多人互動擴增實境學習系統設計研究

全文

(1)國立臺中教育大學數位內容科技學系碩士班碩士論文. 指導教授: 王曉璿博士. 多人互動擴增實境學習系統設計研究. 研究生: 林志宏撰中華民國ㄧ百零二年六月.

(2) I.

(3) 致謝這篇論文的完成，受到許多人的幫助，首先感謝指導教授王曉璿老師的無私教誨，在研究過程中好幾次碰到困難，也數次迷失方向，不知道自己到底該做什麼，靠著老師的耐心指導並給予寶貴的建議，才得以順利完成。另外要特別謝謝我的父親，以及東興國小的師生們，因為你們才讓我能夠完成這個研究，尤其是父親在整個研究過程中的大力協助與支持，讓我能夠全心投入研究並順利進行實驗，中間花費許多的時間與心力，由衷感謝，難以言喻。論文撰寫過程也特別謝謝同班的均衡同學，在整個研究過程中一直大力幫忙，經常半夜還要陪我做系統測試，並協助繪製許多圖案，讓系統更加完善。也謝謝藍云老師、國禎老師、慧敏老師、淑敏老師以及家詮老師們的協助，以順利完成各項測驗與問卷的製作。同時感謝同一屆的博旗老師幫忙進行預試。由於你們的無私付出，讓這個研究能夠順利進行，在此致上誠摯的感謝。最後謝謝口試委員朱延平教授以及吳育龍教授，從研究開始前即先給予許多寶貴的意見，指導與修正研究方向，讓整個研究能夠順利進行，並在研究完成後再次鼎力斧正，以及未來方向的建議，使論文更加完善。也謝謝在這一路上陪伴我、鼓勵我的每一位夥伴們。謹將這份成果獻給每一位幫助過我的貴人們，因為有你們，讓此論文得以完成。謝謝。. II.

(4) 摘要本研究旨在建置一多人互動擴增實境學習系統，以營造具創意且有效的學習環境。透過多人互動伺服器進行虛擬替身以及標記位置資訊的傳送，讓使用者能夠以各自的擴增實境標記進行遠端互動，並將其應用於國小國語閱讀課程及英語單字課程上。本研究於 2013 年 4 月間由 27 名國小學童進行國語閱讀課程實驗，另 30 名國小學童進行英語單字課程實驗，藉由學習成效測驗以及興趣態度量表驗證其在學習上之效益，並透過系統介面與課程使用動機問卷來瞭解學習者在使用本系統時對於系統的評價與未來改進方向。經實驗結果國語課程與英語課程在學習成效上學習者皆有顯著提升，而在學習興趣態度上則無顯著差異。在系統介面上，發現國語課程的學習者與英語課程的學習者評價有所差異，且國語課程的學習者評價較高。分析其原因發覺操作的複雜度與受環境限制的問題為影響使用者評價的最大因素。同時也發現，在學習中加入合作學習的要素，確實是可吸引學習者提升學習興趣的方法之一。關鍵字：擴增實境、多人互動、合作學習. III.

(5) Abstract The purpose of this study is to develop a multi user interactive augmented reality system for creating a creative and effective learning environment. The learner can use their own augmented reality marker to interactive with each other in different place through the virtual agent by sending and receiving the marker position. A Chinese reading course and an English spelling course with this system were conducted, the Chinese reading learning activity was delivered with 27 elementary school students, and the English spelling learning activity with other 30 elementary school students during April, 2013, then analyzed the learning benefit of this system by comparing the learning achievement test and the interesting and attitude of the courses, also collected the system interface and motivation questionnaire to realize the evaluation of this system and how to improve for future. We found the learning achievement had significantly raised after the Chinese reading course and the English spelling course. But the interesting and the learning attitude didn’t have any difference. The evaluation is higher in the students who received the Chinese reading course than the English course, the operated complex and the limitation of the environment are the main reason. We also confirmed the cooperative learning is a way to promote the students learning interest.. Keywords: augmented reality, multi-user interactive, cooperative learning. IV.

(6) 目錄第一章. 緒論 .................................................................................................................................. 1. 第一節. 研究背景 .................................................................................................................. 2. 第二節. 研究動機 .................................................................................................................. 3. 第三節. 研究目的 .................................................................................................................. 4. 第二章. 文獻探討 .......................................................................................................................... 6. 第一節. 有效學習環境 .......................................................................................................... 6. 第二節. 數位學習 .................................................................................................................. 7. 第三節. 擴增實境 .................................................................................................................. 9. 第四節. 結論 ........................................................................................................................ 11. 第三章. 研究方法 ........................................................................................................................ 13. 第一節. 研究架構與設計 .................................................................................................... 13. 第二節. 研究對象 ................................................................................................................ 14. 第三節. 研究工具 ................................................................................................................ 15. 第四節. 實驗活動 ................................................................................................................ 23. 第五節. 資料蒐集與處理 .................................................................................................... 30. 第六節. 研究範圍與限制 .................................................................................................... 31. 第四章. 研究結果 ........................................................................................................................ 33. 第一節. 系統功能 ................................................................................................................ 33. 第二節. 學習興趣態度與學習成效比較 ............................................................................ 43. 第三節. 系統使用介面評價與課程使用動機 .................................................................... 46. 第五章. 結論與建議 .................................................................................................................... 59. 第一節. 結論 ........................................................................................................................ 59. 第二節. 建議 ........................................................................................................................ 61. V.

(7) 參考文獻 ............................................................................................................................................ 63 附錄一、系統介面、課程使用動機以及學習興趣與態度量表初稿 ............................................ 76 附錄二、專家檢驗修正問卷 ............................................................................................................ 84 附錄三、學習成效測驗初稿 ............................................................................................................ 94 附錄四、學習成效測驗專家修正稿 ................................................................................................ 96 附錄五、正式學習成效測驗 ............................................................................................................ 98. VI.

(8) 表目錄表 3-3-1. 國語科興趣態度量表預試項目分析結果 .................................................................... 20. 表 3-3-2. 英語科興趣態度量表預試項目分析結果 .................................................................... 21. 表 3-3-3. 國語成效測驗試題分析結果 ........................................................................................ 22. 表 3-3-4. 英語單字成效測驗試題分析結果 ................................................................................ 23. 表 3-4-1. 實驗活動列表 ................................................................................................................ 24. 表 4-2-1. 國語興趣態度量表前後測之相依樣本 t 統計考驗結果............................................. 44. 表 4-2-2. 國語閱讀成就測驗前後測之相依樣本 t 統計考驗結果............................................. 44. 表 4-2-3. 英語興趣態度量表前後測之相依樣本 t 統計考驗結果............................................. 45. 表 4-2-4. 英語單字成就測驗前後測之相依樣本 t 統計考驗結果............................................. 45. 表 4-3-1. 不同實驗課程對系統介面評價之 t 統計考驗結果..................................................... 46. 表 4-3-2. 不同性別對系統介面評價之 t 統計考驗結果............................................................. 49. 表 4-3-3. 是否玩過視訊遊戲對系統介面評價之 t 統計考驗結果............................................. 50. 表 4-3-4. 不同電腦使用時間之描述統計量 ................................................................................ 52. 表 4-3-5. 不同電腦使用時間對系統介面評價之單因子變異數分析結果 ................................ 53. 表 4-3-6. 國語課程使用動機之描述性統計量 ............................................................................ 55. 表 4-3-7. 英語課程使用動機之描述性統計量 ............................................................................ 56. VII.

(9) VIII.

(10) 圖目錄圖 3-1-1. 研究流程圖 .................................................................................................................... 14. 圖 3-3-1. 系統架構圖 .................................................................................................................... 15. 圖 3-3-2. 系統運作流程 ................................................................................................................ 17. 圖 3-3-3. 多人互動運算流程 ........................................................................................................ 19. 圖 3-4-1. 國語閱讀課程流程 ........................................................................................................ 26. 圖 3-4-2. 國語閱讀課程單人模式示意圖 .................................................................................... 27. 圖 3-4-3. 國語閱讀課程多人模式示意圖 .................................................................................... 27. 圖 3-4-4. 英語拼字課程流程 ........................................................................................................ 28. 圖 3-4-5. 英語拼字單人模式示意圖 ............................................................................................ 29. 圖 3-4-6. 英語拼字課程多人模式示意圖 .................................................................................... 29. 圖 4-1-1. AR 顯示方式修正 ......................................................................................................... 33. 圖 4-1-2. 英語單字課程修正 ........................................................................................................ 34. 圖 4-1-3. 國語閱讀課程多人模式修正 ........................................................................................ 34. 圖 4-1-4. 系統主畫面 .................................................................................................................... 35. 圖 4-1-5. 角色設定畫面 ................................................................................................................ 36. 圖 4-1-6. 學習者進行角色選擇設定 ............................................................................................ 36. 圖 4-1-7. AR 練習課程畫面 ......................................................................................................... 37. 圖 4-1-8. 後台更換 AR 練習課程的角色選擇 ............................................................................ 37. 圖 4-1-9. 學習者操作 AR 練習課程 ............................................................................................ 38. 圖 4-1-10. 國語閱讀課程單人模式操作畫面 ................................................................................ 38. 圖 4-1-11. 國語閱讀課程單人模式實際操作情形 ........................................................................ 39. 圖 4-1-12. 國語閱讀課程多人模式操作畫面 ................................................................................ 39. 圖 4-1-13. 國語閱讀多人模式實際操作情形 ................................................................................ 40. IX.

