專題導向式學習於智慧教室之研究

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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. 專題導向式學習於智慧教室之研究. 研究生：吳昌儒指導教授：蕭顯勝博士. 中華民國一Ｏ二年八月.

(2) 謝. 誌. 來到臺灣師大進修似乎是冥冥註定的緣分，一切的事物猶如昨夜的絢爛星辰，稍縱即逝卻令人難以忘懷，每一位在此相識的貴人亦將化成夜空中璀璨耀眼的發光體，閃爍著我內心的小小世界。在碩士班修讀期間，真的要感念倩綾、曉鈴、潔懋、秋逸四位美麗的系辦助教總在需要時給予的幫助與關懷；感念課堂中授予知識的蘇照雅老師、楊錦心老師、李懿恭老師、張基成老師與余鑑老師；感念在歡笑中一同修課、研讀的俊全、浩平、國倫、若妤、欣盈、宛晏、家慈、瑜芬、蔚芳、燿彰、恩瑜、坤龍、國倫、暐銘、郁棋、承榮等同班同學；感念博士班婉慈與宇珊兩位學姐在學業上的提點；感念來到臺師大又再次成為同學的資教所皓玲與韻婷的鼓勵與交流；感念室研社一同參與營隊的糖花、佳慶、小伍、猴子、俐瑜與顧達的共成長。當然最重要的完成論文部分，由衷感謝資教所的陳明溥老師與台中教大的陳鴻仁老師擔任口試委員時所給予的指點；感謝婉諦、建佑學長協助我們處理好多事情；感謝聖評、敬尊、乃熒、博閔學長姐與庭綱、秋延、家蕎與耀宗的協助；感謝智鈞、鴻毅、坤德在學習路上的一路相伴，還要感謝桃園縣大埔國小與樂善國小的全體師生，當然最重要的是感謝蕭顯勝老師對我的耐心與不放棄，在碩班期間帶領我們一同參與諸多產學計畫與研究案，讓我受益良多，更要感謝父母在學業上的一切支援，讓我能豪無後顧之憂完成學業，期望未來能有小小成就來報答所有幫助過我的貴人。. 昌儒謹誌於臺灣師大 i. 2013 年 8 月 28 日.

(3) 專題導向式學習於智慧教室之研究研究生：吳昌儒指導教授：蕭顯勝博士. 中文摘要將資訊科技融入教學，為政府、教育相關機構以及許多專家學者大力提倡的議題。在各種資訊科技設備的搭配下，逐漸形成「智慧教室」。而專題導向式學習已被證實可提升學習者的高層次能力，且廣泛應用於中小學部分的課程當中。為了提昇學習者的高層次能力，透過相關計畫，已於部分學校建置智慧教室，並搭配專題導向式學習策略於課堂當中。本研究將專題導向式學習融入智慧教室的自然與生活科技領域教學當中，以探討學生在傳統教室與智慧教室之間，學習成效以及應用層次能力提升的差異。本研究採取準實驗設計，以 37 名小學六年級學童為研究對象，研究結果顯示於智慧教室所進行之自然與生活科技專題導向式學習，能夠提升學生自然與生活科技學習成效與應用層次能力。學生對於這種類型的教學亦有相當高的滿意度。. 關鍵詞：智慧教室、專題導向式學習、應用層次能力. ii.

(4) The study of project-based learning in a smart classroom Author: Wu, Chang-Ju Advisor: Dr. Hsiao, Hsien-Sheng. ABSTRACT Integrating information technology into classroom is the significant issue which strongly advocated by the government, education-related institutions, and many experts. Under the combination of various information technology equipments, the “smart class room” is gradually formed. The project-based learning has been proved for enhancing learners’ high-level abilities and is widely used by primary and secondary school in parts of curriculums. In order to enhance learners’ high-level abilities, the smart classroom has been already built in some schools and the project-based learning strategies also have been applied in the courses via relevant plans. The study aims to integrate the project-based learning into the field of science learning in smart classroom and to explore the differences of leaning performance, application-level abilities and student reactions between traditional and smart classrooms. In this study, the quasi-experimental design is used and 37 elementary school students are included as the research target. The results revealed that the integrated collaborative learning strategy in smart classroom can raise the application-level learning effect and make students satisfied.. Keywords: smart classroom, project-based learning, application ability. iii.

(5) 目謝. 錄. 誌 ................................................................................................................i. 中文摘要 ...............................................................................................................ii ABSTRACT ........................................................................................................ iii 目. 錄 ..............................................................................................................iv. 表. 次 .............................................................................................................vii. 圖. 次 ........................................................................................................... viii. 第一章. 緒論 ...................................................................................................... 1. 第一節. 研究動機與背景 ........................................................................... 1. 第二節. 研究目的 ....................................................................................... 6. 第三節. 待答問題 ....................................................................................... 7. 第四節. 研究範圍與限制 ........................................................................... 8. 第五節. 名詞釋義 ..................................................................................... 10. 第二章. 文獻探討 ............................................................................................ 11. 第一節. 智慧教室 ..................................................................................... 11. 第二節. 專題導向式學習 ......................................................................... 19. 第三節. 應用層次能力 ............................................................................. 25. 第四節. 文獻評析 ..................................................................................... 29. 第三章. 研究方法 ............................................................................................ 30 iv.

(6) 第一節. 研究架構..................................................................................... 30. 第二節. 研究對象..................................................................................... 31. 第三節. 研究設計與實施......................................................................... 33. 第四節. 研究工具..................................................................................... 35. 第五節. 資料分析..................................................................................... 38. 第六節. 智慧教室環境規劃..................................................................... 40. 第七節. 教學活動設計............................................................................. 44. 第四章. 研究結果與討論 ............................................................................... 48. 第一節. 各變項資料描述之比較 ............................................................ 48. 第二節. 不同教學環境在學習成效之差異 ............................................ 48. 第三節. 不同教學環境在應用層次能力提升之差異 ............................ 51. 第四節. 智慧教室學習成果訪談 ............................................................ 53. 第五節. 智慧教室學習歷程觀察 ............................................................ 56. 第五章. 結論與建議 ....................................................................................... 64. 第一節. 結論 ............................................................................................. 64. 第二節. 建議 ............................................................................................. 66. 參考文獻 ............................................................................................................. 69 附錄一 .......................................................................................................... 79 「南崁溪的美麗與哀愁」專題導向式學習活動 ..................................... 79 v.

(7) 附錄二 .......................................................................................................... 82 自然與生活科技成就測驗（前測） .......................................................... 82 附錄三 .......................................................................................................... 84 自然與生活科技成就測驗（後測） .......................................................... 84 附錄四 .......................................................................................................... 86 問題解決表徵動作記錄表 .......................................................................... 86. vi.

(8) 表. 次. 表 2-1 智慧教室相關研究整理 ........................................................................ 12 表 2-2 智慧教室三種教學類型 ........................................................................ 17 表 2-3 專題導向式學習發展流程相關研究整理 ............................................ 23 表 2-4 九年一貫自然與生活科技能力指標學應用部分 ................................ 27 表 3-1 實驗設計 ................................................................................................ 33 表 3-2 問題解決的歷程；各階段運用的「能力」表徵 ................................ 36 表 3-3 南崁溪的美麗與哀愁教學背景設定 .................................................... 45 表 4-1 自然與生活科技學習成就測驗後測成績概況 .................................... 48 表 4-2 自然與生活科技學習成就測驗後測成績 t 檢定概況 ......................... 49 表 4-3 自然與生活科技學習成就測驗迴歸係數同質性檢定 ........................ 49 表 4-4 自然與生活科技學習成就測驗共變數分析 ........................................ 50 表 4-5 自然與生活科技學習成就測驗後之應用題型成績概況 .................... 51 表 4-5 自然與生活科技學習成就測驗後之應用題型後測成績 t 檢定概況 . 51 表 4-6 自然與生活科技學習成就測驗後之應用題型迴歸係數同質性檢定 52 表 4-7 自然與生活科技學習成就測驗之應用題型共變數分析 .................... 52 表 4-8 實驗組與對照組各階段學習行為觀察記錄對照 ................................ 56 表 4-9 實驗組問題解決歷程各階段行為觀察 ................................................ 62. vii.

