以互動性觀點探討擴增實境對國小學童空間能力與科技接受度之影響
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(5) 謝誌 時光荏苒，轉眼瞬間又到了該說再見的日子，回首兩年的研究生 活，不論是教授的提攜或同儕間的友誼至今都歷歷在目，這些共同回 憶，將成為我繼續前進的動力，人生的旅途，又揮別了一程，縱使前方 的道路必定還有許多困難與挑戰需一一克服，但我相信，我一定可以， 因為我來自於師大科技。 以這篇論文為兩年的研究生活劃下了完整的句點，從一開始的構思 到實驗的進行與論文的寫作，著實耗費了許多的心力，幸好有指導教授 蘇照雅老師、口試委員楊錦心老師與林秀美老師的諄諄教誨與鼓勵，讓 我不至於在研究的茫茫迷途中，迷失了方向，蘇老師總是輕聲細語的提 供我許多不論是課業或是生活上的建議，使我獲益良多，老師在品德上 的修養與對教學研究上的細心與專注讓我十分的佩服，在做人與做事各 方面，更受到老師相當大的影響，真的很謝謝老師的指導。 做研究是一條辛苦卻又相當幸福的道路，能和偉傑、聖凱、秋延、 家蕎、秋娟與其他好同學們一起努力真的相當的幸運，也感謝范文、世 傑等好伙伴們的支持與鼓勵，讓我能夠跨越在研究中所遇到的瓶頸與挫 折，此外，由衷的感謝鍾瑞國與洪志盈兩位學者無私提供所設計的量 表，使我的論文能夠圓滿的進行，也很謝謝施測國小的羅惠雯主任、趙 智政老師與各班導師、同學們的協助，讓實驗能夠順利的完成。 最後，特別感謝我的家人，在我最迷茫無助的時候，給予我充分的 支持與肯定，能完成碩士學位的攻讀，是家人所給予的悉心栽培與陪 伴，才有今日的成果。 台灣師範大學科技應用與人力資源發展研究所 研究生 蔡承達 謹誌 i.
(6) ii.
(7) 以互動性觀點探討擴增實境對國小學童空間能力與科技 接受度之影響 研 究 生：蔡 承 達 指導教授：蘇 照 雅. 中文摘要 本研究旨在設計不同互動性之擴增實境教材，用以探討擴增實境的 互動性對國小學童空間能力與科技接受度的影響。研究目的如下： 一、探討擴增實境教材對學童空間能力的影響。 二、探討擴增實境的互動性對學童空間能力的影響。 三、探討學童對擴增實境的科技接受度。 本研究使用文獻分析法、準實驗研究法、問卷調查法研究法。研究 對象為臺北市某國民小學四年級共 75 名學童。研究工具包含國小空間能力 量表、擴增實境空間能力教材、科技接受度問卷。以描述統計、相依樣本 t 檢定、共變數分析等統計方法進行資料處理。 研究結果顯示，擴增實境教材對學童空間能力有正向的影響，然而教材 互動性對學童空間能力的影響上並無顯著的差異，根據問卷調查結果也發 現，學童對於使用擴增實境進行學習的整體接受度相當高。 關鍵詞：擴增實境、空間能力、互動性、科技接受模式。. iii.
(8) iv.
(9) The Effect of Different Interactivity of Augmented Reality Contents on Child’s Spatial Ability and Technology Acceptance Author：Tsai, Cheng-Ta Adviser：Su, Chao-Ya. ABSTRACT This study attempts to explore the effects of different interactivity of augmented reality (AR) contents on primary school students’ spatial ability. The purposes of this study are as follows： 1. To investigate the effect of AR contents on students’ spatial ability. 2. To investigate the effect of different interactivity of AR contents on students’ spatial ability. 3. To investigate students’ acceptance of AR. The research methods involved literature analysis, quasi-experimental design, and questionnaire survey. A total of 75 fourth grade students enrolled in a primary school in Taipei city were selected to participate in this study. The instruments of this study include spatial ability scale for primary school students, spatial ability learning contents with the AR and the technology acceptance questionnaire. The quantitative analysis of this study was through descriptive statistics, paired-sample t test and ANCOVA. Results of this study showed that AR had positive influence on students’ spatial ability. However, there was no significant difference v.
(10) between experimental group and control group on their special ability. According to the technology acceptance questionnaire, the students had high acceptance for learning with the AR. Keywords：augmented reality, spatial ability, interactivity, TAM. vi.
(11) 目. 錄. 謝誌 .................................................................................................................. i 中文摘要 ......................................................................................................... iii 英文摘要 ......................................................................................................... v 目 錄 ........................................................................................................... vii 表 次 ............................................................................................................ ix 圖 次 ............................................................................................................ xi 第一章 緒 論 ................................................................................................. 1 第一節 研究背景與動機........................................................................ 1 第二節 研究目的 .................................................................................... 3 第三節 待答問題 .................................................................................... 4 第四節 研究假設 .................................................................................... 5 第五節 研究範圍與限制........................................................................ 6 第六節 研究步驟 .................................................................................... 7 第七節 名詞釋義 .................................................................................... 8 第二章 文獻探討 ........................................................................................... 9 第一節 擴增實境 .................................................................................... 9 第二節 空間能力 .................................................................................. 15 第三節 科技接受模式.......................................................................... 23 第四節 互動性 ...................................................................................... 28 第三章 研究設計與實施 ............................................................................. 33 第一節 研究架構 .................................................................................. 33 第二節 研究方法 .................................................................................. 34 第三節 研究設計 .................................................................................. 35 第四節 研究對象 .................................................................................. 36 第五節 研究工具 .................................................................................. 37 第六節 實施程序 .................................................................................. 46 第七節 資料分析與處理...................................................................... 47 第四章 研究結果與討論 ............................................................................. 49 第一節 擴增實境教材對國小學童空間能力之影響 ......................... 49 第二節 擴增實境教材互動性對國小學童空間能力之影響 ............. 54 第三節 擴增實境接受度問卷分析 ..................................................... 57 第五章 結論與建議 ..................................................................................... 67 第一節 結論 .......................................................................................... 67 第二節 建議 .......................................................................................... 70 vii.
(12) 參考文獻 ....................................................................................................... 73 一、中文部份 ....................................................................................... 73 二、外文部份 ....................................................................................... 80 附錄 ............................................................................................................... 87 附錄一 擴增實境接受度問卷 ............................................................. 89 附錄二 教學活動大綱 ......................................................................... 91 附錄三 教學現場照片 ......................................................................... 92 . viii.
