探討於翻轉學習中，應用動畫與靜態圖片輔助自學，對不同空間能力的學習者之影響－以聖嬰現象為例

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(1)國立臺灣師範大學海洋環境與科技研究所碩士班碩士論文. 指導教授：葉庭光博士. 探討於翻轉學習中，應用動畫與靜態圖片輔助自學，對不同空間能力的學習者之影響－以聖嬰現象為例 Using animation and static-picture presentation as El Niño preparatory learning material in flipped classroom environment : Facilitation function of animations and spatial abilities. 研究生：王靖穎. 中華民國 106 年 2 月.

(2) 誌謝花了兩年半的時間，終於等到這一天，我終於可以畢業了！在完成論文的期間，非常感謝許多人不吝嗇地幫忙，首先感謝指導教授葉庭光的指導與協助，不管是研究方向的啟發或是研究內容的調整及修正，總是給我許多意見，每一次的耐心講解及諄諄教誨，都讓我不斷的成長及進步。再來感謝父母一路的支持與陪伴，讓我在研究所期間無後顧之憂地完成學業。感謝漳和國中的老師提供場地並配合研究的進行，以及感謝動畫團隊多次的協調及修改內容。再來感謝口試委員的聆聽與指教、感謝師大海環所老師的指導，感謝學長姐、研究所的同學及好朋友的幫忙，特別感謝簡宗信，無論是論文的撰寫、施測的過程甚至是口試期間，都無私的協助，不只提供意見還不斷地幫助我練習及接送和跑腿。謝謝老師，以及所有幫助過我的人，真的由衷的感謝你們，哪怕是一點點，都使我能更順利地向前，順利為研究生生涯畫下句點。. 靖穎. 2017.02 謹誌.

(3) 摘要「教育」隨著時代的推進不停的在改革，近年來，「翻轉教學」逐漸成為現今的學習趨勢。翻轉教學強調讓學生成為學習的主角，並在課堂中真正擁有學習自主權，因此，「自學」便是翻轉教學的關鍵之一。如何訓練學生自學，或是選用什麼樣的自學教材顯然是件重要的事。如「聖嬰現象」的單元，受時間、空間關係及海氣作用影響，為概念抽象複雜且涵蓋尺度規模較大的動態過程，是國中學生常感到困難的單元。本研究分別利用「動畫」及「靜態圖片」作為自學教材，探討學生的學習態度及學習成效，並將學生空間能力的差異納入分析，嘗試研究空間能力與多媒體學習的關聯性。本研究以新北市立某國中八年級學生為研究對象，有效樣本共 104 位學生。隨機選定兩個班作為動畫組及圖文組進行自學，自學時間結束後填寫學習態度量表及學習成效測驗，再利用一節課分組討論完成翻轉學習的流程，並於結束後再次接受學習成效測驗。研究結果如下：（1）學生使用動畫自學教材的學習態度優於靜態圖片組，而學習成效測驗中，靜態圖片組學生選擇題成績高於動畫組；動畫組學生在開放式問題中的成績則顯著優於靜態圖片組；（2）以學習成效「完整性」分析的結果顯示，空間能力與教材間具交互作用，表示空間能力對不同教材的呈現方式在學習成效（完整性）上是會有影響的，並且，動畫的教材對低空間能力的學習者的效果高於高空間能力的學習者；（3）動畫組學生在翻轉課堂中的成果顯著優於靜態圖片組。. 關鍵字：翻轉學習、動畫、自學、空間能力、聖嬰現象.

(4) 目錄第一章緒論…………………………………………………………………………1 第一節研究背景與動機……………………………………………………………1 第二節研究目的與待答問題………………………………………………………6 第三節名詞釋義……………………………………………………………………7 第三節研究範圍與研究限制………………………………………………………8 第二章文獻探討……………………………………………………………………9 第一節翻轉教學相關研究…………………………………………………………9 第二節多媒體融入教學……………………………………………………………12 第三節動畫與靜態圖片……………………………………………………………17 第四節空間能力與多媒體學習……………………………………………………21 第三章研究方法……………………………………………………………………23 第一節研究對象……………………………………………………………………23 第二節研究設計與流程……………………………………………………………24 第三節研究工具……………………………………………………………………27 第四節資料處理……………………………………………………………………37 第四章研究結果……………………………………………………………………39 第一節研究結果一…………………………………………………………………39 第二節研究結果二…………………………………………………………………45 第三節研究結果三…………………………………………………………………50 第五章討論與建議…………………………………………………………………52 第六章參考文獻……………………………………………………………………59 附錄 …………………………………………………………………………………63.

(5) 表目錄表 3-1-1：實驗人數表………………………………………………………………23 表 3-3-1：「自然與生活科技」學習領域能力指標表………………………………27 表 3-3-2：參考使用 Mayer 多媒體設計原則項目表………………………………29 表 3-3-3：學習態度評量內容說明表………………………………………………31 表 3-3-4：動畫組「學習態度量表」………………………………………………32 表 3-3-5：敘述統計表………………………………………………………………33 表3-3-6：KMO 與 Bartlett 檢定表………………………………………………33 表3-3-7：解說總變異量表…………………………………………………………34 表3-3-8：旋轉成分矩陣a表…………………………………………………………35 表 3-3-9：聖嬰現象學習成效測驗題目內容表……………………………………36 表 4-1-1：學習態度量表（認知、情意、行為及認知負荷）…………………………39 表 4-1-2：學習態度量表（學習者自評）……………………………………………39 表 4-1-3：「聖嬰現象學習成效測驗」獨立樣本 T 檢定表…………………………44 表4-2-1：學習成效「正確性」與空間能力受試者間效應項檢定表……………45 表4-2-2：學習成效「完整性」與空間能力受試者間效應項檢定表……………47 表4-2-3：組別*空間高低分組估計值表…………………………………………48 表4-2-4：組別*空間高低分組成對比較表………………………………………48 表4-2-5：空間高低分組*組別估計值表…………………………………………49 表4-2-6：空間高低分組*組別成對比較表………………………………………49 表4-3-1：「分組討論的成果」獨立樣本T檢定表…………………………………50 表4-3-2：後測成績、前測成績及組別受試者間效應項檢定表…………………51 表4-3-3：後測成績、前測成績及組別估計的邊際平均值表……………………51.

(6) 圖目錄圖 3-2-1：研究細部流程圖…………………………………………………………24 圖 3-3-1：動畫教材編排內容示意圖………………………………………………28 圖 3-3-2：圖文教材編排內容示意圖………………………………………………28 圖 4-1-1：動畫組學生的瀏覽紀錄圖………………………………………………41 圖 4-1-2：靜態圖片組學生的瀏覽紀錄圖…………………………………………42 圖 4-1-3：靜態圖片組的自學狀況及筆記示意圖…………………………………43 圖 4-1-4：動畫組的自學狀況及筆記示意圖………………………………………43 圖 4-2-1：學習成效「正確性」與空間能力剖面圖………………………………46 圖 4-2-2：學習成效「完整性」與空間能力剖面圖………………………………47.

(7) 第一章緒論第一節研究背景與動機「教育」隨著時代的推進不停的在改革，因應社會的進步、科技的創新與順應國際趨勢的變化，除了教育制度不斷改善外，教育設備也漸漸提升，這些努力的最終目標，無非是希望能提升孩子們的學習品質與效率。面對不斷輩出的莘莘學子，許多教師紛紛投入教學策略的改革與創新，「翻轉教學」即是一個最好的例子。「翻轉教學」旨在讓學生成為學習的主體，強調老師與學生之間角色與溝通的改變，讓學生真正地從學習的本身得到成長。事實上，翻轉教學並不是新的教學策略，而是起源於 1990 年，哈佛大學物理學教授 Eric Mazur 發現學生會考試卻不會活用知識，因而對此提出同儕教學（Peer Instruction），要求學生課前須預習以及自學，並且透過網路提出自學時遇到的問題，因此，課堂時間不再花時間講授，而是讓學生透過小組討論問題、合作學習。2000 年，Lage 等人明確地提出了反轉教室(Inverted Classroom)的創新教學模式，也是讓學生在課前依照自己的學習步調學習指定的內容，其方式包含課本文本，或是線上簡報、錄音檔等，而課堂中便是將重點放在學生的討論與實作上，此研究顯示這樣的教學模式對學生而言確實提升了學習動機。而 2004 年，擁有麻省理工電機碩士與哈佛大學 MBA 學位的薩爾曼･可汗（Salman Khan），為了給遠在紐奧良的表妹學習數學，便錄製教學影片放上 YouTube 供表妹學習，沒想到不只獲得表妹的讚賞，還在網路上廣泛受到歡迎，且收到許多回應表示這個影片對許多學習者有很大的幫助，對此， Khan 便於 2006 年創立了一所非營利的教育機構：可汗學院(Khan Academy)－提供更多免費且各式各樣領域課程的教學影片，為翻轉教是奠定了科技應用的基礎。但「翻轉教室 (Flipped Classroom)」的名詞真正出現是在 2007. -1-.

