肢體感測回饋對序列動作學習之影響 - 政大學術集成

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(1) . 國立政治大學數位內容碩士學位學程. Master’s Program in Digital Content and Technologies National Chengchi University. 碩士學位論文 Master’s Thesis. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 肢體感測回饋對序列動作學習之影響. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. The Effects of Body Posture Visual Feedback on Motor Sequence Learning. Ch. engchi. i n U. 研究生：黃郁茹指導教授：張寶芳指導教授：黃心健. 中華民國一○一年七月 July 2012. . v.

(2) . 摘要本研究以使用者為中心之設計角度出發，探討 Kinect 提供的肢體感測回饋，如何影響序列動作學習，並試圖找出在設計回饋資訊時應注意的要素。本研究提出兩項假設，探討在序列動作學習時，有無肢體感測回饋資訊，對動作表現的影響： H1 使用者在序列動作學習時，提供其肢體感測回饋，可以提高使用者「動作部位精確度」的學習效果。 H2 使用者在序列動作學習時，提供其肢體感測回饋，可以提高使用者對「序. 政治大. 列動作完整度」的學習效果。. 立. 本研究招募60位受測者，隨機分配到控制組與實驗組。控制組僅提供示範影片，. ‧ 國. 學. 實驗組則同時提供肢體感測回饋。受測者隨示範者練習5次後，在沒有線索輔助下，將所學的六組動作演練一次。研究者同時全程錄影演練過程。結束後，受測者需填. ‧. 答問卷。. sit. y. Nat. 透過影片分析，研究者針對「動作部位精確度」及「序列動作完整度」進行評分，以檢視控制組與實驗組在動作表現上之差異。實驗結果卻與研究預期相反，在. io. n. al. er. 「動作部位精確度」與「序列動作完整度」，實驗組都表現較差，且達顯著水準。. Ch. i n U. v. 亦即提供肢體感測回饋，並未提升序列動作的精確度或完整度表現。針對此實驗結. engchi. 果，綜合問卷所得之受測者需求分析，本研究歸因於肢體感測回饋資訊設計不良所致。回饋訊息未能針對使用者需求設計。受測者最需要知道的資訊：動作正確與否、如何修正以及評分標準，實驗組並未能有效獲得。因此，本研究提出肢體感測回饋資訊設計上的三點建議： 1. 系統應給予學習者宏觀概念圖，事先告知學習者序列動作之項目順序。 2. 系統應讓學習者清楚瞭解每個動作之學習項目。 3. 系統除了提供學習者表現獲知的回饋資訊，更需提供修正線索。關鍵字：序列動作學習、肢體感測、視覺回饋、表現獲知、Kinect. . i.

(3) . Abstract This research was based on user-center design thinking, and discussed how the body posture visual feedback provided by Kinect influenced the learner on motor sequence learning. We tried to find out the key elements of designing feedback. Here we proposed two hypotheses to probe the effects of body posture visual feedback on motor sequence learning: H1 When learning motor sequence, users provided body posture sensing feedback would learn better in “accuracy of moving parts”.. 政治大. H2 When learning motor sequence, users provided body posture sensing feedback would learn better in “completeness of sequence order”.. 立. We recruited 60 subjects, and they were distributed into control and experiment. ‧ 國. 學. group randomly. The control group learned the motor sequence only with demonstrating video; experiment group, on the other side, were provided body posture visual feedback. ‧. at the same time. All the subjects should practice the motor sequence, which included 6 items, 5 times, then tried to demonstrate the sequence without any cue. They were. Nat. io. sit. y. videotaped at the same time. After that, they should fill out a questionnaire.. er. The researcher scored “accuracy of moving parts”, and “completeness of sequence. al. n. v i n C expected. The experiment results were different from what we h e n g c h i U group performed. order” through video analysis, then comparing the differences between two groups. The significantly worse than control group both in “accuracy of moving parts” and. “completeness of sequence order”, which meant providing body posture visual feedback did not enhance the performance of motor sequence learning in both aspects. In the light of the results and the requirements suggested in the questionnaire by subjects, we thought the results caused by bad design of body posture visual feedback, which couldn't fit the users’ needs. The subjects didn’t get the information they need most, like the correctness of their performance, how to adjust the performance and the criteria of scroing. Therefore, we proposed three suggestions on designing body posture visual feedback: 1. The system should provide learners the macro concept of the whole sequence. . ii.

(4) . order in advance. 2. The system should let leaners to understand all the movements clearly and thoroughly. 3. The system should provide the information of “Knowledge of Performance”; and further, providing the hints of adjustments. Keywords：Motor Sequence Learning, Body Posture Sensing, Visual Feedback, Knowledge of Performance, Kinect. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. iii. i n U. v.

(5) . 謝誌回政大念研究所的這兩年，讓我受益良多，學到了許多跟數位互動、科技相關的應用與技術，也完成了許多有趣、有意義的專案，更重要的是認識了一群非常有料的老師與同學！未來希望可以繼續朝這個方向邁進。 DCT 真的是最歡樂的大家庭。在孕育論文的這段期間，不論在論文方向還是個人心境，都幾經波折，雖然如此，還是如期地順利完成了！最主要感謝我的兩位指導老師—寶芳老師與心健老師，一路走來他們不斷地幫助我修正方向，協助我一點一滴地將論文堆砌完成，在我遇. 政治大. 到困難時給我精闢的指點，讓我更瞭解研究的意義。尤其是寶芳老師，總在我有困. 立. 難或疑惑時，優先幫我解決問題，輔佐我從一點統計都不懂到可以完成論文，是我. ‧ 國. 學. 的嚴師也是我的恩師。此外，還要感謝校外口委洪瑞雲老師，在 Proposal 時提出許多重要的修正方向，在研究方法的部份給我莫大幫助。. ‧. 同時，要感謝所有陪在我身邊的家人、男友與朋友。感謝爸媽無條件的支持我. sit. y. Nat. 做我想做的事、感謝雅雯教我統計跟 SPSS ；感謝耀萱在我心情低落的時候逗我開. io. er. 心、陪我出去玩耍；感謝朋友們互相激勵、每天中午一起吃飯、聊天、舒壓。最最要感謝的是研究所這兩年一直陪在我身邊的貓咪 MuMu ，感謝妳選在最貼心的時. n. al. Ch. i n U. v. 刻離開我，雖然傷心但讓我在準備論文的最後一個多月能全心全意，也許因為妳在. engchi. 天堂的幫助，讓我可以如此順利，謝謝妳。. 最後想說，論文告一段落之後，又是一個新的開始，希望未來能繼續朝著有興趣的領域努力，每天都開開心心！. 黃郁茹謹誌中華民國一○一年七月. . iv.

(6) . 目錄中文摘要 ............................................................................................................................. i 英文摘要 ............................................................................................................................ ii 謝誌.................................................................................................................................... iv 目錄..................................................................................................................................... v 表目錄 ............................................................................................................................. viii 圖目錄 ............................................................................................................................... ix 壹、緒論 ............................................................................................................................ 1 一、研究背景............................................................................................................................. 1 二、研究動機與目的 ................................................................................................................. 1 三、研究範疇............................................................................................................................. 2. 政治大貳、文獻探討 .................................................................................................................... 4 立一、記憶與動作學習 ................................................................................................................. 4 ‧. ‧ 國. 學. （一）程序性記憶 ................................................................................................................ 4 （二）序列動作學習 ............................................................................................................ 6 （三）動作學習與回饋 ...................................................................................................... 10 二、回饋與肢體感測 ............................................................................................................... 13 （一）回饋 .......................................................................................................................... 13 （二）肢體感測背景 .......................................................................................................... 14 （三）肢體感測互動應用 .................................................................................................. 15 三、Kinect 相關應用與研究 .................................................................................................. 16 （一）Kinect 功能介紹 ....................................................................................................... 16 （二）Kinect 相關研究 ....................................................................................................... 18 （三）透過 Kinect 學習運動／舞蹈的軟體套件 .............................................................. 19 四、研究假設........................................................................................................................... 22. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 參、研究方法 .................................................................................................................. 23 一、實驗對象........................................................................................................................... 23 二、實驗素材........................................................................................................................... 23 （一）身體骨架提示 .......................................................................................................... 25 （二）細部動作名稱提示 .................................................................................................. 26 （三）學習分數 .................................................................................................................. 27 三、實驗設計與流程 ............................................................................................................... 27 四、評估方式與操作定義 ....................................................................................................... 29 （一）評估方式 .................................................................................................................. 29 （二）操作定義 .................................................................................................................. 31 五、編碼員信度檢測 ............................................................................................................... 32 （一）兩位編碼員之相關 .................................................................................................. 32 （二）編碼員 1 號兩次編碼之相關................................................................................... 33. 肆、資料分析結果 .......................................................................................................... 34 . v.