(11) 圖 4-1-14. 國語課程後台修改畫面 ................................................................................................ 40. 圖 4-1-15. 英語單字課程單人模式操作畫面 ................................................................................ 41. 圖 4-1-16. 英語單字單人模式實際操作情形 ................................................................................ 41. 圖 4-1-17. 英語單字課程多人模式操作畫面 ................................................................................ 42. 圖 4-1-18. 英語單字多人模式實際操作情形 ................................................................................ 42. 圖 4-1-19. 英語單字課程後台修改畫面 ........................................................................................ 43. X.

(12) 第一章. 緒論. 數位學習一直為學者們所重視的研究之一，如何營造有效的學習環境，運用數位學習提升學習者的學習動機與成效，為一大課題。在營造有效學習環境的內涵中，提升學習動機，製造良好的互動參與，進而產生良好的學習態度而主動學習一直為學者們所重視的目標，而運用擴增實境(Augmented Reality, 簡稱 AR)融入教學以建立有效的學習環境，便為趨勢之一。過去便有許多學者利用擴增實境技術融入學習中，期以藉著擴增實境所提供之額外資訊吸引學生注意，增加教學者與學習者間的互動，提升學習動機與成效(Billinghurst, Kato, & Poupyrev, 2001)。因此本研究旨在建置一多人互動擴增實境學習系統，以營造具創意且有效的學習環境。由過去研究發現，提升學習動機以及讓學習者能夠自主學習是建立有效學習環境的要素之一，透過數位學習的方式以建置有效的學習環境，為可行的方法。藉由數位學習加入互動與回饋的要素，更能提升學習者的動機與自主學習能力(Hsieh & Cho, 2011; Johnson, Perry, & Shamir, 2010)，Slavin(1995)也指出了合作學習的方式能夠促進學習者自主學習，要建置一具有互動與回饋之機能，並使學習者進行合作學習，以達到自主學習的學習環境，擴增實境便是合適的工具之一(Wu, Lee, Chang, Liang, 2013)。綜觀目前擴增實境於教學上之應用，大部分的研究都著重於虛擬物件的展示或與虛擬物件的互動方式，藉由虛擬物件的展示，將抽象概念轉化為具體呈現，並讓學習者能夠與虛擬物件互動，除了提高學習興趣外，也加深知識內容(Kaufmann & Schmalstieg, 2003; Freitas & Campos, 2008; Martín-Gutiérrez et al., 2010; Chiang et al., 2011)。然而在教學環境中，除了抽象概念的具體化呈現外，如何加強學生間的學習互動亦為學習關鍵所在(Johnson & Johnson, 1999)，因此在目前擴增實境應用於教學環境上，加入多人互動因素有其探究必要。是故如何建置多人互動擴增實境學習系統，以讓學習者於學習過程中能讓彼此獨立的虛擬物件能夠與他人的虛擬物件進行交互作用，並促使雙方在互動的過程進行討論與合作至為關鍵。透過網路輔助學習，使學習者即使在不同場所也可進行學習，對於學習者而言較為便利，對於學習成效有所助益(Lin, Cheng, Chang, & Hu, 2002)，同時能夠增進學習. 1.

(13) 者合作與自主學習的能力(Lee & Tsai, 2011)，因此將學習系統環境建置為線上學習的型態，便為本研究的一項重點。同時，過去的研究中，融入擴增實境之課程設計，大多一個物件必須對應一個標記，當教材內容擴增時，所需的標記也跟著增加，不同的課程也需使用不同的標記，在使用上較缺乏彈性自由度(Wu, Lee, Chang, & Liang, 2013)，也因此學者們開始傾向讓教師能夠自由更改呈現內容 (Wang & Chiu, 2011; El Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011; Santana-Mancilla, García-Ruiz, Acosta-Diaz, & Juárez, 2012)，教師於後台建置內容後，學生即可由前台呈現教師所選擇的內容而不需更換標記，透過網路，也讓學習者能夠遠端進行學習活動。因此本研究將基於提升學習動機與自主學習，建置融入互動與回饋之數位學習系統，進而透過多人網路學習環境，使學習環境不再局限於固定場所與單一電腦，結合多人互動讓教師與學習者能夠進行遠距的擴增實境輔助教學課程。本章共分三節，第一節闡述研究背景，探討擴增實境技術於教學上之應用。第二節說明研究動機，如何以現今的技術加強過去之研究。第三節列舉本研究之目的。. 第一節研究背景透過創新科技引入教學是目前營造學習環境優質化的趨勢之一，依據 Martin 等人(2011) 的研究指出，擴增實境將成為日後重要的學習工具之一，而一份 2012 年數位學習科技趨勢研究也指出同樣的觀點(Weiss, 2011)，可知以擴增實境做為輔助學習的工作，為重要的趨勢。過去有不少學者將擴增實境應用於教學上，Kaufmann 與 Schmalstieg(2003)便將擴增實境應用於數學與幾何學習上，透過擴增實境讓學習者能夠更為瞭解其關係，並發覺有不錯的學習成效。而 Freitas 與 Campos(2008)也利用擴增實境讓學生瞭解各種物體的特色，並發覺能有效的提升學生的學習動機與成效。Martín-Gutiérrez 等人(2010)使用了擴增實境以教學空間幾何的概念，學習者在經由擴增實境的輔助後，學習成效比起沒有透過擴增實境輔助的學生有顯著的進步，並且讓學習者能夠有著高度的學習興趣。Chiang 等人(2011)藉由擴增實境來教導個人電腦的組裝，透過 AR 的模擬與操作，加入動畫的說明引導，結果顯示多數使用者對於使用擴增實. 2.

(14) 境來輔助學習是輕鬆有趣且有效的。從過去的研究中，發覺許多的學者對於擴增實境應用於教學上，多抱有正向的態度，認為藉由擴增實境來輔助學習，能夠提升學習者的興趣與動機(Pan et al., 2006; Liu, Tan, & Chu, 2007; Pérez-López, Contero, Alcaniz, 2010; Di Serio, Ibáñez, & Kloos, 2012)，也有不少學者開發了不同的擴增實境輔助學習系統，用以幫助學習(Hornecker & Dünser , 2008; Bergig, Hagbi, El-Sana, & Billinghurst, 2009; El Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011)，相較於許多互動技術會將使用者的注意從現實給拉入虛擬環境中，擴增實境能夠同時增強使用者對現實環境的感知 (Chen & Tsai, 2012)，因此使用擴增實境以輔助學習，有其成效所在。然而如同 Chen(2006)所提到的，科技的應用只有在內容及呈現方式上有良好的設計時，才能幫助人們學習。因此如何設計運用擴增實境有效地輔助學習，以發揮其效益，便成了關鍵的問題。. 第二節研究動機 Salmi、Kaasinen 與 Kallunki(2012)在其研究中指出，以擴增實境融入學習環境的設計中，學習的重心由過去教師控制學習轉向學習者導向的學習。在數位學習上，利用互動與虛擬展示以加強學習者的認知與理解是一個很有用的方式(Card, Mackinlay, & Shneiderman, 1999)。觀察過去對數位學習的研究，諸多學者亦認為在課程中加入了互動的要素，對於學習成效有較大的助益(Sedig, Rowhani, & Liang, 2005; Fatemeh, Ahmad, & Mohammad, 2011; Hawthorne, Prout, Kinnersley, & Houston, 2009; Hsieh & Cho, 2011; Hwang, Wu, & Ke, 2011)。Dunleavy、 Dede 與 Mitchell(2009)在其研究中指出，透過擴增實境技術做為師生間的互動媒介，進行問題解決的方式，對於教師與學生都是有吸引力的，因此在內容設計上，將互動的要素融入為一項要點。在過去將擴增實境應用於輔助教學的研究中，多數採用固定的物件對應固定標記的方式，在執行上較難以達成以學習者為中心的應用，教學上也容易受限於標記數量，一旦碰到大量的教材內容，便需大量的標記對應。Lee、Seo 與 Rhee(2011)亦提到多數擴增實境的製作是以. 3.