(13) 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表. 次. 2-1 3-1 4-1 4-2 4-3. 空間能力內涵一覽表 ...................................................................... 21 實驗設計 .......................................................................................... 35 實驗組在「空間能力量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 ...... 49 對照組在「空間能力量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 ...... 50 實驗組在「立體圖的旋轉分量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 ....................................................................................................... 50 4-4 對照組在「立體圖的旋轉分量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 ....................................................................................................... 51 4-5 實驗組在「物體相對位置的改變分量表」前後測成對 t 檢定統計 分析表 ........................................................................................... 51 4-6 對照組在「物體相對位置的改變分量表」前後測成對 t 檢定統 計分析表 ....................................................................................... 51 4-7 實驗組在「圖形的平移與翻轉分量表」前後測成對 t 檢定統計分 析表 ............................................................................................... 52 4-8 對照組在「圖形的平移與翻轉分量表」前後測成對 t 檢定統計分 析 ................................................................................................... 52 4-9 實驗組在「從不同角落看東西分量表」前後測成對 t 檢定統計分 析 ................................................................................................... 53 4-10 對照組在「從不同角落看東西分量表」前後測成對 t 檢定統計分 析 ................................................................................................... 53 4-11 描述統計分析表 ............................................................................. 54 4-12 迴歸係數同質性檢定結果分析摘要表 ......................................... 54 4-13 共變數分析摘要表 ......................................................................... 55 4-14 各分量表之共變數分析摘要表 ..................................................... 55 4-15 學童對擴增實境各變項之描述性統計表 ..................................... 57 4-16 實驗組學童對開放式題項之資料分析表 ..................................... 58 4-17 對照組學童對開放式題項之資料分析表 ..................................... 59 4-18 相關係數的強度大小與意義 ......................................................... 60 4-19 擴增實境接受度問卷各變項間相關性分析表............................. 60 4-20 教材互動性對認知有用性之迴歸分析 ......................................... 61 4-21 教材互動性對認知易用性之迴歸分析 ......................................... 61 4-22 教材互動性對擴增實境接受度各變項之 t 檢定摘要表 ............. 62 4-23 認知易用性對認知有用性之迴歸分析 ......................................... 62 4-24 教材認知有用性對使用行為態度之迴歸分析............................. 62 ix.
(14) 表 4-25 教材認性易用性對使用行為態度之迴歸分析 ............................ 63 表 4-26 認知有用性對使用行為意向之迴歸分析 .................................... 63 表 4-27 使用行為態度對使用行為意向之迴歸分析 ................................ 63 . x.
(15) 圖. 次. 圖 1-1 研究步驟 ............................................................................................. 7 圖 2-1 混合真實示意圖 ............................................................................... 10 圖 2-2 理性行為理論架構 ........................................................................... 24 圖 2-3 計畫行為理論架構 ........................................................................... 25 圖 2-4 科技接受模式架構圖 ....................................................................... 26 圖 3-1 研究架構 ........................................................................................... 33 圖 3-2 3D 虛擬物件的放大、縮小 .............................................................. 41 圖 3-3 3D 虛擬物件的旋轉 .......................................................................... 42 圖 3-4 3D 虛擬物件的平移 .......................................................................... 42 圖 3-5 教材首頁 ........................................................................................... 43 圖 3-6 單元選擇頁 ....................................................................................... 44 圖 3-7 單元進行頁 ....................................................................................... 44 圖 3-8 實施程序圖 ....................................................................................... 46 . xi.
(16) xii.
(17) 第一章 緒 論 本章旨針對研究主題說明本研究之背景與動機、研究目的、待答問 題、研究假設、研究範圍與限制、研究步驟、名詞釋義。全章共分七節， 分節敘述如下。. 第一節 研究背景與動機 空間能力是影響學習表現的重要因素，特別是在抽象思考、數理、 科學、繪圖等能力都與之有密切的關係，即便是在日常生活中，像是看 路標、看地圖或是駕駛交通工具等這些我們再熟悉不過的動作，也都與 空間能力息息相關（鄭海蓮、林鈺芳、賴宛吟、林逸農，2010；Yilmaz, 2009）。 在教育部所頒訂之九年一貫課程中，數學領域的內容就包含了圖形 與空間的能力指標，然而，現行學校的課程，在進行教學活動時，因授 課時數與課程量的限制，課程的設計與實施多半著重於幾何知識的理 解，或是給予學童一些基本概念介紹，以至於學童在學習時不易有實際 的操作經驗去提升空間能力（教育部，2008；陳光勳、魏春蓮、廖雅如、 張慧如、曾淑慧，2006）。 在空間能力的訓練上，擴增實境是一種相當有用的工具，擴增實境 教學與一般傳統教學不同之處，在於擴增實境能夠藉由動態模擬的過程 輕易地將一些在傳統教學中較難以清楚呈現的抽象概念，以直覺的方式 附加到真實的世界。此外，運用擴增實境進行教學，也可以讓學習者在 虛擬與真實環境下，藉由跟虛擬物件的互動，刺激學習的動機進而沈浸 於學習內容當中（陳玥君，2010；Asai, Kobayashi & Kondo, 2005; Billinghurst, Belcher, Gupta & Kiyokawa, 2003; Dunser, Kaufmann, Steinbugl & Gluck, 2006; Woods et al., 2004）。 1.
(18) 結合真實與虛擬、即時性的互動、在三度空間內運作，是擴增實境 的三個特點（Azuma, 1997），藉由操控程度與互動形式的不同，擴增實 境其實可以有著相當多樣的互動性，不過在相關的研究中，卻少有針對 不同互動性擴增實境融入教學中來作探討，多半是將擴增實境與傳統教 學或是其他數位學習媒介作比較。 在科技發展的歷程中，使用者的使用是相當重要的，而科技接受的 探討更是科技使用的關鍵所在（潘朝明，2007）。結合上述論點，促成 本研究要以互動性的觀點探討擴增實境對國小學童空間能力與科技接 受度影響的動機。. 2.
(19) 第二節 研究目的 基於上述之背景與動機，本研究之研究目的有以下三點： (一) 探討擴增實境教材對學童空間能力的影響。 (二) 探討擴增實境教材的互動性對學童空間能力的影響。 (三) 探討學童對擴增實境的科技接受度。. 3.
(20) 第三節 待答問題 依據研究目的，本研究提出以下待答問題： (一) 擴增實境教材對學童的空間能力是否有所影響? (二) 擴增實境教材互動性對學童空間能力的影響上是否有差異? (三) 學童對於使用擴增實境的科技接受度為何? (四) 科技接受模式各變項間的關係為何?. 4.
(21) 第四節 研究假設 依據研究目的與待答問題，本研究提出以下研究假設： (一) 擴增實境教材對學童空間能力有正向的影響。 (二) 不同互動性擴增實境教材對學童空間能力的影響上有顯著差異。 (三) 教材互動性對使用擴增實境教材的認知有用性有正向的影響。 (四) 教材互動性對使用擴增實境教材的認知易用性有正向的影響。 (五) 使用擴增實境教材的認知易用性對認知有用性有正向的影響。 (六) 使用擴增實境教材的認知有用性對使用行為態度有正向的影響。 (七) 使用擴增實境教材的認知易用性對使用行為態度有正向的影響 (八) 使用擴增實境教材的認知有用性對使用行為意向有正向的影響。 (九) 使用擴增實境教材的行為態度對使用行為意向有正向的影響。. 5.