(9) 圖. 次. 圖 2-1 Bloom 原架構與修定架構比較圖....................................................... 26 圖 3-1 研究架構圖........................................................................................... 30 圖 3-2 智慧教室專題導向式學習，學生使用電子書包製作專題簡報 ...... 31 圖 3-3 智慧教室專題導向式學習，學生使用電子白板呈現小組學習成果 ............................................................................................................................. 31 圖 3-4 傳統教室專題導向式學習，學生利用畫筆與壁報紙製作專題簡報 ............................................................................................................................. 32 圖 3-5 傳統教室專題導向式學習，學生將完成的簡報張貼於黑板前呈現 ............................................................................................................................. 32 圖 3-6 實驗流程圖........................................................................................... 34 圖 3-7 智慧教室平面圖................................................................................... 40 圖 3-8 互動式電子白板與觸控長筆 .............................................................. 41 圖 3-9 電子書包與觸控筆............................................................................... 41 圖 3-10. 無線基地台......................................................................................... 42. 圖 3-11 教學平台 ............................................................................................. 43 圖 4-1 學生運用 Google Map 探索學校與南崁溪地理位置 ........................ 57 圖 4-2 學生運用中文化 FreeMind 繪製心智圖............................................. 58 圖 4-3 實驗組學生透過電子書包，將關鍵字透過搜尋引擎找尋資料 ...... 59 圖 4-4 小組長將組員整理好、透過通訊軟體傳遞的資料加以彙整 .......... 60 viii.

(10) 圖 4-5 實驗組中，電子書包一人一機，能夠讓組員充分分工 .................. 60 圖 4-6 對照組中，傳統專題導向式學習分工困難，易出現少數組員在一旁空等 ..................................................................................................................... 61 圖 4-7 實驗組課程結束前，小組利用電子白板將合力製作的簡報上台發表 ............................................................................................................................. 61 圖 4-8 專題製作過程如遭遇問題，組員間會相互幫忙合力解決問題 ...... 63. ix.

(11)

(12) 第一章. 緒論. 本章共分為五節，描述本研究之研究動機與背景、研究目的、待答問題、研究範圍與限制以及名詞釋義，將分別說明如下：. 第一節. 研究動機與背景. 世界各國為了培育符合二十一世紀知識經濟時代的人才，紛紛開始推動資訊融入教學等相關計畫，期望能運用資訊科技改善教學。沈中偉（2008）認為資訊科技融入教學有激發學習動機並且吸引學習者注意力、教材容易更新、支援新的教學法、促進自主學習，以及培養學習者資訊時代所需之技能等優點。Chang、Tung 與 Chan（2005）提出數位化的學習環境有一些優點，例如減少乏味的學習動作、鼓勵學習者積極參與學習活動、教學者更容易監測學習者的學習狀況、促進協作學習、紀錄教學與學習的檔案等等。因此，導入科技化的學習，是改進傳統教學的一個選擇。而我國教育部亦自 2001 年起展開一系列資訊融入教學的相關政策（徐新逸，2003）。隨著資訊科技的快速發展，在諸多科技產品不斷推陳出新時，越來越多人開始思考如何利用資訊科技改善現有的教學(Qiyun, 2008)，目前市面上也有諸如互動式電子白板、平板電腦等等專為學習設計以及適合應用學習的相關產品。許多研究皆指出，利用科技設備，的確能夠提升學習意願，刺激學習動機（曾聖評，2010；蔡文瓊，2009；陳秀雯，2009； Slay, Sieborger & Hodgkinson-Williams, 2008），並且加強師生與同儕間的互動（陳韻雯， 2009；鄭惠敏，2008），更有部分研究發現，科技化設備能有效提升學習成效(Lopez, 2010 ; Torff & Tirotta, 2010 )。英國的 DfES(Department for Education and Skills)曾針對未來學校提出 1.

(13) 一些變遷的趨向，當中特別強調「改變敎室環境的組織」以及「資訊和通訊科技的發展」(DfES, 2004)。除了國外機構與企業，近年來，我國亦持續不斷推動資訊融入教學相關政策。2007 年起，教育部開始推行「互動電子白板進入教室之資訊教育」政策，更於「教育部中小學資訊教育白皮書 2008-2011」當中，在「增加一般教室的資訊科技設備」以及「推動多功能 e 化專科教室」兩個行動方案中，明確指出單槍投影機、電子白板、無線網路、可攜式與可寫式電腦設備的規劃，我國政府並已投入約新台幣 71 億元協助中小學採購相關科技化設備（教育部，2008），台北市政府更於中華民國 100 學年度，針對所轄範圍內的高中、國中以及國小推動電子書包實驗計畫（台北市教育局，2011）。過去習慣將設置有科技設備的教學環境稱做多媒體教室(multi-media classroom)或電子化教室(electronic classroom)，這些環境都是典型裝設電腦、影音播放、網路以及單槍投影機的教室空間，而隨著教學科技設備的進步，也開始稱呼為智慧教室(smart classroom) ( McKamey, 2008)，透過設置並整合各項資訊科技設備，達到兼具便利(Convenient)、智慧(Intelligent)與效能 (Efficiency)的教學環境，以滿足教師的教學需求（網奕資訊，2011）。教育部與經濟部、資策會以及電信和科技業者的合作下，建立了資訊科技與教學內容融合、師生雙向 e 化互動、教學資源可透過網路分享的「智慧教室」，期望帶動國內教育單位導入科技化設備，並且帶動相關產業的發展（韓啟賢，2009）。僅管對於全新的教學場域有不同的名稱，但概念大致上皆為將資訊科技相關設備融入教學當中，形成能夠達到師生、同儕與人機互動的智慧型教室。行政院（2010）更將智慧教室相關產業推動，列入「數位內容產業發展行動計畫」當中，期望能帶動國內相關產業的發展，以及促成相關人才的培訓，更進一步拓展海外市場。教育部於 2009 年起，開始推動「電子書包實驗教學試辦學校暨輔導計 2.

(14) 畫」，並選定十所小學導入電子書包，針對「學生身心發展影響」、「學生學習」、「教師教學」、「課程設計」及「教學設備」等面向進行分析與比較，並整體評估未來推動可能性及執行方向（教育部，2010）。本研究之實驗學校已購入輕薄型的平板電腦（10 吋，約 1.25 公斤重），做為電子書包，以供課堂上教學所使用之學習載具。更與原先已建置完成之互動式電子白板、無線網路基地台、教學平台，搭配成為本研究所探討之「智慧教室」。雖然目前已有相關的實驗與研究計劃在教學現場實施，仍然有已導入的科技設備的學校對於該設備的使用相當陌生，或是教學者對於傳統教學的模式仍根深蒂固、缺乏適合導入新科技的教學模式，以及教學者的資訊科技能力不足等問題存在（吳致維、林建仲，2009；陳惠邦，2009），加上許多人對於教學科技的概念仍停留在硬體設備的階段，皆為無法將其最大效益發揮的原因。Leidner 與 Jarvenpa 於 1995 年時便曾提過，使用資訊科技時，如果配合相關的學習理論便能提昇學習效果（Zuo, Yi, & Gong, 2007; 引自陳鴻仁、陳正道、張世明，2010）。美國國家科學委員會（引自李國賓，2008）在「教育美國人迎接二十一世紀」的報告書中曾提及：二十一世紀所需要的基本能力，是需要透過思考，以了解周遭的科技世界。發展學習者在各個學習領域當中的批判思考、解決問題能力是基本目標。教育部於「資訊教育白皮書 2008-2010」（教育部，2008）當中，將「培養學習者應用資訊科技解決問題的能力」訂立為其中一個目標，顯示對其之重視。教育部（2003）亦於「自然與生活科技」學習領域的分段能力指標中明確指出：「經由科學性的探究活動，自然與生活科技學的學習使學習者獲得相關的知識與技能。同時，也由於經常依照科學方法從事探討與論證，養成了科學的思考習慣和運用科學知識與技能以解決問題的能力」。ISTE (International Society for Technology in Education) 2007 年公佈的 NETS (National Educational Technology Standards) 3.