(7) . 一、動作部位精確度 ............................................................................................................... 34 （一）肢體感測回饋與動作部位精確度得分 .................................................................. 35 （二）性別與動作部位精確度得分 .................................................................................. 36 （三）運動習慣與動作部位精確度得分 .......................................................................... 36 二、序列動作完整度 ............................................................................................................... 37 （一）肢體感測回饋與序列動作完整度表現 .................................................................. 37 （二）性別與序列動作完整度表現 .................................................................................. 39 （三）運動習慣與序列動作完整度表現 .......................................................................... 39 三、停頓與嘗試行為 ............................................................................................................... 40 四、系統學習分數................................................................................................................... 41 五、問卷結果討論................................................................................................................... 43 （一）需求項目 .................................................................................................................. 43 （二）體驗情緒 .................................................................................................................. 45 六、小結................................................................................................................................... 46. 治政大一、研究發現與討論 ............................................................................................................... 48 立（一）知曉宏觀序列 .......................................................................................................... 49. 伍、討論與總結 .............................................................................................................. 48. ‧. ‧ 國. 學. （二）理解參考水平 .......................................................................................................... 50 （三）修正實際水平 .......................................................................................................... 50 二、設計運動學習軟體建議 ................................................................................................... 51 （一）提供序列動作順序表 .............................................................................................. 51 （二）詳細解說參考水平 .................................................................................................. 52 （三）提供修正提示 .......................................................................................................... 52 三、研究限制........................................................................................................................... 52 （一）實驗素材 .................................................................................................................. 53 （二）Kinct 硬體 ................................................................................................................ 53 （三）學習時間 .................................................................................................................. 54 四、總結與未來研究建議 ....................................................................................................... 54 （一）自行設計軟體 .......................................................................................................... 54 （二）增加學習時間 .......................................................................................................... 55 （三）田野實驗 .................................................................................................................. 55. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 參考文獻 .......................................................................................................................... 56 中文部份................................................................................................................................... 56 英文部份................................................................................................................................... 57. 附錄 1 實驗操作流程 ...................................................................................................... 63 附錄 2 A~F 動作細節拆解 .............................................................................................. 64 附錄 3 控制組實驗說明 PPT .......................................................................................... 68 附錄 4 實驗組實驗說明 PPT .......................................................................................... 69 附錄 5 控制組問卷 .......................................................................................................... 71 附錄 6 實驗組問卷 .......................................................................................................... 73. . vi.

(8) . 附錄 7 譯碼簿 .................................................................................................................. 77 附錄 8 受測者五回合之系統學習分數總分 .................................................................. 78 附錄 9 編碼員 1 號動作部位精確度評分表................................................................... 80 附錄 10 編碼員 2 號動作部位精確度評分表................................................................. 82 附錄 11 編碼員 1 號第二次動作部位精確度評分表..................................................... 84 附錄 12 序列動作完整度紀錄表 .................................................................................... 85 附錄 13 運動習慣紀錄表 ................................................................................................ 87 附錄 14 編碼員信度檢測 ................................................................................................ 89. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. vii. i n U. v.

(9) . 表目錄表 1 長期記憶系統中的訊息類型..................................................................................... 5 表 2 記憶鼓理論、閉鎖環理論和基模理論的比較....................................................... 12 表 3 每回合六組動作練習次數與時間........................................................................... 24 表 4 動作評分表............................................................................................................... 27 表 5 動作部位精確度評分標準....................................................................................... 31 表 6 受測者描述性統計資料........................................................................................... 34 表 7 兩組之動作部位精確度分數差異........................................................................... 35 表 8 兩組動作部位精確度表現之獨立樣本 t 檢定結果分析表 ................................... 35 表 9 不同性別動作部位精確度表現之獨立樣本 t 檢定結果分析表 ........................... 36 表 10 不同運動習慣之動作部位精確度表現變異數分析摘要表................................. 36 表 11 序列動作完整度之第一階段順序模式分組......................................................... 37 表 12 有無肢體感測回饋對序列動作完整度的表現..................................................... 38 表 13 性別對序列動作完整度的表現............................................................................. 39 表 14 運動習慣對序列動作完整度的表現..................................................................... 40 表 15 有無肢體感測回饋之停頓與嘗試次數變異數分析摘要表................................. 40 表 16 有無肢體感測回饋之停頓與嘗試時間變異數分析摘要表................................. 41 表 17 兩組學習分數與練習回合之變異數分析摘要表................................................. 41 表 18 系統學習分數結果分析表..................................................................................... 42 表 19 控制組與實驗組提出之資訊需求......................................................................... 44 表 20 有無肢體感測回饋對實驗體驗過程的情緒......................................................... 46. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. viii. i n U. v.

(10) . 圖目錄圖 1 遺忘曲線..................................................................................................................... 6 圖 2 學習序列項目所產生的鄰近聯想與遠隔聯想......................................................... 7 圖 3 序列位置曲線............................................................................................................. 8 圖 4 Kinect 構造示意圖 ................................................................................................... 16 圖 5 Kinect 抓取人體骨架主要節點圖 ........................................................................... 17 圖 6 「禪」課程進行畫面............................................................................................... 20 圖 7 使用者與舞動全身遊戲畫面................................................................................... 21 圖 8 「海洋三」動作流程............................................................................................... 24 圖 9 「禪」課程之三種回饋資訊呈現畫面................................................................... 25 圖 10 身體骨架提示......................................................................................................... 26 圖 11 細部動作名稱提示................................................................................................. 26 圖 12 控制組實驗情境..................................................................................................... 28 圖 13 實驗組實驗情境..................................................................................................... 28 圖 14 實驗場地陳設......................................................................................................... 29 圖 15 Observer XT 7.0 操作介面..................................................................................... 30 圖 16 各動作遺漏人次百分比......................................................................................... 38 圖 17 兩組受測者練習之學習曲線................................................................................. 43. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. ix. i n U. v.

(11) . 壹、緒論一、研究背景 Locke 在《人類理解論》中提到：「在有智慧的生物中，記憶之為必要，僅次於知覺。它的關係是很重要的，因此，我們如缺少了它，我們其餘的官能變大部分失去了效用。如果沒有記憶的幫助，我們在思想中、推論中和知識中，便完全不能越過眼前的對象。」（Locke, 1902／關文運譯，2009）。若我們沒有記憶，知覺將變得毫無意義，因為我們所感覺到的、看到的、學習到的訊息，都無法轉化成內在的知識。因此，記憶對於我們之重要性，乃在於能將感官所接收到的訊息儲存起來，. 政治大. 並做為日後所需之用，這也正是學習的過程。. 立. 人的心理大部分功能都需要記憶系統的協調才能發揮其功能，從簡單的行為、. ‧ 國. 學. 感知，到複雜的思維、學習等，都必須在記憶的基礎上進行（楊治良、郭力平、王沛、陳寧，2001）。如果沒有記憶，我們無法學習。. ‧. y. Nat. 然而，我們無法記住所有訊息，或過目不忘，寄望科技幫助我們克服記憶與學. sit. 習上的生理限制。攝影技術的發明，讓我們可以透過照片、影片重溫上課學習的內. n. al. er. io. 容；透過記事軟體幫助我們把曾經學過的內容紀錄下來，日後可回想或閱讀。電腦. i n U. v. 輔助教學更協助老師進行教學，輔助學生學習教材，達到個別化、補救教學或精熟. Ch. engchi. 學習素材，以幫助學生熟稔與記憶學習教材（王立行，1992）。. 二、研究動機與目的正因我們有增強記憶的需求，因此產生了許多幫助我們記憶與學習的工具。既然科技的發展，出現了許多幫助我們學習、記憶的工具，在動作學習的領域中，是否也能透過新興的肢體感測互動技術來強化動作學習效果？學者指出，在運動學習時，提供學習者回饋訊息，可增強其學習效果，此回饋訊息包含學習者的結果獲知（Knowledge of Result）以及表現獲知（Knowledge of Performance）資訊. . 1.