(22) 第五節 研究範圍與限制 本研究之主要研究範圍與可能的限制： 一、研究範圍： (一) 本研究所使用的之擴增實境教材採標記（marker）式擴增實 境，無標記（markerless）式擴增實境則不在此研究範圍內。 (二) 本研究所指之互動為學童與教材間的互動、其他關於師生間 的互動、同儕間的互動則不在此研究範圍之內。 (三) 本研究僅探討擴增實境互動性對學童空間能力與科技接受度 的影響，其他影響因素不在此研究範圍之內。 二、研究限制： 本研究雖盡可能力求完整嚴謹，但因時間、經費與個人能力有限， 仍有些研究上的限制： (一) 研究對象之限制 本研究受限於時間與人力，以臺北市某國民小學四年級的學 童為研究對象，並未對其他年級與學校作探討，因此研究結果不 宜做過度推論。 (二) 取樣方法之限制 為配合學校的行政作業、課程安排等因素，本研究無法進行 隨機取樣。而便利取樣最大的爭議在於樣本代表性之問題。 (三) 教材內容之限制 本研究的學習內容是以空間能力為教材的設計，因此不適用 於其他內容學習課程與活動。. 6.
(23) 第六節 研究步驟 本研究實施之步驟如下圖所示：. 圖 1-1 研究步驟. 7.
(24) 第七節 名詞釋義 一、擴增實境 擴增實境是一種將虛擬物件附加到真實世界的一種技術，同時具備 真實與虛擬是其主要特質。它能將「現實的環境影像」及「電腦虛擬影 像」進行結合，以便在虛擬的媒介中創造出另一個真實，讓使用者能親 眼看到自己在實際環境中操作虛擬 3D 物件的情形（陳坤森，2007； Educause Learning Initiative[ELI], 2005）。 二、互動性 當人與電腦之間產生了行為就是一種互動（interaction），而互動性 是以傳播者與接受者彼此間互動的形式及可操控性而定（蔡佩璇、游萬 來，2005；Kristof & Satran, 1995）。 三、空間能力 是一種需俱備簡單的認知能力後，經由辨認、觀察、轉換、拆摺、 移動、旋轉、透視、推理等方式在腦海內轉化思考後而產生的能力。 而本研究所謂之空間能力，係指樣本在洪志盈（2004）與鍾瑞國、 鄭曜忠、洪志盈、謝秀珍（2003）所設計之國小空間能力量表移動與旋 轉向度內，四個分量表中所測量之得分表現而言。 四、科技接受模式 科技接受模式（technology acceptance model, TAM）是由學者 Davis 於 1986 年參考以理性行為理論提出，是藉由外部變數、認知有用性、 認知易用性、使用行為態度來解釋使用者對於資訊科技的行為意向。. 8.
(25) 第二章 文獻探討 為了瞭解擴增實境與學童空間能力表現相關理論與研究結果，本章 分別就擴增實境、空間能力、互動性、科技接受模式等相關文獻資料進 行蒐集及分析，希望藉此一文獻探討分析之結果可做為本研究在進行研 究設計與實施的依據。. 第一節 擴增實境 一、擴增實境的發展與歷史 有關擴增實境的發展歷史，相關的研究早在 1960 年代便已開始。 最早的研究學者是 Ivan Sutherland，其開發出名為 The Sword of Damocles 的頭戴顯示器系統（head-mounted display, HMD），以早期的擴增實境 發展來說這是一個相當重要的發明，因為早期的擴增實境作品幾乎皆是 以頭戴式顯示器作為開發的基礎。擴增實境這一個名詞的出現是一直到 1990 年初期，波音公司的幾位科學家為了協助工人裝配管線設備所創造 的（吳鴻譯，2002；El Sayed, Zayed, & Sharawy, 2011）。 二、擴增實境的定義與技術 依據學習創新協會（Educause Learning Initiative, ELI）的定義，擴 增實境是一種將虛擬的物件附加到真實世界的一種技術，同時具備真實 與虛擬是其主要特質。Milgram、Haruo、Akira 和 Fumio（1994）則以混 合實境（mixed reality, MR）來進行描述，以圖 2-1 作一說明。線左端為 真實的環境，線的右端則是虛擬環境而真實與虛擬之間即存在所謂的混 合實境，包括了擴增實境與擴增虛擬（augmented virtuality, AV），兩者 的差別在於，擴增實境主要藉由數位內容在真實的環境中進行增強，而 擴增虛擬則是將真實的內容投影至虛擬的環境中。. 9.
(26) 圖 2-1 混合真實示意圖 資料來源：出自 Milgram、Haruo、Akira 和 Fumio (1994:283). 所謂的虛擬環境是用電腦模擬出來的場景與物體的組合，至於真實 環境則是我們的現實世界。由此可知，混合真實結合了真實與虛擬兩種 元素。 Azuma（1997）認為擴增實境為虛擬實境的一種應用，並提出擴增 實境的三個特點： (一) 結合真實與虛擬 (二) 即時性的互動 (三) 必需在三度空間內 關於擴增實境的成像過程，主要是運用電腦與週邊輸出、輸入設備 來完成。其運作流程主要有以下幾點：（薛凱文，2009；Azuma, 1997; El Sayed et al., 2011） (一) 圖像的分割 利用攝影機取得圖像後，電腦將所設定的圖像進行分割找出 圖像之特徵。 (二) 特徵的提取 電腦將圖像之特徵提取出並作為標記辨認的準則。 (三) 標記的偵測 10.
(27) 利用攝影機取得標記並藉由電腦進行偵測與辨認，辨認正確 後依照設計者在資料庫中設定的值取出對應的虛擬物件。 (四) 定位 透過電腦圖學技術，將軸向與座標加以定位後作為虛擬物件 顯示的位置、大小等相關顯示所需資訊的數值。 (五) 擴增 透過即時更新與螢幕顯示器或頭戴式顯示器系統的運用，進 行擴增呈現。 三、擴增實境於教學上的應用 目前擴增實境已應用於各方面的教學上，而本研究主要的目的在於 將擴增實境應用至空間能力的學習上，故針對各式擴增實境教學中俱空 間應用的文獻加以分析敘述如下。 (一) 真實環境下的導覽與定位 以往有關於空間導覽與定位方面的應用，大多以虛擬實境 （virtual reality, VR）的方式進行，然而，建置一套虛擬實境系統 需花費相當大的成本，且以虛擬所構成的環境跟真實世界還是有 所差距，學習者較無法將學習的內容和日常生活相連結。相較於 虛擬實境，擴增實境的優勢在於其依附在真實世界裡，是在真實 世界中附加一些資訊，學習者在學習的感官上能夠更加貼近真 實，無須藉由想像，這也是為何目前學界跟業界在這方面有相當 多的應用（朱乙仲，2010；Dunser et al., 2006）。 王國雄（2010）利用擴增實境技術輔助古蹟寺廟行動學習中 也發現學童對於使用擴增實境顯示的方式與操作的方式感到有趣 與印象深刻，對於虛擬角色的神明人物與整體遊戲互動方式也覺 得好玩和新奇，能夠增加學童對學習內容的注意力。 11.