(15) 專家為中心設計，而較少去考慮到臨時性與個人化的應用。如何讓擴增實境物件的設計，能夠去符合教學的需求，因應不同課程而有不同的呈現與使用，有其必要性。El Sayed、Zayed 與 Sharawy(2011)在其所設計的學習系統中，應用了 client-server 的概念，將擴增實境所需呈現的物件類別存放於伺服器上，學習者再透過網路連結至伺服器端獲取資料，讓教師能夠自行依課程設計安排呈現不同的物件，而 Jung、Ha、Lee、Rojas 和 Yang(2012)也利用了這種方式，將複雜的計算交由伺服端處理，如此客戶端的需求便能降低，卻又能擁有大量的物件供顯示。透過這種方式，便能夠達成因應不同需求而即時更改虛擬物件，甚至可讓學習環境不再局限於特定設備或特定場所中。然而不論是使用傳統單一設備運算的方式，或是透過 client-server 的模式達成的多人運算模式，在教學使用上多為各自獨立，而無法相互進行展示與互動。因此，本研究將針對多人互動策略，透過 client-server 的方式建置一能夠允許使用者透過網路，進行彼此間的互動，且教學者能夠依課程需求自行更動課程內容之學習系統，將擴增實境融入教學之中，又可以允許使用者進行遠端互動學習，營造一有效的學習環境。. 第三節研究目的本研究旨在建立一多人互動之擴增實境學習系統，以營造有效學習之環境，透過網路，使教學者與學習者間能夠進行行動，針對研究背景與動機，整理規劃系統之研究目的如下： 1. 設計一多人互動擴增實境學習系統，該系統具有下述功能 (1) 透過網路建立 AR 學習系統，讓使用者不必局限於固定場所與特定電腦上 (2) 藉由選單結合不同 AR 課程，使用同一組 AR 即可進行不同的課程 (3) 以網路資料庫進行課程物件的配對，讓教材能依課程而自由更換 (4) 結合多人環境設計，讓使用者能夠看見對方虛擬分身與操作情形 (5) 加入互動設計，讓使用者間的虛擬物件能夠遠距進行互動 2. 探究使用者對於使用多人互動擴增實境學習系統的介面評價狀況。 3. 探究使用者對於使用多人互動擴增實境學習系統輔助學習課程之使用動機狀況。. 4.

(16) 4. 探究多人互動擴增實境學習系統輔助學習者學習科目興趣態度狀況。 5. 探究多人互動擴增實境學習系統輔助學習者學習成效狀況。. 5.

(17) 第二章. 文獻探討. 本章針對研究背景與動機所發現之問題做一探討，從過去的研究中，進一步瞭解問題並探討解決方式，以確立系統設計方向。本章共分成四節，第一節探討有效的學習環境，以瞭解系統主要發展方向。第二節針對數位學習的發展進行探究，用以分析課程內容與功能的設計重點。第三節說明擴增實境的演進與教學上之應用，以明瞭適合應用之技術與改進方向。最後第四節整合文獻之重點，做為系統建構之依據。. 第一節有效學習環境透過學習環境以加強學習動機與自我學習是近來受到重視的研究議題之一 (Alonso-Tapia & Pardo, 2006; Haworth, Kovas, Dale, & Plomin, 2008)，有效的學習環境不僅可提升學生的學習成效，也可提升學習者的思考創造力 (Davies et al., 2012)。過去便有諸多學者研究如何建置一有效的學習環境(De Corte, Verschaffel, Entwistle, & van Merriënboer, 2003; Vekli & Cimer, 2012; Dabbagh & Kitsantas, 2012; Magner, Schwonke, Aleven, Popescu, & Renkl, 2012)，或是分析驗證各種學習環境的影響與成效(Alonso-Tapia & Pardo, 2006; Nijhuis, Segers, & Gijselaers, 2008; Archee, 2012; Fan, 2012; Davies et al., 2012; Haworth et al., 2012)，而 Haworth 等人(2012)也認為學習環境與學習成效是有關聯的。 Alonso-Tapia 與 Pardo(2006)指出，學習動機是影響學習者學習意願的要素之一，並且會影響整體學習表現，而建立有效學習環境的一項要件，便是去提升學習者的學習動機；Magner 等人(2012)也指出了，當學習環境能夠讓學習者覺得有趣時，便能增加其注意力；Wong 和 Nunan(2011)從學習環境中的學習策略觀點切入，亦指出，有效學習的關鍵要素除了才能與策略的應用外，學習動機也是相當重要的因素。此外，從 Vandewaetere、Desmet 與 Clarebout(2011) 的研究中，可發現學習環境對學習態度的影響一直是許多學者關注的重點之一，學習者的學習態度會影響他的學習成效，而學習環境對於學習態度又有著相當的影響，當整體學習環境. 6.

(18) 能夠提夠適當的練習操作，並讓學生有正向的學習態度時，能夠有較佳的學習成效(McMahon, 2006; Ozkal, Tekkaya, Cakiroglu, & Sungur, 2009)。 Vekli 與 Cimer(2012)的研究建立了一問題式學習環境用以輔助高中學生，並指出透過電腦科技輔助的數位學習是適合建置此種學習環境的，Dabbagh 與 Kitsantas(2012)說明運用社群媒體做為學習環境幫助學生自主學習，藉由教師與同儕間的互動，能夠提升學習者自我學習的意願，並提到能夠激發學習動機或是有明確目標的設計，較可引起學習者的自主學習。而 Cho、Demei 與 Laffey(2010)的研究也發現，透過線上的學習環境，可以加強學生的自我管理學習行為，且更願意投入，教學者在整個環境中，所扮演的是引導的角色，引領學生思考、討論(Archee, 2012)，適度給予學生自我學習發揮的空間(Davies et al., 2012)。綜合上述，可以發現，在教學環境的研究上，提升學習動機，並且使學習者能夠自主學習，是建構有效學習環境的基本要素，而在建構方法上，以數位學習的方式是可行的方法之一，透過數位內容的輔助，藉由數位學習的互動設計，以及網路的相互連結，能夠使學習者較願意投入學習，以達成有效的學習環境。但在數位學習上，不同場域不同科目間的應用，亦有所不同，因此如何針對不同的科目與目的，找出共通的大方向，有其必要性。. 第二節數位學習數位學習已成為現今教學的趨勢，許多學習機構皆融入了數位學習以輔助教學(Ertner et al., 2007; Proserpio & Gioia, 2007)，透過數位學習能夠突破傳統學習的一些限制(Udo, Bagchi, & Kirs, 2011)，包含時間與空間的更大彈性，同時也能夠以較低的成本帶來較廣的學習內容並教導更多的學習者(Low, Low, & Koo, 2003)。在數位學習內容的建置上，加入互動的要素，較能發揮數位學習的特色，以建構有效的學習環境(Sharma & Hannafin, 2007; Stewar et al., 2007)。Liaw 與 Huang(2007)便認為透過互動的數位學習環境，能夠創造較高的學習層次，並讓學習者相互分享與互補不足；Shee 與 Wang(2008)也認為互動式的學習環境是強化數位學習成效的一項重要因素；從過去的研究中，. 7.

(19) 有諸多學者亦認為在學習內容中加入互動的設計，對於學習有較大的助益(Yang, Chen, & Jeng, 2010; Fatemeh, Ahmad, & Mohammad, 2011; Hawthorne, Prout, Kinnersley, & Houston, 2009; Hsieh & Cho, 2011; Shee & Wang, 2008)，Yang、Chen 與 Jeng(2010)在英語學習課程中融入了影像互動的方式，發現透過影像的互動，比起一般使用 PowerPoint 的展示，學生有更佳的學習成效。同時，學者們也強調了回饋的重要性(Hwang, Wu, & Ke, 2011; Li, Liu, & Steckelberg, 2010; Ertner et al., 2007)，透過適時的回饋，能夠有效的提升學生的學習動機(Johnson, Perry, & Shamir, 2010)。Lizzio 與 Wilson(2008)便認為，在學習的過程中，必須讓學生瞭解他們哪裡做得好，哪裡做得不好，用以協助他們建立正確的方向，改善自己的表現，因此提供回饋是必要的；Ertner 等人(2007)的研究指出，運用同儕回饋可以增加學生的互動，並且讓學生對自我的學習負責。綜上所述，在內容設計上，加入互動與回饋的功能，對於學習是有幫助的，而基於互動與回饋的原則下，合作學習的設計便是一個適合的方向。由 Akdemir 與 Arslan(2012)針對合作學習的趨勢分析來看，透過科技輔助合作學習已成為近年來的趨勢，諸多學者也對其抱有正面的態度(Lin, 2012; Nam & Zellner, 2011; Baghcheghi, Koohestani, & Rezaei, 2011; Aziz & Anowar Hossain, 2010)。合作學習著重於學習者彼此間的互動與交流回饋，透過網路，能夠讓教學者與學習者間彼此相互連結交流(Chen, Wu, & Yang, 2006)，Capper(2001)即指出了數位學習的一項優勢即為群組合作；從 Lin(2012)的研究中也發現，同樣使用數位學習的情況下，加入合作學習的學生其學習狀況比個別學習的學生來得好； Nam 與 Zellner(2011)以線上課程進行研究，認為在學習過程中加入合作學習能夠提升學生的互動與學習成效，並且當小組成員間存有正向依賴時，因為可以避免整個小組的運作只落在少數組員的表現上，學習狀況會比僅有小組進行的狀況來得更好；Baghcheghi、Koohestani 與 Rezaei(2011)更認為透過合作學習的方式，能夠增進學習者的溝通互動能力。綜上所述，可知在數位課程設計上，加入互動與回饋的特色，對於學習有所幫助，而合作學習的概念，正能巧妙的融入互動與回饋的特色，除了同儕之間的互動與相互回饋外，教師也能從旁協助並給予整體回饋。因此在內容上加入合作學習的概念，有其必要性。然而如. 8.