(12) . （Adams,1971; Bandura, 1977; Magill, 1993; 李榮哲，1999）。本研究好奇是否可透過肢體感測技術提供這些運動學習所需的回饋訊息，以輔助我們學習？新科技讓電腦有更高的運算能力、敏銳的感測器，讓使用者可以跟由電腦所控制的物體產生數位訊號的即時傳遞與回饋，達到使用者與物體間的互動行為。肢體感測便是指透過電腦感測器感知人體姿勢、部位與位置，達到人與電腦溝通的動能互動過程。 Moen（2006）描述動能互動（Kinesthetic Interaction, KI）是一個發掘自由與表達身體移動的人機互動形式（Moen, 2006）。而人機互動是指：「對所有同時具備數位與互動特質的物體，在主觀與性質上的設計，目的是讓它顯得實用、. 政治大技術，可即時產生前述運動學習時所需的兩種回饋資訊。立. 令人渴望且容易上手。」（Moggridge, 2006／許玉鈴譯，2008）。肢體感測的互動. ‧ 國. 學. 本研究以微軟所推出之感測硬體「 Kinect 」作為感測媒介。 Kinect 一詞是由 Kinetics （動力學）加上 Connection （連結）所組成，強調肢體感測操作，使用者. ‧. 可以身體作為控制器，進行所有互動行為。微軟在2010年推出 Kinect 後，讓動能互動在執行面有更多可能性。肢體感測的魅力是使用者不需穿戴任何控制器，透過. y. Nat. sit. 肢體動作就可以與數位訊息互動（螢幕畫面、聲音影像等）。這點從 Kinect 推出. al. n. 2011）。. er. io. 後所造成的轟動可見一班，其銷售量在上市短短60天內就達1000萬台（鉅亨網，. Ch. engchi. i n U. v. Kinect 廣泛被應用在遊戲領域中，其中更不乏舞蹈與運動學習遊戲。因此，本研究試圖透過近年逐漸普及的肢體感測互動技術，探討藉由感測使用者肢體動作所提供的回饋資訊，對使用者學習序列動作的影響，並找出在設計運動學習軟體時應注意或思考的設計要素，讓此互動學習過程更實用並符合使用者需求。. 三、研究範疇記憶是一個非常廣闊的研究領域，其涉及腦部的生理結構、腦神經元的訊息傳遞、記憶後的行為改變、認知學習等等，而每一個區塊又牽涉了更多不同的研究領 . 2.

(13) . 域。因此，為了縮限本研究之研究範疇，本研究將重點聚焦於程序性記憶與序列動作的技能學習。本研究主要關心，透過肢體感測互動所提供的回饋資訊，相較於僅觀看影片學習動作，是否更能加深使用者學習效果？而在肢體感測互動回饋的設計中，是否還有其它可以進一步增強使用者學習效果的方法？. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. 3. i n U. v.

(14) . 貳、文獻探討本章節將針對前章所定義的研究範疇進行討論，以記憶與動作學習、回饋與肢體感測技術為主要軸線，輔以 Kinect 介紹及相關研究與應用。透過理論探索序列動作學習的要點，與相關技術的可應用範圍，進而提出研究假設。. 一、記憶與動作學習. 政治大在整個大腦的記憶系統中，學者依據記憶的內容、儲存的時間長短等分成許多立. （一）程序性記憶. ‧ 國. 學. 不同的類型，如短期記憶與長期記憶、陳述性記憶與程序性記憶等。 1949年，英國哲學 Gilbert Ryle 提出兩種知識的存在：一種是「知道怎麼做. ‧. （Knowing how）」，或者稱為技能知識；另一種是「知道事實（Knowing. y. Nat. that）」，指關於事實與事件的知識（Squire & Kandel, 2009）。知道怎麼做就是. io. sit. 「程序性記憶（Procedural Memory）」，如知道如何游泳、如何投籃、如何拉小. n. al. er. 提琴等。知道事實則是「陳述性記憶（Declarative Memory）」。Tulving（1972）. i n U. v. 進一步將陳述性記憶依據不同的運作方式，分成「語意記憶（Semantic Memory）」. Ch. engchi. 與「情節記憶（Episodic Memory）」。兩者皆屬於陳述性記憶，訊息需有意識地被提取出來。其間不同之處在於它們是否儲存了空間和時間的資訊，是否能指認某事件發生的時間和地點（Tulving, 1972）。表1羅列了長期記憶系統中的不同類型。. . 4.

(15) . 表1 長期記憶系統中的訊息類型種類. 形式. 元素. 簡單的定義. 實例. 一系列字彙或象徵符號被當作一個整體具有不變的形式. 對每一個作用力都有一種大小相同方向相反的反作用力（reaction）. 命題描述一概念或屬性（proposition）或概念間的關係. 羊齒植物是單細胞植物. 範文（string）陳述性記憶. 語意記憶. 插曲（episode）. 情節記憶. 對個人參與或目睹事件的記憶. 執行物理作業的技政治大能. 動作技能. 平衡化學方程式. ‧ 國. 執行心理作業的技能. 認知策略. 涉及控制思考的概括技能. 知覺到不同的解釋決定目標、判斷成功的可能性. 心像. 記憶心像. 對感覺的心理表徵. 荊棘的形狀；氯的氣未. io. 資料來源：鐘聖校（1990）。認知心理學。台北市：心理。. n. al. Ch. engchi. er. sit. y. ‧. Nat. 感覺表徵. 立. 依標記把液體倒入容器. 心智技能. 知動策略記憶. 學. 程序性記憶. 在實驗室中的偶發事件. i n U. v. 程序性記憶與陳述性記憶最大的不同是，程序記憶可以自動化，當所學的順序自動化之後，不需意識即可進入程序記憶，運動教練有時稱程序記憶為「肌肉記憶」，它使我們能在十五年後跳上腳踏車，還能輕鬆騎著（Rupp, 1998／洪蘭譯， 2004）。這種記憶需經過實際執行和練習才能記得（鐘聖校，1990）。這兩種記憶模式可以獨立運行，但也常互助合作。雖然不同記憶系統，有其不同的功用，但程序性記憶跟語意記憶一樣，可經由反覆練習而進步（Rupp, 1998／洪蘭譯，2004）。在此我們可知序列運動的學習，是一種程序性記憶的展現，且可經過反覆練習而增強。. . 5.

(16) . （二二）序列動動作學習學習指經經驗的獲得與與發展，記記憶則為經驗驗的保存與與再現，所以以記憶亦可可說是持續性性的學習（Kandel, Kuupfermann, & Iversen, 2000）。 Gagne（198 G 84），認為為學習的結結果可歸納納為五種主要要類型：智智能、語言訊訊息、認知知策略、動作作技能以及及態度（G Gagne, 19844）。而學習習的類型可可進一步區分分為聯想學學習（Assocciative Learrning）與非非聯想學習習（Non-Asssociative Leearning）。聯想學習代代表兩個刺刺激之間有聯聯結，或某某種刺激與與某種反應之之間的聯結結對行為的影影響，實驗驗室中常做的的聯想學習習如巴夫洛夫夫的條件反反射（Classiical Conditioonal Reflexx）（洪菁霞霞，2004）。. 政治大. 學習過後後，除了記住住所學訊息息之外，還會會遺忘。 Ebbbinghaus（1964）提提出著名. 立. 的遺遺忘曲線，他指出人在在學習後200分鐘，會遺遺忘42%的內容，一小小時後則會遺忘. ‧. ‧ 國. 學. 56% %的學習內容容（Ebbingghaus, 19644）。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖1 遺忘曲曲線資料料來源：記憶銀銀行（2010）。艾賓豪斯斯的遺忘曲線。記憶銀行。2012 年 6 月 14 日，取自自 http://memobank.ppixnet.net/bloog/post/24950161. 學習者若要記記住所學內內容，必須透透過反覆練練習，或者以以更有效的的方式增因此，學強記記憶。例如混合多種不不同的感覺覺聯結，像是是視覺、聽聽覺、嗅覺、觸摸、味味道等感. . 6.