(15) for Student 當中的「批判思考、問題解決與做決定」，提及學習者需使用批判性思考能力，以計劃與進行研究、管理專案、解決問題，以及作出明智的決定來使用適當的數位化工具和資源(ISTE, 2007)。而無論是 Bloom 早於 1956 發表的認知領域學習目標，或是 Anderson、Krathwohl 與 Bloom （2001）修改的更新版本認知領域學習目標（引自葉連祺、林淑萍，2003），皆把應用層次能力列入教學目標之中，並特別強調將所學執行(Executing)與熟悉的事物與實行(Implementing)與陌生的情境之中。綜合以上諸多教育與研究單位所訂定的方針，顯示當今學生的學習以不能僅有知識上的理解與背誦，實際的應用層次能力更是不可或缺。以建構主義理論為基礎概念的專題導向式學習(Project-Based Learning) 時常被探討於如何提升應用層次能力，目的在解決學習者不能活用知識之現象所發展出來的一種教學策略（李登隆、王美芬，2004）。Polman(2000) 認為專題導向式學習可以創造讓學習者主動參與及討論的學習情境，並藉由此情境引起學習興趣。蕭錫錡（1998）指出，專題製作的課程，可以增進學習者的問題解決能力，並促進團隊合作與人際互動。在許多研究當中發現，專題導向式學習皆以小組合作方式進行(Lou & MacGregor, 2004; Koçak & Bayır, 2009; Zhang, Peng, & Hung, 2009; Chang & Lee, 2010; Romero, Martinez, Marquez, & Perez, 2010 )，藉由小組的分工合作，一同學習如何透過專題製作的過程來解決生活當中實際的問題，進而提升學生應用層次的能力。台灣微軟（2009）自 2004 年開始，除了持續推動未來學校，亦積極將專題導向式學習的概念引進台灣教育界，更成立「致知網」，讓全國中小學教學者能將專題導向式學習的教案在此網站上與所有教學者、學習者分享，協助設計數位化的主題探索課程，2011 年起更開始舉辦「台灣微軟創意教師競賽」，鼓勵台灣的教育工作者共同推展專題導向式學習。如今資訊科技的快速發展，由電子白板、學習載具、無線網路以及教 4.

(16) 學平台所構成的智慧教室已逐漸成型。透過教育部的推廣，國內具有相關設備的中小學也越來越多。本研究期望能在智慧教室當中進行專題導向式學習，設計出搭配這些科技設備的「自然與生活科技」專題導向式學習活動，並研究學習者學習成效以及應用層次能力提升情形。. 5.

(17) 第二節. 研究目的. 本研究目的在協助教學者與學習者將專題導向式學習導入智慧型教室當中，建置搭配科技化設備的學習環境，藉以探討分別於傳統教室與智慧教室當中實施專題導向式學習，學習者問題解決能力提升的程度是否有差異。並依據研究結果，對於智慧型教室的建置以及教學活動規劃提出後續建議；本研究目的包括以下幾點：一、發展適合於智慧型教室中進行之專題導向式學習活動。二、探討在傳統教室與智慧型教室導入專題導向式學習之學習成效的差異。三、分析學習者在傳統教室與智慧型教室導入專題導向式學習前後應用層次能力提升的差異。. 6.

(18) 第三節. 待答問題. 根據研究目的，本研究的待答問題如下：一、智慧教室中自然與生活科技專題導向式學習教學設計為何？二、學習者在不同教學方式下（智慧教室中專題導向式自然與生活科技教學以及傳統教室專題導向式自然與生活科技教學）學習成效是否有差異？三、學習者在不同教學方式下（智慧教室中專題導向式自然與生活科技教學以及傳統教室專題導向式自然與生活科技教學）應用層次能力的提升是否有差異？. 7.

(19) 第四節. 研究範圍與限制. 本研究主要針對小學自然與生活科技六年級下學期康軒版範圍做為探討。研究對象為桃園縣某兩間小學六年級學習者，其中一班為實驗組，透過智慧教室進行專題導向式學習；另一班為對照組，以傳統教室進行專題導向式學習。但儘管本研究力求實驗完備嚴謹，仍有部分環境、時間等客觀因素對於本研究造成影響。本研究限制說明如下：一、就研究對象而言本研究對象為桃園縣龜山鄉某小學未修習六年級下學期範圍之學習者，實驗取樣以該進行實驗教學學校、年級之學習者為母群體，研究結果不宜推論至其它母群。該校由於地處偏遠，規模十分迷你，一個年級僅有一班，無法於該校內規劃另一班作為對照組的班級，因此本研究將以桃園縣龜山鄉內條件相似且地理位置相近（亦位於教學內容中的南崁溪流域）的另一所偏遠學校之六年級某一班級學習者做為對照組。二、就課程內容而言本研究之課程內容以小學六年級下學期康軒版自然與生活科技進行設計，研究者將運用測驗及有效性結果做為研究成果，其他領域之課程內容將無法以本研究的探討結果進行推論。三、就外在因素而言（一）本研究實驗期間，學習者在課堂之外進行討論、自學等因素，可能影響實驗的內部效度。（二）由於學習者知道自己即將成為觀察對象，因而無法避免「霍桑效應」的產生。 8.

(20) （三）本研究基於學校行政、教學之考量，無法針對研究對象進行隨機抽樣與分派，固以立意抽樣進行實驗設計。（四）研究對象分在兩間學校，無法控制實驗組與對照組學生皆來自相似的家庭背景。. 9.

(21) 第五節. 名詞釋義. 一、傳統教室（Traditional Classroom）本研究當中所指的傳統教室，為僅有黑板、課桌椅為主的教室。教師以講述、書寫方式進行教學；學生則使用紙本課本進行學習。二、智慧教室（Smart Classroom）本研究建置的智慧教室環境由互動式電子白板、平板電腦與無線網路設備等硬體設施，搭配專題導向式學習專用教學平台，形成透過科技化設備輔助學習的教學環境。三、專題導向式學習（Project-Based Learning）專題導向式學習目的在於解決學習者不能活用知識的現象，主要作法是藉由知識或技能的專題，統整不同學科領域，安排複雜的作業，使學習者不僅學習到如何應用知識，並且提升問題解決的能力。四、應用層次能力（Application Ability）本研究所指的應用層次能力，指在學習過後，能將其知識、技能等用於解決日常生活中的問題。五、學習成效（Learning Achievement）本研究所學習成效指之自然與生活科技相關知識，在學習完成後，檢驗學習者將知識內化的程度，與前測結果進行比較的差距。. 10.

(22) 第二章. 文獻探討. 本章共分四節，分別探討智慧教室、專題導向式學習、應用層次能力，最後將探討結論加以整理與評析，形成支持本研究的理論基礎。. 第一節. 智慧教室. 資訊科技快速的發展，我們生活週遭的科技產品每天與不斷更迭出新，資訊科技已於我們的教育當中日益扮演重要角色，就如同 Roblyer（魏立欣譯，2004）曾依 Miller 所題出的「社會必然性」，對於家長與學習者應用科技提出理由，認為科技無所不在，教育理應如此，因此我們也該探討科技設備在教學當中相關的應用。過去在傳統教室教學的環境中，學習者的學習動機往往在制式化的課堂當中，容易形成被動式的學習態度，其學習動機較為薄弱（邱柏升、林大正、陳宗禧，2006）。目前市場上較為普及的教育科技產品，如：互動式電子白板、平板電腦等，透過科技設備的高互動性以及無線網路的連結，使學習者能輕易與同儕、教學者與數位教材進行 e 化的互動，並培養學習者自我學習與協同的能力（曾聖評，2010）。另有相關研究發現，智慧教室當中的設備如互動式電子白板，能促進師生互動與提升學習的內在動機（黃雅萍、林欣玫，2009）； Qing、Lei、Dongyang、Zhenyu 以及 Yang(2010)以多媒體電腦、無線網路與教室管理系統，建置能進行多媒體教學的科技化教室。 Niemeyer(2003)曾定義智慧教室是提供終端使用者友善的環境進行教與學的歷程，其所提供的資源，能讓教學者感覺簡單、容易使用這些設備。在智慧教室環境中，教育單位亦能夠隨著資訊技術的變化，不斷更新原有教室環境設備，以更有效達成教學目標(Voyles, 2006)。 11.

(23) 林立傑（2009）指出，未來的教室應具備以下五點基本要素：首先是硬體的情境，也就是教室內必須具備供師生使用的平板與觸控電腦、互動式電子白板以及無線網路環境；其次是好的教學軟體與內容，還有好的教學情境。另外，也要有良好資訊科技知識與技能訓練的教學者，並養成同學們利用網路科技自我學習的能力（韓啟賢，2009）。近年來，許多學者嘗試將不同的科技設備應用於教學當中，以打造高互動的學習環境。相關研究如表 2-1：表 2-1 智慧教室相關研究整理. 研究者. 研究內容. 劉子鍵、王緒溢、梁仁楷（2002）. 在高互動的學習環境中，個人數位輔助學習載具（電子書包）是輔助學習者進行學習以及輔助班級成員間進行互動的重要硬體，學習者在電子書包上所進行的學習活動歷程與完成的作業都可經由教室中的無線網路存取點，傳回教學資源與教室管理中心進行儲存。結合無線網路、電子白板、互動教室伺服器與. Liu, Wang, Liang, Chan, & Yang(2002). 教室資源管理伺服器建置一高互動學習環境，以達成互動教學型態的目的： 1. 2. 3. 4.. 面對面互動以電腦為中介之互動人機互動個人裝置支援團體同步互動. 12.