(8) 年，由美國科羅拉多州洛磯山林地公園高中的 Jon Bergmann 與 Aaron Sams 兩位化學老師所提出，他們為了解決學生缺課的問題，開始錄製上課時的剪報與講述內容上傳至網路，讓學生可以自行學習，當發現學習成效不錯後，他們漸漸改變教學模式，開始讓所有學生進行自學，在課堂上由原本匆促的講課轉變成由老師帶領學生進行小組討論、實驗、問題解決以及個別協助來提供學生所需的資源與引導。這樣開創性的教學方式，隨著可汗學院的創辦人薩爾曼･可汗大力推動下，「翻轉教學」的概念在美國的教育中迅速茁壯，並且愈來愈多人關注到此議題。翻轉教學簡單來說：就是教師先將即將教授的內容錄製成影片放上網路，讓學生課前先行依照自己的學習步調觀看學習，到了課堂上，用已吸收的知識與同學、老師進行討論，在問答間讓所要教授的觀念更清晰明確，以達成學習的目的。在台灣也有許多老師參考翻轉教學的模式，發展類似的教學法，如台北市中山女高的國文老師張輝誠－提出學思達教學法，強調教師應注重學生「自學、思考、表達」的能力，並讓教室成為學生思考、討論的殿堂。學思達教學法中兩大核心概念，一為讓學生成為學習主角，二則是想辦法不斷誘發和維持住學生的好奇心和思考，其完整的教學流程為：學生自學－思考問題－組內討論－上台表達－老師補充，透過課堂上閱讀老師製作「以問題為核心」的講義進行自學，再讓學生分組討論並上台發言，透過小組之間「既合作又競爭」的學習模式，將講臺還給學生，老師則是在台下協助整個課堂的進行。傳統教學的環境下，多數學生僅接受教師單向傳授的知識，缺乏雙向互動的機會（Ewing，2011），而翻轉教學與學思達教學法等這類創新的教學模式相較於傳統教學，最大不同就是改變了學生的角色及課堂時間的學習模式，讓教師與學生及同儕彼此間的互動增加、教師也比較能顧及學生的個別差異、發展高階的知識應用、培養學生主動探究精神，及團隊合作能力(Bergmann & Sams, 2012a; McDonald & Smith, 2013)。隨著「翻轉教學」的興起，學者們紛紛投入相關的研究，且多數研究結果指出翻轉教學較傳統教學能有效提升學生的學習成效與學. -2-.

(9) 習態度(Enfield, 2013; Fulton, 2012; Westermann, 2014; 王嘉慶, 2015; 紀佩妘, 2014)，因此，「翻轉教學」逐漸成為現今的學習趨勢。翻轉教學建立了一個架構，讓學生可以獲得適性且個人化的教育(Bergmann & Sams, 2012a)。而翻轉的架構大致分為「學生課前自學」、「課中教師協助小組討論」及「課後評量及作業」等部分。因翻轉教學強調讓學生成為學習的主角，並在課堂中真正擁有學習自主權，因此，「自學」便是翻轉教學的關鍵之一，可以說是牽動著整個翻轉教學的進行，包含課堂中的討論及課後的學習成效等。如何訓練學生自學，選用什麼樣的自學教材顯然是件重要的事。「翻轉教學」中，為了讓學生能在課前先完成預習，教師會提供課本、傳統型講義或簡報 (PowerPoint, PPT)等教材讓學生觀看、學習(Bergmann & Sams, 2012a)。搭上線上 e 化教學的盛行，網路平台的發展，如：可汗學院、均一教育平台等，提供學生線上教學影片自學，每則影片僅 10-15 分鐘，且為了避免教學者的臉部表情干擾學習者學習，影片內容只有聲音、靜態圖片和電子黑板講述。事實上，任何形式、任何呈現方法的教材均可成為學生自學的工具，但教師還須因應不同的單元特性來選擇。. 在地球科學的範疇中，常常包含抽象且大空間及時間尺度的概念(蔡義本 & 陳斐卿, 1999)，因為缺乏適當的教學工具而無法有效的學習相關概念。如九年一貫國中階段自然與生活科技的課綱中－聖嬰現象的單元，因其受時間、空間關係及海氣作用影響，概念抽象且涵蓋尺度規模較大，不利於觀測或製作模型。並且，由於聖嬰現象的概念牽涉到大氣、海面及海底的交互作用，為了理解地球系統及海氣循環等概念，學習時須建立立體的空間架構以了解整個動態過程，因此學生對空間概念的感知能力便與學習有密切關係，這時，自學的教材該如何呈現儼然成為教學上須致力研究的目標。在進行地球科學教學時，教師很難完全進行實驗室內的教學，而是必須以周. -3-.

(10) 遭生活實例為教材，甚至必須走出戶外作實地考察(張俊彥 & 董家莒, 2000)；另外，也有學者提出使用模型教學的可行性(邱美虹 & 陳英嫻, 1995)，然而，實地觀察或是模型的使用，仍會受到時間和空間上的限制。近年來，愈來愈多能夠輔助學生理解會隨著時間與空間尺度改變之抽象概念或複雜過程的多媒體動畫應用於教育上(Ploetzner & Lowe, 2012)，並且隨著資訊科技日新月異，「多媒體」的教材不僅常用來輔助呈現一些抽象、大尺度或微小尺度的單元，還可以改善紙本教材閱讀上較單調乏味，並藉由醒目的效果達到持續吸引學習者興趣及注意力(Burger, 1993)，並改善學習者的學習成效(Kalyuga, Chandler, & Sweller, 1999; Mayer, 2002)。回顧過去相關的研究，許多研究者認為「多媒體」輔助教學在釐清課程中的抽象概念，以及增進學生的學習動機，是相當有效果的。因此，研究者認為利用多媒體教材來輔助教學恰巧很適合應用於聖嬰現象的單元教學。多媒體的呈現方式上，Mayer（2002）認為多種媒體的呈現（如文字加圖片）的學習效果比單一媒體的呈現（如純文字）的學習效果好，因為當文字和圖片一起呈現時，學生有機會去建構語言和圖形的心智模型及整合語言和圖形之間的關聯。此外，多媒體也有靜態（如圖片）與動態（如動畫）的差異，有學者指出：動畫因為較具吸引力、及較易描述動態的過程，因此，在描述流程、程序上，動畫有較好的學習效果(陳彙芳 & 范懿文, 2000)，也有學者認為：靜態圖片造成學習者較低的認知負荷，因此帶來較好的學習成效(Tversky, Morrison, & Betrancourt, 2002)，另也有人提出：動、靜態的多媒體呈現方式在學習成效上是沒有差異的 (曾冠雲, 2012)。文獻回顧的結果發現：「動畫」或「靜態圖片」何者能帶來較好的學習成效目前仍無定論。因為在討論多媒體教材的學習成效時，除了比較動畫及靜態圖片的學習環境，還要注意其他因子可能會影響的因子，如「教材本身的設計編排」或是「學生的個別差異」等。. -4-.

(11) 過去對於動畫及靜態圖片的研究結果不一致，可能是受到「多媒體教材的設計」的影響。回顧過去的相關研究發現，許多相關研究中的工具是直接使用現成的多媒體教材，並未提及其設計的依據（使用的教材可能未遵循多媒體設計原則），然而，多媒體的圖片、文字、動畫或旁白等，不同的組合方式或是不同的位置呈現，都可能會影響到多媒體的學習成效。因此，為了客觀的比較動畫及靜態圖片，本研究設計教材時盡量遵循 Mayer 提出多媒體設計原則（包含多媒體原則、空間相近原則、時間相近原則、連貫原則、個別差異原則、分割原則及標記原則）。另外，「學生的個別差異」也可能影響多媒體學習，如本研究選用－聖嬰現象的單元，學習者「空間能力」的差異有可能成為潛在的影響因子，也確實有研究指出：在透過動畫或圖片學習特定單元的知識時，空間能力有很重要的影響 (Hays, 1996; Large, Beheshti, Breuleux, & Renaud, 1996; Yang, Andre, Greenbowe, & Tibell, 2003)。但是，對於空間能力不同的學習者在利用多媒體學習時，相應的效果為何，尚未有一致的答案，有學者認為動畫多媒體能帶來補償效應(Hays, 1996; Mayer, 2002)；亦有學者認為是增強效應(Mayer & Sims, 1994)。. 由於「聖嬰現象」的單元抽象且不易學習，因此，本研究分別利用「動畫」及「靜態圖片」作為自學教材，探討學生的學習態度及學習成效，並將學生空間能力的差異納入分析，嘗試研究空間能力與多媒體學習的關聯性。. -5-.