(20) 何在數位學習中有效的加入互動與回饋，甚至融入合作學習的概念，便是值得探討的議題。. 第三節擴增實境 Dunleavy、Dede 和 Mitchell(2009)在其研究中提到，AR 是能夠讓使用者間進行真實互動的學習工具，Azuma 等人(2001)檢視 AR 的發展，也提到其中兩項重要的特色為互動與合作， Kesim 和 Ozarslan(2012)認為 AR 於教育上可以增加使用者對真實世界的感知與互動，同時可以用以增強合作任務的效益，比起單純透過螢幕顯示的方式，AR 能提供更有效且真實的互動情境(Kiyokawa et al., 2002)，Wu、Lee、Chang 和 Liang(2013)分析了 2000 年到 2012 年間教育資源資訊中心(Educational Resources Information Center, ERIC)及社會科學引用索引(Social Science Citation Index, SSCI)中與 AR 相關的文獻，亦認為 AR 在幫助學習與教學上有很大的潛力，可知透過 AR 做為數位學習的工具有其效益。以 AR 做為教學輔具，不論對教學者或學習者而言，皆有所幫助。Di Serio、Ibáñez 與 Kloos(2012)的研究顯示，藉由 AR 輔助的學習環境對於學習者的注意力與滿意度會比傳統以投影片的方式呈現來得高，同時受測學生也表示 AR 的學習環境比起投影片是更吸引人且易於理解的；Pters Burton 等人(2011)研究教師運用 AR 輔助學習的意向，發覺教師們多半認為透過 AR 的輔助，能夠加深學科知識與自我效能，並且願意去使用在課堂上輔助教學； Martin-Gutierrez、Guinters 與 Perez-Lopez(2012)藉由 AR 做為學生的自學工具，發覺學生能夠在不需要教師指導與協助的情況下，即可正確操作電子儀器，學生也樂於學習。回顧過去以 AR 輔助教學的研究，可以發現使用 AR 輔助教學，能夠提升學習者的動機，在學習效果上也有不錯的表現(Kaufmann & Schmalstieg, 2003; Freitas & Campos, 2008; Martín-Gutiérrez et al., 2010; Chiang et al., 2011; El Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011; Santana-Mancilla, García-Ruiz, Acosta-Diaz, & Juárez, 2012)。當 AR 融入教學時，除了內容的整合，教學策略的整合也是需要考慮的要項，為了提供回饋，比起單純的展示，互動式的 AR 擁有更大的效益，藉由互動的過程，瞭解使用者的學. 9.

(21) 習行為並加深學習印象(Yang, Chen, & Jeng, 2010; Chiang et al., 2011; Rohaya, Rambli, Matcha, Sulaiman, & Nayan, 2012)。透過 AR 的互動方式，能夠提供學習者情境式的學習環境，讓學習者即使在缺乏實際環境的情況下，依然仍夠體會到實際場景的現象(Wu et al., 2013; Chen & Tsai, 2012)，同時比起單純的虛擬實境有著更佳的存在感(Mantovani & Castelnuovo, 2003)，透過 AR 所建構的角色扮演，能讓學習者沈浸於學習內容之中(Bronack, 2011; Rosenbaum, Klopfer, & Perry, 2007)，比起一般資訊科技建構的學習環境，AR 有著較佳的效益(El Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011; Squire & Jan, 2007; Squire & Klopfer, 2007)，學習者能夠獲得即時且直接的回饋 (Kotranza, Lind, Pugh, & Lok, 2009)，透過與學習內容的直接互動，能提升學習者對內容的理解與感知(Squire & Klopfer, 2007; Arvanitis et al., 2007)。除了與內容的互動之外，與其他學習者的互動也是相當重要的一環，當學習者能夠與他人進行合作互動時，學習效果會比獨自一人的摸索來得更好(Lin, 2012; Nam & Zellner, 2011; Baghcheghi, Koohestani, & Rezaei, 2011; Aziz & Anowar Hossain, 2010; Johnson & Johnson, 1999)，Wu、Lee、Chang 與 Liang(2013)即指出了能夠進行合作互動與情境式的學習是 AR 的優勢之一，透過 AR 的能夠使學習者直接的感受到與他人的互動(Birchfield & Megowan-Romanowicz, 2009; Squire & Jan, 2007)，也使學習知識能夠有效的傳遞(Dede, 2009; Kaufmann & Schmalstieg, 2003)。要使學習者間能夠進行合作互動，必須讓學習者能夠意識到彼此間的存在，不論是讓學習者在同一環境中，彼此可以直接透過觀看相同的標記，透過聲音、手勢以及直接操控虛擬物件的合作模式(Schmalstieg, Fuhrmann, & Hesina, 2000; Kaufmann & Schmalstieg, 2003)，或是直接透過網路讓學習者能夠看到彼此之間的影像(Kato & Billinghurst, 1999; Lee, Seo, & Rhee, 2011)，其中，當使用者藉由網路進行合作時，便能克服必須在同一場所才可進行互動的問題，Nee、Ong、Chryssolouris 與 Mourtzis(2012)便指出了，在開放環境的 AR 合作為未來發展的趨勢之一，不過在此同時，由於虛擬物件必須依賴追蹤實體標記的位置而產生，要如何讓使用者在自己的環境中依然能夠看到實際上存在於對方環境的標記而產生虛擬物件，便是需要克服的問題(Wang, Chiu, 2011)。在合作的過程中，由於傳統的滑鼠鍵盤並不適合做為 AR 操作的方式(van Krevelen &. 10.

(22) Poelman, 2010)，讓標記成為互動的依據，便為可行的方法，要如何讓兩個處在不同空間中的虛擬物件，能夠隨著使用者實際的操作而進行互動，便是需要思考的方向。此外諸多 AR 在輔助學習上的應用，其使用內容受到較大的限制，難以隨著課程更換，遇到不同課程需求時，即需使用不同的系統，標記也不同。如能將教材與資源統合，讓不同教學者能夠在同一時間依不同需求取用所需的資源，是較為適合的方式(Archee, 2012)，El Sayed、Zayed 與 Sharawy(2011)便建置了名為 ARSC(Augmented Reality Student Card)的系統，該系統將數個標記建置在同一張卡片上，透過卡片學生可以進行虛擬物件的展示，也可做為操作的介面。在其系統中，即透過 client-server 的方式，將課程資源置於伺服器端，當教師選擇課程後，由伺服端依課程發送展示物件給學生，因此學生無需更換標記，便可進行不同的課程；Santana-Mancilla 等人(2012)也運用此種方式，將教材資源放置於伺服器端，教師可以隨時上傳新的資源與教材供學生學習；Jung、Ha、Lee、Rojas 和 Yang (2012)考慮到客戶端的效能問題，也採用了雲端計算的方式，將複雜的標記與顯示位置計算交由伺服器處理，再顯示於客戶端上，如此可以有效降低客戶端的需求；Aziz、Aziz、Yusof 與 Paul(2012)更認為，透過雲端運算來呈現 AR 不僅可減少成本以及需求，對於特殊教育的學生而言，更有其必要性。. 第四節結論綜合以上論點，要建置一有效的學習環境，提升學習者的學習動機以及改善學習態度讓他能主動學習，是基本要素。在建置方法上，藉由數位學習的方式不僅是目前的趨勢，也是有效的方法之一。而互動與回饋，是許多學者認為數位學習中相當重要的一環，此外教師應提供學生更多的自我學習以及同儕學習的機會(Davies et al., 2012)，在內容中加入合作學習的概念，便成為本研究的方向之一。為了建構有效的數位學習環境，諸多學者認為 AR 是一項有效的工具，尤其透過雲端的方式讓使用者能夠不必受限於固定場域中，教材呈現也能依課程需求更換。因此本研究基於. 11.

(23) 提升學習者學習動機、主動學習以及群組互動的有效學習環境，進行開發多人網路擴增實境學習系統，透過虛擬分身的方式加入互動的技術，讓不同地點的使用者能夠進行互動，使 AR 在教學上的應用不再受限於單一設備或單一場域中，也藉著自由配對物件與標記的設計，讓學習者僅需透過同一組卡片，即可進行不同之課程，教師也可自由修改內容，並且將此系統應用於國小學生國語閱讀及英語單字學習系統，以提升科技輔助學習效益。. 12.