(17) . 官交交叉連接，產生「共感感症（synessthesia）」，聯結多種種感覺有助助於內在記憶憶（R Rupp, 1998／／洪蘭譯，2004）。此此外，根據據 Paivio（1990）的雙雙碼理論（D Dual Codding Theoryy），人以視視覺心像（Visual Imaages）與語意系統（V Verbal Systeem）兩種方方式將資訊訊編碼與儲存存，若提供供學習者多重重資訊提取取的管道，如如融入聲光光、影像、文字字等多重刺刺激，則可提提高學習者者的學習效果果（Paivio, 1990; 李榮榮哲，1999））。對於一序序列項目的學學習，有兩兩派論點，一一是由 Ebbinghaus 提出出的「遠隔隔聯想學習習」，另一一派是則「序序列位置曲曲線」。 Ebbbinghaus（1964）看到到學習者在在回憶某一項項目時，經經常發生位置置上的錯誤誤，例如在回回憶 A 和 B 之後，受受測者可能回回憶起. 政治大生錯錯誤。 Ebbiinghaus 假設設在序列學學習期間形成成的聯想結結構，不僅包包括鄰近聯聯想立（A Adjacent Associations）），也包括括遠隔聯想（Remote Associations A s），因此，要取 D 或 E ，而不不是 C ，這種種超前錯誤誤沿著一距離離梯度而變變化，項目愈愈接近愈可可能發. ‧ 國. 學. 得完完整的作業業，必須加強強與遠隔聯聯想有關的正正確鄰近聯聯想（Ebbinnghaus, 1964 4, 轉引自B Bower & Hilgard, 19666／邵瑞珍、、皮連生、吳慶麟譯，1990）。然而，此說說法並. ‧. 未受受到其它研研究證實。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖2 學習序列項目目所產生的鄰近聯想與與遠隔聯想註：實線表鄰近的的聯想，虛線線表隔遠的聯聯想。料來源：邵瑞珍珍等譯（1990）。學習理理論：學習活動動的規律探索索。台北市：五南。資料. 學者則提出序序列位置曲曲線，最早由由 Lepley（1934）和 Hull（1935 H 5）提另一派學出，，指學習項項目的難易度度，取決於於該項目在序序列表中的的位置，如在在表的開頭頭和末尾的項項目學習得得最快，而在在中間的那那些項目學起起來則最困困難（Bowerr & Hilgardd, 1966 ／邵邵瑞珍等譯譯，1990）。。. . 7.

(18) . 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖序列位置圖3 置曲線. 資料料來源：邵瑞珍珍等譯（1990）。學習理理論：學習活動動的規律探索索。台北市：五南。. ‧ sit. y. Nat. 的序列學習研研究中，學學者更將「項項目學習」與「順序學學習」區分分開來，在後來的. io. er. 前者者指學習者者從記憶中精精確檢索個個別項目的能能力，後者者則是指學習習者將檢索索出的項目置置於正確序序列順序中的的能力。那那些影響項目目中可利用用性的因素，如有意義義性與熟. n. al. Ch. i n U. v. 悉程程度（常用的控制方式式如數字或或字母排序）），將會影影響對項目精精確度的回回憶，也. engchi. 會間間接影響序序列回憶的能能力（Bower & Hilgarrd, 1966／邵邵瑞珍等譯譯，1990）。 Jensen（11962）指出出，首先學會會的項目，通常是學習習者最先注注意到的項目，也就是是該序列表表中前一、兩兩個項目，這些項目便便作為學習習其餘項目的的支點，受受試者最容易易學會的新新項目是與原原先學會的的項目連結較較多者（Jennsen, 1962）。其他學學者，如 Murdock、E M Ebenhlotz、、Bower 則指出序列位位置的某種種特徵，對於於序列表項項目來說是重重要的刺激激，而表的兩兩端比起內內部位置，有有更好的刺刺激，較容易易區分，若若受試者建立立了類似「系列位置標標誌物」的的東西（如第第一、第二二...），並使使之與序列表表的項目連連結，學習習者較容易正正確回想項項目的順序， Ebenhlottz 更進一步步證明位置學學習作. . 8.

(19) . 為序列學習一個有效學習形式（Bower & Hilgard, 1966／邵瑞珍等譯，1990）。在序列動作學習，包含了與序列學習相似的原理。序列動作學習包含兩個主要部份：知道一序列中項目的順序，以及可快速且精確表現序列中每個項目的能力（Moisello et al., 2009; Gentili, Han, Schweighofer, & Papaxanthis, 2010）。而這兩部份，可以分別量化（Ghilardi, Moisello, Silvestri, Ghez, & Krakauer, 2009; Moisello et al., 2009），並透過群組方式測量順序的知曉；透過連續測量，如空間精確度與移動時間，測量順序項目的表現（Ghilardi et al., 2000; Ghilardi, Eidelberg, Silvestri, & Ghez, 2003a; Ghilardi et al., 2003b, 2007, 2008; Hikosaka, Rand, Miyachi, & Miyashita, 1995; Hikosaka et al., 2002）。. 立. 政治大. 大多數我們學到的行為都包含動作的順序（Panzer, Wilde, & Shea, 2006），而. ‧ 國. 學. 序列動作學習，正是一連串動作的順序展現，如倒地是三個階段動作所組成的一個序列動作，包含下降、下降到地上的過程，以及碰到地面（Loke & Robertson,. ‧. 2010）。這種對一連串動作的學習，便是序列動作學習，如帶球上籃、瑜珈、太極拳等。在動作順序學習時，有動作、感知、認知系統涉入其中（ Bo,. Nat. sit. y. Peltier, Noll, & Seidler, 2011）。可精確展現序列動作的能力對基本運動功能是必要. er. io. 的（Ghilardi et al., 2009）。一個動作是否被妥善完成與一個人調節與控制肌肉移. al. v i n Ch 現很重要，其處理由肌肉及關節傳來的資訊，控制平衡、身體位置及動作，似乎也 engchi U n. 動的能力有關（Fogtmann, Fritsch, & Kortbek, 2008）。小腦對複雜的運動學習和表. 是程序性記憶的儲存位置（Squire & Kandel, 2009; Rupp, 1998／洪蘭譯，2004）。. 運動技能學習，像是打網球，被視為是外顯順序知曉，與精確執行順序中項目之內隱能力兩者結合的過程（Ghilardi et al, 2009）。序列學習是一個連續過程，當序列項目中的順序可以事先知道時，受測者對於該動作表現的空間精確度也會提高（Hikosaka et al., 2002; Moisello et al., 2009; Gentili, et al., 2010）。也可以說，對於外顯序列順序的知曉，會影響內隱的空間精確度表現。此外， Ghilardi 等的研究更顯示深度訓練可加強學習者對此兩種能力的學習，以抵抗外在干擾（Ghilardi et al., 2009; Moisello et al., 2009）。. . 9.

(20) . 運動技能又可再細分兩個類別—精細或粗略的運動技能，粗略的運動技能包含了整個身體或大部份身體的移動，如爬行、走路、跑步；精細運動技能則是指透過小部份肌肉所完成的運動，如手指、眼睛、嘴巴等（Kolb, 2006）。技能的定義為在最少時間與精力耗費下可使用正確的肌肉，執行預先決定運動的能力（Davids, Shuttleworth, Button, & Zealand, 2003）。接下來將進一步探討有哪些增進動作技能學習的理論。. （三）動作學習與回饋. 治政大在運動學習的過程中，關心的是應運用何種學習方法，才能在有限的時間及空立間內，使學習者的動作達到預期的動作目標（李榮哲，1999）。一個人在訓練運動 ‧ 國. 學. 技能時，他正是學習用哪個部位，以及何時去施行某特定動作，如何使用該行為改變環境，以及如何在時間演變中實行協調的行為（Fogtmann et al., 2008）。. ‧. John Anderson 在1976年提出 ACT（Adaptive Control of Thought）理論，並在. Nat. sit. y. 1996年發產出最新模型 ACT-R。他認為技能的獲取（Skill Acquisition）與習得有. er. io. 三個階段： 1.首先需經過有意識地陳述性認知，學習者需知曉一項技能的規則、原. al. v i n Ch 任何領域的經驗，以相對未分析的形式儲存起來，包含教學、正確行為的模型，以 engchi U n. 則與進行流程； 2.第二是將這些原則轉化為陳述性知識，陳述性知識可以將我們在. 及我們失敗的嘗試； 3.最後才是不斷練習與修正技能，並進行動作微調，讓技能知識進入程序性記憶的自動化階段（Anderson, 1987; Anderson, Conrad, & Corbett, 1989; Anderson, 1996）。而技能在學習者實際操練之前，都不算學習完成，在操練時更必需告知錯誤所在，使其可以修正錯誤（Anderson, Conrad, & Corbett, 1989）。 Luppa（1984）更提到，運動技能的學習若能提供適當的示範模擬（Model Simulation），對學習者而言是最好的學習情境（Luppa, 1984）。學習者從示範中觀察模仿，並且使個體在視覺、記憶與動作結構的交互作用中得到自我回饋與修正（李榮哲，1999）。 Bandura（1977）也強調學習者透過觀察模仿「參考範本」，藉著自我回饋和自我修正，使動作逐漸接近範本的動作（Bandura, 1977）。 . 10.