(12) 第二節研究目的與待答問題綜合上述所言，「聖嬰現象」是國中學生學習困難的單元，本研究希望以翻轉教學的流程，利用不同的自學教材－「動畫」及「靜態圖片」，來探討學生的學習狀況、學習態度及學習成效，其中，學習態度包含認知、情意、行為、認知負荷及學生自評的學習成果；學習成效包含自學結束後的學習成效及經由小組討論後的學習成效。並且，觀察不同空間能力的學生使用不同自學教材後的成果，故將本研究之研究問題分述如下：（一）探討使用「動畫」及「靜態圖片」的自學教材，對於國中生學習聖嬰現象學習態度及學習成效差異。 1-1 探討使用「動畫」及「靜態圖片」的自學教材，對於國中生學習聖嬰現象學習態度的差異。 1-2 探討使用「動畫」及「靜態圖片」的自學教材，對於國中生學習聖嬰現象學習成效的差異。（二）探討學生空間能力的差異，對使用「動畫」或「靜態圖片」自學的影響。（三）探討國中生學習聖嬰現象時，使用「動畫」及「靜態圖片」自學，對於翻轉課堂的成效之差異。 3-1 探討國中生學習聖嬰現象時，使用「動畫」及「靜態圖片」自學後，對於翻轉教學的分組討論成果是否有差異。 3-2 探討國中生學習聖嬰現象時，透過「動畫」及「靜態圖片」自學，對於翻轉課堂的成效之差異。. -6-.

(13) 第三節名詞釋義壹、自學「翻轉教學」中的自學是老師先將即將講述的單元內容放上網路，在課前學生須利用時間自學指定單元，學生可自行調整學習時間的長短、學習快慢及觀看的次數等，在課堂上，與同儕進行討論、完成作業或學習單等，如有疑問可提出由教師協助釐清觀念。本研究參考翻轉教學的流程，但為方便觀察，統一使用早自習的時間讓學生在電腦教室進行自學，學習的教材分為動畫及靜態圖片兩種呈現方法，雖時間長度有限制，但學生仍可自行調整學習步調。. 貳、學習態度「學習態度」意指學生對於課業學習與學習環境所造成的主觀看法(秦夢群, 1992)。「態度」為一促動行為的內在歷程，其顯示出人對於環境中人、事、物的反應傾向及內心狀態，具有持久性及一致性的特質，態度的構成因素包含認知（見解與信念）、情感（好惡感情）及行為（行動傾向）三個面向(張春興 & 林清山, 1973)。本研究所指的學習態度，即是透過量表測量，使用不同教材的學生自學聖嬰現象的課程後，其認知、情感及行為三個向度的狀態。. 參、學習成效本研究所指的學習成效是指在經過自學學習或小組討論獲得的學習成果，為了解學生理解及應用的程度，使用「聖嬰現象學習成效測驗」－含一題問答題、五題選擇題及兩題討論題，小組討論的成果則以兩題討論題為依據，得分愈高，學習成效愈好。. -7-.

(14) 第四節研究範圍與研究限制壹、研究範圍本研究主題主要探討以「聖嬰現象」為學習主題，應用「靜態圖片」及「動畫」教材輔助自學，教材內容一致，僅呈現方式不同，分析在翻轉學習中，不同的自學教材，對空間能力不同的學生之影響。以新北市某國中八年級學生為研究對象，共計四個班（106人），其中兩個班（55人）使用圖文教材自學，另外兩個班（51人）使用動畫教材自學。每班均使用早自習自學及一節課完成翻轉教學的流程，共約85分鐘。. 貳、研究限制 1.. 因人力、時間及資源等因素限制，易有受測對象、測驗題目不足及代表性不足之疑慮，且學習態度測量，可能會因情緒等因素影響真實反應，故測量結果可能存有誤差。. 2.. 翻轉教學中的「自學」強調學生主動的去學習，應是依據學生的學習動機，自行安排學習步調學習，但本研究為方便觀察，將由老師訂一個統一的時間要求學生自學，這樣的學習某種意義上與翻轉教學的理念不相同，因此無法確定學生於學校外自學是否會有同樣的學習狀況。. -8-.

(15) 第二章文獻探討第一節翻轉教學相關研究許多相關研究指出翻轉教學較傳統教學能有效提升學生的學習成效與學習態度(Enfield, 2013; Fulton, 2012; Westermann, 2014; 王嘉慶, 2015; 紀佩妘, 2014)，學生對翻轉教學的反應也大致是正向的，學生喜歡自行觀看教學錄影，也喜歡課堂上互動的學習活動(Bishop & Verleger, 2013)。 Kong運用翻轉教室基本原理，在課前安排了線上繪製心智圖的作業。研究發現：學生的資訊素養及批判思考能力都有顯著的提升，同時，讓教師與學生在課程中有更多時間分享資訊並與同儕討論，促進課堂活動的學習(Kong, 2014)。周楷蓁以數學科為主題，探討翻轉教室結合行動學習之學習成效與研究，學生利用行動載具在家看教學影片並進行測驗，課堂上採合作學習的模式，與老師及同學討論未了解的問題，並與傳統教學法相互比較。研究結果顯示：翻轉教室結合行動學習模式下的學習成效優於傳統講授模式下的學生，較能深入理解課程，學習意願也提高，對此學習法學生們表示正面、肯定的態度(周楷蓁, 2013)。 Ruddick在大學的化學課程中使用翻轉教學的模式，學生在家中觀看課程影片教材，在課堂中討論問題並解決，研究結果顯示：使用翻轉教學的實驗組在期末的學習成就顯著高於傳統教學的控制組，而在評估學習成效的系統上收集到的資料中發現：在翻轉教學下學習的學生較不害怕學習化學反而對化學更有興趣，且學生覺得教學影片及PowerPoint教材是有效的(Ruddick, 2012)。另有學者同樣在大學的化學課中使用翻轉教學策略，最後提出：線上教學影片是有意義、具彈性且具成本效益的工具，能幫助學生解決大部分的化學問題(He, Swenson, & Lents, 2012)。陳育以國中生為實驗對象，利用一元一次方程式的單元研究翻轉教學對國中數學學習成效與態度的影響，其中，以均一教育平台作為學生自學的工具，學生得依課程進度或超前自學。研究結果顯示：學習態度中，透過翻轉教學的進行， -9-.

(16) 低分組及高分組皆提升了各個面向的表現(如學習慾望、學習習慣等)；在學習成效方面，運用均一教育平台作為自學的教材，能有效提升學生學習數學的成效，特別是在數學概念的建立(陳育, 2015)。以星象單元針對翻轉課堂結合行動載具之教學策略對學生學習成就的研究中(楊士陞, 2015)，研究對象為五年級學生。實驗組學生於課前連結YouTube影片自學，並記錄預習筆記，課中進行小組討論與問題解決；控制組學生則進行傳統講述教學。研究結果顯示：接受翻轉課堂結合行動載教學策略之實驗組學生，其學習成就顯著優於接受傳統講述的控制組學生，特別是低分組學生。關於翻轉教學式合作學習對生活科技實作課程學習成效影響之研究(戴文雄, 王裕德, 王瑞, & 陳嘉苓, 2016)中發現：採用「翻轉教學式合作學習」之實驗組學生在科技實作課程的學習成就、課程滿意度、科技態度及合作學習態度等面向均表現顯著優於「傳統講述式合作學習」之控制組學生。並且，學生對翻轉教學的反應是正向的，學生喜歡自行觀看教學影片，也喜歡課堂上進行有互動性的學習活動；此研究顯示：翻轉教學的教學影片，能有效地給學生對教材有學習動機，而且學生覺得影片是有用的，容易學習且能幫助他們理解新的教材，也提高了學生的學習成就(Bishop & Verleger, 2013; Kay & Kletskin, 2012)。同時，此篇研究針對翻轉教學提出建議：翻轉教學是目前相當熱門的教學策略，線上教材或線上影片更是其中重要的關鍵，因其為傳遞課程的重點的工具，但顧慮時間及人力的限制，目前教師採用翻轉教學時，大部分是提供平時搜集的課程資料或授課簡報檔，較無法提供針對課程所錄製的教學影片。在翻轉教學融入國小高年級自然與生活科技領域課程的研究中(劉光夏 & 周宛瑜, 2016)，研究對象選自某小學六年級四個班級共128位學生，自學教材來自網路平台的影片（https://market.cloud.edu.tw/web/），學生分為實驗組（翻轉教學）與控制組（傳統教學），研究結果顯示： 1.. 兩組學生在接受不同的教學法後，學習成就無顯著的差異. - 10 -.