(24) 第三章. 研究方法. 本章依據研究背景與動機，以及文獻探討所得之結論，規劃系統建置架構與流程，並進行研究方法之設計。本章共分六節，第一節解釋整體研究架構與設計，第二節說明研究對象；第三節介紹研究工具；第四節描述實驗活動的設計；第五節闡明資料蒐集與處理方式；第六節說明本研究之範圍與限制。. 第一節研究架構與設計本研究主要採用文獻分析法、雛型系統發展法以及問卷調查法，研究流程如圖 3-1-1 所示，在決定研究主題後，先以文獻分析法整理過去研究之建議與可改進之處，決定系統設計發展方向。之後選定研究對象，本研究選擇國小高年級之學童共 57 人做為研究對象，並依研究對象而決定所要設計之課程主題內容，本研究針對國小國語閱讀以及英語單字拼字兩部分設計課程，在國語閱讀部分，本研究採用國民小學國語之某一課文做為課程單元，在英語拼字部分，本研究採用全民英檢出版 AP School 互動英語創刊號單元 11 之單字做為課程單元。選定單元主題與教材設計方向後，便依系統預計開發方向以及所設計之課程單元，進行問卷以及測驗試題發展，以瞭解受測者於實驗後對本系統之操作介面評估、學習態度、以及學習成效。接著依據文獻分析所得結論，以雛型系統發展法進行系統規劃、分析與開發，設計多人互動之擴增實境學習系統，並於每階段完成後找現任國小教師進行使用者測試建議與功能修正，直到需求評估完成後，再將修正完成之系統用於國小學生做實際學習試驗。於 2013 年 4 月進行正式實驗，實驗對象為台中市某國小高年級兩個班，其中一班 27 人，另一班 30 人，共 57 人。在實驗開始之前將進行學習成效與興趣態度前測，以瞭解實驗對象基本能力以及對於該科目之學習態度，接著進行操作說明以及熟悉練習的 AR 操作課程，之後再分別進行國語閱讀課程以及英語拼字課程，最後進行學習成效與興趣態度後測，並以問卷調查法進行系統介面評估以及課程使用動機分析，依據評估結果做出結論與建議以瞭解日後改進方向。. 13.

(25) 文獻分析法. 訂定研究主題. 學習態度與成就前測. 文獻分析. 實機課程試驗. 分析現有問題與解決方法選定研究對象. AR操作課程. 選定課程主題. 國語閱讀課程. 發展與編製問卷及成就測驗. 學習態度與成就後測. 雛型系統開發. 系統使用性與使用動機問卷問卷調查法. 使用者操作及檢討雛型. 英語單字課程. 否. 使用動機與介面評估. 結論與建議. 雛型系統發展法需求符合是系統開發完畢. 圖 3-1-1 研究流程圖. 第二節研究對象本研究以台中市某國小高年級學童兩個班共 57 人為研究對象，已具備基本電腦操作知識，分別為 27 人與 30 人。27 人的班級進行國語閱讀之單人與多人課程學習，另一班則進行英語拼字之單人與多人課程學習。. 14.

(26) 第三節研究工具一、多人互動擴增實境學習系統本研究之擴增實境學習系統，所使用之開發工具為 Flash CS6，並配合使用 FLARToolKit 做為擴增實境之開發套件。系統之架構如圖 3-3-1 所示。. 網頁瀏覽. 器. 學生. 網頁. 網頁伺服器網頁伺服器. 器瀏覽. 回傳結果學生. 主程式多人互動運算多人互動伺服器多人互動伺服器. 依課個人化設定. 讀取配對結果. 程. 載入. 素材. 新增或修改配對課程與配對資料庫. 素材庫. 教師. 圖 3-3-1 系統架構圖. 在多人互動運算伺服器上，本研究採用 ElectroServer 5.3.3 做為伺服器系統。依據文獻探討所整理出原則，採 client-server 的方式製作，並讓學生能透過網頁即可登入系統，而不需使用特定電腦設備或被限制於固定場所，以達到任意地點學習之目的。同時設計五張一組之卡片，每位學習者都可以僅透過這五張卡片即適用不同課程。學生可以透過網頁瀏覽器連結至伺服器，藉由網頁伺服器即可開啟主程式進行系統操作，. 15.

(27) 與過去研究不同的是，本研究在主程式後端另有一負責執行多人互動運算的伺服器，其目的為計算其他使用者之虛擬物件與自己之虛擬物件間的相對位置，以進行互動之運算；在特定課程中，同時亦進行不同使用者間所呈現的 AR 影像傳遞，讓使用者可以看到彼此的 AR 影像，以進行互動合作。另外教師可以依課程需求進行後端課程資料庫的編修，而學生亦可以進行個人化的設定，主程式再依資料庫的結果而抓取相對應的內容，而達到依不同課程需求而呈現不同內容之效果。本研究所建置之系統運作流程如圖 3-3-2 所示。目前本系統提供 AR 練習課程、國語及英語線上課程，因此在讀取個人化資料主要會依據個人的學習歷程呈現每一個個人的學習狀況，如：是否通過 AR 練習課程，是否完成國語單人 AR 學習，是否完成國語多人 AR 互動學習，是否完成英語單人 AR 學習，是否完成英語多人 AR 互動學習。透過學習成就的顯示，讓學習者瞭解自己還有什麼課程仍未達成目標，需再多加練習的。而在個人化角色修改部分，預留可以讓學習者更換個人角色，以為未來能夠直接以使用者所選擇的角色直接進行相關課程互動，讓學習者能更有融入感。在課程選擇上，則區分為 AR 練習課程與一般課程。AR 練習課程主要目的做為系統的介紹與使用操作說明，同時學習者會依序進行 AR 的單人操作練習與多人操作練習，以熟悉藉由移動卡片進行虛擬物件的移動。在這個階段中，學習者也會瞭解到，只需運用同一張卡片，即可顯示不同的物件，教師也能透過後台對欲顯示的物件進行更改。而一般課程則做為正式學習課程，當使用者選取課程後，便會依對應的課程內容讀取對應的教材，教材的內容能夠依教師於後台的設定而隨之改變。依照使用者選擇單人或多人模式的不同，除了依 AR 的標記來顯示對應虛擬分身外，在多人模式時將同時傳送學習者的標記位置，藉此控制虛擬分身的位置，讓學習者間能夠透過彼此的虛擬分身進行互動。. 16.

(28) 使用者課程選擇. 帳號登入. 讀取個人化學習成就與角色設定資料. 功能選單. AR練習課程. 一般課程. 系統教學. 依選取課程讀入對應教材. 單人操作練習. 進入課程內容. 多人操作練習. 計算AR顯示多人課程同時傳送標記位置. 個人化角色設定. 課程結束. 寫入資料庫. 是. 關閉課程. 圖 3-3-2 系統運作流程. 當使用者由網頁登入時，會先要求輸入帳號密碼以做身份確認，並依此讀取個人化之設定。之後系統會依課程資料庫的設定讀入不同課程之相關資料與素材，同時進入功能選單中，使用者可以選擇進行個人資料修改或課程選擇。進入課程後，便會開啟使用者之 Webcam 以進行 AR 標記的補捉，若為多人課程則同時進行互動所需相關資料傳送的動作。在本研究中主要為標記位置的傳送，將標記的位置做解析，在多人運算伺服器計算相對位置，如此系統便可以依使用者間的位置決定互動效果。在特定課程中，除了標記位置外，同時也會傳送 AR. 17.

(29) 影像資料，為了讓其他使用者能夠看到自己電腦中的 AR 影像，可使用的方法包含先接收對方影像再重新計算 AR 顯示的方式，以及直接將影像重新封裝再傳送的方式。由於採用先接收影像再重新計算的方式對系統而言等於要連續做兩次以上的算圖動作，系統負荷量會非常龐大，因此較適合採用直接將影像重新封裝再傳送的方式。於是本研究採用 Wang 與 Chiu(2011) 提出的方法，先將影像做重新封裝的動作，再傳送至多人運算伺服器，如此每位使用者都能看到彼此的 AR 影像畫面。當使用者結束課程時，會先斷開與多人互動伺服器的連結，再關閉課程，以避免發生已結束課程卻仍繼續傳送標記位置的現象，而導致其他使用者端接收到錯誤訊息，或是要進行其他課程時卻仍在做原有課程的使用判斷。與過去研究不同的是，本研究增加了多人互動的運算，多人互動伺服器的流程如圖 3-3-3 所示，當主程式連結多人互動伺服器後，便會依使用者選擇的課程判斷進入哪一個課程房間，如果伺服器中已有他人所開設的房間，便會自動加入，如果都沒有，則會自動開啟一個新的房間，依照課程選擇而開啟不同課程的房間，並且依課程屬性不同而有不同多人次的互動限制。各個房間並不會互相影響，如此便可以允許不同教師在同一時間上不同的課程。在互動的方式上，除了基本的透過影像畫面進行互動外，由於使用者已必須操控 AR 標記的移動，並不適合再讓使用者需要透過鍵盤或滑鼠等方式來輸入溝通訊息，因此本研究採用聲音互動的方式，讓使用者能夠透過麥克風直接與對方進行溝通，以達到較為直覺的互動方式。當使用者進入房間之後，伺服器會主動將登入者的標記位置以及麥克風的語音發送給房間中的其他使用者，並回傳給主程式，因此其他使用者便能得到登入者的虛擬分身資訊以及他所發送的語音訊息。. 18.