(24) 雲首博（2003）. 設計 HIPs (Highly Interactive Protocols)通訊協定，解決高互動教室的網路通訊問題；並設計 HIPs 傳送運作模式，規劃教學活動的通訊流程，以支援同步化的學習活動和即時性的互動服務。在導入高互動教學活動模式期間提供小組合作學習流程模式應用在國語科目，結合無線教室(Wireless Technology Enhanced Classroom, WiTEC)資訊教學環境，應用互動式教學活動，同步的讓每一位學習者主動參與學習活動，透過資訊教學環境的教材廣播、問答活動和投票活動等方式，實施小組合作學習，以分組討論、共同創作方式和同儕互評活動，啟發學習者創造力，合作學習與解決問題的能力。. 胡敏紫（2004）. 結合 DCE(Digital Classroom Environment)提供的各項功能創作小組學習活動的範例，由系統軟體的輔助，與硬體環境的特色來作為設計的考量，並也融入了合作學習的優點與概念，來創作 DCE 支援下的小組學習活動。設計並實作三項小組活動的設計範本與範例： 1. 透過競賽或決策的活動方式，進行小組或全班性的決策活動，促進學習者之間面對面的互動。 2. 在適當的教材配合下，讓學習者共同『合作產出一件作品』，透過教材的引導來增進學習者之間的合作學習。 3. 是利用平板電腦機器本身的輕巧可移動性來做應用，透過組織排列的方式，訓練思考的能力。. 13.

(25) 洪燕竹、賴泳伶、黃. 利用 Visual Basic6 ActiveX 發展一個合作學習的. 俊傑、邱健榮（2004）環境，讓教學者與學習者能夠同時控制數位邏輯並互相傳送訊息，同時提供視訊廣播的功能，透過教學者的肢體語言讓學習者對學習內容更易吸收。梁仁楷（2005）. 應用紅外線技術，整合硬體、軟體與網路服務於教學活動中，建立一個高互動教室。教學者與學習者手持紅外線遙控器，經由教室內的電腦中介，進行各項教學與評量活動。每一位學習者的所有學習資料，都會自動彙整到學校的學習資訊管理系統中，建立個別的學習歷程檔案。而架設在網路上的學習內容交換中心提供資源交換機制，讓教學者分享彼此的教學資源。. 俞明宏（2006）. 探討小學的自然與生活科技領域實施同儕教學之情形，及在小學科學教室中如何運用無線科技 (EduClickII)來改善同儕教學。利用無線回應輔具 EduClickII 系統，將學習者四到六個人進行小組討論，學習者只是互相講明彼此的想法，從這過程中，去澄清彼此的概念想法。老師即可輕鬆透過電腦即時監控學習者答題結果，學習者也可以利用這方法，建構彼此的知識。. Liu& Kao(2007). 學習者利用手持裝置作為個人的工作區進行學習，並在利用手持裝置呈現在共同螢幕上與同儕分享，達到合作的效果。. 14.

(26) 課堂呈現形式是以平板電腦為基礎的互動系統，. Anderson, Davis, Linnell, Prince,. 支援教學者和學習者之間共享的數位墨水幻燈片上。. Razmo,. 初期部署表明，採用該技術可以實現廣泛的教育目標. &Videon(2007). 和培養更多的參與性的課堂環境。. 林益平（2007）. 以一個紙本投影片、電子筆與電腦結合的學習輔助系統，讓學習者可以在不中斷教學者的教學活動的情況下，反應學習者自己的學習狀態與問題，並能得到解答；在教學者方面，系統提供問題庫、教材庫，讓教學者在課前方便準備課程教材與課堂活動，而在課堂中可以在不中斷教學活動進行的情況下，即時得知學習者回饋的學習狀態，增加教學者在課堂中對學習者的了解。. 顏菀廷（2008）. 使用互動式電子白板融入國字教學，使用之教學方法為：直觀教學法、構字規律法、遊戲互動教學。. 王禎輝（2010）. 探討電子書包在小學導入的可行性研究，從教學者、家長與學習者的觀點探討電子書包的運用、困難等。. 曾聖評（2010）. 以互動式電子白板、AIO 電腦等設備打造高互動性的創新科技教室，讓學習者透過協同學習學習英語字彙。以可書寫的通訊設備、多媒體電腦等，並且能透. Sevindi(2010). 過網路與遠端進行遠距教學以及視訊會議的智慧教室的概念，其優點在於不但能夠將學習歷程加以記錄，亦能與教室外的世界連結，使學習不侷限於教室內。資料來源：修改自曾聖評（2010） 15.

(27) 根據表 2-1 多位學者的研究，統整出以下對於打造智慧教室的一些目的與觀點：（一）打造學習者高互動的學習環境，以利進行合作與協同學習。（二）提供學生透過資訊科技親手操作與完成指派任務的機制。（三）打破原有教室的形式，透過網際網路拓展學習的領域。. Nishantha、Pishva 與 Hayashida(2008)提出四種智慧型教室的架構，分別為單一教室架構、零散的教室架構、雙教室架構以及多教室架構。主要透過無線網路與電腦設備，來連結每位學習者與教學者的電腦設備，以及教室之外的其它間教室與學習者，打破教室原有的界線。其概念主要協助實體教學以及遠距教學的同步進行。而 Smaldino、Lowther 與 Russell(2008) 分析與統整目前中小學教室環境當中科技化設備的配置，並將配有電腦相關設備的教室建置分為以下三種類型：（一）單一電腦的教室：由教學者操控，並透過互動式電子白板投影給台下學習者。（二）多電腦的教室：教室當中配置數台電腦設備，讓學習者在操作電腦需求時以小組進行操作。（三）電腦實驗室：教室當中每位學習者皆有電腦設備可用，主要用於課程需要每位學習者同時操作軟體時。. 資策會（2010）統整國內外科技化教學的相關設備配置模式，將智慧教室分做三種教學類型。詳情顯示於表 2-2。. 16.

(28) 表 2-2 智慧教室三種教學類型. 班級教學 (Class teaching). 教室前方配置互動式電子白板、教師用個人電腦、實物投影機等教師端操控之設備，學生端配置及時回饋系統，並且搭配電子白板教學軟體以及教學平台、即時評量系統等軟體。. 群組學習 (Group learning). 教室前方除了配置互動式電子白板、教師用個人電腦（亦可搭配資訊講桌設備）；學生端則配置群組操控的 AIO 觸控式電腦，並以教學服務平台以及無線廣播系統配合教學使用。. 個人化學習. 教室前方除了配置互. (Personalize. 動式電子白板，教師用個. Learning). 人電腦（亦可搭配資訊講桌設備）；學生端則配置個人所使用之電子書／電子書包（小筆電），或是智慧型手機、智慧筆以及手寫版等設備。並且搭配教學 17.

(29) 廣播系統，以級個人化學習歷程記錄系統、成效分析系統、資料同步系統等。資料來源：修改自資策會（2010）. 教育部曾於 2009 至 2010 年舉辦創新教學模式暨典範團隊選拔，鼓勵中小學教師運用科技設備，並配合適當的教學策略來改善現有的教學。其中宜蘭縣立中山國小在健康教育、自然以及音樂科使用教學互動平台、互動式電子白板等設備，透過數位教與學的策略，來影響教學任務與目標、教師與學生所從事的活動結果、以及對學生的評鑑和回饋、教學和學習行為發生的環境。而台北市立忠義國小使用互動式電子白板、即時回饋系統運用在全科的學習領域，透過遊戲式的學習來引發學習動機，並將學習的知識隱藏遊戲中。花蓮縣立長橋國小則將電子書包、互動式電子白板、網路教學平台、無線廣播系統融入各領域教學，除了達到無紙化學習，並透過平台系統進行每日成績量表化，讓學生更容易掌握自己的學習。本研究參考幾間學校的環境規劃，歸納出智慧教室相關科技設備大致包含電子書包（平板電腦）、互動式電子白板、無線網路伺服器、無線廣播系統以及教學平台等軟硬體設備，並將這些設備納入本研究的智慧教室環境規劃參考。除了科技化設備的建置，智慧教室亦需搭配合適的教學設計模式，才能有效提升學生的學習成效(Sevindi, 2010)。本研究因應研究學校參與教育部「電子書包實驗教學試辦學校暨輔導計畫」，購入平板電腦做為電子書包，再搭配教室當中原先已建置互動式電子白板、無線網路基地台、教學平台等設備，形成每位學習者皆可透過電子書包做為學習載具之智慧教室。. 18.