(17) 2.. 接受翻轉教學之實驗組學生學習滿意度較控制組有顯著提升. 3.. 接受翻轉教學之實驗組學生對翻轉教學抱持正面且肯定的態度. 4.. 「半結構式晤談」的結果顯示，多數受訪學生翻轉教學有助於簡單機械單元學習，也認為課前學習能幫助他們在課堂進行概念討論或是理解問題，有很大的助益(Bergmann & Sams, 2012a; McDonald & Smith, 2013)。學者對於該研究提出建議：學生自學的過程是影響翻轉教學成功的重要關鍵。. 該研究也發現：課前影片的品質，是影響學生不願再次實施翻轉教學的因素之一。另有學者認為運用內容較生動活潑的數位教材，可引起學習者更高的學習願。因此，建議教師在選擇教學影片時，應注重其品質及內容的生動性(吳清山 & 林天祐, 2011; 吳聲毅, 2009)。在實施翻轉學習時，由於網際網路的普及，常應用線上學習或是網路平台來作為學生的自學教材，因此運用多媒體教材成為翻轉教學的重點(劉杰, 2007)。一般教材是針對某一個主題製作，長度約10-15分鐘左右，學生可以容易學習。 Bergmann & Sams 認為多媒體教材讓學生的學習自主性更高，且設置播放的倒帶、重播、複習功能，讓學生可自行調整學習速度，並針對不瞭解的內容特別加強。然而，多媒體教材又可分為許多種，如：可汗學院、均一教育平台透過聲音、靜態圖片及電子黑板呈現、教學PPT簡報檔、教師直接錄製上課的影片等，教師在選用時，除了因應不同的單元特性，還需考量內容難易度及如何引起學生的學習動機等。以上關於翻轉教學的相關研究，多數的研究結果顯示：相較於傳統教學，學生透過翻轉教學能獲得較好的學習成效及學習態度，不過，文獻回顧中可發現，也有研究使用翻轉教學的模式，卻未獲得較好的學習成效，對此，學者提出可能的原因，尤其指出「自學教材」在翻轉教學中的重要性，無論是影片品質、教材的內容、呈現方式等，皆是影響後續翻轉流程的重要因子。然而，卻鮮少研究特別針對自學時的教材深入研究，因此，本研究將著重於「自學教材」的部分。. - 11 -.

(18) 第二節多媒體融入教學隨著資訊網路的進步，多媒體漸漸融入教學領域，顛覆了傳統的教學方式，也增加了教材呈現的多元性。多媒體的學習環境也被認為可以改善學習者的學習成效(Mayer, 2002; Sweller, 1999)。藉由電腦多媒體的輔助，文字、圖形、影像、動畫、視訊、聲音等多元的刺激，有別於以往紙本教材的呈現，較能產生醒目的效果並達到持續吸引學習者興趣及注意力(Burger, 1993)。黃建中（2000）的研究結果中指出，利用電腦多媒體來上課，學生的接受度非常高，學習的效果也很好。李偉新（2002）對於中學生化學科的研究中發現，多媒體輔助教材可以成為提高學習興趣的課後參考資訊來源，以彌補傳統教學的不足。綜合許多電腦多媒體輔助教學的文獻(吳慧珍, 1999; 洪榮昭, 1992; 張俊彥 & 董家莒, 2000; 張國恩, 1999; 黃志清, 2001; 溫嘉榮 & 吳明隆, 1999)，可發現藉多媒體輔助學習有以下的優點及特色： 1.. 具有可模擬性：可用動態的動畫或靜態的圖像呈現抽象概念或肉眼看不見的現象變化過程，以及模擬大尺度不易觀測的自然現象。. 2.. 不受時空控制：將經過設計的教材放上網路，可以讓學生隨時隨地都能進行學習。. 3.. 多重感官刺激：多媒體教材可利用豐富的圖片、聲音、影像、動畫等方式呈現，讓學習活潑又多元，以提升學生學習的興趣。. 4.. 個別化教學：使用電腦多媒體學習，學生可以自行控制學習速度，選擇學習內容，或是重複觀看學習內容，讓學習者可以依照自己的能力及步調學習，以符合學習者的個別差異。. 5.. 減少教師效應：讓學習不因教師因素而產生教學品質的差異。. 6.. 節省教學時間：使用電腦多媒體學習，可以減少傳統教學需要抄寫黑板的時間，讓教師有更多時間與精力輔導學生。. - 12 -.

(19) 多媒體的定義根據資策會的定義，以電腦為中心，能在同一個工作環境下同時處理文字、影像、及聲音者稱為多媒體。也有學者認為多媒體是於電腦上整合兩種以上的媒介，而這些媒介可包括有文字、影像、動畫、語音、音樂和視訊等，使我們能依各種需求組合，以呈現醒目的效果。簡單來說，「多媒體」就是以各種不同的形式呈現不同類型的資訊，各研究領域對此有不同的解釋與定義。如多媒體應用於教學及學習上的定義：Mayer （2001）定義多媒體包含兩種形式：文字（words）形式與圖片（pictures）形式。文字形式是可以是書寫的視覺文字或是口語表達的文字；圖片則是圖像形式，包含靜態圖片與動態的動畫兩種。Mayer認為「多媒體學習」便是從這些文字與圖片中學習；「多媒體教學」則是在教學過程中以這些文字與圖片不同形式的呈現促進學習的效果。. 多媒體認知學習理論 Paivio（1986）提出的雙碼理論，認為學習者透過感官系統接收外界的刺激後，分別儲存於語文系統（verbal system）與非語文系統（nonverbal system），語文訊息（文字或旁白等）皆由語文系統在接收及處理，再編碼儲存至文字記憶區；視覺、觸覺、嗅覺等訊息，由非語文系統接收及處理，並將訊息編碼以進行儲存與記憶。人類的感官接收到語文與圖像的刺激後，分別在語文系統與非語文系統中產生表徵的處理過程，再經由參照連結將語文系統與非語文系統相互作用而連結在一起。 Mayer（2001）以Paivio提出的雙碼理論為基礎，將多媒體定義為文字與圖片的呈現。利用多媒體學習，可協助學習者獲得教學訊息或建構知識，多媒體不僅是一種傳遞訊息的工具，也能協助學生理解，學習者在接受到文字訊息或圖像訊息時，會將訊息進行選擇、組織及整合。多媒體學習的運作記憶中分為兩個處. - 13 -.

(20) 理訊息單位，不同的訊息呈現方式能幫助學習者學習，因此在設計多媒體教學時，應協助學習者進行選擇、組織及整合等歷程，才能讓學習者善用運作記憶區，達到學習的效果。. 多媒體認知學習理論的多媒體訊息處理方式 1.. 當媒體是以圖片的方式呈現：以眼睛接收到圖片訊息並暫時儲存於感官記憶中，經由注意力選擇適當的影像進入工作記憶，並以影像的形式表徵呈現於工作記憶中，組織影像表徵形成心智中的圖像模型，最後和先備知識整合。. 2.. 當媒體是以口語表達文字的方式呈現：以耳朵接收到文字訊息並暫時儲存於感官記憶中，經由注意力選擇適當的口語表達文字進入工作記憶，並以聲音的形式表徵呈現於工作記憶中，組織聲音表徵形成心智中的語文模型，最後和先備知識整合。. 3.. 當媒體是以書寫的視覺文字方式呈現：以眼睛接收到文字訊息並暫時儲存於感官記憶中，經由注意力選擇適當的視覺文字進入工作記憶，將書寫文字的影像表徵轉換成聲音表徵呈現於工作記憶中，組織聲音表徵形成心智中的語文模型，最後和先備知識整合。. 多媒體教材設計原則多媒體的教材設計會影響訊息整合的成效，不當的媒體組合會增加認知負荷，進而影響學習成效，因此，Mayer 與 Moreno（2003）提出多媒體原則（multimedia principle）、空間接近原則（spatial contiguity principle）、時間接近原則（temporal contiguity principle）、連貫原則（coherence principle）、形式原則（modality principle）、多餘原則（redundancy principle）、個別差異原則（individual differences principle）、分割原則（Segmentation Principle）、標記原則（Signaling Principle）在多媒體教學和教材設計上需. - 14 -.