(30) 主程式. 發送使用者資訊. 課程選擇. 判斷是否已有未達人數上限之該課程房間. 是. 否. 依所選擇課程建立課程所屬房間，並依課程屬性限制人數上限. 加入他人所開設之房間. 廣播使用者資訊與多人互動運算. 回傳廣播訊息. 主程式. 圖 3-3-3 多人互動運算流程. 二、系統介面、課程使用動機以及學習興趣與態度量表問卷主要分為系統介面、課程使用動機以及學習興趣與態度三個面向，系統介面主要針對系統操作的難易度，使用的流暢度，操作的直覺性，畫面的配置與呈現做為主要探討；課程使用動機針對學習者對於使用本系統輔助學習是否覺得有趣，使用本系統後對於哪一部分最有興趣，以及覺得哪一種方式對自己感到最有幫助；學習興趣與態度主要針對學習者本身對於該授課科目之學習興趣與態度。問卷的試題設計參考 Hwang、Wu 和 Ke(2011)以及 Zigic. 19.

(31) 與 Lemckert(2007)針對互動式系統輔助學習所設計的問卷中關於系統介面之面向，Di Serio、 Ibáñez 和 Kloos(2012)與 Martín-Gutiérrez(2010)針對擴增實境輔助學習所設計的問卷中關於使用動機之面向，編製系統介面與課程使用動機問卷，並參考 Hwang 與 Chang(2011)所設計之學習興趣與態度量表，依據符合本研究系統之問題進行編製，分為前測與後測問卷，初步編製之前測問卷為基本資料與學習興趣態度，共有 13 題，區分為國語和英語兩部份，採 Likert 五點量表，依受測者之分組決定填寫內容；後測問卷除了學習興趣態度外，並包含系統介面與課程使用動機兩部分，共有 40 題，學習興趣態度共 10 題，系統介面共 16 題，包含兩題質性問題，其中系統介面第 9 題為反向題。而課程使用動機則區分為國語課程與英語課程兩部分各 14 題，其中三題為開放式問題，實驗對象僅需依自己分組所進行的課程填寫相關問題，問卷之內容參見附錄一。表 3-3-1 國語科興趣態度量表預試項目分析結果同質性考驗題項. 題項與總分相關. 題項刪除後的信度系數. 備註. Q1. .763**. .901. 保留. Q2. .911**. .888. 保留. Q3. .822**. .897. 保留. Q4. .709**. .906. 保留. Q5. .856**. .894. 保留. Q6. .878**. .892. 保留. Q7. .719**. .906. 保留. Q8. .754**. .903. 保留. Q9. .494**. .920. 保留. 總量表的α系數值. .911. ** p<.01. 20.

(32) 在編製完問卷後，即協請一名大學教授以及兩名教授國語與兩名教授英語的國小在職教師進行相關問卷之檢驗與修正，修正與刪除不適切之題目，並調整題目描述為較適合國小學生閱讀之語意，經專家檢驗修正後之問卷詳如附錄二。在經專家檢驗修正後，接著協請台中市某國小高年級共 41 人進行學習興趣態度量表預試，國語科的量表所回收之有效樣本為 30 份，英語科的量表所回收之有效樣本為 36 份。採用內部一致性來檢測問卷之信度。預試結果如表 3-3-1 與表 3-3-2 所示，國語各題項與總分的相關皆在.400 以上(p<.01)，且總量表信度.911，依 Gay(1992)的觀點具有良好的信度水準。英語各題項與總分的相關皆在.400 以上(p<.01)，且總量表信度.914，亦具有良好的信度水準。因此正式實驗便採用附錄二之問卷進行資料蒐集。表 3-3-2 英語科興趣態度量表預試項目分析結果同質性考驗題項. 題項與總分相關. 題項刪除後的信度系數. 備註. Q1. .843**. .898. 保留. Q2. .837**. .898. 保留. Q3. .825**. .900. 保留. Q4. .833**. .899. 保留. Q5. .837**. .898. 保留. Q6. .886**. .894. 保留. Q7. .727**. .909. 保留. Q8. .639**. .915. 保留. Q9. .442**. .924. 保留. 總量表的α系數值. .914. ** p<.01. 21.

(33) 三、學習成效測驗針對國語閱讀課程，本研究依據習作與測驗卷編製相關測驗，共有 10 題，分為填充題 6 題與選擇題 4 題；而在英語拼字課程，本研究依據全民英檢出版 AP School 互動英語創刊號單元 11 之單字編輯單字測驗，共有填充題 10 題。初步編製之測驗內容參見附錄三。表 3-3-3 國語成效測驗試題分析結果題項. 高分組答對百分比 PH. 低分組答對百分比 PL. 難度 P. 鑑別度 D. 備註. 1. 0.692. 0.333. 0.513. 0.359. 保留. 2. 0.923. 0.333. 0.628. 0.590. 保留. 3. 0.923. 0.167. 0.545. 0.756. 保留. 4. 0.846. 0.000. 0.423. 0.846. 保留. 5. 1.000. 0.833. 0.917. 0.167. 刪除. 6. 1.000. 0.667. 0.834. 0.333. 刪除. 7. 0.769. 0.167. 0.468. 0.602. 保留. 8. 1.000. 0.500. 0.750. 0.500. 保留. 9. 1.000. 0.667. 0.834. 0.333. 刪除. 10. 0.769. 0.000. 0.385. 0.769. 保留. 在編製完畢後，同樣協請一名大學教授及國小在職的兩名國語教師與兩名英語教師分別進行國語和英語兩份成效測驗之檢驗修正，修正之結果如附錄四所示。接著協請台中市某國小高年級共 41 人進行預試，回收有效樣本 41 份，以答對題數做為得分標準，每答對一題得 1 分，取總得分前 27%為高分組，後 27%為低分組，針對預試結果進行各題目之難易度與鑑別度檢測。國語成效測驗之難易度與鑑別度結果如表 3-3-3 所示，依據 Ebel 與 Frisbie(1986) 以及 Gardner (1970)的研究，保留鑑別度大於 0.3 且難易度介於 0.2~0.8 之間的題目，由於第 5 題之鑑別度過低，因此予以刪除。而第 6 與第 9 兩題之難易度高於 0.8 的標準，也予以刪除。. 22.

(34) 而英語單字成效測驗之難易度與鑑別度分析結果如表 3-3-4，由於第 1、6、8 三題鑑別度皆過低，因此予以刪除。經專家檢驗以及預試修正後，用以正式實驗之成效測驗如附錄五所示。表 3-3-4 英語單字成效測驗試題分析結果題項. 高分組答對百分比 PH. 低分組答對百分比 PL. 難度 P. 鑑別度 D. 備註. 1. 1.000. 0.824. 0.912. 0.176. 刪除. 2. 0.857. 0.000. 0.429. 0.857. 保留. 3. 0.643. 0.000. 0.322. 0.643. 保留. 4. 0.429. 0.000. 0.215. 0.429. 保留. 5. 0.786. 0.000. 0.393. 0.786. 保留. 6. 0.071. 0.000. 0.036. 0.071. 刪除. 7. 0.643. 0.000. 0.322. 0.643. 保留. 8. 0.071. 0.000. 0.036. 0.071. 刪除. 第四節實驗活動本研究之實驗活動為所開發之學習系統課程操作，於進行正式實驗課程之前先施以學習態度與學習成效前測，以瞭解受測者對於該學科之學習態度以及基本能力狀況。接著進行 AR 操作課程，做為系統操作之說明與練習，在此課程中除了系統的操作教學說明外，學習者能夠自由更換其操作虛擬角色，讓學生熟悉利用手中的卡片進行 AR 的操作模式。之後進行對應課程之學習，完整課程包含一次單人模式與多人模式之操作，透過單人模式之課程以確立學習者是否能夠獨自完成課程，以瞭解本系統對於輔助學習者自主學習之效益，在完成單人模式後，再進行多人模式課程，學習者將與其他學習者一同進行合作學習，以瞭解本系統對於輔助學習者進行合作學習之效益。. 23.