(30) 第二節. 專題導向式學習. Bell(2010)認為專題導向式學習是一種由學習者親自參與、教學者在一旁引導的學習取向。專題導向式學習強調非單純讓學習者學習知識，其過程包含「提出和界定問題」、「觀念的辯證」、「收集與資料分析」、「獲得結論」、「與他人溝通想法和發現與提出新問題」、「創造具體成果」等程序（李建億，2006）。Katz 與 Chard(2000)指出，「專題」是指對於某一主題進行研究。當學習者在進行專題研究時，可能會進行下列行為：（一）針對某一些事物進行決策（Deciding）。（二）針對某一論述進行辯論（Arguing）。（三）將意念解釋（Explaining）給同學知道。（四）預測（Predicting）結果以及假設（Hypothesizing）預測的基礎。（五）檢查（Checking）事實和細節。（六）對可為成為所需資料來源的人士訪談（Interviewing）。（七）引發（Initiating）探究的新方向。（八）描繪（Drawing）從觀察、記憶和幻想而來的信息。（九）記錄（Recording）觀察，並且報告（Reporting）結果。（十）給予（Giving）他人建議，並鼓勵（Encouraging）對方。（十一）接受（Accepting）成果和為結果承擔（Carrying）責任。. 專題導向式學習的精神來自於早期建構取向理論所提出的觀點。 Deway 曾於 20 世紀初提倡進步主義，其主張為：（一）學校即社會，教育即生活；（二）教學以學習者為中心；（三）學習者在行動中學習知識，即做中學；（四）教育應無固定目的，使學習者在學習中健康成長（張春興， 2003）。而 Rogers 則認為：（一）人皆有天賦的學習潛力；（二）教材需有 19.

(31) 意義且符合學習者的學習目的；（三）學習情境應在較少的威脅之下；（四）主動自且全心投入學習；（五）自評學習結果以養成獨立思維與創造力（張春興，2003；Rogers, 1983）。張世忠（2000）綜合不同學者對建構主義的看法，強調：（一）學習者主動建構知識；（二）知識是學習者經驗的合理化或實用化，而非記憶真理或事實；（三）知識是學習者與別人互動與磋商而形成共識。 Moursound(1999)認為專題導向式學習具有以下特點：（一）以學習者為中心，並強調內在動機；（二）以合作學習方式進行；（三）學習者可持續增加、修改作品，並且加以發表與展演；（四）強調學習者主動參與的活動過程，而非只關注知識；（五）要求學習者完成作品並且展演；（6）以挑戰性較高的高層次技能進行。而鄒慧英（2001）認為專題導向式學習注重跨領域的知識統整，並以學習者為中心，培養問題解決的能力。Newell(2003) 亦對於專題導向式學習強調的幾個要點：（一）對教材內容整體深入的理解；（二）對概念及原理的瞭解，而非僅知識與事實；（三）發展複雜的問題解決技能；（四）強調學習者的興趣，而非制式的課程；（五）強調廣泛且跨學科。許多學者關注以小組合作來進行專題導向式學習(Lou & MacGregor, 2004; Koçak & Bayır, 2009; Zhang, Peng, & Hung, 2009; Chang & Lee, 2010; Romero, Martinez, Marquez, & Perez, 2010 )，Barak 與 Dori(2004)的研究指出，專題導向式學習能提供在教學當中加入學習者團隊合作以及問題解決的機制，讓學習者在學習過程之中培養社交、管理、創造及表徵等技能，並透過專題製作，提昇學習者問題解決的能力。 Brown 、 Collins 和 Dugid(1989)發現，當學習與真實生活情境越相近時，其學習效果更顯著。專題導向式學習與傳統教學有著相當的差異性。因此 Colly(2008)針對 20.

(32) 專題導向式學習提出六項引導原則：（一）教學者的角色在於引導、鼓勵以及監督學習者，而非進行演講以及操作實驗工作。（二）學習者的角色不只扮演積極的學習者，更要對於每個學習流程有所貢獻。（三）教室是一個動態的學習環境。（四）課程的準備不只是關注在教學策略的選用以及評量，應將學科領域、學習環境與步驟以及學習者可能面臨的挑戰加以釐清，並選擇所需的資源、時間以及形成性與總節性的評量方式。（五）自然與生活科技學的學習需以學習者的生活、社區、教科書、課程目標以及內容標準為基礎。（六）專題導向式的科學教學準備工作需廣泛進行。由於自然與生活科技學習領域對於問題解決能力的重視（陳毓凱、洪振方，2007； Guo, 2007），專題導向式學習應用於自然與生活科技教育相關研究相當廣泛。許多對於自然與生活科技學教育進行的專題導向式學習相關研究，發現能有效提升學習者自然與生活科技的學習動機、態度、學習成效以及問題解決能力（郭怡今，2004；李登隆、王美芬，2004；吳宗霖， 2007；鄭宜佳、廖佳民，2010）。更有學者強調以學習者為中心的科學教育，直接提出專題導向式的科學教學（Project-Based Science Instruction）的概念，並且讓學習者在專題活動進行的過程中產出有形的學習成果(Colly, 2008)。即便過去有許多教學者對於專題導向式學習的策略運用已經十分熟悉，但新科技快速的發展，教學型態也不斷跟著改變，因此 Boss 與 Krauss(2007) 針對專題導向式學習提出了一些新的觀念：（一）現今的學習者所面臨的挑戰：主要強調數位時代的來臨，仍有許多 21.

(33) 學校尚未跟上步伐，但大多數學習者皆認為新科技有許多的優勢。（二）專題適值得備努力的：資深的教學者認為在準備課堂的過程中，不僅不是在準備舊的課程，而是一同在學習。（三）學習者活在真實世界，並且學習。（四）新的學習情境鼓勵專題取向教學的進行：在充滿科技的學習情境之中，教學者分小組、專業的學習社群、跨學科的教學促進準備與設計。統整上述學者對於專題導向式學習的論述，在專題導向式學習活動當中，學生對於個人的學習有著相教育從前傳統教學更重大的責任，不僅要設法完成教師所交代的任務，更要與同儕合作，共同完成專題的製作，從中學習自我管理以及與他人協調的方法，更要藉由探索相關資料的過程中拓展學習的廣度；從解決現實生活中會發生的問題的過程增進學習的深度。透過資訊科技的幫助，學生得以在智慧教室當中，藉由高互動性以及每個人皆有親手操作機制的設備，促進與他人合作以及動手完成專題任務的可能，並透過網際網路的便利性與龐大的資訊量，讓學習不再局限於教室內以及書本的知識。在 The Buck Institute for Education 與 Boise State University 所建立的「PBL Online」(http://pbl-online.org/pathway2.html)上，將專題導向式學習的發展分為五個步驟，分別如下：（一）以始為終：在課程設計一開始便預知結果。（二）創造核心問題：根據主題和學科需求，創造一個有意義的核心問題，促使學習者能積極參與。（三）規劃評分標準（四）規劃課堂過程（五）管理課堂過程 22.

(34) 許多學者亦針對專題導向式學習提出不同的發展流程。下表 2-3 為部分學者所提出之專題導向式學習發展流程。表 2-3 專題導向式學習發展流程相關研究整理. 研究者. 專題導向式學習發展流程發展概念與課程目標發展引導問題發展行事曆發展基礎課程發展調查研究發展評量模式. Krajcik, Czerniak, & Berger (1999). 1. 2. 3. 4. 5. 6.. Allen (2001). 1. 透過探索和分享意念與經驗，決定研究問題。 2. 學習者蒐集資料，並使用不同媒體以及基本技能呈現研究結果。 3. 將研究成果與他人分享。. Markham, Larmer,& Ravitz (2003). 1. 2. 3. 4. 5.. 楊雅婷（2008）. 1. 2. 3. 4. 5.. 先設目標再計畫精心設計「引導問題」評量計畫擬定專案計畫過程管理情境引導任務介紹探索網站與教室找資料小組報告填寫個人反思表. 6. 教師結論與講評資料來源：研究者自行整理. 綜合諸位學者提出許多不同的專題導向式學習發展流程，主要可歸納 23.