(21) 注意的基本原則。本研究使用之動畫，則是基於其中多媒體原則、空間相近原則、時間相近原則、連貫原則、個別差異原則、分割原則及標記原則所設計，相關的介紹如下：（1）多媒體原則（Multimedia Principle）－當文字及圖像一起呈現時，有助學生去建構語文及圖像的心智模型，及建構兩種心智模式之間的關連，所以，學生從文字及圖像學習的學習效果會比單獨從文字學習的學習效果好，圖文一起呈現有助記憶與理解。（2）空間相近原則（Spatial Contiguity Principle）－當相對應的文字與圖片彼此位置較接近時，學習者較不需要耗費工作記憶進行圖文間的搜尋比對。（3）時間相近原則（Temporal Contiguity Principle）－整合性的呈現文字與相對應的圖片對學習者的學習成效優於分離性的呈現文字及相對應圖片。如果文字與相對應圖片一前一後的出現，學習者則需先保存訊息，待後面圖片出現後才能建立相關連結，不利於學習。（4）連貫原則（Coherence Principle）－避免無關的訊息加入教材內容中，否則其可能造成在工作記憶中消耗了認知資源、分散學習者的注意力、分裂組織中的訊息或資料處理及可能使學習者將注意力圍繞在不適當的主題上，降低了學習成效。（5）個別差異原則（Individual Differences Principle）－此為設計產生的效應，對高空間能力學習者而言優於低空間能力學習者等。針對個別差異的不同，Mayer 整理了三種解決方法：個別化（對學習者知識程度不同設計相應的教材）、多種方法（將多種不同的方法融合於多媒體中呈現）、預先訓練法（增加學習者的先備知識或技能）。（6）分割原則（Segmentation Principle）－將多媒體教材分割成數個小片段並給予學習者控制何時進到下個片段的功能，如此學習者在每個片段. - 15 -.

(22) 要處理的訊息量減少，且有充足的時間從每一個片段中選擇文字及影像、組織及整合被選取的資訊，再進入下一片段。（7）標記原則（Signaling Principle）－學生學習多媒體教材時，在教材中提供線索協助學生了解教材重點，讓學生明白哪些內容才是該選擇與組織的。可利用關鍵字或箭頭等輔助表示。. - 16 -.

(23) 第三節動畫與靜態圖片在多媒體的學習環境中，Mayer（2001）認為使用多媒體學習（文字與圖片）比單獨使用文字學習的效果較好，因為當文字與圖片一起呈現的時候，學習者得以建構語言及圖形的心智模型，整合其中之關聯性。而多媒體學習的呈現方式又可分為動態的動畫及靜態的圖片，至於何種類型的學習方式對學習者較有幫助，至今仍無定論。. 動畫「動畫」則是由一系列具有些微差異的靜態畫面或圖像組成，並且圖像以非常快的速度連續呈現，利用視覺暫留的原理，讓觀看者產生畫面連續動作或逐步變化的錯覺，因此在視覺上具有動態的效果(ChanLin, 2000)。Schnotz & Lowe （2008）認為動畫是作為一個視覺化的呈現，並利用隨時間的變化結構或其他特質，進而觸發人類感知上的連續改變。Gonzales（1996）認為動畫是呈現一系列不同的圖像形成動態的形式，並隨著時間不斷變化，藉以幫助使用者發展動態的心智模型。Mayer & Moreno（2002）定義了動畫具備的三個要素：（1）圖片（動畫是一種圖像形式的呈現）、（2）動作（動畫表現出明顯的動作）、（3）模擬（動畫是由人描繪或透過其他方式建構的）。Park（1998）認為動畫應用於教學上具有三項特點：（1）能夠吸引與引導學習者，維持學習者的動機（2）能夠具體描述具有動作（motion）或軌跡（trajectory）的事件（3）能夠解釋較複雜的觀念或現象. 動畫的應用綜合上述特點可以發現，多媒體動畫能呈現有關動態性及空間性的概念，所以對於抽象科學現象的了解將大有幫助（陳婓卿，1999）。張秀澂（2002）的研 - 17 -.

(24) 究中也指出，對於抽象或實驗中無法觀察的現象或原理，可藉由電腦動畫來模擬，將概念或原理以較具體的方式呈現，能使學生比較容易理解。而動畫的應用範圍很廣，如數學、物理、化學、生物、機械等，在自然科學中，動畫能模擬抽象或空間、時間尺度太大而難以觀察的自然現象，將它具體化呈現，過去的相關研究中採用的單元如遺傳學(Marbach‐Ad, Rotbain, & Stavy, 2008; 楊淇, 2011)、天文學中的日月地關係(曾冠雲, 2012)、粒子觀點(吳昌家, 2001; 林香岑, 2000) 的相關概念等。本研究選用之「聖嬰現象」的單元，同樣為概念抽象且涵蓋尺度規模較大，因此研究者認為適合利用多媒體動畫來輔助學生學習。不過，歸納過去的研究結果可以發現，使用動畫與靜態圖片學習，何者較能帶來較好的學習成效，目前仍無定論，因此，本研究也將對此進行比較。. 動畫與靜態圖片的相關研究靜態圖片可以使用關鍵性的畫面描述過程中非常重要的程序，以提升學習效果；而動畫和靜態圖片相比之下，較能傳達更多單一圖像無法傳達之細節，吸引學習者的注意並維持學習動機(Tversky et al., 2002; Wright, Milroy, & Lickorish, 1999; 邱惠芬, 2003)。. Marbach-Ad（2008）利用分子遺傳學的課程比較學生的學習成效，其研究結果顯示：動畫組與靜態圖片組的學習成效均優於傳統講授模式，但動畫組在開放式問題中表現比靜態圖片組好，對此學者推論：動畫的學習較能有效的說明困難且抽象的動態過程。宋曜廷（2000）以國二生為研究對象，針對先前知識文章結構和多媒體呈現對文章學習的影響進行探討，多媒體呈現方式分為動畫及靜態圖片兩種，研究結果顯示：動畫組學生的興趣提升，進而投入較長的閱讀的時間，促成動畫組的學習成效優於靜態圖片組。. - 18 -.

(25) 黃志清（2001）以國三生為研究對象，探討應用模擬動畫輔助國中理化實驗教學之研究，研究結果顯示：實驗課程中，實驗組學生運用動畫輔助教學，比起使用圖文進行的對照組，理化實驗相關概念有顯著的學習成效，且根據學生學習問卷統計結果可知，學生對實驗課程中運用模擬動畫輔助教學給予正向的肯定，並自認由動畫模擬，對於實驗相關概念的了解是有幫助的。 ChanLin（2000）的研究也指出：動畫能提供時間與空間變化的訊息，幫助解釋事件隨時間演變的過程，以及幫助學習者建構隨時間變化的心智模型，可減輕學習者的認知負荷，相較於學習者使用靜態圖片學習時，必須在腦中自行轉換及推論中間狀態，易使學習者認知負荷增加，因此，動畫的學習成效優於靜態圖片(ChanLin, 2000)。. 有的研究則認為動畫其實會對學習者造成較高的認知負荷而導致學習成效不佳，Wright,Milroy & Lickorish（1999）指出動畫更需要圖像記憶和空間思考，因而增加學習者的認知負荷；Tversky,Morrison & Betrancourt（2002）的研究結果顯示：對學習者而言，動畫經常快速且過於複雜，導致學習者無法清楚的理解內容，且不良的動態呈現、不必要的訊息干擾，易造成資訊無法正確傳遞而模糊了學習焦點。另外，習慣於文字與靜態圖片整合的紙本環境的學習者，在使用動畫學習時需重新適應此學習方式，導致學習成效比使用靜態圖片差。 ChanLin（1999b）以中學生為實驗對象，並分別將學生分為無圖像組、靜態圖片組及動畫組，研究在學習 DNA 遺傳科技的學習成效，並由研究結果發現：靜態圖片組的學習成效最佳。 Kim（1998）則是以大學生為對象，研究使用動畫及靜態圖片學習板塊構造的學習成效及學習態度，研究結果顯示：「圖片+文字」組的學習成效優於「動畫 +文字」組，但在學習態度上，兩者則無差異。另有研究認為使用靜態圖片及動畫學習在學習成效上並沒有差異。如曾冠雲. - 19 -.