(35) 表 3-4-1 實驗活動列表項次 1. 2. 活動名稱前測. AR 課程. 活動內容. 活動目的. 1. 學習興趣態度前測. 瞭解受試者對學習科目之興趣. 2. 學習成效測驗前測. 態度與基本能力. 1. 系統操作說明. 進行系統操作說明，讓學習者熟. 2. AR 操作練習. 悉系統操作方式，藉由物件之更. 3. AR 角色設定. 換讓學習者瞭解能夠僅依賴同. 活動時間 10 分鐘. 10 分鐘. 一組卡片即可進行課程，透過角色設定讓自己更融入系統中。 3. 單人課程. 1. 進行單人模式課程. 以單人模式讓學習者進行課程. 15 分鐘. 學習，以瞭解學習者能否獨立完成課程 4. 多人課程. 1. 進行多人模式課程. 讓不同學習者進行合作完成課. 15 分鐘. 程學習，以瞭解學習者對於本系統輔助的合作學習狀況 5. 後測. 1. 學習興趣態度後測. 透過比較學習成效測驗前、後測. 2. 學習成效測驗後測. 以瞭解學習者經由本系統輔助. 3. 系統介面與課程使. 學習後能否提升學習成效。同時. 用動機問卷. 藉由比較興趣態度前、後測結果瞭解由本系統輔助後能否改善學習者對於學習科目之興趣與態度。經由系統使用問卷瞭解學習者對於本系統介面之評價以及使用本系統之動機為何。. 24. 20 分鐘.

(36) 在完成所有課程後，便進行學習態度與學習成效後測以及系統介面與使用動機問卷，透過學習態度與學習成效前、後測之表現以瞭解系統對於改善學習態度以及提升學習成效之效益。而藉由系統介面與使用動機問卷，瞭解學習者對於本研究所設計之系統介面評價為何，以及使用系統之動機為何。整體課程活動時間共 70 分鐘，活動分配如表 3-4-1 所示。本研究先針對國語閱讀以及英語單字拼字兩部分設計課程。國語閱讀部分，本研究採用國民小學國語之某一課文，並依該課課後練習內容製作相對應內容之故事場景與狀況問題，區分為單人模式與多人模式。操作流程如圖 3-4-1 所示，在單人模式中，學習者將透過卡片扮演主角，依場景與課文劇情和課文中其他角色進行互動並回答問題，問題的回答將以選擇的形式，使用者操作之角色必須要移動到正確的位置才能回答正確，示意圖如圖 3-4-2 所示，當學習者進行錯誤動作時，便會出現對應的錯誤訊息告知學習者為何做錯，而當學習者做了正確決定時故事會繼續進行下去，當故事結束後，會依照表現給予評價。多人模式則如圖 3-4-3 所示。. 25.

(37) 國語課程. 回前一個情境. 出現錯誤警告與內容教學. 否. 單人模式. 多人模式. 進入課程場景. 進入課程場景. 出現狀況情境. 出現狀況情境. 回答正確是. 出現下一個情境. 出現下一個情境. 回答正確. 出現錯誤警告. 否. 是. 繼續課程. 繼續課程. 累積錯誤次數. 課程結束. 課程結束. <3. 評價. 評價. 是. 即時修正. 否告知表演失敗與內容教學. 圖 3-4-1 國語閱讀課程流程. 26. >=3. 告知表演失敗要求重新練習.

(38) 圖 3-4-2 國語閱讀課程單人模式示意圖。(a)藉由移動標記控制角色與課文中其他角色互動。 (b)移動角色以回答問題. 圖 3-4-3 國語閱讀課程多人模式示意圖。(a)不同的學習者將扮演不同的角色，合力演出課文中的故事。(b)學習者將面對共同的問題，其中一人回答錯誤即會出現錯誤警告。. 27.

(39) 學習者將各自扮演不同的角色，依照課文進行，合作演出整段故事並一同回答問題，而當其中任何一位學習者回答錯誤時，系統會提出警告，必須由學習者互相提醒改正錯誤，一旦未即時改正，便代表演出失敗，如果在課程進行中累積錯誤次數達 3 次，即會被告知演出失敗，要求重新練習。在狀況問題上，教師能夠依需求由後台更改問題與對應教學內容，以豐富學習內容。而在英語單字拼字部分，本研究採用全民英檢出版 AP School 互動英語創刊號單元 11 之單字，一樣區分為單人與多人模式，操作流程如圖 3-4-4 所示。英語課程. 單人模式. 多人模式. 出現單字. 出現單字. 將該單字設為尚未學習卡片出現字母. 告知錯誤. 錯誤. 字母組合正確. 出現下一個尚未學習單字. 出現下一個尚未學習單字. 將該單字設為尚未學習各自卡片出現字母. 共同組合字母正確. 顯示正確畫面. 顯示正確畫面. 課程結束. 課程結束. 給予評價. 給予評價. 圖 3-4-4 英語拼字課程流程. 28. 錯誤. 告知錯誤.

(40) 在單人模式中，畫面將出現該單字的中文意思，而使用者的卡片將出現不同的字母，必須選取正確的字母並以正確的順序排列，示意圖如圖 3-4-5 所示。當使用者排列錯誤或是字母選錯時，系統便會出現對應的錯誤訊息告知使用者是何種錯誤，於之後再次出現要求使用者再次練習，直至使用者正確拼出該單字為止。使用者須完成所有單字訓練才算結束，之後會給予評價。. 圖 3-4-5 英語拼字單人模式示意圖. 圖 3-4-6 英語拼字課程多人模式示意圖. 29.

(41) 圖 3-4-6 為多人模式之操作示意，在多人模式中，大致流程與單人模式相同，然而在單字組合時，不同的學習者將分配到不同的字母，無法單獨組合出正確單字，學習者間必須合力組合出對應的單字，一旦組合錯誤，便會出現對應訊息告知。在單字內容的設定上，教師也能透過後台進行新增、刪除與修改的動作，使用者在前端 AR 的顯示字母，也會隨著教師在後台的更動而有所改變。當課程結束後，研究對象會被要求填寫問卷並施以學習成效後測，以進一步瞭解使用者對於本研究所開發系統之介面評價與課程使用動機，以及本系統對於輔助學習之成效。. 第五節資料蒐集與處理本研究採用問卷的方式以瞭解使用者對本系統之系統介面評價、課程使用動機以及學習興趣與態度，評估系統效益以及日後改進方向。於實驗前先進行學習興趣與態度問卷與學習成效前測測驗，之後於實驗對象進行完系統測試後，進行學習興趣與態度問卷與學習成效後測測驗，以及系統介面與課程使用動機問卷填寫。資料處理分為量化資料以及質性資料的分析。. 壹、量化資料針對所回收的問卷量化部分以及學習成效測驗結果，以套裝軟體程式 SPSS，針對相關資料進行下述統計：一、描述性統計：以描述性統計了解使用者對於系統介面的評價，課程使用的動機為何，以瞭解本系統之設計是否可符合使用者的使用習慣，以及在介面設計上應如何改進，同時也確立使用者在使用本系統時所關注之焦點為何。二、相依樣本 t 檢定：透過相依樣本 t 檢定，分析受測者在「學習興趣與態度」以及「學習成效測驗」之. 30.

(42) 前、後測成績是否有顯著差異，以瞭解本研究所設計之系統能否提升學生學習興趣與態度以及能否提升其學習成效。貳、質性資料本研究之質性資料來源為問卷中針對系統介面以及課程使用動機中之質性問題，透過此部分以補強量化資料，瞭解使用者之需求以及系統可改進之處，並分析能再加強著墨之功能，期以使系統更符合使用者之需求。. 第六節研究範圍與限制針對本研究之研究方法所受限之範圍和限制如下：一、研究對象本研究之受測人員為國小高年級學生，已熟悉基本電腦操作，課程設計皆針對國小高年級課程為主。對於尚未熟悉基本電腦操作之學童以及國高中以上學歷之學生並不在本研究之討論範圍。二、研究工具為使學習者能夠直接經由一般網頁瀏覽器即可使用本研究所開發之系統，因此本研究僅針對一般電腦使用做設計規劃，並未將行動裝置納入。一般行動裝置由於視訊傳輸的安全性問題，並不允許直接經由一般網頁瀏覽器開啟所附之攝影機並傳輸影像，因此無法順利運作，故不在本研究之討論範圍。在課程內容設計上，本研究僅針對國小國語及英語課程，對於其他類科之課程並未列入討論範圍。在硬體規格的限制，由於本研究需透過網路進行資料傳遞與交換，因此並不考慮沒有網路的環境下之運作模式，同時本實驗僅在單一伺服器與網路環境下進行測試實驗，因此不同的伺服器規格以及網路造成之延遲並不在本研究之討論範圍。此外現場環境光源以及 webcam 規格所造成 AR 標記追蹤判定之影響並不在本研究所討論之範圍。. 31.

(43) 三、資料收集方式本研究僅使用問卷的方式收集使用者對系統介面之評價以及使用之動機以進行系統評估，對於學習成效也僅採單一次實作課程內容做為評斷依據，對於系統執行效能之評估以及教學方法的影響並未列入討論範圍。. 32.