(28) 張樹安（2011）將擴增實境應用於行動導覽之研究中指出， 可將擴增實境應用於導覽情境互動，結合當地文史典故、特色商 家與空間特性設計一個當地特有的導覽經驗，讓學習者能夠沉浸 於導覽的情境中，再造文創產業的價值。 (二) 自然科學領域中的空間關係呈現 Kerawalla、Luckin、Seljeflot 和 Woolard（2006）以擴增實境 的教學方式進行自然科學的教學課程，將小學的科學教育課題如 太陽與日夜轉換、九大行星等以更加生動的方式展示出來。 廖詠年（2010）在其針對擴增實境在科學教育領域中學習與 應用的評析中指出，擴增實境應用在科學教學上，除了是教學法 的創新外，在學習成效上也多能提高學習參與度和學習動機，此 外在幫助科學教育詮釋科學知識的內容的部份，擴增實境在表達 抽象概念、提升探究實作性、協助觀察不易觀察到的自然現象， 諸如地球與太陽空間關係教育等有相當程度的幫助。 在張珈（2009）將擴增實境融入國小天文觀測教學的研究中 指出，其所開發的 MDAS 天文教學輔助工具，能有效提升學生對 於星座的基本觀念的學習成效，以及星座的辨認能力的部分學習 成效。此外，透過 MDAS 工具，能有效提升學生在天文觀測教學 中的學習興趣。 (三) 數學領域中的空間關係呈現 Kaufmann 和 Schmalstieg（2003）利用擴增實境建立教師與學 習者間合作式的幾何教學互動系統 Construct3D，藉由擴增實境的 運用，將書本上的 2D 圖片轉換成 3D 物體，讓學習者對於複雜的 空間概念能夠很容易地進行學習。此系統也提供了簡單的點線面 12.
(29) 與幾何體的構成以及布林運算的功能，可運用於高中甚至是大學 教育當中。藉由這套系統，教師在表達幾何形體的變化與空間中 的關係時可清楚並容易的讓學習者來瞭解。 陳眉期（2011）將擴增實境結合國中數學學科之立體幾何概 念進行設計，藉由擴增實境輔助教學後，實驗組學童成績上有顯 著成長，且學童對於使用擴增實境輔助教學系統之主觀使用性感 受良好。 (四) 建築與室內設計領域中的空間關係呈現 陳建同（2007）運用擴增實境的空間關係，以行為分析提出 在地體驗式設計輔助系統的觀念，並實作出 1:1 空間擴增實境設 計環境系統原型，讓設計初學者能直接體驗空間設計的呈現。研 究結果發現，此系統能讓設計者更注重設計與身體行為之間的關 連。 黃國豪（2004）將擴增實境應用於室內家具配置上，建置的 固定式與可攜式擴增實境家具配置設計系統。實驗結果發現，可 攜式系統較固定式系統在進行配置設計上的整體滿意度來得高， 顯示受測者對於以自由走動觀看的使用方式來進行家具的配置設 計有較好的評價，而從整個研究中也發現應用擴增實境技術於家 具之配置設計不僅可以提高配置設計的方便性，在配置過程中也 讓使用者覺得是有趣的。 除了上述教學應用外，Pan、Cheok、Yang、Zhu 和 Shi（2006）也 提出了許多種教材設計方式，包括互動式故事書、擴增實境遊戲、空間 擺設模擬等，讓學童透過擴增實境的輔助進行各式的學習。實驗結果也 顯示出擴增實境能夠符合教學上的要求，使教學更具彈性與創新。 13.
(30) 四、擴增實境應用與教學上的益處 擴增實境不只輔助學習，還能讓互動和介面變得更具親和力，引起 學童學習動機、提升學童學習興趣，使學習者能沉浸於學習內容中。相 關研究也都指出擴增實境可提供的教育效益（陳玥君，2010；Asai et al., 2005; Billinghurst et al., 2003）： (一) 互動性：使用擴增實境當教具，可以讓學習者輕易地操作， 並與虛擬物件進行互動，即使學童沒有任何電腦經驗也可以 進行。 (二) 認知的回饋：使用擴增實境當教具，能讓學習者融入於虛擬 物件和真實環境所組成的空間中，跟虛擬物件進行互動。 (三) 空間的關連性：虛擬與真實物件和環境的空間關係，可容易 的被辨認。 (四) 學習的新奇感：擴增實境可以讓學習者沈浸於學習內容中的 特質，可將學習內容作動態新奇的呈現，讓學習者不再只是 面對著靜態的文字資訊，藉由簡單、直覺的互動方式，可帶 給學習者許多的學習樂趣，並且引發出學習動機和學習熱忱。. 14.
(31) 第二節 空間能力 人類的生活運作與空間能力緊密相關，小至方位辨別、大至建築的 搭建都需要應用到空間能力（施幸玟，2010）。英國心理學家 Thurstone （1938）在解釋人類的智力時特別強調空間能力，並將它列入七項人類 的基本心理能力之中。多元智能論的創始者 Gardner（1983）也表示空 間能力是人們生活學習的基本能力，更是藝術、科學、數學乃至文學不 可或缺的能力之一。 一、空間能力定義 關於空間能力的定義，因所持觀點與分析層面的不同，各家學者不 盡相同。本研究就所蒐集到的中、西文獻，試著將空間能力的定義做一 歸納與整理，以此作為研究進行的依據。 國外研究者方面，Kelley（1928）認為空間能力是一種對視覺形式 的認知與記憶，或是對視覺形狀之心理操作。 Thurstone（1938）則進一步指出空間能力是能在心中記住一個空間 圖像，並在腦海中扭轉、移轉或旋轉這個圖像至一個新的位置，再將此 變動過的圖像與研究者所提供的圖像進行比對的能力。 Shepard 和 Metzler（1971）認為空間能力是指能夠透視圖像變化； 而亦有提到空間能力是能夠在心裡想像物體的旋轉，及想像物體被展開 後的平面圖或摺起後的立體圖形，或是瞭解空間中物體位置改變之關係 能力的見解。 McGee（1979）認為空間能力是個體面對圖像時，能在心中操弄、 旋轉、扭轉或翻轉的能力，並能理解及操作物體位置關係的能力。 Gardner（1983）認為空間智慧之核心能力乃是精確的認知視覺世 界，對於個體之原有認知進行轉換與修改、重建個體視覺經驗的某些層 15.
(32) 面，即使有關的物理刺激不在時亦能進行這些操作。因此以多元智能的 觀點，定義空間能力是在腦中想像事物，包含想像摺疊和旋轉物體的能 力、由描繪二維空間的物體視覺化想像三維空間的物體，以及分辨由不 同角度觀看同一物體的能力。 Lord（1985）將空間能力定義是一種在思考時產生心像以及轉換、 變化心像的能力。 Tartre（1990）認為空間能力就是空間定位。即受試者必須在心理重 新調整自己的視野，以便與視覺呈現物的表徵形成一致的能力。 Carroll（1993）認為空間能力是個體心理所認知的空間能力，當個 體在實際情境下或透過心理對於實際空間的轉換，擁有想像、認知、回 想或記憶、翻轉物體或形體的組合能力。 Crawford、Chaffin 和 Fitton（1995）在研究中指出空間能力是一種 牽涉認知形體與心像操作的能力。 Gorgorio（1998）在其研究中提出空間處理能力為結合心靈運算以 解決空間任務所需要的能力，它包含想像空間物件、關係、轉換、以及 視覺化解譯的能力，同時也能將它們編碼成文字或是多重表徵，因此空 間處理能力包含解讀空間資訊的能力、不同的空間轉換以及溝通空間資 訊的能力。 McVey（2001）則認為空間能力是指個體具有製造、操弄或是修正 形體心像的能力。 Michalis（2003）將空間能力視為一種在精神上察覺空間關係並操 作視覺與非視覺物質的認知能力。. 16.