(26) （2012）的研究－發展以動畫為主的月相盈虧課程並探討學生的空間能力對學習成效與認知負荷的影響，其研究對象為國中九年級學生，分為動畫組及圖文組做比較，而研究結果顯示：學生使用動畫或圖文教材學習後，學習成效無差異。另有學者以地震與海嘯作為學習單元，觀察國二學生利用不同的多媒體呈現方式的學習成效(施駿宏 & 陳姚真, 2010)，教材共分為 1.「動畫+文字」、2.「動畫+旁白」、3.「動畫+文字+旁白」、4.「圖片+文字」、5.「圖片+旁白」、6.「圖片+文字+旁白」六種，而研究結果顯示：學生的學習成效 2 優於 1、3 及 5 優於 4、6，但在學習者能自行播放的模式下，動、靜態多媒體視覺介面無差異。. 小結根據文獻回顧的結果發現，使用動畫或靜態圖片的呈現方式何者較能幫助學生學習仍無一致的答案，因為多媒體學習除了比較動畫及靜態圖片的學習環境，還要注意其他因子可能會影響多媒體教材的學習成效，如過去研究提到「空間能力差異」可能會影響多媒體學習(Blake, 1977; Hays, 1996; 曾冠雲, 2012)。. - 20 -.

(27) 第四節空間能力與多媒體學習 Mayer 等（1994）關於空間能力的研究發現，高空間能力學習者較容易建立視覺圖像；低空間能力學習者花費較多的時間努力建立視覺圖像，因此，高空間能力學習者有較多的認知資源面對新的學習內容與處理其所面臨的問題；Vigil （1988）認為空間能力與問題解決能力的抽象概念有關；Holly 和 Dansereau （1984）則提出空間能力與科學推理能力有著密切關係。許多研究也指出空間能力對於數學中幾何學、化學、物理學的學習是非常重要的因素(Battista, Wheatley, & Talsma, 1982; Pallrand & Seeber, 1984; Pribyl & Bodner, 1987)。本研究以「聖嬰現象」為主題，其過程涵蓋了大氣、海面及海底的交互作用，學習者需建立立體的架構以了解海氣之間的關係及整個動態過程，因此，學習此單元時，學生「空間能力」的差異便可能影響多媒體的學習成效。事實上，已有許多學者對於學習者空間能力的差異與多媒體學習進行相關研究，但對於兩者的關係一直沒有定論。在多媒體學習的研究中，空間能力通常被定義為在腦中旋轉或折疊物件的能力，以及想像位置的改變與操作的能力(Mayer & Sims, 1994)。有研究指出：空間能力在多媒體學習中具有能力補償效應（Ability-as-compensator Effect），對低空間能力的學習者而言，動畫可以幫助他們學習，因為動畫是提供一個過程動態化呈現方式，可以幫助學習者快速建立心智模型，協助他們學習(Mayer & Sims, 1994)。Hays（1996）的研究結果發現：空間能力較低的學習者，利用動畫形式呈現的教材，可以讓他們在學習上有比較好的表現，這表示動畫發揮了補償作用，支持空間能力不足的學生建立心智模型，有效的理解並建構知識。不過，也有另外一種研究發現：高空間能力者在動畫多媒體學習中發揮的是增強效應（Ability-as-enhancer Effect），因動畫帶給低空間能力者過大的認知負荷，以致其無法從動畫學習中獲得良好的學習成效，反之，對高空間能力的 - 21 -.

(28) 學習者來說，較容易建立相應的圖形及文字間的關聯性，因此更能從教學內容中獲益(Mayer & Sims, 1994)。莊心怡（2005）以商職學生為研究對象，研究主題為圓錐曲線，分別讓學生使用動畫及靜態圖片學習，其研究結果顯示：動畫有助於高空間能力的學生，但是對於空間能力較差的學習者來說，使用動、靜態多媒體學習成效並無差異。曾冠雲（2012）以國中九年級學生為對象，學習月相盈虧課程，分為動畫組及圖文組做比較，並將學生的空間能力的差異加入分析，而研究結果顯示：高空間能力的學生無論使用動畫或靜態圖片的學習成效皆顯著優於低空間能力的學生使用動畫或靜態圖片學習，但高空間能力的學生分別使用動畫及靜態圖片，學習成效則無差異；在認知負荷的分析中，高空間能力的學生使用動畫的認知負荷顯著低於低空間能力的學生，學者依研究結果進行推論：可能是高空間能力的學習者無論使用動畫或圖文呈現的教材，均能有效處理與建構資訊，從學生晤談中也得知，低空間能力的學生較難理解文字訊息，即使用動畫呈現也很難幫助想像。綜合學者的研究結果，在學習特定主題時，空間能力是多媒體學習當中一個非常重要的關鍵(Blake, 1977; Hays, 1996)。但對於空間能力在多媒體學習中動畫與靜態圖片呈現時所扮演的角色目前仍有爭議。有些認為動畫有助於高空間能力的學習者；有些認為動畫能輔助低空間能力的學習者學習；有些則是認為空間能力的差異與多媒體動靜態的學習成效之間並沒有交互作用。因此，本研究也將對此進行探討。. - 22 -.

(29) 第三章研究方法第一節研究對象本研究的對象來自新北市立某國民中學的八年級學生，該校採常態分班及男女合班的模式進行教學，共有 4 個班參與研究。分別隨機選定兩個班作為動畫組及圖文組，扣除各班缺號及請假狀況，受測時仍受到學生遲到及早退狀況影響，各組人數與有效樣本數如表所統計。. 表 3-1-1：實驗人數表組別. 人數. 有效樣本數. （男，女）. （男，女）. 動畫組. 51（26，25）. 49（25，24）. 圖文組. 55（27，28）. 55（27，28）. 總計. 106（53，53）. 104（52，52）. 研究時間為避免影響該校學生上課進度，本研究的施測日期訂為國中期中考的下一周（2016 年 5 月 19 日及 2016 年 5 月 20 日），利用早自習及一節理化課時間施測，早自習為學生自學時間（40 分鐘），同天的理化課用來進行學習單測驗與分組討論（45 分鐘）。本研究整體流程由該班理化科老師帶領進行，研究者為旁觀角色紀錄上課情況。. - 23 -.

(30) 第二節研究設計與流程本研究以「聖嬰現象」的單元為主題，試圖探討學生在自學時，使用「動畫」教材及「靜態圖片」呈現的教材的學習態度及學習成效，並觀察不同空間能力的學生分別使用兩種教材的差異。本研究共可分為三個階段如下圖 3-2-1，分別為準備階段、實驗階段及結果分析階段：圖 3-2-1：研究細部流程圖. 確認研究問題蒐集文獻. 規劃實驗流程. 發展研究工具. 聖嬰現象. 聖嬰現象. 學習態度. 聖嬰現象. 動畫教材. 靜態圖片教材. 量表. 學習單. 準備階段. 早自習（共40分鐘） 1.電腦教室自學聖嬰現象（分靜態圖片組與動畫組） 2.完成學習態度量表. 理化課（共45分鐘）. 實驗階段. 1.完成聖嬰現象學習成效測驗 2.課堂分組討論 3.完成小組討論成效測驗. 資料分析. 撰寫論文 - 24 -. 結果分析階段.

(31) 一、準備階段確定研究主題後，便開始閱讀並蒐集相關文獻，初步規劃實驗流程（包含設計實驗進行步驟及選定研究對象與學校進行洽談等）。另外，在發展研究工具上大致分成兩個部分－實驗工具及評量工具，實驗工具為聖嬰現象的自學教材的設計，靜態圖片與動畫教材內容一致，均以課本為主（圖文由研究者製作；動畫由動畫專家製作）；評量工具為學習態度量表（α 信度為 0.957）及聖嬰現象學習成效測驗，以上研究工具經由 2 位專家協助修正。. 二、實驗階段（1）聖嬰現象自學：利用早自習時間（早自習遲到或未到的學生則利用午休時間），兩個班一為動畫組，另一為圖文組在電腦教室同時進行，每班均攜帶紙筆可自行做筆記，動畫組觀看聖嬰現象動畫，正常速度播放完畢一次約 15 分鐘；圖文組利用電腦閱讀含文字及圖片的講義（PDF 檔），學生可自行調整學習步調，包含快慢及重複播放等。自學時間約 30 分鐘，教師完全不教學，不介入學生學習，視為給學生自由預習的時間，若提早閱讀完自學教材可自行使用電腦上網查詢資料，但不得交談討論。（2）學習態度量表：早自習時間進行，學生於自學時間結束後，分別填寫使用動畫╱靜態圖片教材的「學習態度量表」，填寫時間約 10 分鐘。量表共 27 題，分為學習態度 17 題（含認知、情意及行為三的部分）、認知負荷程度 1 題及學習成果自評 8 題，本量表 α 信度為 0.957。（3）聖嬰現象學習成效測驗：於學生自學過後，同一天下午的理化課進行，為了評估學生自學的學習成效，聖嬰現象學習成效測驗包括：問答題 1 題、選擇題 5 題及討論題 2 題，填寫時間約 15-20 分鐘。 - 25 -.