(21) . 此外，針對動作學習更有三種學者提出的理論（見表2）。 Henry 和 Rogers （1960）提出「動作神經反應記憶鼓理論（Memory-Drum Theory of Neuromotor Reaction）」，最早提出關於動作表現與記憶儲存間的關係，指出動作在經過一連串練習後，會以動作神經協調模式儲存於大腦的記憶鼓上，每到需要使用時，以前學過的動作技能與儲存在記憶鼓的動作記憶，就會無意識地使動作記憶去引導所需的神經衝動傳至適當的肌肉，引起所要做的動作（Henry & Rogers, 1960, 轉引自黃崇儒，1994）。 Adams（1971）則發展出的「閉鎖環理論（Closed-Loop Theory）」，認為在. 政治大正動作的知覺痕跡，學習者的記憶軌跡發展加速了技巧學習（Adams, 1971）。立 Magill（1993）也指出，提供回饋可以促進學習，並且增加學習效果，同時給予表練習過程中，提供結果獲知（Knowledge of Result, KR）資訊，學習者可發展出更. ‧ 國. 學. 現獲知（Knowledge of Performance, KP）資訊與結果獲知（KR）資訊，比沒有接受回饋的學習者有較佳的動作表現（Magill, 1993）。. ‧. Schmidt 則根據心理學基模概念，提出連續性動作技能學習的「基模理論. y. Nat. sit. （Schema Theory）」，指出學習者在練習過程中所發展的動作基模有兩個層次：. er. io. 一是回憶基模（Recall Schema），負責動作實行，引導個體產生動作反應；二是再. al. v i n C hSchmidt, 1982; 黃崇儒，1994；簡桂彬、麥吉誠、正（Schmidt, 1975; Schmidt, 1980; engchi U n. 認基模（Recognition Schema），負責動作控制，對產生的動作做出評價並進行修. 蕭今傑，2006）。 Schmidt, Young, Swinnen 與 Shapiro（1989）更指出回饋訊息能. 明確且有效引導動作表現時，可使動作表現較佳（Schmidt, Young, Swinnen, & Shapiro, 1989）。. . 11.

(22) . 表2 記憶鼓理論、閉鎖環理論和基模理論的比較動作的性質. 動作的執行. 動作的控制. 適用性. 特殊性. 記憶鼓上的動作程式. 無. 快動作. 特殊性. 記憶痕跡. 知覺痕跡. 慢動作. 一般性. 回憶基模. 再認基模. 快、慢皆可. Henry & Rogers 記憶鼓理論 Adams 閉鎖環理論 Schmidt 基模理論. 資料來源：黃崇儒（1994）。運動技能記憶表徵模式的驗證 : 基模抽象模式與特殊範本模式。國立臺灣師範大學體育硏究所碩士論文，台北市。. 立. 政治大. 在運動技能學習中，得到的回饋又可再分為內在回饋與外在回饋兩種，前者是. ‧ 國. 學. 技能表現的直接結果，通常可透過學習者直接從身體的感官獲得，如透過觸覺將手掌擊球的感覺訊息傳回給大腦，作為下次擊球的修正；外在回饋是藉由非學習者所. ‧. 提供的訊息，使學習者了解本身動作的回饋，如教導者提供學習者前面所提到的. sit. y. Nat. KR與KP（簡桂彬等，2006）。學習者在進行動作技能練習時，教導者通常需要觀. io. er. 察學生的練習情形，並針對個別差異提出不同的外在回饋訊息（劉彥甫，2002）。. al. n. v i n Ch 動技能的表現有實質幫助（林德隆，1995），KR與KP的提供，能幫助學習者更快 engchi U. 屆此我們知道回饋訊息是運動技能學習上的一大要素，對運動技能的獲得與運. 速且正確地學習動作技能。然而，在運動學習時並非隨時有老師教導，因此出現了許多電腦輔助運動學習的系統。電腦互動式多媒體系統在運動技能的學習上，能提供明確清晰的技能要素，使學習者容易觀察動作結構的聯結與連貫性，電腦系統更可根據學習者的學習反應，提供適當回饋（Dempsey & Sales, 1993; 黃清雲， 1994）。下節將探討肢體感測技術的相關應用，以及在運動學習時可提供的感測回饋資訊。. . 12.

(23) . 二、回饋與肢體感測（一）回饋回饋（Feedback）一詞廣泛的被應用在不同領域，如管理決策、組織改變與設計、訓練、表現評估及刺激等（Ramaprasad, 1983）。 Ramaprasad（1983）將回饋定義為，關於一系統參數中實際水平（Actual Level）與參考水平（Reference Level）間差異的資訊，以用來調整此落差（Ramaprasad, 1983）。參考水平指的是要達成的目標，而實際水平則是指真實表現。 Ivancevich 與 McMahon（1982）更針對回饋提出一個根本論點，他們指出比起僅提供回饋，結合回饋資訊與目標設定，可增. 政治大. 強自我表現與滿足感（Ivancevich & McMahon, 1982）。也就是提供學習者一個學. 立. 習目標，並給予回饋，可增強其表現。. ‧ 國. 學. 雖然 Ramaprasad 主要是從商業管理的角度來探討回饋，但在序列動作學習中，仍可套用其論點。實際水平代表的是學習者的真實表現，而參考水平則是範例標準. ‧. （如老師或示範者），回饋則是用來調整自己的動作與範例間差異的一種資訊。因. sit. y. Nat. 此，前節所提到的 KR 與 KP 正是提供給學習者用以調整水平間落差的回饋資訊。. io. er. 有許多研究指出回饋對運動技能的學習有幫助（Adams, 1971; Schmidt, 1975; Chew, 1976; Shapiro, 1977; Salmoni, Schmidt & Walter, 1984; 王秋容, 1995; Brisson & Alain,. n. al. Ch. i n U. v. 1997）。 Kernodle 和 Carlton（1992）曾以48位極少有投擲經驗者，利用非慣用手. engchi. 學習投球動作，所有受試者被隨機分為： 1. KR 組—僅告知落點距離、 2. KP 組— 觀看動作錄製影帶、 3. KP 加上線索組—觀看影帶且要求受測者注意線索、 4. KP 加上過程提示組—觀看影帶且指導如何改進動作，進行四組間的學習效果比較。結果在得分等級上以「 4. KP 過程訊息提示組」最好，「 3. KP 線索組」次之，而僅告知 KR 與 KP 組都得到較低的等級分數，這意味著除了給予回饋之外，提供改進動作的線索更可增強學習表現（Kernodle & Carlton, 1992）。 Moisello 等也提出，在動作過程中，視覺回饋可輔助修正，雖然可能導致更長的動作時間，但可有更高的精確度表現（Moisello et al., 2009）。. . 13.

