道具,來觀察5到7歲的小孩如何利用擴增實境系 統進行互動與合作學習。Irawati、Hong、Kim及Ko(2008)以擴 增實境術輔助呈現物理課程中不容易表達的反應及效果。 Furht(2011)案例中,表示具備空間感及3D遊戲般的物理特 性,不但能給學習者更好的沉浸經驗,也能對於與環境空間有關 係的任務,產生更多互動模式,對學習者是全新的體驗並且無需 建構複雜的虛擬實境,省去大量的開發時間及成本預算。 El-Sayed、Zayed及Sharawy(2011)每位學生都會配發一張圖 卡,如同學生證一般,學習內容則可透過伺服器線上更換,強調 可攜帶的學習方式及互動。. (二) 國內相關研究 本段統整國內對於擴增實境的相關研究,以下按照年份排 序。林信志、湯凱雯及彭郁雅(2010)從使用意圖探討擴增實境 數位教材之最佳設計策略利用大螢幕投影攝影機拍到的圖卡所呈 現的立體模型,並讓學生看圖說故事。研究結果顯示,以擴增實 境融入行動學習的自然與生活科技領域課程,在使用性為意向、 認知有用性、認知易用性、環境互動、系統品質及教材內容的六 個面向,參與的學生均給予正面的評價,並可進一步提升學習者 的學習動機。 26.

(43) 陳玥君(2010)利用照片式圖卡,顯示單子葉或是雙子葉的特徵, 應用 AR 教具於單雙子葉植物特徵學習之眼動評估。結果顯示資訊組 在觀察圖卡時,比學科組付出較多的心力。個別比較兩組的工作負荷 程度與擴增實境系統使用性,資訊組比起學科組,心智負荷、生理負 荷、時間負荷、挫折程度較少,精力負荷較多,表現績效較好。 羅之伶(2010)利用圖卡來呈現立體的模型,試圖取代傳統的實 體模型製作,並用此與老師進行討論。結果顯示,透過擴增實境更真 實感受其兩者媒材存在於同一空間,提升視覺回饋,減少一般造形設 計中,不同視窗造成媒材對照上的落差,可使設計者更專注於造形教 學中,有效率地提升造形發展的速度。 李鴻毅(2011)以科學教育館為例,並以平板電腦及外掛式攝影 機進行學習體驗,將擴增實境的技術融入博物館的導覽活動之中,讓 學習者透過 3D 模型的引導快速找到展物的位置。結果顯示,學習成 就方面,使用擴增實境導覽學習方式的學習者在自然與生活科技學習 成就明顯優於對照組傳統人員導覽學習的學習者。 鍾德煥(2011)研究結果顯示真實場景與虛擬物件的融入提昇了 感知的效果,能夠提昇與真實世界中相關任務的執行效果,並且建立 真實與虛擬的複合互動方法。 王耀宗(2012)以天文館為例,以平板電腦進行學習體驗,將擴 增實境的技術融入導覽活動之中,讓學習者透過 3D 模型能自己動手 操作,加深對天文知識的印象。實驗結果為有擴增實境支援的探究式 學習之成就顯著優於無擴增實境支援的探究式學習,而在滿意度方面 則大多給予肯定的分數,但在未來實施上需保留更多給學習者練習操 作的時間。. 27.

(44) 三、小結 由上述研究中發現,抽象概念以及空間幾何用擴增實境可以有效提 升學習效果。擴增實境也可以讓學習者與虛擬物件產生互動,提升學習 者之學習成就與學習動機,比起虛擬實境則省去大量的開發時間及成本 與算。然而,上述文獻探討學習者之學習成就以及學習動機,甚少對於 學習者之高層次能力做進一步的說明。有鑑於 P21 強調未來的學生在學 習時必須具備問題解決能力(P21, 2011)以及 2012 年舉辦的 PISA 測驗 中,將問題解決能力(problem solving)列入評量項目中(OECD, 2011)。 學者也強調學生的問題解決能力提升,有助於個體透過思考能力及既有 的認知面對生活上的挑戰 (Lesh & Zawojewski, 2007)。且上一節文獻 提出 Big 6 問題解決模式中加入圖形能有效的提升問題解決能力 (Eisenberg & Berkowitz1988, 1992, 1999, 2000, 2010),故本研究以擴增 實境能把抽象概念具體化之特點帶入 Big 6 問題解決模式當中,並提供 操作機會給學習者,再進一步找出學習者與擴增實境的互動行為可增強 學習者之學習成就與問題解決能力之行為。. 28.