(35) 為：（一）決定概念與課程目標、（二）發展引導問題、（三）發展基準課程、（四）發展專題活動、（五）發展評量模式。在發展專題導向式學習活動的同時，亦需顧及專題活動的品質。 Steinberg（引自 Markham, Larmer, Ravitz, 2003）曾提出評鑑專題導向式學習活動的「6A 法則」，分別如下：（一）真實性(Authenticity)：專題必須模擬實際活動。除了對學生必須具有意義，亦需引導學生創造出具有價值性的作品。（二）學術嚴謹(Academic rigor)：「引導問題」畢需要有依據標準，且需核心概念的特定知識，並且讓學生發展高層次的思考技能。（三）應用性的學習(Applied learning)：學生必須能發展團隊合作以及自我管理機制，並且運用新知識解決問題。（四）主動探索(Active exploration)：讓學生使用各種資源與方法從事田野調查或實際的研究。（五）成熟的人際關係(Adult connections)：教師可採用角色扮演或模擬專家的角色來參與學生的專題活動。（六）落實評鑑(Assessment practices)：讓學生了解評量的機制與準則，評量方式也必須有多元的作品呈現形式，並進一步促進學生的省思與回饋。本研究將參考諸位學者對於專題導向式學習所提出的發展流程，以及「6A 法則」，並搭配智慧教室中的設備，發展適合於智慧教室中所進行的專題導向式學習活動。. 24.

(36) 第三節. 應用層次能力. 過去傳統教學注重學生於測驗的表現，但這些測驗評量內容屬於較低層次的記憶知識，忽視高層次能力的培養（黃政傑，1992），往往培養出僅會考試，卻無法將所學實際應用的學生。因此國內外不斷有學者與教育工作者，提出修改既有教學內容以及教學目標的呼籲。 Bloom（引自黃光雄，2004）將教學目標分為認知領域、情意領域以及技能領域三大類別，並且自 1956 提出認知領域教育目標之分類(Taxonomy for Education Objectives)，認為在認知領域的教學當中，學習者的認知歷程應分為知識(Knowledge)、理解(Comprehension)、應用(Application)、分析 (Analyze)、綜合(Synthesis)以及評鑑(Evaluation)等六大層次。自「應用」之後的層次，乃較高層次的學習目標，而非僅知識的吸收。預期學生在教學後於認知方面可能產生的改變，並藉此作為教學評量標準的依據。而黃光雄（2004）將 Bloom 所提出之應用層次解釋為「應用抽像的事物於特殊和具體的情境當中」。但經過多年諸多學者的教育研究，以及教學場域、設備與教學策略皆有重大變革，過去所提出的理論勢必會受到一定的挑戰與質疑。於是 Anderson 等人(2001)依據 Bloom 舊有的理論基礎，提出新的認知領域教育目標之分類，分別為記憶(Remember)、了解(Understand)、應用(Application)、分析(Analyze)、評鑑(Evaluate)及創造(Create)六個層次，其中應用部分旨在無提示下，將既有知識運用在具體或新情境，解決前所未見的問題。修定版本後的認知領域教育目標，將原本層次的知識層次獨立成為知識項度 (Knowledge dimension)，主要指教師所要指導的教學內容，而其他的層次則改分為認知歷程項度 (Cognitive dimension) ，目的在於促進學生保留 (Retention)以及遷移(Transfer)所習得的知識（引自葉連褀、林淑萍，2003），其修定如圖 2-1。 25.

(37) 圖 2-1. Bloom 原架構與修定架構比較圖. 資料來源：引自李淑慧（2009）. 李淑惠（2009）與李牧桓（2009）統整諸多學者的觀點，認為 Bloom 於修定後的應用層次能力，主要在於善用程序來執行或解決問題，並分做「執行」以及「實行」兩個認知歷程，主要指學習者遇到問題時，先「執行」既有的程序，再將過去所學的程序，經了解問題後，直接應用或修改來解決問題。從原版到修定後的認知領域教育目標之分類(Taxonomy for Education Objectives)，「應用」層次能力皆被保留並加以強調，更加入了四大知識向度（事實知識、概念知識、程序知識、後設認知知識）的應用層次能力 (Krathwohl, 2002)，顯示從過去到現在無論教育發生多大的變革，相關學者與教育工作者仍非常重視學生的應用能力。相較傳統教學，智慧教室教學更重視學生是否能將所學運用於生活中，且透過完善的網路通訊技術，並運用各種數位教材、學習資源及教學服務，形成一個敎學更有效率、學習更為快樂、城鄉沒有落差、對地球更友善且能培養學生更高層次能力的動態教育環境（曾士銓，2004）。若對應 Bloom 26.

(38) 的觀點，其中的應用層次便是指學生能夠將所學實際應用於特殊或具體的情境之中。如果學生能將學到的概念、原則、方法，變化利用於其他情境中以解決問題，就代表以學到對知識的應用（張春興，2003）。教育部（2003）於九年一貫自然與生活科技領域 97 年課綱當中，制定了科學應用的能力指標，顯示教育部對於學生在科學方面應用能力的重視。其內容如表 2-4。表 2-4 九年一貫自然與生活科技能力指標應用部分. 年級. 能力指標. 第一階段（國小一至二年級）.  學習安排工作、有調理的做事  學習操作各種簡單儀器. 第二階段（國小三至四年級）.  利用科學知識處理問題  做事時，能運用科學探舊的精神和方法  能安全妥善的使用日常生活的器具. 第三階段（國小五至六年級）.  察覺運用實驗或科學的知識，推測可能發生的事  把學習到的科學知識和技能應用於生活中  能規劃、組織探討活動  察覺許多巧妙的工具是簡單的科學原理應用. 第四階段（國中一至三年級）.    . 察覺每日生活中運用到許多科學相關概念在處理個人生活問題時，依科學知識來做決定運用科學方法去解決日常生活的問題接受一個理論或說法時，用科學知識和方法去分析判斷  對於科學相關社會議題，做科學性的理解與判斷  在處理問題時，能分工執掌、操控變因，作流程規劃，有計畫的進行操作. 資料來源：教育部（2003）. 根據表 2-4，對於本研究的研究對象（國小六年級）而言，對於科學方 27.

(39) 面的應用能力的達成，必須在經由教學後，能夠察覺運用實驗或科學的知識，推測可能發生的事。除了把學習到的科學知識和技能應用於生活中，還要能規劃、組織探討活動，並且察覺許多巧妙的工具是簡單的科學原理應用。部分關於電子白板應用於教學以及創新科技教室相關研究發現，經過成就測驗後學生的學習成效往往未能達顯著差異，其原因在於是以是非題與選擇題為主要出題方式屬於知識和理解層次的考題（廖乃瑩，2010；曾聖評，2010），與當今教育工作者推動科技化學習以提升學習者高層次能立的目的不同。有鑑於此，本研究特地於實驗中依據由 Anderson(2011)等人所修改之認知領域教學目標中的應用層次所強調的將所學執行(Executing)與實行(Implementing)能力，規劃應用層次題型，目的是讓學生能將所學應用於生活中，並符合教育部所訂定「學生在未來面對問題時，能作出多方面的思考，以提出解決方法的能力」的教學目標（教育部，2008）。. 28.

(40) 第四節. 文獻評析. 經過對於智慧教室、專題導向式學習以及應用層次能力進行探討後，發現專題導向式學習的發展歷程，除了增進學生的學習成效，主要也在於加強學生將所學實際應用的能力。而專題導向式學習所強調的「做中學」以及「小組合作」的觀念，可於具有高互動與高操作的特性下的智慧教室進行。因此本研究期望能透過於智慧教室中進行的專題導向式學習，更加提升學習者的學習成效以及應用層次能力。. 29.

(41) 第三章. 研究方法. 依照本研究之目的，本章針對研究架構、研究對象、研究設計與實施、智慧教室環境規劃、教學活動設計、研究工具、資料分析進行說明。. 第一節. 研究架構. 本研究以準實驗研究之方式，比較以智慧教室與傳統教室進行專題導向式學習，在學童學習成效以及應用層次能力提昇的差異，以教學方式作為自變項，學習成效及應用層次能力作為依變項。研究架構如圖 3-1 所示：. 依變項. 自變項. 學習成效. 教學環境智慧教室專題導向式學習傳統教室專題導向式學習圖 3-1. 應用層次能力. 研究架構圖. 30.