(24) . 不同於前述所提到的回饋，在人機互動領域中指的回饋，被理解為電腦根據人們輸入的結果所回傳的資訊（Norman, 1988; Brandes & Wilensky, 1991; Resnick, 1994; Spink, 1997），如點選螢幕中的按鍵有下壓的視覺效果、觸控螢幕有震動效果等。此類型的回饋，讓使用者知道電腦已接收到其傳遞出去的訊息，並且產生對等反應。如果能透過電腦提供關於參考水平與實際水平的資訊，以輔助學習者調整自己的動作表現，便是一種可增進使用者動作學習的回饋。新興的肢體感測技術，使電腦得以直接判斷與偵測使用者的姿勢與動作，並提供設計過的感測回饋訊息。. （二）肢體感測背景. 立. 政治大. 拜科技發展之賜，肢體感測技術得以產生，而它是從新的人機介面發展方向—. ‧ 國. 學. 可觸式使用者介面（Tangible User Interface, TUI）發展而來。 Ullmer 和 Ishii （2000）與其他在 HCI 領域中的學者定義 TUI 為：利用實體再現與操控數位訊號. ‧. 的方式，提供聯結實體人造物與電腦運算媒介之數位資訊的互動方式（Ullmer &. y. Nat. Ishii, 2000）。Hornecker 與 Buur（2006）提出三個理解 TUI 的觀點：資料為主. io. sit. （Data-centered view）、表現移動為主（Expressive-Movement-centered view）、空. n. al. er. 間為主（Space-centered view）。強調身體與物體的互動，利用感測豐富度與實體. i n U. v. 物潛在活動力，讓意義在互動過程中產生（Hornecker & Buur, 2006）。為了創造. Ch. engchi. 人機互動中人本為主的條件，必需尋找超越按鈕、滑鼠或觸控螢幕的新互動形式，那就是將重心放在移動為主的互動方式，即所謂全身互動（Whole Body Interaction, WBI）或動能移動互動（Kinesthetic Movement Interaction, KMI），代表全身涉入互動的過程（Moen, 2007）。肢體感測，便是在這樣的背景下所產生的一種新興的互動形式。使用者可透過肢體動作，包含四肢的移動、姿勢，與電腦進行互動溝通。在與電腦互動過程中，電腦可根據使用者的動作以及位置，給予相對應的回饋，回饋訊息可包含動作的偵測、姿勢的判定、動作正確與否的辨識等等。. . 14.

(25) . （三）肢體感測互動應用這種善用人體能量的肢體感測互動方式，已有相當的技術可以達到此目標，如任天堂的 Wii 、 Sony 的 PlayStation Move 及微軟的 Kinect 。肢體感側技術從使用者必須穿戴感測器，進步到直接透過影像辨識技術進行人體骨架偵測，這些都帶給使用者新的互動體驗。 Wii 在 2006 年問世後，發展利用全身互動的軟體開始引爆（England, Sheridan, & Crane, 2010）。Wii 改變用手操控「電動遙控器」的概念，在手持遙控器中內建三軸加速器以及紅外線感測器，感測使用者的肢體動作（Lund & Pagliarini, 2011），降低使用者的進入門檻，只要拿著感應器，就可讓使. 政治大者創新體驗（蔣敬祖，2007）。Wii 的大成功說服了許多遊戲公司「身體移動」是立使用者重視且想要的元素（Isbister, 2011）。. 用者感到更人性、更真實的操縱感，首創藉助肢體動作進行互動的遊戲，帶給使用. ‧ 國. 學. Kinect 的出現更讓肢體感測互動的發展更上一層，使用者無須穿戴任何感測器. ‧. 即可進行互動，身體本身就是控制器。 Sixense 執行長 Rubin 說，利用身體當控制器，必須注意的是我們必須用原本使用身體的方式進行互動（Goth, 2011）。因此，. y. Nat. sit. 在肢體感測互動中，應當以人熟悉的姿勢、動作進行互動，這才是一種自然的互動. er. io. 方式。自然介面互動（Natural User Interface）由義大利學者 Valli（2007）提出，. al. n. v i n Ch 或學習（Valli, 2007）。在肢體感測互動中，身體不只被思考為一個多媒體系統的 engchi U. 強調以人為出發點，以人自然的手勢、動作、表情作為溝通方式，不需額外的裝置. 控制器，也是這系統中的重要組成元素及獨特媒介（Levisohn, 2007）。. 從前面論述中可知肢體感測互動雖然包含 Saffer（2007）提出的三個互動要素：移動、空間、時間（Saffer, 2007），但移動或身體動作／姿勢在肢體感測互動中扮演更重要的角色。身體移動並不是一種特別的知識，相反的，我們透過動能記憶（Motor Memory）去經驗世界，身體移動正是我們體驗世界的基礎（Fogtmann et al., 2008）。在與電腦肢體互動的過程中，我們已經透過身體的肌肉在記憶這些動作。 Maciel, Nedel, Jorge, Ibiapina 與 Silva（2010）主張，人不只使用視覺感知能力來探索世界，同時也使用了移動時身體姿勢的記憶來感知外在環境，因此在互動設. . 15.

(26) . 計中中，若能增加這些感知知線索，便便能提升使用用者的互動動表現（Maciel, Nedel,, Jorge, Ibiaapina, & Silvva, 2010）。這種利用與現實生活活中相同的的肢體動作所所進行的互互動方式，是是透過鍵盤盤滑鼠或手指指觸碰所辦辦不到的。因因此，比起起傳統的電腦腦輔助教學學，肢體感測測技術應當當更適合作為為序列動作作學習的輔助助工具。接接下來將介紹紹本研究採採用的感測硬硬體 Kinectt 的技術，，以及相關關研究與應用用。. 三、、Kinect 相關應用與研相研究（一一）Kinect 功能介紹. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 微軟（Miccrosoft）在22010年6月推出的肢體體感測器。它可以同時時抓取 Kinect 是微人的的影像資料料、3D景深資資料及聲音音訊號。透過過機身上的的三顆鏡頭完完成它的肢肢體感. ‧. 測工工作，左右右兩側的鏡頭頭則分別為為「紅外線發發射器」和和「紅外線接接收器」所所構成的. n. al. er. io. sit. y. Nat. 深度度感應器，中間的則為為彩色鏡頭頭（Sugizo，2010）。. Ch. engchi. i n U. v. 圖4 Kinect 構造造示意圖資料料來源：Howsson, G. (2010)). Kinect priciing is crucial - but how mucch will it be? G Game Blog. Retrieved R Junee 14, 2012, froom http://www w.guardian.co..uk/technologyy/gamesblog//2010/jun/21/ggames-microsoftkinecct-pricing.. . 16.

(27) . Kinect 主要靠兩側的 3D 深度感應器偵測玩家的姿勢與動作，以中間視訊鏡頭辨識使用者身分。後者能應用在擴增實境遊戲、視訊通話。此外， Kinect 還搭配底座馬達追蹤技術，可追蹤使用者位置，以調整到最佳感測位置（Sugizo，2010）。透過 Kinect 感測肢體動作，使用者完全不需穿戴任何感測器，是 Kinect 最大特點。由於需針對使用者的全身進行肢體、姿勢的感測， Kinect 最佳偵測距離為1.2~3.5 公尺間，它最多可同時偵測6個人，但僅能同時辨識2個人的骨架；在骨架偵測上，最多可抓取20組節點，包含頭部、軀幹、四肢主要關節處等，以完成全身肢體感測（Sugizo，2010）。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. n. v i n Ch U 資料來源：Sugizo（2010）。身體就是控制器，微軟Kinect是怎麼做到的？2012年7月18日，取自T i e h n c g 客邦：http://www.techbang.com/posts/2936-get-to-know-how-it-works-kinect 圖5 Kinect 抓取人體骨架主要節點圖. Kinect 被應用在許多不同領域，如遊戲（動作遊戲、運動或舞蹈學習）、商業（虛擬試衣、手勢操控選單）、復健、硬體技術開發等。同時，也出現許多與 Kinect 相關的研究，下節將整理與 Kinect 相關的研究主題。. . 17.