(45) 第四節. 本章小結. 綜合文獻探討可得知,擴增實境技術適合應用於具備空間特性的學 習內容或是經由操作可得到更多資訊的科目,可以增加學習者的學習興 趣。Big 6 問題解決模式需搭配完整的教學設計且有圖形架構作為輔 助,在教學活動中更能提升學習者之提升問題解決能力。 故本研究將在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術發展教學系統。 並進一步驗證此活動對於學習者之學習成就,問題解決能力的影響,並 探討此活動是否讓學習者產生有利學習的學習行為。. 29.

(46) 第三章. 研究方法與步驟. 依照本研究目的,本章針對研究架構、研究對象、研究設計與實施、 教學活動設計、研究工具、資料分析六個方面說明。. 第一節. 研究方法. 本研究依據研究目的及文獻探討之結果,欲探討學習者在 Big 6 教 學活動中利用擴增實境技術以提升問題解決能力之影響。以準實驗研究 方式,比較以「在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術」與「傳統教學」 兩種教學方式在學習成就與問題解決能力之差異。以教學方式為自變 項,以學習成就、問題解決態度與問題解決能力為依變項,並觀察於在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術之教學模式下學習者是否出現有利 於問題解決能力之學習行為。研究架構如圖 3-1 所示: 自變項. 依變項. 教學方式. 自然與生活科技 科之學習成就. . 擴增實境技術 結合 Big 6 問. 問題解決態度. 題解決模式教 學 . 傳統教學. 問題解決能力. 圖 3-1. 研究架構圖. 30.

(47) 第二節. 研究對象. 本研究以臺北市某一所國民小學六年級學生為實驗對象,共 4 個班 級,107 人,本研究採立意分配方式將這些班級分配 2 班分為實驗組,2 班為對照組,四個班級上課時根據前一次段考成績採取 S 型「異質性分 組」分成六組,一組 4~5 人。實驗組將以在 Big 6 教學活動中利用擴增 實境技術教學,對照組則於教室中進行傳統教學,4 個班級使用同樣的 教材進行教學,兩位教師經相同的教育訓練,對課程內容均有相同的熟 識程度。. 31.

(48) 第三節. 研究設計與實施. 一、 研究設計 本研究主要探討以「在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術教學」 對於學習者進行自然與生活科技學習成就及問題解決能力影響。 本研究採用準實驗研究法之不相等控制組設計。實驗對象為臺北市 某國小之六年級學習者 4 個班共 107 人。並以班為單位分為實驗組以及 對照組。實驗組在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術進行教學,對照 組則於傳統教室中進行講述式教學。上課時根據前一次段考成績採取 S 型「異質性分組」分成六組,一組 4~5 人。 在實驗前會先對兩組進行本研究自編之自然成就測驗、問題解決態 度量表前測與問題解決能力測驗,並對實驗組進行 10 分鐘的前導教學, 讓學習者熟悉硬體之操作,以利教學活動進行。兩組教材內容均相同, 分別進行兩組之教學,每週三節課,一節課 40 分鐘,實驗共進行兩週 共 200 分鐘。並於 200 分鐘之教學完後進行自然與生活科技成就測驗後 測、問題解決態度量表後測與問題解決能力測驗後測。整體實驗設計如 表 3-1 所示:. 32.

(49) 表 3-1. 研究設計表. 組別. 前測. 實驗. 後測. 實驗組. O1 O2 O3. X1. O4 O5 O6. 對照組. O7 O8 O9. X2. O10 O11 O12. (一) O1、O7:此兩項代表學習者經過本研究編製之自然與生活科 技成就測驗前測之成績。 (二) O2、O8:此兩項代表學習者經過問題解決能態度量表前測之 分數。 (三) O3、O9:此兩項代表學習者經過問題解決能力測驗前測之分 數。 (四) X1:代表實施在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術,其教學 時數為 200 分鐘。 (五) X2:代表於傳統教學,其教學時數為 200 分鐘。 (六) O4、O10:此兩項代表後測,後測成績為學習者經過本研究編 製之自然成就測驗後測後之成績,並在實驗後完成教學成就 之驗證。 (七) O5、O11:此兩項代表問題解決態度量表後測,於本研究完後, 讓學習者填答。 (八) O6、O12:此兩項代表問題解決能力測驗後測,於本研究完後, 讓學習者填答。. 二、 研究實施 本研究實施步驟如下: (一) 選取臺北市某國小之六年級學習者,共 107 人,並以班為單 33.