(33) 在國內方面，近三十年才有學者開始研究空間能力。 林秀娟（1993）認為空間能力是智力的一種，是從心理計量研究和 理論中推論而知的一種智力概念。 蔣家唐（1995）認為，空間辨識圖形和操控圖像的能力，是一種「轉 換」的能力，能將二度空間的平面圖形或是三度空間的立體圖像在腦海 中想像性的轉換，轉換的原則可能是視點的變化、圖形定位的移動，或 是二度與三度圖像間的互換。 戴文雄（1998）將空間能力定義為：個體因人而異的感知、揣想或 思考空間圖像與物件，以及能依據圖解或圖案在心智上回憶、擷取、旋 轉、移動、改變方向與位置、展開、組合及思考等抽象推理的能力。 劉俊祥（2000）認為空間能力是指能夠正確辨識、觀察、透視圖形， 並將物體記憶在腦海儲存區中，然後透過想像的操弄，將圖形在心中做 位移或旋轉的能力。 吳煥昌（2001）在高工機械製圖科學童空間能力與展開圖學習成就 之相關研究中指出：空間能力是個體觀察物體而能精確成像及辨識之空 間感觀能力、將二度空間平面及三度空間立體加以旋轉、操控之旋轉能 力，以及個體將幾何形體加以組合並判斷其交線及展成平面之空間感觀 能力。 簡慶郎（2001）發現空間能力是將物體以圖像方式經由感官、記憶、 和邏輯思考方式，在腦海內轉化思考的能力，亦即一個物體或是圖案經 由視覺的接觸而在腦內產生一個平面的心像，而且要記住此心像，並將 它轉換成立體物像，再對此一立體物像加以移動、旋轉，並能夠以另一 個新的心像來呈現的能力。. 17.
(34) 康鳳梅（2002）則認為空間能力涵蓋認知能力，超越了如記憶、複 製或配對等認知能力，它含有感觀、記憶、邏輯思考以及創造性空間思 考之能力。 陳鎮潦（2003）在研究高工製圖科學童學習立體圖與提升空間能力 之相關研究時，認為空間能力是個體透過觀察、記憶，將物體圖形顯現 在腦海裡，並透過想像的操弄，將儲存在腦海中的圖形作位移、旋轉及 操控圖像的能力。 林佳蓉（2004）在幾何教學對國小二年級學童空間能力學習之研究 中，提出空間能力是指個體能夠正確辨識、觀察、透視圖形，並將物體 以圖像方式在腦海中想像性地操作、轉換、思考的能力。 洪志盈（2004）分析相關學者的論點後，以國小學童為對象將空間 能力定義為辨認觀察能力、轉換拆摺能力移動旋轉能力與空間推理能力 四個向度，並實際在建構國小空間能力指標，最後依據其指標內涵發展 國小空間能力量表。 劉再興（2004）在國小六年級幾何教學對空間能力提升的研究中提 到空間能力為個體在三維立體空間中對自身身處環境的空間認知，以及 在此空間中操弄形體，並將物體以圖像方式經由感官、記憶、邏輯思考 等方式，在腦海內轉化思考的能力。 羅雅薇（2005）則將空間能力定義為，個體能運用心理能力，將二 度空間中的圖形或三度空間中的形體，經過心理轉換、移動、旋轉或操 弄之抽象能力。 莊振中（2005）歸納國內外學者論述，將空間能力定義為：「外界 物體特徵經由人體視覺傳遞後在腦海中產生圖像，並經由邏輯思考能判 斷物體經由平移、旋轉後正確相關位置的能力。」 18.
(35) 魏春蓮（2005）在進行資訊科技融入學童立體展開圖學習研究時， 認為空間能力是將形體在二度或三度空間中進行觀察、辨識，並在心理 上做不同方位摺合、展開、位移、翻轉的操弄。 林逸農（2006）認為：空間能力指的是個體能將心像中的刺激物做 正確及有效性的控制，當個體心像中能呈現刺激物時，即表示個體做到 了視覺化的能力；當個體能正確控制心像中的刺激物時，表示個體可以 運用刺激物在空間上的關係來做旋轉、翻轉或移位該刺激物。 陳世玉（2007）認為空間能力係立基於一般的認知能力之上，對外 在刺激產生內在心像，進而操控心像以解決問題之能力。換言之，空間 能力係指個體能夠正確觀察、辨識物體，並根據視覺所吸收的圖像記憶 於腦中，且進一步透過思維想像的方式，在 2D 平面與 3D 立體之間任 意的移動、旋轉或翻轉，展現出再認、保留與回憶圖像的思考能力。 劉屾垚（2007）認為空間能力是指個體能夠在二度空間或三度空間 中進行觀察、辨識、透視形體，並將形體以圖像形式在腦海中達成轉換 或類化後，仍能理解及掌握物件之間關係的能力。 黃惠薇（2008）認為空間能力是個體要能辨識、操控及轉換二維或 三維的圖像物件。當二維或三維的圖像物件改變方向、角度、位置、或 進行拆解、組合、旋轉時，個體要能在心理辨識、操控及轉換圖像物件， 並用語言、圖像或動作等具體呈現說明。 呂潔筠（2009）認為所謂心像操作能力，是指把具體的二維或三維 圖像在腦海中想像成一個抽象的心像，並能對這個心像進行旋轉、移 動、展開、摺合、拆解…等操作的能力。 黃煥文（2009）認為空間能力是能夠將形體在心中產生心像並記憶 於腦中，並且能夠依所須的情形將形體進行旋轉、翻轉、平移、展開或 19.
(36) 摺合等操弄，進行不同角度觀察、透視的能力。 陳偉民（2010）則將空間能力定義為將物體以圖像方式經由感觀、 記憶、邏輯思考等方式在腦海內轉化思考並加以應用的能力。 施幸玟（2010）在其研究中指出，空間能力是一種心智操弄的能力， 能經由感官、認知、記憶、操作、翻弄、翻轉、旋轉、位移等方式，將 三維的立體物體和二維的平面圖形作正確而有效的控制，以瞭解空間中 物體位置改變之能力。 黃啟文（2010）將空間能力定義為一種在生活認知中能分辨方向及 位置，且能針對所接觸的空間視覺做推理性的思考，能夠正確辨識、記 憶、維持、轉換、類比及歸納物體圖形的抽象思考能力。 分析各學者對空間能力的定義，可知空間能力應先有簡單的認知能 力後，再經由辨認、觀察、轉換、拆摺、移動、旋轉、透視、推理等方 式在腦海內轉化思考後而產生的。 二、空間能力的測量 透過上述空間能力定義的整理，可發現空間能力是由許多因素所組 成，因此，空間能力的測量也就包含許多不同面向的作業。 研究者以國小學童為範疇，針對空間能力的測量進行探索，然而在 上述與空間能力相關的研究中，雖然許多都證明了空間能力的確可以廣 泛的運用在日常生活與專業學科當中，但針對空間能力指標建構方面的 研究，卻較為缺乏。研究者發現，在國小學童空間能力方面以以洪志盈 （2004）與鍾瑞國等人（2003）採用德懷術問卷調查法與文獻探討法所 建構出的國小空間能力指標較為完整，詳細指標內涵如下表 2-1 所示。. 20.