(28) . （二）Kinect 相關研究 Kinect 感測肢體動作的技術，引起許多研究者好奇，加上微軟釋出 Kinect 開發所需的軟體開發套件（Software Development Kit, SDK），有利於各類 Kinect 應用軟體之開發設計。在 Kinect 技術開發方面，如 Tenedorio et al.（2012）的《透過追蹤微軟 Kinect 即時截取幾何圖形》，利用 Kinect 的彩色鏡頭，開發一個即時追蹤截取真實世界中幾何圖形的系統； Alnowami, Alnwaimi, Tahavori, Copland 與 Wells（2012）的《使用 Xbox 360 Kinect 作為呼吸表面運動追蹤之量化評估》，量化評估 Kinect. 政治大. 追蹤呼吸表面所取得的資訊，以作為未來生物醫療軟體使用； Camplani 與. 立. Salgado（2012）的《適用 Kinect 深度圖之有效時空洞填補策略》，他們提供一. ‧ 國. 學. 個新的空洞填補策略，以提升 Kinect 所截取的深度圖品質；陳冠廷（2011）《基於 Kinect 之雙手位移辨識系統》，利用 Kinect 偵測手部位置，以執行電腦操控；. ‧. 以及黃識夫（2011）《應用 Kinect 之人體多姿態辨識》，利用 Kinect 精確地提供即時且穩定的姿態辨識，未來可應用在居家看護。. sit. y. Nat. io. er. 另外， Iyer（2012）的《使用 Kinect 感測器與 OpenNI 教導人機互動與自然使用者互動介面》，從 Kinect 所抓取的資料與其技術，探討如何透過 Kinect 進行自. n. al. Ch. i n U. v. 然互動的教學，提供學生新穎的教學方式。張慶權（2011）《 Kinect 於動作教學. engchi. 之應用探討》也從 Kinect 所截取的資訊，探討在運動教學上可如何應用。又如 Chang, Chen與Huang（2011）的《以 Kinect 為基礎之身體復健系統：針對動能障礙年輕成人之試探研究》，便是以 Kinect 為技術基礎，開發一套身體復健之系統。從以上相關研究中，發現與 Kinect 相關的研究都著重於 Kinect 應用技術開發，較缺乏透過 Kinect 實地進行使用者需求研究。因此，本研究希望利用 Kinect 不需穿戴任何設備的技術特性，探討其對序列動作學習的輔助效果，以及其提供的回饋資訊應如何設計，才能更有效輔佐學習。. . 18.

(29) . （三）透過 Kinect 學習運動／舞蹈的軟體套件 Charbonneau, Miller 與 LaViola（2011），指出以身體為控制器的介面，任何牽涉人體的活動都可成為一個遊戲，如瑜珈或運動。他們針對舞蹈遊戲是否可成為一個有效的學習工具進行研究，他們提出兩個主要問題： 1.身體控制的跳舞遊戲是否可教導舞蹈？ 2.使用者是否想要如此？結果顯示整體而言受測者偏好有兩者形式（遊戲與示範影片）結合的媒介（Charbonneau, Miller & LaViola, 2011）。因此，本研究試圖從 Xbox Kinect 的遊戲中找出與運動學習相近的軟體，作為實驗素材。綜觀所有遊戲後發現與運動學習相近者有兩類別：健身與舞蹈。本節將. 政治大. 分別介紹這兩類別中，知名度高且推出多款版本的遊戲，從中挑選合適之實驗素材。. 立. ‧ 國. 學. 1. 型可塑（Your Shape Fitness Evolved）. 「型可塑」是遊戲廠商 Ubisoft 所開發的一款體能訓練遊戲，其中包含個人體. ‧. 能訓練、健身房遊戲以及健身課程。主要針對體適能訓練所設計，已經推出三代不. sit. y. Nat. 同版本。在「型可塑」遊戲中，使用者可以透過身體與虛擬環境互動，系統會根據. io. er. 使用者的動作以及姿勢，產生獨特的視覺回饋效果。同時，利用 Kinect 的攝影鏡頭，將使用者投影放入遊戲畫面中，產生鏡面效果。系統更透過即時且精確的追蹤. n. al. Ch. i n U. v. 系統，偵測使用者運動時的每個動作，並即時提供回饋（Ubisoft, 2010）。. engchi. 「型可塑」之健身課程是比較偏向動作學習，包含「禪」課程與「健身拳擊」課程。其中「禪」是一款類瑜珈的課程，有一系列學習單元，包含三大階段：小溪、河流、海洋，每個階段各有三個關卡，每完成一個關卡才可繼續後面的關卡，動作的難易度大致上也是愈後面愈困難。. . 19.

(30) . 學. ‧ 國. 立. 政治大. 圖6 「禪」課程進行畫面. ‧ sit. y. Nat. 使用者可在畫面中看見自己的投影（圖6右側人形），比例與示範者相同，能. io. er. 清楚看見自己的動作表現與示範者間的差異（實際水平與參考水平），同時系統會偵測使用者的動作，進行正確或錯誤的判斷提示，如身體骨架提示、畫面右上角的. n. al. Ch. i n U. v. 動作細部名稱提示。這些都是結果獲知（KR）與表現獲知（KP）的回饋訊息。此. engchi. 外，系統會根據使用者的表現給予評分，此資訊也屬於結果獲知（KR）的回饋。 2. 舞動全身（Dance Central）另一款是針對舞蹈學習所設計的遊戲—「舞動全身（Dance Central）」，同樣也已推出三代。「舞動全身」由 Harmonix 所開發，乃全球第一款透過全身肢體感測，讓使用者高度涉入跳舞情境的舞蹈遊戲，是 Xbox Kinect 遊戲中最熱賣者（Harmonix, 2012）。「舞動全身」系統會給予使用者詳細的評價，在練習過程中更首度採用語音控制功能，讓使用者更像與真實舞蹈老師學習跳舞（Xbox, 2012）。. . 20.

(31) . 使用者可以自行選擇熱門歌曲，動作難易度，跟著模擬舞者學習舞蹈動作，並可在畫面中看到下個動作的提示，以及自己的投影（見圖7）。系統會根據使用者表現給予回饋與評分。在舞蹈學習過程中，示範者身上會出現不同顏色的光暈閃爍，綠色代表使用者完成該動作，紅色代表錯過該動作（圖7實線圓圈中示範者手部）。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. sit. Nat. 圖7 使用者與舞動全身遊戲畫面. n. al. er. io. 資料來源：IGN (Producer) (2010). Kinect : Dance Central Full Motion Preview with Jessica Chobot [Radio podcast]. Retrieved June 14, 2012, from http://www.youtube.com/watch?v=Y-iKWe-U9bY. Ch. engchi. i n U. v. 雖然「舞動全身」同樣提供了評分以及使用者投影，但在上圖中可發現，使用者投影在畫面中比例極小（圖右側虛線圓圈），使用者難以比較自己與示範者間的差異，對學習者而言實際水平與表現獲知（KP）訊息較不明確。此外，雖然系統會在示範者身上提示使用者動作是否完成，但無評分，整體表現分數需到學習過程結束後才知道，學習過程之結果獲知（KR）並無立即性，較難針對動作進行修正。從上面兩款動作學習遊戲中，本研究認為「型可塑」當中的「禪」課程，所提供的 KR 與 KP 回饋訊息明確，比起舞蹈遊戲，更適合作為本研究之序列動作學習的實驗素材。. . 21.

(32) . 四、研究假設本研究歸納整理本章節論述，認為肢體感測科技可作為序列動作學習的輔助工具，可提供學習者即時的結果獲知（KR）以及表現獲知（KP）資訊，讓學習者可以知道其練習成果與表現，以輔助學習。因此，本研究希望利用 Kinect 感測器作為媒介，探討學習者在序列動作學習時，在有被提供肢體感測回饋，以及沒有被提供肢體感測回饋，兩種不同的條件下，其學習表現間的差異。由前面文獻得知序列動作學習的兩個部份：精確表現每個項目的能力，與知道序列中項目的順序，可分別量化（Ghilardi et al, 2009; Moisello et. 政治大. al., 2009; Gentili et al., 2010）。因此，本研究將精確度與序列完整度分開檢視，提. 立. 出兩項具體假設：. ‧ 國. 學. H1 使用者在序列動作學習時，提供其肢體感測回饋，可以提高使用者「動作部位精確度」的學習效果。. ‧. H2 使用者在序列動作學習時，提供其肢體感測回饋，可以提高使用者對「序. sit. y. Nat. 列動作完整度」的學習效果。. . al. n. 習者的影響。. er. io. 為了進一步驗證上述假設是否成立，本研究將進行實驗，以瞭解肢體感測對學. Ch. engchi. 22. i n U. v.