(42) 第二節. 研究對象. 本研究之研究對象為桃園縣某兩間小學六年級的學習者。為避免影響正常上課，採立意取樣以桃園縣小學六年級的學習者 2 班共 37 名學習者為實驗對象，根據實驗設計選擇一班 14 人設定為實驗組，再以另一小學某班級共 23 人為對照組，並事先與兩班教師協調，以控制兩班的教學進度、內容均相同。實驗組於智慧教室當中進行專題導向式學習（如圖 3-2 與圖 3-3），對照組亦採相同教材進行傳統教室環境內專題導向式學習（如圖 3-4 與圖 3-5）。. 圖 3-2. 圖 3-3. 智慧教室專題導向式學習，學生使用電子書包製作專題簡報. 智慧教室專題導向式學習，學生使用電子白板呈現小組學習成果 31.

(43) 圖 3-4. 傳統教室專題導向式學習，學生利用畫筆與壁報紙製作專題簡報. 圖 3-5. 傳統教室專題導向式學習，學生將完成的簡報張貼於黑板前呈現. 由於實驗組學校為教育部「電子書包實驗教學試辦學校暨輔導計畫」之實驗學校，每位學生平日皆配有一台電子書包，加上該校建置教室中的科技化設備多年，因此該校學生對於智慧教室中的各項設備使用上皆相當熟悉。. 32.

(44) 第三節. 研究設計與實施. 一、研究設計本研究主要探討以「智慧教室」對於學習者進行自然與生活科技專題導向式學習的學習成效及應用層次能力之影響。本研究採用準實驗研究法之不相等控制組設計。實驗對象為桃園縣某兩間小學六年級各一班共 37 名學習者，以班為單位隨機分成實驗組（14 人）與對照組（23 人），並針對實驗組以智慧教室進行自然與生活科技專題導向式學習、對照組則於傳統教室中進行自然與生活科技專題導向式學習。實驗進行之前，兩班學習者實施自編自然與生活科技成就測驗作為前測。實驗進行為期三週，每週進行 80 分鐘，並於三週的課程結束之後進行自然與生活科技成就測驗後測。整體實驗設計如表 3-1 所示：表 3-1 實驗設計. 組別. 前測. 實驗. 後測. 實驗組（智慧教室專題導向式學習）. O1. X1. O2. 對照組（傳統教室專題導向式學習）. O3. X2. O4. 1. O1、O3 分別代表自然與生活科技成就測驗之前測，滿分 100 分的試題卷中包含 60 分的知識層次題型（是非題、選擇題）與 40 分之應用層次題型（應用題）。 2. X1 代表於智慧教室實施自然與生活科技專題導向式學習。 3. X2 代表於傳統教室實施自然與生活科技專題導向式學習。 4. O2、O4 分別代表自然與生活科技成就測驗之後測，滿分 100 分的試題卷中包含 60 分的知識層次題型（是非題、選擇題）與 40 分之應 33.

(45) 用層次題型（應用題）。。二、研究實施本研究實施步驟如下： 1. 選取桃園縣龜山鄉某兩所國民小學六年級學習者各一班。 2. 以班為單位，將其立意分派為實驗組與對照組。 3. 在課程開始前針對兩組實自然與生活科技學習成就測驗。 4. 待測驗完畢後，實驗組於智慧教室當中進行為期三週的自然與生活科技專題導向式學習；對照組則以傳統教室進行自然與生活科技專題導向式學習。 5. 兩組結束該次課程後，進行自然與生活科技學習成就測驗，並針對實驗組學生進行一對一訪談。 6. 進行統計分析與結果解釋。. 本研究流程如圖 3-6。. 實施自然與生活科技成就測驗前測. 實驗組. 對照組. 智慧教室專題導向式學習. 傳統教室專題導向式學習. 課後訪談. 實施自然與生活科技成就測驗後測圖 3-6. 實驗流程圖 34.

(46) 第四節. 研究工具. 本研究使用之研究工具有：自然與生活科技學習成就測驗、問題解決能力表徵記錄表。本節就此二項工具進行詳細之說明：一、. 自然與生活科技學習成就測驗自然與生活科技學習成就測驗目的主要是在評量實驗對象對於自然與. 生活科技之學習程度，共分為內容不一但難度一致的前、後測試卷部份。試卷滿分為 100 分。以比較兩組學習者在實驗前後的學習成效是否有所差異。詳細內容請參閱附錄二與附錄三。其編製過程分述如下： (一)測驗編製測驗試題內容以小學六年級下學期康軒版自然與生活科技課程以及南崁溪環境保育為主。本研究之自然與生活科技成就測驗試卷前、後測之試卷滿分均為 100 分，內容略為不同，但難度相同。測驗題後面特地依據本次課堂活動學生將習得的知識以及應用方向，以 Anderson 等人(2011)所提出的應用層次能力教學目標安排了 40 分的應用題型，並著重在南崁溪外來種入侵、環境污染的解決方式，以檢視學習者的應用層次能力提升狀況。 (二)專家驗證與審核完成測驗試題初稿編製後，送請三名小學自然與生活科技教師與以及自然與生活科技教學領域相關領域專家，共同協助檢核並鑑定測驗試題內容的代表性與適當性。 (三)施測方法本成就測驗共施測二次。前測於實驗活動開始前進行，而後測於該次實驗活動結束後立即進行。 35.

(47) 二、. 問題解決能力表徵記錄表雖然本研究主要在於探討經由智慧教室專題導向式學習後學生的應用. 層次能力的題升，但因專題導向式學習活動的宗旨在於教師引導學生的學習方向後，讓學生透過資料尋找以及專題製作來尋找並解決生活當中的問題。因此本研究特別拍攝實驗組學生學習過程的影片，並以黃茂在與陳文典（2004）所提出的問題解決的歷程與表徵，觀察實驗組學生在不同階段的問題解決的行為。詳細內容如表 3-2。表 3-2 問題解決的歷程；各階段運用的「能力」表徵. 一、發現問題. 1. 對於情勢的發展，能保持一個正向、積極、求好的心態。 2. 面對問題能先做合理評估，並具有勇於承擔的態度。 3. 藉由批判與想像，察覺依現實情境尚有許多可開拓的空間。. 二、確定問題. 1. 能由情境演變的脈絡中去確定「問題」的意義。 2. 能準確評估問題的始態及擬設問題的末態。 3. 能洞察問題各層次結構，並由結構中察覺解決問題的關鍵。 4. 能適切的評估可運用的資源和受到的限制條件。 5. 能妥善的表述問題。 6. 養成一種遇到問題時，先行考量、瞭解、規劃的習慣。. 36.

(48) 三、形成策略. 1. 能藉推論、想像來開拓「問題」的發展空間。 2. 能同時擬構多種的解題策略，也能決斷地選擇其一。. 四、執行實現. 1. 能以行動來處理問題，具有動手實做的習慣。 2. 具行動力，能控制變因做有條理的處理。 3. 能隨機處理未如預料的情境變化，使工作持續沿主軸推進。 4. 養成能在過程中隨時做好欲達成的目標、教學活動及評量的三角校正工作的習慣。 5. 能與人分工合作完成工作。. 五、整合成果. 1. 對所獲得的資訊，能統整出成果及作合理的評價。 2. 能由事件的前因及後續發展中看出其意義並作詮釋。 3. 觀察到處理過程的瑕疵及改進的空間。. 六、推廣應用. 1. 體會處理事件過程所產生的影響，並做合理的調節。 2. 發現事件後續的發展，並做合理的處理。 3. 獲得經驗，應用於解決其他的問題上。. 資料來源：黃茂在、陳文典（2004）. 為了便於針對實驗組（智慧教室專題導向式學習）觀察記錄，研究者修定表 3-4-1 成為具體動作觀察記錄表，內容包含：(一) 發現新的問題並透過電子書包上網搜尋相關資料； (二) 與組員討論造成問題的前因後果； (三) 將討論結果加以紀錄； (四) 討論完成後動手完成分配到的工作； (五) 使用電子書包，將收集來的資料進行統整；(六) 提出如何實踐小組所討論 37.