(37) 表 2-1 空間能力內涵一覽表 項目. 內容. 國小空間能力之向度. 1. 辨認觀察能力 2. 轉換拆摺能力 3. 移動旋轉能力 4. 空間推理能力. 辨認覺察能力之指標. 1. 能依給定之形體，拼配符合該形體完整特徵的能力 2. 在一群實體中，辨別其形狀同異之能力 3. 依給定的兩個實體，能自多個樣品中，選出屬於此 兩實體重疊模式的能力 4. 正確將平面展開圖轉換為立體圖的能力 5. 將立體空心造形的物件，拆轉成為平面展開圖的能 力. 移動旋轉能力之指標. 1. 判斷物體在心理旋轉後正確位置的能力 2. 判別物體在空間相對位置改變的能力 3. 辨認空間物體平移，以及是否具有對稱特徵之能力 4. 從不同立足點，判斷空間物體變化的能力. 空間推理能力之指標. 1. 透過觀察一連串形體的變化，發現形體間變化間規 則，以預測後繼變化的能力 2. 在堆疊的一堆方塊中，正確計算方塊數目的能力 3. 能預測將色紙依不同方式摺疊後，打上數個圓洞， 在展開後其圓洞所在位置. 資料來源：出自洪志盈（2004：123）. 為了使主題概念單純化與擴增實境互動設計上的考量，本研究只針 對圖形變換能力進行研究，包括物體旋轉和物體移動兩種面向，以洪志 盈（2004）與鍾瑞國等人（2003）所發展之國小空間能力量表中移動旋 轉能力指標進行測量。 三、空間能力的教學策略 電腦是提升空間能力最有效工具之一，由於電腦具彩色、移動與旋 轉、動畫及重複顯現等功能，可以快速顯現各種以前可能在現實環境中 無法複製的二度或三度空間物體或狀況（魏義鋒，2002）。 21.
(38) Olkun（2003）利用七巧板（tangram）探究四、五級學童在平面幾 何空間的學習能力；發現無論是運用實體的七巧板或是在電腦上使用七 巧板軟體，對於學童的空間能力皆有進步。 Contero、Naya、Company、Saorín 和 Conesa（2005）將電腦繪圖系 統以及草圖建模系統應用在工程教育上，研究結果顯示透過電腦的輔 助，工科學生的空間能力有所提升。 另外 Kaufmann、Steinbügl、Dünser 和 Glück（2005）的研究上指 出幾何教育是一種強而有力能改善學習者空間能力的方式。Kaufmann 等人利用擴增實境來建立幾何 Construct 3D 教學互動系統，發現此系統 對於高中和大學生在空間能力的訓練上是非常有用的工具。 沈佳興（2008）從五連方拼圖遊戲中探討不同工具對國小五年級學 童空間能力影響的研究中，發現運用使用不同學習工具作五連方益智拼 圖，對孩童的空間能力皆有助益。 而在游嘉豪（2009）空間冒險數位遊戲之教學融入與設計研究中， 利用自行開發設計的空間冒險遊戲進行遊戲式學習對國小六年級學童 進行教學實驗，研究結果發現所開發遊戲能夠使學童獲得滿意感，學童 沉浸於本遊戲中，並對空間能力有更多的認識。 劉逸帆和廖冠智（2011）在魔術方塊之悅趣化空間感知設計研究 中，利用所建構之魔術方塊空間悅趣感知系統進行遊戲式學習，研究發 現可強化學童對方塊空間的感知能力。 綜合上述，目前在空間能力的相關教學策略中，利用電腦輔助幾何 教學課程或是利用自行開發數位遊戲、實體益智遊戲如：七巧板、五連 方、樂高等進行遊戲式學習最為相關研究者所推崇。. 22.
(39) 第三節 科技接受模式 一、科技接受模式的定義與背景 科技接受模式（technology acceptance model, TAM）最早是 Davis 於 1986 年發表的博士論文中提出其概念，接著在 1989 年時 Davis 與 Bagozzi 和 Warshaw 將其用來解釋為何使用者接受或拒絕資訊科技（Park, 2009），主要是結合 Fishbein 和 Ajzen（1975）的理性行為理論（theory of reasoned action, TRA）與 Ajzen 在 1985 年提出的計畫行為理論（theory of planned behavior, TPB）為基礎，目的是希望能夠運用認知有用性 （perceived usefulness, PU）和認知易用性（perceived ease of use, PEOU） 這兩個因素來解釋、診斷、與預測使用者使用特定科技的意願。 所謂的 TRA 源自於社會心理學，主要有兩個假設前提： (一)個人的行為表現是在自己意志下且合乎理性。 (二)個人採取某行為的意向為該行為發生與否的決定因素。 TRA 最主要是用來預測和瞭解人類的行為，Fishbein 和 Ajzen （1975）認為個人從事某種行為的意向強度會直接影響實際的行為，而 個人的行為意向主要受到個人行為態度與外在主觀規範兩個因素的影 響。所謂個人的行為態度是指個人對於從事某種行為所感受到正面或負 面的想法或評價；對於從事的行為態度愈正面，則行為意向越高。主觀 規範則是指個人從事某種行為時所感受到的外在社會壓力；當所感受到 的主觀規範越趨正向則行為的意向就會愈高。個人的行為態度與外在的 主觀規範兩者間具有交互作用，理論架構如圖 2-2 所示。. 23.
(40) 圖 2-2 理性行為理論架構 資料來源：出自 Fishbein 和 Ajzen（1975:16）. TPB 為 Ajzen 在 1985 年時將 TRA 加以延伸所提出，理論架構如圖 2-3 所示，主要是在 TRA 中加入認知行為控制，以態度、主觀規範、認 知行為控制等三項因素來解釋與預測各種不同狀態下的人類行為，態度 與主觀規範愈正向且認知行為控制愈強，行為意向就愈強。此外，由於 個人所知的行為控制多少都有實際的依據，若完成此行為的難度不高、 易於達成，即使不經由行為意向，個人的認知行為控制也會與行為產生 相關，因此在計畫行為論的結構模式中，實際行為與認知行為控制之間 的關係常以虛線表示。. 24.
(41) 圖 2-3 計畫行為理論架構 資料來源：出自 Ajzen（1991:182）. TAM 則是 Davis（1986）結合上述兩者發展出的理論模式，用以瞭 解外部變數對使用者內部的信念、態度與意向的影響，進而影響科技使 用的情形。 二、科技接受模式的架構與解釋 科技接受模式包括五個主要構面：外部變數、認知有用性、認知易 用性、使用行為態度、和使用行為意向，如圖 2-4 所示。. 25.
(42) 圖 2-4 科技接受模式架構圖 資料來源：出自 Davis、Bagozzi 和 Warshaw（1989:985）. 認知有用性：使用者相信資訊科技能加強工作表現程度。意即使用 者主觀地認為使用此科技對於工作表現及未來的助益。TAM 假設當使用 者察覺系統容易被使用時，會促進使用者以相同的努力完成更多的工 作，改善工作績效。 認知易用性：使用者相信資訊科技能減少操作的負擔程度。就如同 林安泰（2010）所述，當所使用的科技愈容易，則使用者對於自我效能 與自我控制會更具信心，其對系統所持態度會更積極。 外部變數：其他可能影響使用者採用資訊科技的外部因素。Davis （1989）認為科技接受模式的外部變數會透過認知有用性與認知易用性 來影響使用者的認知態度與意向。Kang（1998）分析相關研究，指出外 部變數的重要性，像是使用者特性（對資訊的處理、背景）、資訊科技 特性（功能、複雜度）、環境特性（組織結構、溝通管道、競爭）、任 務特性（需求、困難度）都會影響使用者使用資訊科技的意願。簡文益 （2011）分析國內外 TAM 研究中涉及之外部變數，歸納成個人相關因 素（使用者的先備經驗、特質與背景）、行政與技術支援因素（資訊科 技本身特質及相關支援科技）與其他相關因素（相對優勢、複雜性、客 26.