(33) . 參、研究方法本研究採用實驗研究法作為假設驗證方式。實驗研究法又稱實驗觀察法，包含實驗設計和實驗控制，在妥善控制的情境下，探討自變數與依變數間的因果關係（張邵勳，2004）。實驗法最主要的目的，是去探討兩個事物之間是否存在顯著的相關關係或因果關係（陳國明、彭文正、葉銀、安然，2010）。而本研究想探討的正是肢體感測回饋與序列動作學習效果間的關聯，在此將學習效果分成：1.動作部位精確度評分，以及 2.序列動作完整度。. 立. 一、實驗對象. 政治大. ‧ 國. 學. 大學部學生，以政大學生為主。選擇政大學生，主要是因為受測者較方便進行實驗。而選定大學部學生，主要是大學部學生的年齡層相近，除了系級之外，異質. ‧. 性較低。選定此年齡層的受測者，除了較容易募集之外，其肢體發展也已經成熟。. Nat. sit. y. 本研究透過校內文宣張貼與在批踢踢（PTT）政大版、打工版等平台進行網路. al. n. 近一年內，有舞蹈或瑜珈等相關運動學習經驗者。. Ch. engchi. er. io. 宣傳，招募60位受測者，男女各30名，出席則可獲得150元作為報酬。招募時排除. i n U. v. 二、實驗素材本研究從前節提到的 Xbox Kinect 「型可塑」遊戲片之健身課程「禪」主題中挑選實驗素材。「禪」共有9個單元，其中有三個單元：小溪三、河流三、海洋三，各包含6到7組不同動作，其餘單元皆僅4組動作。 Miller（1956）指出，人類在學習上若只給予一次的練習便要其馬上回憶，大約只能保存7  2個項目（Miller, 1956）。因此，本研究從這三個單元中選定實驗素材，其中「小溪三」過於簡單，初步排除。. . 23.

(34) . 為了選定定難易度適中中之實驗素素材，本研究究找三位測測試者試做「河流三」與「海洋三三」單元，試做後詢問問測試者認認為難易度適適中的單元元，有兩位測測試者選擇擇「海洋三」」，一位認認為兩者皆很很困難。因因此，本研究究最後選定定「海洋三」」作為實驗驗素材。該單單元包含六六個主要動作作，如下圖圖所示。. A 球體呼吸吸. B 提水呼吸吸. 政治大 C 窈窕淑女女. 立. D 橫向弓箭箭步. ‧ 國. 學. E 雲手. ‧. 圖8 「海洋三」「動作流程. n. al. er. io. sit. y. Nat. F 單鞭接蛇蛇. Ch. engchi. i n U. v. 每回合練練習時，系統統中的示範範者將依序教教導 A~F 的動作，每的每回合約5分分鐘。 A、 B 動作重複練動習四次，其其餘動作皆左右各練習習兩次。時時間長度除了了F長達1分分40秒之外，，皆在30秒秒到50秒之間間（如表3所所示）。表3 每回合六組組動作練習習次數與時間間動作 A 球體呼吸球 B 提水呼吸提 C 窈窕淑女窈 D 橫向弓箭步橫步 E 雲手雲 F 單鞭接蛇單. . 回合合中練習次數數正面面4次正面面4次左右右各2次左右右各2次左右右各2次左右右各2次. 時間 40秒 30秒 55秒 30秒 35秒 1分40秒 24.

(35) . 本實驗素材中所提供的肢體感測回饋包含三個部份：身體骨架提示、細部動作名稱提示，以及學習分數，在畫面中呈現的樣貌如下圖所示。骨架提示顯示在使用者投影身上，細部動作名稱提示置於右上角，學習分數則在動作完成後出現在畫面中右上角之圓圈內。實驗組受測者，每個動作的練習過程中，可在畫面中看見自己的投影（表現獲知），以及此三種肢體感測回饋（結果獲知與表現獲知）。以下將分項說明。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖9 「禪」課程之三種回饋資訊呈現畫面. （一）身體骨架提示 Kinect 在感測受測者的肢體動作時，會顯示需進行動作部位之骨架，如手或腳。當骨架顯示為白色時，代表動作未到正確位置（圖10左）；當骨架轉為綠色，代表動作在正確位置（圖10右）。. . 25.

(36) . 圖10 身體骨架提示註：圖左骨架為白色，代表動作不正確；圖右骨架為綠色，代表動作正確。. （二）細部動作名稱提示. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 在整個遊戲畫面中右上角，會顯示該動作之名稱，如球體呼吸，以及該動作的動作部位，如手臂打開、寬姿勢。當 Kinect 感測受測者確實做到該動作時，細部. ‧. 名稱上的圓點會轉為綠色；反之， Kinect 感測受測者未確實做到該動作時，該動. n. al. er. io. sit. y. Nat. 作部位的圓點則顯示灰色。. Ch. engchi. i n U. v. 圖11 細部動作名稱提示註：圖中寬姿勢圓點為綠色，代表動作完成；圖中手臂打開圓點為灰色，代表動作未完成。. . 26.

(37) . （三）學習分數學習分數是系統根據受測者的動作表現，所給予的評分，每次評分滿分皆為 100分。每個動作系統根據動作之複雜程度，給予1到4次不等的評分，如A、B、E 動作較簡易僅給一次評分， D 給予兩次評分， C、F 則因較困難，總共給予4次評分（如表4）。在整個練習回合結束後，系統也會根據使用者的整體表現給予總分。表4 動作評分表動作受測者得分. A 87. B 50. 2. 立. 各階段系統給予評分 (%) C D E 15 2 4 33 33 58 4. F. 政治大. 0. 0. ‧ 國. 學. 三、實驗設計與流程. 7. 總分 21. 本研究根據假設將實驗對象分成兩組：. ‧. 1. 控制組：受測者透過 Kinect 型可塑「禪」進行動作學習，不提供 Kinect 的. y. Nat. sit. 肢體感測回饋資訊，僅看見示範者的動作影片（以黑色不透光板子，遮住. al. er. io. 視覺回饋部份，但 Kinect 仍會進行感測。見圖12）。. v. n. 2. 實驗組：受測者透過 Kinect 型可塑「禪」進行動作學習，被提供 Kinect 的. Ch. engchi. 肢體感測回饋資訊（見圖13）。. i n U. 控制組與回饋組各有30名受測者，其中男女各15人。. . 27.

(38) . 政治大. 圖12 控制組實驗情境. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖13 實驗組實驗情境. 整體實驗流程約50分鐘（附錄1）。實驗開始時，每位受測者皆以自行抽籤的方式，隨機分配至控制組或回饋組，隨後便進行實驗流程說明，控制組與回饋組說明內容不同（附錄3、4）。說明結束後，皆給予兩組受測者5回合的練習時間，研究者在受測者練習時，在一旁紀錄透過 Kinect 感測所得到的動作學習分數（附錄 8），以做為學習進步曲線（Learning Curve）的依據。. . 28.

(39) . 練習結束後，受測者在沒有任何線索輔助下，將其所學到的六組動作（A~F）各重複演練一次，若動作為左右動作需左右各演練一次，演練過程將錄影。演練後，受測者需針對其學習過程以及學習表現填答一份問卷。研究者在確認填答結果時，會針對受測者的填答內容進行追問與訪談。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. 圖14 實驗場地陳設. Ch. engchi. er. io. sit. y. Nat. al. i n U. v. 四、評估方式與操作定義（一）評估方式針對受測者學習效果的展示，有兩項評分標準：1.動作部位精確度； 2.序列動作完整度。從前面文獻中已知此兩部份可分別透過連續測量，與群組方式測量表現（Ghilardi et al. 2000, 2003a,b, 2007, 2008; Hikosaka et al. 1995, 2002）。因此，本研究以影片分析軟體 Observer XT 7.0 進行分析，針對動作部位精確度給予0~3的評分；序列動作完整度則由編碼員根據受測者實際展現順序進行紀錄，再進行分組。. . 29.

(40) . 在開始使用 Observer XT 7.0 進行分析之前，研究者必須建立一套「編碼組合（Coding Scheme）」，設定要觀察的行為（Behavior）與修正指標（Modifier），在本研究中修正指標即為分數。接著設定新的觀察項目（Observation），輸入欲觀察之影片，開啓該觀察項目後，便可進行行為判定編碼。軟體操作介面如圖15。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. n. al. i n C 圖15 Observer h e nXT i U g c7.0h操作介面. v. Observer XT 7.0 會根據研究者所設定的 Coding Scheme ，進行簡單的統計。例如某行為出現的次數與時間長度，以及兩支影片間 Kappa 一致性。但本研究主要分析重點在於每位觀察對象不同行為的得分，因此僅使用了 Observer XT 簡單的統計功能，其他統計則使用 SPSS 15.0 進行分析。為了進一步確認前述實驗操作流程與評估方式的適用性，本研究找了兩位沒有接觸過「型可塑」遊戲者，分別測試控制組與實驗組，以修正實驗流程。同時根據. . 30.