(32) （4）分組討論：針對聖嬰現象學習單中的 2 題討論題（開放式問題）進行分組討論，每組隨機分配約 4-5 人，進行時間約 15-20 分鐘，可參考早上自學時紀錄的筆記，有問題亦可舉手向老師發問，每組皆需記錄討論成果。（5）填寫小組討論成效測驗：分組討論結束後，每人再次填寫聖嬰現象學習單之討論題 2 題，作為評估學生分組討論過後的學習成效，進行時間約 10 分鐘。. 三、結果分析階段此階段可分為資料分析與論文撰寫兩部分，整理實驗蒐集的數據，了解學生使用不同自學教材的學習態度；學習單中開放性問題則是透過量化分析，作為學生使用自學教材學習成效之依據，並與學生的空間能力相比對，觀察兩者的關係。最後進行論文撰寫。. - 26 -.

(33) 第三節研究工具本研究的研究工具包含：聖嬰現象靜態圖片及動畫的自學教材、學習態度量表、聖嬰現象測驗學習單三部分。. 壹、聖嬰現象自學教材（一）確認教學內容 2008 年教育部提出的九年一貫課程綱要中，「自然與生活科技」學習領域提到關於氣候變遷的單元（表 3-3-1），學習領域能力指標即為讓學生（國中一年級至三年級）了解聖嬰現象。表 3-3-1：「自然與生活科技」學習領域能力指標表氣候變遷 4f. 知道即使大氣與海洋組成中的些許變動，只要時間夠長，便會對氣候產生重大的影響。. 4g. 知道聖嬰現象。. 關於聖嬰現象的教學目標大致可分為三點（1）知道聖嬰現象的由來（2）知道在正常年與聖嬰年，太平洋地區洋流與大氣間的互動模式，以及太平洋赤道附近的氣候型態（3）了解當聖嬰現象發生時會造成氣候變化，與可能發生的天然災害本研究參考以上教學目標與各版本課本內容製作自學教材，為避免學生先備知識不足，教材均加入「高氣壓與低氣壓」及「科氏力與赤道東風」兩部分的知識提供學生先行學習空氣垂直運動與海、氣交互作用的關係。而聖嬰現象的相關課程則分為三個單元：一般狀況下的赤道太平洋、聖嬰現象及反聖嬰現象，內容均先分為大氣、海面與海底三個部分介紹，再合併、完整的呈現。 - 27 -.

(34) （二）教材的呈現動畫教材網址：http://alimen.github.io/ElNino/ 動畫教材與圖文教材的內容與圖示皆相同，惟改變呈現方式，如下圖 3-3-1、 3-3-2。. （1）圖 3-3-1：動畫教材編排內容示意圖. （2）圖 3-3-2：圖文教材編排內容示意圖. - 28 -.

(35) 此外，為了避免多媒體教材的設計影響學生學習，因此，設計教材時盡量遵循 Mayer（2001）提出多媒體設計原則（包含多媒體原則、空間相近原則、時間相近原則、連貫原則、個別差異原則、分割原則及標記原則）。並由專家及教授指導及修改，設計內容對應的原則如下表 3-3-2。. 表 3-3-2：參考使用 Mayer 多媒體設計原則項目表. 1.多媒體原則：圖文一起呈現有助記憶與理解。本研究之自學教材分別以「動畫+文字」及「圖片+文字」呈現。 2.空間相近原則：相對應的文字與圖片彼此位置接近。本研究之自學教材「靜態圖片與動畫」的「相關文字」均排列緊密。 3.時間相近原則：整合性的呈現文字與相對應的圖片。本研究之自學教材「靜態圖片與動畫」相對應的「文字」敘述均同時呈現。 4.連貫原則：避免無關的訊息加入教材內容。本研究之自學教材（靜態圖片與動畫）皆去除與聖嬰現象無關的素材，僅保留與課程相關的內容。 5.標記原則：在教材中提供線索協助學生了解教材重點。本研究之自學教材（靜態圖片與動畫）皆將重點文字以紅字標記。. - 29 -.

(36) 可自行調整章節. 先備知識. Toolbar. 6.個別差異原則：教材設計需顧慮學習者個別差異的不同。本研究之自學教材（靜態圖片與動畫）設計「按鈕」及「Toolbar」讓學習者可自行調整章節及學習速度，並參考 Mayer 提出的預先訓練法（增加學習者的先備知識或技能），加入學生可能用到的先備知識。. 7.分割原則：將多媒體教材分割成數個小片段並給予學習者控制何時進到下個片段的功能。本研究之自學教材（靜態圖片與動畫）將聖嬰現象的課程分為三個段落學習，介紹內容時，又先分割為大氣、海面及海底分別做介紹，最後再合併呈現，且學習者可自由控制學習速度。. - 30 -.

(37) 貳、評量工具. （一）學習態度量表為了解學生使用自學教材（動畫或靜態圖文）的學習態度，本研究參考林錦雪依照自然科學的認知、情意、技能等三方面的「自然科學態度量表」(林錦雪, 1995)編制「使用自學教材的學習態度量表」，此量表含學習態度共 17 題（認知部分 5 題、情意部分 7 題、行為部分 5 題）、認知負荷程度 1 題及學習成果自評 8 題，各部分評量內容由下表 3-3-3 所示。本量表的 α 信度為 0.957，內容效度由兩位專家協助修正。. 表 3-3-3：學習態度評量內容說明表認知部分. 為了解學生對自學教材（動畫或靜態圖文）所持的想法或意見. 情意部分. 為學生對於自學教材（動畫或靜態圖文）的評價或好惡. 行為部分. 為了解學生利用自學教材（動畫或靜態圖文）的意願. 認知負荷部分. 為了解使用自學教材（動畫或靜態圖文）的心智耗費程度. 學習成果自評部分. 為了解學生使用自學教材（動畫或靜態圖文）後，感受自身能力的變化. 此量表為 7 點量表，共 27 題（第 11 題為測試學生是否專心作答，因此答案必勾選 7），受試者依自己情形從「非常同意」到「非常不同意」勾選符合自己意見的選項。計分方式依「非常同意」到「非常不同意」分別給予 7 分、6 分、 5 分、4 分、3 分、2 分、1 分，得分越高表示對自學教材（動畫或靜態圖文）學習態度愈佳。惟第 19 題測量認知負荷，得分愈低代表自學教材愈不容易造成學生認知超載。 - 31 -.

(38) 「學習態度量表」－以動畫組為例，各項分類及問題如下表 3-3-5：表 3-3-4：動畫組「學習態度量表」 1.先運用動畫教材預習，對我融入之後的課程學習很有幫助。. 認知. 2.運用動畫教材預習，對我理解「聖嬰現象」很有幫助。 3.我認為運用動畫教材來預習，會提升學習的興趣。 4.我認為運用動畫教材來預習，有助我在課堂上的討論。 5.我認為運用動畫教材來預習，讓我對「聖嬰現象」概念清楚的了解。 6.我喜歡運用動畫教材預習「聖嬰現象」。. 情意. 7.我覺得「聖嬰現象」的動畫預習教材很生動。 8.我希望其他的科目也提供動畫教材預習。 9.運用動畫教材預習提升了我的學習意願。 10.運用動畫教材預習時，讓我想把「聖嬰現象」學好。 12.我對自己運用動畫教材預習的結果是滿意的。 13.我覺得用動畫學習會讓知識變得有趣。排除檢測題： 11.本題為了瞭解你是否專心作答，請在本題填答「非常同意 7」。 14.運用動畫教材預習時，我很認真去閱讀裡面的文字和圖示。. 行為. 15.運用動畫教材預習時，遇到問題我會多閱讀幾次內容，尋求解答。 16.如果運用動畫課程預習，我不需要別人催促就會主動積極的學習。 17.運用動畫教材預習後，我會想查詢相關資料來幫助我學習「聖嬰現象」。 18.運用動畫教材預習後，讓我有更強的動機想把「聖嬰現象」的課程學好。 19.運用動畫課程預習「聖嬰現象」，很耗費我的心力。. 認知負荷. 20.運用動畫課程預習，有助於我思考能力的提升。. 學習. 21.運用動畫課程預習，有助於我理解複雜的「聖嬰現象」。. 成果. 22.運用動畫課程預習，能提升我的空間概念。. 自評. 23.運用動畫課程預習，有助於我判斷能力的增加。 24.運用動畫課程預習，幫助我將相關的觀念連結在一起。 25.運用動畫課程預習，使我較能注意到那些地方是我不夠瞭解的。 26.我覺得我「聖嬰現象」學得不錯。 27.我覺得我有信心學好跟「聖嬰現象」有關，更難的主題。. - 32 -.