(49) 出來的問題解決方式。透過觀察實驗過程影片，將實驗組學生在智慧教室進行專題導向式學習活動時的問題解決表徵次數加以紀錄。其紀錄表將委請三位曾參與以及研究過專題導向式學習的國小教師與專家學者進行審核。記錄表詳細內容請參閱附錄四。. 第五節. 資料分析. 本研究經教學實驗後，共有「自然與生活科技學習成就測驗」、「問題解決能力測驗」共兩種，可分為量化及質化之資料。量化資料可提供較客觀數據資料讓研究者了解學習者學習的成果與傾向，而質化資料則可呈現教學過程的面貌與學習者學習的情形，並補充說明量化資料的結果。分別詳述如下：一、量化資料 (一)探討不同教學方式下的自然與生活科技學習成效與學習保留情形為了探討在智慧教室專題導向式學習與傳統教室專題導向式學習之學習成效上的差異，本研究以實驗活動進行之前，分別以本研究所編制之內容不同但難度相同的自然與生活科技學習成就測驗進行前測、後測。統計分析採獨立樣本單因子共變數分析（ANCOVA）的方式比較實驗組與對照組之自然與生活科技學習成就測驗成績。以教學方式為自變項，自然與生活科技學習成就測驗後測成績為依變項，前測成績作為共變量，進行單因子共變數分析，以檢定假設：「在智慧教室進行自然與生活科技專題導向式學習之班級與於傳統教室中進行之自然與生活科技專題導向式學習的班級，其自然與生活科技學習成就測驗結果是否有差異」。 (二)探討兩組不同教學方式間的學習者問題解決能力提升情形 38.

(50) 為了探討在智慧教室進行自然與生活科技專題導向式學習與傳統教室專題導向式學習之問題解決能力提升的差異；本研究統計分析採獨立樣本單因子共變數分析（ANCOVA）的方式，以教學方式為自變項，應用層次能力後測成績為依變項，前測成績作為共變量，以檢定假設：「實施在智慧教室進行自然與生活科技專題導向式學習與傳統教室自然與生活科技專題導向式學習之班級，應用層次能力是否有差異」。. 二、質化資料（一）學習觀察記錄在教學實驗進行的過程當中，本研究將同時進行錄影與拍照，並且將學習者課堂中的問題解決表徵，以及其他特殊行為表現以文字加以記錄，期望了解學習者在課堂中的學習情況。（二）教學後訪談實驗結束後研究者針對實驗組所有學習者進行一對一訪談，並以開放式問題進行，以釐清量化資料當中無法說明的問題。. 39.

(51) 第六節. 智慧教室環境規劃. 本研究規劃並建置之智慧教室環境（如圖 3-7 所示），分別包括硬體設備及教學軟體等設施，硬體佈建於學校傳統教室中，軟體則安裝於電子書包與教師端伺服器中；以下即分別介紹本研究之軟硬體設施。. 互動式電子白板. 無線網路基地台. 教師端電腦第一組. 第二組. 電子書包. 圖 3-7. 智慧教室平面圖. (一) 互動式電子白板互動式電子白板為一個大型的觸控式面板，透過 USB 傳輸線直接與電腦相連，並搭配單槍投影機，即可在電子白板上投影出教師端電腦畫面內容。使用者直接以手指或觸控筆於白板表面編輯操作如移動、旋轉、點選等互動功能，並配合多媒體與網路資源呈現內容，亦可將操作過程記錄儲存待日後檢閱(Becta, 2003)。本研究所採用之互動式電子白板為我國憲鋒光電科技所生產之 IT-Board，採用數位式主動電磁感應技術(Active Digitizer)，可搭配特殊的觸控長筆使用（如圖 3-8 所示），方便身高不夠高的小學生也能輕易操作電子白板。 40.

(52) 圖 3-8 互動式電子白板與觸控長筆. (二) 電子書包本研究每名學習者（共 14 人）分配一台 Lenovo IdeaPad S10-3t 十吋螢幕大小，以電容式螢幕技術支援觸控、書寫功能之輕薄型平板電腦（如圖 3-9 所示），並提供學習者於此載具上操作學習相關軟體。學習者於此教學活動當中主要使用的軟體工具為由 Oracle 所發行之 OpenOffice 以及 Microsoft Windows 7 所內建之小畫家，分別進行文書作業以及圖像繪製。. 圖 3-9. 電子書包與觸控筆 41.

(53) (三) 無線網路環境本研究規劃之智慧教室環境中，為了提升教學者與學習者間的互動性，以無線基地台（Access Point）（如圖 3-10 所示）在教室內建置無線網路環境，並經校方資訊組長檢測後確定教室內無網路訊號死角。. 圖 3-10. 無線基地台. (四) 教學平台本研究採用台灣網韻資訊所推出之「賽博士專題合作學習系統」（如圖 3-11 所示），做為課程管理、教學內容傳輸以及評量安排之用。其特色在於依步驟式引導學習進度，並可調整學習課程需求。教師可依平台工具輕鬆掌握研究進度，並於最後將學生報告以 html 匯出，壓製作品光碟或於校園作品區展覽，達到資訊教學之易保存、易管理及易分享之特性。. 42.

(54) 圖 3-11. 43. 教學平台.

(55) 第七節. 教學活動設計. 根據文獻探討的結果，研究者依照(一)決定概念與課程目標、(二) 發展引導問題、(三)發展基準課程、(四)發展專題活動、(五)發展實做作品五流程，並參考「6A 法則」發展本研究之專題導向式學習活動。. (一) 決定概念與課程目標人類自從工業革命以來，為了達到商業利益，對於環境的破壞有增無減。加上科技進步後，全球人口快速成長，更加速了環境的破壞。「地球暖化」、「生態浩劫」、「氣候變遷」等名詞幾乎每天都會出現在新聞版面上。從美國前副總統高爾主導「不願面對的真相」、法國名導演盧貝松所拍攝之「搶救地球」，以及媒體人陳文茜出資拍攝的「正負 2 度 C」，皆在提醒世人環境保護的對你我生存的重要性。世界各國政府從 1987 年的「蒙特婁議定書」、1990 年的「聯合國氣候變化綱要公約」、1997 年的「京都議定書」到近幾年全球 20 大工業國高峰會對於環境保護的討論，顯示了人類對於地球正面臨生存環境危機開始的省思。無論你、我皆為地球村的一份子，大家都有責任來守護我們的家園，達到永續經營的目標。在達成這遠大的目標之前，先從你我周遭的居住環境開始進行守護。本次專題的主題為「南崁溪的美麗與哀愁」，配合國民小學六年級下學期的「生物與環境」單元課程，讓大家從與你我生活週遭最息息相關的南崁溪進行專題探索，一方面觀察南崁溪的生態系，另一方面再從南崁溪上游的環境保護，到中下游的汙染原因進行探究。相關教學背景設定如下表 3-3：. 44.

(56) 表 3-3 南崁溪的美麗與哀愁教學背景設定領域名稱. 自然與生活科技. 教學單元. 生物與環境. 教學節數. 6 節，每周 2 節共 240 分鐘教材來源. 使用科技. 電子白板、電子書包、無線網路基地台、教學平台. 能力指標. 教育部國民教育社群網 97 年課程綱要「自然與生活科技」領域 510 生物和環境  生物生長所需的條件 2a.知道生物的生存需要水、空氣、土壤、陽光、養分等。生存的環境 3a.知道生物生存需要水、陽光、空氣、食物等資源，以及不同的環境有不同的生物生存。  族群、群集和生態系 3b.認識生物族群和群集，並瞭解群集內族群彼此間的相互關係。 4a.瞭解生態系，並知道不同的棲地形成不同的生態 4b.瞭解不同物種之間依存的食性關係(食物鏈、食物網)。 4c.瞭解自然界中水循環、氮循環、碳循環。 4d.瞭解生態穩定的意義和造成生態系不平衡的原因。. 自編教材. 4e.瞭解食物鏈或食物網的單純化，將可能破壞生態系的穩定。 511 人類與自然界的關係  人類活動和環境 3a.知道人類活動會改變環境，這種改變可能破壞自然環境，並瞭解森林面積的減少對大氣、土地等的影響。  人和其他生物的關係 3b.知道人類活動會影響其他生物。  人類與自然界的平衡 4a.知道目前人口成長衍生的諸多問題，並能探討人類活動對環境造成的衝擊，同時知道人類必須做好自然保育才能維持生態系的穩定。  生物多樣性的保持 4b.瞭解瀕臨絕種生物的定義，並知道臺灣及國際的保育。單元目標. 1. 認識南崁溪的地理位置與南崁溪與居民生活與環境的關係。 2. 了解河川環境問題，並重視保育與永續發展。 3. 紀錄對南崁溪的關懷並能反省環境問題。 4. 5. 6. 7.. 了解生物多樣性對南崁溪生態的重要性。學會用簡單的方法檢測環境汙染的情形。了解如何透過網路資源尋找解決問題的方法。加強軟體的應用能力，透過 Word 以及 PPT 製作綠地圖以及專題報導。 45.