(50) 位分為 2 班實驗組以及 2 班對照組。 (二) 進行前測,時間為 40 分鐘。並對實驗組進行前導教學 10 分 鐘。 (三) 實驗組進行在 Big 6 教學活動中利用擴增實境技術,對照組 則於傳統教室進行傳統教學,教學進行 200 分鐘(五節課, 一節 40 分鐘)。並進行錄影,於日後做觀察分析。 (四) 進行學習成就後測、問題解決態度量表與問題解決能力測驗 後測,時間為 40 分鐘。 (五) 進行資料分析並解釋結果,撰寫研究報告。. 本研究之實施流程如圖 3-2 所示: 實驗開始 前導教學 學習. 學習成就前測、問題解決態度、能力前測. 者行 為紀 錄(錄. 實驗組. 對照組. 在 Big 6 教學活動中. 傳統教學. 影方. 利用擴增實境技術. 式). 教學 學習成就後測、問題解決態度、能力後測. 圖 3-2. 實驗流程圖. 34.

(51) 第四節. 教學活動設計. 一、 教學內容 本研究採用國小自然康軒版六年級下學期之第三單元「生物與環境」 為教學內容。教學目標為學習動植物的分布會受到環境因素的影響以及 培養學童正確的科學探究方法與科學態度。對應之能力之標為 1.培養學 習者察覺問題或事件可由不同的角度來觀察。2.願意與同儕相互溝通。 3.提出問題、研商處理問題的策略、觀察事象的變化並推測可能的因果 關係。4.能依據自己理解的知識、做最佳的抉擇。5.對他人的資訊或報 告提出合理的求證和質疑。 圖 3-3 為教學活動流程,實驗規劃為三週,實驗組第一週進行前測 與分組,第二週在 Big 6 步驟中利用擴增實境技術進行教學活動,第三 週進行後測的評分,完整教案如附錄一;對照組第一周進行前測與分 組,第二週進行講述式教學,以及分派回家作業,接下來在課堂中檢討 回家作業,最後進行小考,測試同學有無吸收。第三週教學活動結束後, 對照組進行後測評分,完整教案如附錄二。. 35.

(52) 圖 3-3. 教學活動流程. 實驗組的流程說明如下: (一)定義問題 老師給予任務,學生將任務問題的焦點和範圍定義出來,以 確定解決此問題所需要資訊範圍、性質或方向。 課堂中,老師給予任務,任務為「生物環境的差異」 ,學生實 際操作擴增實境教學系統,觀察立體模型並說出環境特色,再嘗 試不同的生物環境配對,直到找出正確答案,如圖 3-4。接著,進 行提問,並把問題紀錄在討論平臺上,最後確定完成任務所需要 的訊息。. 36.

(53) 「生物連連看」之配 對圖卡. 擴增實境教學系統 「生物連連看」. 圖 3-4. 學生利用擴增實境教學系統找出問題. (二)尋求策略 學生以腦力激盪的方式廣泛的思考有關此問題所有可能之資 訊來源,接著把問題範圍排列出優先順序。過程中會先延續第一 階段的腦力激盪後,由心智圖發展出相關可能性資源。 學生根據尋求策略的步驟,把提出的問題以心智圖來表示, 即把搜尋的優先順序列出,並註記要以什麼方式尋求解答,如圖 3-5。. 37.

(54) 使用心智圖軟體. 圖 3-5. 學生繪製成問題架構心智圖. (三)取得資訊 學生應用資訊科技,實際搜尋問題的解答,以獲得需要的資 訊。 在課堂中,學生操作三個生物環境任務的擴增實境教學系 統,學生經由與擴增實境的互動方式找出正確資訊或上網搜尋資 訊,如圖 3-6。 擴增實境教學系統 「生物與環境」. 擴增實境互動教具. 圖 3-6. 學生利用擴增實境教學系統 38.

(55) 上網搜尋相關圖片. 圖 3-7 學生上網搜尋相關圖片. (四)使用資訊 根據獲得資訊的類型,學生能有效閱讀、觀看各類圖文資訊, 以及知道如何從中萃取出重要的資訊,例如運用記筆記、重點標 示、摘要等方法。 學生觀看及閱讀擴增實境教學系統的圖文資訊或網路資料, 如圖 3-7,並應用筆記、摘要等方式記錄重要資訊。. 擴增實境教學系統. 學生與擴增實境教材進 行互動學習 圖 3-7. 學生利用擴增實境教學系統及網路搜尋資料 39.