(44) 第四章. 研究結果. 本章為依第三章研究方法實施後的系統開發成果與實驗研究結果。本章共分四節，第一節針對所開發之系統進行成果介紹與說明。第二節描述實驗所蒐集之量化資料進行前後測比較分析結果，包含學習興趣與態度量表與學習成效測驗之比較，以瞭解本研究之系統對於學習的幫助成效為何。第三節針對實驗所蒐集系統使用評價與課程使用動機之質性與量化資料進行分析，以瞭解系統未來之改善方向。. 第一節系統功能當系統雛型開發完成後，即協請三名國小在職教師進行系統的測試與建議。在第一次測試時，老師們便針對 AR 物件的顯示方式提出修改意見，在原始雛型中，為了讓平面的圖片看起來是立體的感覺，因此讓角色圖片呈現直立的狀態(圖 4-1-1a)，然而此種設計在實際操作時，因為攝影鏡頭是與標記垂直，造成在桌面移動時其實看不清楚顯示的圖片，因此建議將顯示物件改為平躺的方式顯示，同時拉高顯示的位置(圖 4-1-1b)，如此便能清楚看見顯示的圖片，又可讓使用者感覺到圖片是以立體的方式呈現在空間中。. 圖 4-1-1 AR 顯示方式修正。(a)原始雛型設計，圖像直立於標記 (b)建議修正設計，圖像與標記平行但拉高顯示位置。. 33.

(45) 此外也提到了英語單字課程中，原始的雛型系統在作答正確之後，僅顯示正確訊息(圖 4-1-2a)，老師們便建議除了顯示正確訊息外，亦需留下正確的單字，才有時間讓學習者記憶，不然對於正巧嘗試出正確拼字的學習者而言，並無法留下深刻的印象，也不會去記住該單字。因此將英語單字課程修正為在拼出正確單字後，也會顯示該單字的正確拼法，直到使用者進入下一個單字時才消失(圖 4-1-2b)。. 圖 4-1-2 英語單字課程修正。(a)原始雛型設計，當使用者回答正確後，並不會顯示該單字正確拼法 (b)建議修正設計，當使用者回答正確後，顯示該單字正確拼法直到進入下一個單字. 圖 4-1-3 國語閱讀課程多人模式修正。(a)原始雛型設計，選項文字會被使用者給擋住 (b)建議修正設計，將選項文字放大並移至最上方. 34.

(46) 在第二次測試時，有老師提出了，在國語閱讀課程多人模式下的狀況回答時，人物會去擋到作答選項的文字(圖 4-1-3a)。由於在單人模式時使用者是看完選項才去做選擇，擋住文字並不會有影響，也可以維持整體的美觀性，較有實際移到該答案上的感覺，但是在多人模式下，一旦先有使用者擋住選項文字後，剩下的使用者並無法得知該選項為何，會變成只能從剩下的選項去猜，或是僅單純跟隨其他人的選擇。因此建議要將多人模式下的選項文字維持在最上方，而不會被使用者給擋住。因此依老師的意見重新修正了多人模式下的文字顯示，讓選項文字維持在最上方，並同時加大文字讓其較不受其他使用者的影響(圖 4-1-3b)。經過兩次雛型檢討修正後，即完成整個主系統之建立。整體系統分為前台與後台，皆透過網頁瀏覽器登入。前台系統主畫面如圖 4-1-4，所看到的畫面即為選單，使用者能夠依自由選擇課程。. 圖 4-1-4 系統主畫面. 當使用者點選角色設定後，便會顯示該使用者所選擇之角色以及所獲得之成就(圖 4-1-5)。使用者能夠依自己的喜好來更改角色造型，而成就的取得是透過操作過相對應的課程，並取得特定的評價時才能獲得，目的為使學習者能有進一步的動力想嘗試並完成課程。有取得的. 35.

(47) 成就便會以彩色的方式顯示，而尚未取得的成就則以灰階方式顯示。圖 4-1-6 為實際實驗時學習者操作角色選擇之畫面。. 圖 4-1-5 角色設定畫面. 圖 4-1-6 學習者進行角色選擇設定. 36.

(48) 圖 4-1-7 AR 練習課程畫面。(a)系統操作說明 (b)角色選擇 (c)操作練習，顯示之虛擬替身與 AR 物件皆由先前的角色選擇決定 (d)多人操作練習，虛擬替身與 AR 物件改為顯示使用者的帳號. 圖 4-1-8 後台更換 AR 練習課程的角色選擇。(a)原始角色操作練習 (b)後台更換角色 1 成新的圖片 (c)角色選擇圖片隨後台更換 (d)操作練習之虛擬替身與 AR 物件隨之更換. 37.

(49) 而 AR 練習課程主要用來進行系統的操作說明，同時也讓使用者熟悉使用 AR 標記來移動虛擬角色的操作方式，使用者也會瞭解同一張卡片即可以顯示不同的內容，不同的使用者也可以顯示各自獨立的內容(圖 4-1-7)，教師也能夠透過後台更改顯示的虛擬替身與 AR 物件圖片(圖 4-1-8)。實際實驗學習者操作單人與多人情形如圖 4-1-9 所示。. 圖 4-1-9 學習者操作 AR 練習課程。(a)單人操作練習 (b)多人操作練習. 在國語閱讀課程中，分為單人模式與多人模式。單人模式如圖 4-1-10 所示，使用者隨著故事進行會控制不同的角色，同時 AR 的顯示角色也會隨之改變，並且需回答各種狀況題。當使用者回答正確時故事便會繼續進行，而當使用者答錯時，便會跳至相關教學內容。圖 4-1-11 為學習者實際實驗操作國語閱讀單人模式情形。. 圖 4-1-10 國語閱讀課程單人模式操作畫面。(a)(b)使用者操作角色進行故事與回答問題 (c)當使用者回答錯誤時即顯示相關內容教學. 38.

(50) 圖 4-1-11 國語閱讀課程單人模式實際操作情形. 而在多人操作模式中，本次實驗課程設計為三人共同進行，不同使用者會被分配成不同角色，透過虛擬替身的互動，共同演出整段課程，並且需一起回答狀況題，只有在三人皆回答正確時才會繼續故事，如圖 4-1-12 所示，而使用者能夠透過麥克風進行語音溝通，以互相告知錯誤。實際實驗操作情形如圖 4-1-13 所示。由於在此操作模式下，使用者能夠透過虛擬替身即可知道對方的操作情形，並不需要去顯示對方使用者的操作畫面，因此在本模式下並不進行使用者操作畫面的傳送。. 圖 4-1-12 國語閱讀課程多人模式操作畫面. 39.

(51) 圖 4-1-13 國語閱讀多人模式實際操作情形. 無論是單人或多人模式，其狀況題的問題以及相關教學內容，教師皆可透過後台進行修改，如圖 4-1-14 所示。. 圖 4-1-14 國語課程後台修改畫面. 40.

(52) 英語單字課程同樣區分為單人與多人兩種模式。單人模式如圖 4-1-15 所示，使用者會控制五張卡片，用以操作畫面上的五個不同字母組合。卡片上 AR 顯示的字母物件會隨著題目有所不同，透過這五張卡片進行拼字的排列組合，當使用者回答錯誤時，會告知使用者的錯誤是順序錯誤或是選字錯誤。實際實驗操作情形如圖 4-1-16 所示。. 圖 4-1-15 英語單字課程單人模式操作畫面. 圖 4-1-16 英語單字單人模式實際操作情形. 41.

(53) 圖 4-1-17 英語單字課程多人模式操作畫面. 圖 4-1-18 英語單字多人模式實際操作情形. 而多人模式操作如圖 4-1-17，使用者除了看到自己所操作的字母外，也可看到對方所操作的字母，操作方式如同單人模式，差別僅在為了組合出正確的單字，必須由不同的使用者互相配合才行，使用者之間也可透過麥克風進行語音交談，以互相告知正確單字的拼法，該. 42.

(54) 如何移動。學習者實際操作情形如圖 4-1-18 所示。由於在此操作模式下，使用者能夠透過單字的移動即可知道對方的操作情形，並不需要去顯示對方使用者的操作畫面，因此在本模式下並不進行使用者操作畫面的傳送。在英語單字課程中，單人與多人模式下所顯示的題目以及 AR 字母物件，皆可透過後台進行修改，如圖 4-1-19 所示。. 圖 4-1-19 英語單字課程後台修改畫面. 第二節學習興趣態度與學習成效比較實驗活動於台中市某國小之電腦教室進行，活動期間為 2013 年 4 月，每個班級的活動時間皆為 70 分鐘。在國語閱讀課程部分，進行實驗活動的人數共 27 人，所回收量表問卷共 27 份，經檢視無效問卷共 3 份，可用有效問卷共 24 份；所回收成就測驗結果共 27 份，經檢視無效測驗結果 0 份，可用測驗結果共 27 份。而針對國語閱讀課程之興趣態度量表進行相依樣本 t 檢定，其結果如表 4-2-1 所示。. 43.