(43) 觀有用性）三個部份，其中又以前兩項因素較常被使用。科技接受模式 主張外部變數是透過使用者信念及態度，進而對使用者行為產生影響。 使用行為態度：使用者對於使用特定資訊系統輔助工作完成的情感 表現（盧俊龍，2010），使用者使用資訊科技的態度，同時受認知有用 與認知易用性影響。當使用者認知到系統有用性愈高，則對系統所持的 態度會更趨正向。 使用行為意向：衡量使用者在進行特定行為的意願強度，意即陳國 珍（2011）所述，行為意向是指使用者從事行為的意向程度，所提出的 衡量項目如願意使用與希望使用等。TAM 假設資訊系統的使用決定於行 為意向，同時受個人對使用系統的態度與認知有用所影響。. 27.
(44) 第四節 互動性 關於互動性（interactivity）的探討，本研究共分成三部分，第一部 分將以電腦科學觀點來定義互動性，主要是針對人機之間的溝通及軟體 與硬體的人機介面設計，第二部分討論互動的形式，最後一部分說明互 動的設計，以作為本研究的理論基礎。 一、互動性之定義 當人與電腦之間產生了行為就是一種互動（interaction），而互動性 是以傳播者與接受者彼此間互動的形式及可操控性而定（蔡佩璇、游萬 來，2005；Kristof & Satran, 1995）。 Selnow（1988）指出，構成具有互動性的三個條件： (一) 訊息必須是對特定對象而發的。 (二) 交換訊息時，應根據對方所給予的回應，調整自己所要提出 的訊息。 (三) 溝通的管道必須是雙向的。 二、互動的形式 Schwier 和 Misanchuk（1993）將教材和學習者間的互動形式分成反 應式（reactive）、主動式（proactive）與雙向式（mutual）三種： (一)反應式互動： 學習者僅能根據教材所提供的固定刺激進行有限度的反應。 (二)主動式互動： 強調學習者自主建構與整合資訊的活動，學習者不僅在現有 的資訊架構中選擇與回應，還能主動地反應個人的思考與需求。 (三)雙向式互動： 強調使用者與教材之間相互因應改變，與人類的真實溝通相近。 28.
(45) Rafaeli 和 Sudweeks（1997）認為互動性有著溝通的特質，且訊息在 溝通彼此雙方之間是連續且與先前的訊息有關，因此將互動性分為單向 式（非互動）傳遞（declarative communication）、反應式（半互動）溝 通（reactive communication）以及全互動式溝通（fully interactive communication）三個層面，分述如下： (一) 單向式（非互動）傳遞： 單向式傳遞指如電視、廣播等傳統大眾傳播媒介。 (二) 反應式（半互動）溝通： 反應式溝通是由一方回應另一方，例如人機互動。 (三) 全互動式溝通： 全互動式溝通則模擬社會真實的溝通情境，其溝通內容連續 且前後相關。 Sims（1997）以教材開發者的觀點將互動性分為 11 種形式，分述 如下： (一) 物件（object）形式： 透過滑鼠或其他指向設備對物件（按鈕、人、事物）進行啟 動的程序。 (二) 線性（linear）形式： 學習者可以對教材內容進行線性的移動（往前或往後）。 (三) 階層（hierarchical）形式： 教材提供學習者預先設定好的功能，學習者透過這些功能來 找到所要學習的具體課程。例如：課程選單。 (四) 支援（support）形式： 向學習者所提供一系列的說明。例如：課程說明、按鍵說明。 29.
(46) (五) 更新（update）形式： 適性化的對學習者提出問題並依照學習者所回答的答案提供 修正與回饋。 (六) 建構（construct）形式： 要求學習者操作一定的物件一步步來完成特定的教學目標， 例如要求學生正確操作實驗步驟。 (七) 反思（reflective）形式： 教材提供作答的記錄與其他學習者的答案，並允許當前的學 習者比較與反思他的作答。 (八) 模擬（simulation）形式： 擴展學習者角色，讓學習者可以藉由教材進行角色的扮演。 與結構形式的互動有著密切的關係。 (九) 超連結（hyperlinked）形式： 提供豐富的資訊，允許學習者依照不同的路徑進行問題的解 決與瀏覽。 (十) 非沉浸情境（non-immersive contextual）形式： 結合了許多種的互動形式到一個完整的虛擬訓練環境。讓學 習者在有意義或與具體工作相關連的情境中學習。 (十一) 虛擬沉浸（immersive virtual）形式： 讓學習者完全進入到一個由電腦所建構的虛擬世界中進行學 習，使學習者有如身歷其境的感覺。 Taylor（1998）則指出在學習活動裡互教學者與學習者、學習者與 學習者間也會產生互動。因此將互動的形式分作社會的（social）及個人 的（individual）兩種，分述如下： 30.
(47) (一) 社會的互動形式： 師生或同儕間的互動，也就是所謂人與人間的互動形式。 (二) 個人的互動形式： 學習者與教材之間的互動，包括書本、錄音帶、錄影帶或電 腦輔助學習課程等。 隨著學習理論的不斷發展，對於互動性的劃分也更為細緻，設計者 們逐漸從人機互動中單純的行為操控進一步的去探究學習者的內部認 知，此外，教材中回饋與反思的互動機制愈來愈受到重視，並透過新興 科技的運用，營造擬真的學習情境使學習者能夠達到預期的學習目標。 三、互動性設計 數位教材中的互動性設計，能夠讓學習者擁有主動性，並且控制整 個教材瀏覽的順序、與速度，藉著提供與生活經驗相關的、更易接近真 實社會、具有挑戰的及回饋的學習內容，能夠增加學習者對學習問題的 掌控、認為所學得的是有用的，並可提昇學習者主動探索的意願動機（計 惠卿、張秀美、李麗霞，2005；高啟洲、唐璽惠、詹明惠，2005）。 王泓斌（2002）指出在互動多媒體的設計階段裡，直接地把主動瀏 覽的責任交給使用者，是互動式設計的起點，但媒體設計者必須決定在 什麼地方、用什麼方式讓使用者取得控制權。一個成功的互動設計是要 讓學習者能夠以直覺的方式告訴電腦要做些什麼，而不需間接透過他人 的協助來達成。 許勝雄（2004）則提出了互動式多媒體設計之策略如下： (一) 減少規則說明 學童對抽象觀念與規則理解能力有限，以直接學習的方式較 佳。 31.