(56) (五)統整資訊 訓練學生使用資訊的整合能力,故用適當的媒體將統整的資 訊列出來,最後進行發表。 學生根據第一堂課所繪製的問題架構為基礎,利用心智圖軟 體繪出問題的解答,如圖 3-8。. 學生上網搜尋 相關資料. 圖 3-8. 學生應用心智圖軟體以及搜尋圖片資料. (六)評估 最後一個階段,為成果發表會。藉由師生與同儕互動方式, 評鑑研究成果的優缺點以及需要改進的建言等。 最後一堂課,學生上台進行發表,老師給予鼓勵以及需要改 進的建言,如圖 3-9。以及給學生填寫問題解決態度,自我反省整 個過程所花費的時間和精力是否有效率,以及是否有成就感。. 40.

(57) 電子白板呈現心 智圖,進行報告. 圖 3-9. 學生進行成果發表. 對照組的傳統教學流程說明如下: (一)講述式教學 老師於上課時利用投影片介紹雨林的特徵,小組進行討論雨 林所擁有的動、植物,小組派一位學生站起來口頭報告。接下來, 老師繼續講解極地與沙漠的特徵,並請小組討論後進行口頭報告。 (二)回家作業 老師於下課前,賦予學生回家作業,題目為「每個環境的特 色為何?各個環境中有什麼不同之處呢?」,並訂定繳交作業時 間。 (三)繳交作業、檢討 學生們於上課前繳交作業,老師先進行第一階段的批改。課 堂中,學生進行報告,老師根據作業內容,給予一些回饋的意見, 以及檢討學生錯誤的地方。 (四)課堂小考 最後一堂課時,進行課堂考試,大約 30 分鐘,並在下課前十 分鐘進行考卷檢討。 41.

(58) 第五節. 研究工具. 本研究使用的研究工具包括:擴增實境教學系統、自然與生活科技 學習成就測驗卷、問題解決態度量表、問題解決能力量表、學習行為指 標。本節就此六項工具進行詳細之說明。 一、擴增實境教學系統 本研究在學習裝置方面選用平板電腦,考量原因在於本次實驗所採 用的作業系統為 Android,而 Android 主要用於行動設備。製作擴增實境 教學系統,使用美商 Unity Technologies 的 Unity 遊戲引擎,此開發引擎 著重於物理特性的演算,在模擬物理特性(例如重力、碰撞、摩擦力等 等)或是環境效果(例如燈光、陰影、反射等等)時都能在資源有限的 行動裝置上取得較好的呈現結果,相當適合行動載具遊戲或是擴增實境 的開發。本研究所需求之軟硬體規劃如下: (一) 作業系統:Android 2.2 以上。 (二) 開發軟體:Unity 4.0。 (三) 載具:平板電腦 系統分為兩個部分,學習者依照老師的指引,進入實驗階段並執行 教學活動操作畫面,並透過擴增實境與學習內容產生互動。表 3-2 為教 材之兩部分「生物連連看」與「生物與環境」系統說明介紹。. 42.

(59) 表 3-2. 擴增實境教學教材及示意圖. 第一部分擴增實境教材. 名稱 生物連連看 應用於 Big 6 問題解決模式定義 問題階段 。主要有七個圖卡,三 個為動物圖卡,四個為地形圖 卡,分別把生物圖卡對應到地形 圖卡。. 示意圖. 操作說明 學習者利用七張圖卡(蠍子、企 鵝、猩猩、海洋、極地、雨林及 沙漠)進行觀察配對,讓學生察 覺各個地形的不同之處,以及嘗 試把各種動物放在不同環境下, 觀察不同的變化。. 43.

(60) 第二部分擴增實境教材. 名稱 生物與環境 參考康軒版六年級下學期第三章 「生物與環境」為內容,設計教 具。教具正面有三個滑桿代表三 個不同的環境因子,連結到背面 則是 AR 判讀位置的 Tags,可透 過這些因子的大小改變或不同的 配對,可產生不同的生物環境。. 示意圖. 操作說明 操作說明 學習者於教室內實施,利用三項 環境因子(太陽、雨量及溫度) 的比例調整,讓學生嘗試各種生 物環境的天氣現象。正確操作方 式如下: 雨林:太陽↑ 雨量↑ 溫度↑ 極地:太陽↓ 雨量↓ 溫度↓ 沙漠:太陽↑ 雨量↓溫度↑. 44.

參考文獻

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