(39) 如上「學習態度量表」中測驗學習態度的部分（1-18 題，排除 11 題檢測題），包含了認知、情意及行為三個面向，使用 IBM SPSS 23 版軟體進行因數分析，藉以瞭解此量表之效度。以有效樣本 104 份進行分析，擷取方法為因素分析中的主成分分析法，轉軸法為最大變異法，並將絕對值小於 0.6 之係數隱藏。由下四張表可知所選取之資料適合因素分析（KMO = 0.91，p < 0.05）。. 表3-3-5：敘述統計表平均值. 標準差. 分析 N. 問卷1. 5.30. 1.206. 104. 問卷2. 5.27. 1.271. 104. 問卷3. 5.30. 1.454. 104. 問卷4. 5.36. 1.321. 104. 問卷5. 4.93. 1.534. 104. 問卷6. 4.99. 1.669. 104. 問卷7. 4.76. 1.841. 104. 問卷8. 5.29. 1.524. 104. 問卷9. 5.13. 1.514. 104. 問卷10. 4.92. 1.512. 104. 問卷12. 5.15. 1.486. 104. 問卷13. 5.25. 1.486. 104. 問卷14. 5.65. 1.305. 104. 問卷15. 5.37. 1.482. 104. 問卷16. 4.72. 1.561. 104. 問卷17. 5.37. 1.394. 104. 問卷18. 5.24. 1.376. 104. 表3-3-6：KMO 與 Bartlett 檢定表 Kaiser-Meyer-Olkin 取樣適切性量數。. .909. Bartlett 的球形近似卡方分配檢定. 1368.153. 自由度. 136. 顯著性. .000. - 33 -.

(40) 表3-3-7：解說總變異量表初始固有值成分. 總計. 變異的 %. 擷取平方和負荷量累加 %. 總計. 變異的 %. 累加 %. 旋轉平方和負荷量總計. 變異的 %. 累加 %. 1. 9.285. 54.620. 54.620. 9.285. 54.620. 54.620. 4.626. 27.215. 27.215. 2. 1.679. 9.877. 64.497. 1.679. 9.877. 64.497. 3.821. 22.479. 49.693. 3. 1.100. 6.472. 70.969. 1.100. 6.472. 70.969. 3.617. 21.276. 70.969. 4. .803. 4.725. 75.694. 5. .686. 4.038. 79.731. 6. .571. 3.358. 83.089. 7. .452. 2.660. 85.749. 8. .403. 2.373. 88.122. 9. .367. 2.161. 90.283. 10. .307. 1.804. 92.087. 11. .292. 1.718. 93.805. 12. .272. 1.599. 95.404. 13. .210. 1.235. 96.639. 14. .187. 1.100. 97.739. 15. .153. .901. 98.640. 16. .130. .767. 99.407. 17. .101. .593. 100.000. 擷取方法：主成分分析。. - 34 -.

(41) 表3-3-8：旋轉成分矩陣a表成分 1 問卷6. .777. 問卷9. .768. 問卷8. .751. 問卷12. .710. 問卷10. .707. 問卷13. .696. 問卷7. .633. 2. 問卷1. .849. 問卷2. .800. 問卷5. .705. 問卷4. .695. 問卷3. .688. 3. 問卷15. .834. 問卷14. .779. 問卷16. .744. 問卷17. .719. 問卷18. .642. 擷取方法：主成分分析。轉軸方法：使用 Kaiser 正規化的最大變異法。 a. 在 6 反覆運算中收斂旋轉。. - 35 -.

(42) （二）聖嬰現象學習成效測驗為了解學生使用聖嬰現象自學教材的學習成果，因此設計「聖嬰現象學習成效測驗」來評估學生的學習成效。試題參考學測試題中與聖嬰現象相關試題，並根據各版本教科書與教師手冊課程內容設計中可以評估學生學習成效的題目。學習單測驗題目含問答題 1 題、選擇題 5 題及討論題 2 題，問答題及討論題均為開放式問題。此聖嬰現象學習成效測驗用於評斷學生自學聖嬰現象的學習成效，再利用其中兩題討論題的題目，作為小組討論的主題，並於學生分組討論過後再次填寫兩題討論題，用作評估經由分組討論的學習成效的依據。計分方式：選擇題 5 題，一題 20 分；開放式問題（含問答題及討論題）依正確與否進行給分，寫出一個正確概念給 1 分，以此類推。其中，問答題再依大氣、海面及海底三個部分評斷完整性，答案中提及大氣相關給 1 分、提及大氣與海面相關給 2 分，以此類推。表 3-3-9：聖嬰現象學習成效測驗題目內容表問答題. 繪製出你心中赤道太平洋正常狀況的樣子，可用畫圖及文字描述盡可能地清楚表達。KEY：包含氣流、氣壓、海表溫、氣候…等等. 選擇題. 考題重點分別為： 1.聖嬰現象期間的氣壓與大氣 2.聖嬰現象期間的氣壓【102 學測】 3.聖嬰現象期間祕魯的海溫與湧升流 4.聖嬰現象特徵 5.反聖嬰現象【101學測】. 討論題. 1. 試著想想看，當發生了強烈的聖嬰現象，或發生時間持續非常久，全球可能會有什麼影響呢？ KEY：包含環境災害、經濟活動（農林漁牧業）、人文…等等方面 2. 承上題，對於聖嬰現象可能帶來的影響，請你幫忙想想看，有哪些可以因應的方法呢？. - 36 -.

(43) 第四節資料處理本研究於實驗結束後，整理「學習態度量表」及「聖嬰現象學習成效測驗」的數據輸入電腦，並針對各研究問題以 IBM SPSS Statistics 23 軟體進行統計分析，各研究問題相應的分析方法如下：. （一）探討使用「動畫」及「靜態圖片」的自學教材，對於國中生學習聖嬰現象學習態度及學習成效差異。 1-1 探討使用「動畫」及「靜態圖片」的自學教材，對於國中生學習聖嬰現象「學習態度」的差異。 . 使用工具與分析方法：. 1.. 學習態度量表（全班）：利用動畫組與靜態圖片組學習態度量表中各部分的得分進行獨立樣本 T 檢定，比較兩組學生間是否有顯著差異。. 2.. 網頁瀏覽紀錄（抽樣）：研究者於自學時間結束後隨機查看動畫組與靜態圖片組學生的瀏覽紀錄，比較學生閱讀完自學教材（動畫或靜態圖片）後，是否有動機繼續查詢聖嬰現象相關資料。. 3.. 學生筆記（抽樣）：研究者於自學時間隨機查看動畫組與靜態圖片組學生的筆記，並觀察其中差異。. 1-2 探討使用「動畫」及「靜態圖片」的自學教材，對於國中生學習聖嬰現象「學習成效」的差異。 . 使用工具與分析方法：. 1.. 聖嬰現象學習成效測驗：利用動畫組與靜態圖片組學生，聖嬰現象學習成效測驗的得分（包含選擇題、問答題及討論題三方面），進行獨立樣本 T 檢定，比較兩組學生間學習成效是否有顯著差異。. - 37 -.

(44) （二）探討學生空間能力的差異，對使用「動畫」或「靜態圖片」自學的影響。 . 使用工具與分析方法：. 1.. 聖嬰現象學習成效測驗、學生空間 PR 值：將聖嬰現象學習成效測驗的問答題依「正確性」及「完整性」的得分分成高、中、低三組。「正確性」共 0-13 分（分別為 0-4、5-8、9-13 三組）、「完整性」為 0-3 分（分別為 0、1、2、 3 四組），學生的空間能力則取中間值後分為高低兩組，進行單變異數分析與繪圖。（註：空間能力來自該校提供學生「性向測驗」中的空間 PR 值，範圍為 1-99）. （三）探討國中生學習聖嬰現象時，使用「動畫」及「靜態圖片」自學，對於翻轉教學的成效之影響。 3-1 探討國中生學習聖嬰現象時，使用「動畫」及「靜態圖片」自學後，對於翻轉教學的分組討論成果是否有差異。 . 使用工具與分析方法：. 1.. 分組討論記錄的成果：利用各班分組討論記錄的成果，依有效答案的個數給分，一個有效答案給 1 分，以此類推，再將得分進行獨立樣本 T 檢定，比較兩組學生間分組討論成果是否有顯著差異。. 3-2 探討國中生學習聖嬰現象時，透過「動畫」及「靜態圖片」自學，對於翻轉教學課堂的學習成效之影響。 . 使用工具與分析方法：. 1.. 聖嬰現象學習成效測驗中兩題討論題：翻轉課程結束後，再次填寫聖嬰現象學習成效測驗中兩題討論題，作為整個翻轉課程的學習成效。再利用 ANCOVA 分析，比較不同組別（動畫組與靜態圖片組），單純在課堂中獲得的學習成效之差異。. - 38 -.