(48) (二) 善用視聽媒體 在教學過程中可藉助視聽器材輔助瞭解，如實體、模型、圖 片、錄影帶等等，增加刺激。 (三) 縮短課程時間 學童注意力集中有限，因此在教材單元課程時間的設計上需 拿捏準確。 (四) 重複練習教材 學童記憶力不能持久，學習必須緩慢漸進，因此同樣的內容 可以採用不同形式提供學童學習，讓學童有反覆練習的機會，同 時增加其信心與成就感。 互動性是數位學習科技異於傳統媒體科技的特點，瞭解互動的形式 與互動設計的重點將有助於設計者在設計互動式教材時能夠在教材與 學習者的互動上做更進一步的構思與規畫，進而發展出優質的互動式教 材。. 32.
(49) 第三章 研究設計與實施 本章旨在針對本研究之研究架構、研究方法、研究設計、研究對象、 研究工具、實驗實施程序及資料分析與處理分節敘述如下。. 第一節 研究架構 本研究為評估與驗證擴增實境教材對學童空間能力的影響，根據文 獻探討建立如圖 3-1 之研究架構。. 圖 3-1 研究架構. 一、自變項 本研究的自變項為教材互動性，以兩種不同互動性教材來進行空間 能力學習。實驗組接受高互動擴增性實境教材，對照組則接受低互動性 擴增實境教材。 二、依變項 本研究的依變項為空間能力。所謂之空間能力在本研究中包括立體 圖的旋轉、物體相對位置的改變、圖形的平移與翻轉、從不同角落看東 西四個部分。. 33.
(50) 第二節 研究方法 一、文獻分析 研究者首先對相關文獻進行蒐集與閱讀，用以探究擴增實境、空間 能力、互動性、科技接受模式等相關理論，作為本研究之理論基礎與教 材設計考量的依據。 二、準實驗研究 本研究採取準實驗研究法之不相等控制組設計，實驗組與對照組均接受 國小空間能力量表之前測與後測，其中實驗組接受高層次互動之擴增實 境教材，對照組接受低層次互動之擴增實境教材 三、問卷調查 設計擴增實境接受度問卷，以問卷方式調查研究學童在接受過本次 實驗研究之後，對於擴增實境教材的接受度、是否願意繼續使用教材， 以及對於課程的感想等方面，問卷的設計上以科技接受模式的外部變 數、認知有用性、認知易用性、使用態度、使用行為意向等五個構面來 設計。. 34.
(51) 第三節 研究設計 本研究採取準實驗研究法，選定臺北市某國民小學四年級四個班 級，設計不同互動性之擴增實境空間能力教材，並請課程內容專家與教 師審核教材，之後實施三節之教學實驗。為瞭解擴增實境教材的互動性 對學童空間能力的影響，本研究以國小空間能力量表進行前後測，並透 過擴增實境接受度問卷來瞭解學童對擴增實境空間學習課程的接受程 度。 實驗設計如表 3-1 表 3-1 實驗設計 組別. 前測. 實驗處理. 後測. 實驗組. O1. X1. O3. 對照組. O2. X2. O4. O1：表示實驗組的受試者在實驗處理前接受國小空間能力量表前 測。 O2：表示對照組的受試者在實驗處理前接受國小空間能力量表前 測。 X1：表示實驗組的受試者接受高互動擴增實境教學的實驗處理。 X2：表示對照組的受試者接受低互動擴增實境教學的實驗處理。 O3：表示實驗組的受試者在實驗處理後接受國小空間能力量表後 測。 O4：表示對照組的受試者在實驗處理後接受國小空間能力量表後 測。. 35.
(52) 第四節 研究對象 本研究基於時間、人力、行政配合與經費等限制因素之考量，採便 利取樣。以臺北市某國民小學四年級四個班級學童為研究對象，隨機分 派兩班為實驗組，另外兩班為對照組，其中實驗組為 36 人，對照組為 39 人，於實驗期間透過擴增實境空間能力教材進行三節課程，並由研究 者本人擔任講師。. 36.
(53) 第五節 研究工具 為了有效達到研究目的，本研究使用工具包含下列幾項：國小空間 能力量表、擴增實境接受度問卷、擴增實境空間能力教材，茲說明如下： 一、國小空間能力量表 本研究徵得洪志盈學者與鍾瑞國學者同意，採用兩位學者所編製的 國小空間能力量表進行學童空間能力的評估，以下分別說明其來源、編 製過程、內容、信度及效度等資料。 此空間能力量表是根據學童發展空間能力的理論基礎與相關研究 理論所建構，以德懷術問卷，選取十一名德懷術專家進行前後共三次問 卷填答，就資料分析所得結果，歸納出國小空間能力向度及指標細項。 依據該指標內涵，發展適合國小學童之空間能力預試量表。從彰化地區 國小，按照城鄉所在、規模大小，選取適當學童作為預試樣本。就預試 所得資料，進行項目分析，發展正式題本，隨後進行正式施測，建立百 分等級、t 分數等常模，並採用 t 考驗、單因子變異數分析等統計方法考 驗研究假設（洪志盈，2004；鍾瑞國等，2003）。 為瞭解擴增實境對提昇國小學童空間能力之表現，並切合本研究對 空間能力之定義，因此，本研究取國小空間能力量表中移動與旋轉能力 向度內的立體圖的旋轉、物體相對位置的改變、圖形的平移與翻轉、從 不同角落看東西共四個分量表進行施測，本研究中所提到的空間能力量 表成績，為四個分量表的成績總和。四個分量表之信度分別 為.66、.73、.93、.89，而總量表之信度為.96。 量表計分方式依答對題數計分一題一分，立體圖的旋轉分量表 14 題、物體相對位置的改變分量表 13 題、圖形的平移與翻轉分量表 20 題、 從不同角落看東西分量表 20 題，共計 67 題。 37.
(54) 二、擴增實境接受度問卷 本問卷以 Davis（1989）所提出的科技接受模式為基礎，針對擴增 實境教材為範疇加入外部變數（external variables）之影響，建構出一個 擴增實境教材的接受模式。 在認知有用性方面： 本研究將此描述為「學童主觀認為使用擴增實境教材能幫助 學習的程度」。 在認知易用性方面： 本研究將此描述為「學童所認知擴增實境教材容易使用的程 度」。 在使用行為態度方面： 本研究將此描述為「學童對於使用擴增實境進行學習時的喜 好程度」。 在使用行為意向方面： 本研究將此描述為「學童未來想繼續使用擴增實境教材進行 學習的可能性」。 在外部變數方面： 科技接受模式主張外部變數是透過使用者信念及態度，進而 對使用者行為產生影響，在數位學習領域的相關研究上，也有多 位學者運用科技接受模式探討學習者在數位學習領域的使用傾向 （吳怡馨，2007；林信志、湯凱雯、賴信志，2010；張金鐘，2002； 陳玉婷、蔡立元，2009），本研究針對研究範疇，以擴增實境教 材之互動性作為外部變數進行探討。. 38.
(55) 另外，為瞭解學童對於擴增實境運用至實際教學中，學童最直接的 感受，最後一大題採用開放性的題項，詢問學童對於此次課程的感想。 本問卷經指導教授及兩位資訊教育與科技應用的專業教授及三位 自然與生活科技教師進行內容效度檢核，經專家修訂後，編製而成。 題目共計 21 題，包含認知有用性 5 題、認知易用性 5 題、使用行 為態度 5 題、使用行為意向 5 題、開放性問題 1 題，除開放性問題外， 其餘各題採李克特式（Likert）五點量尺進行計分。 三、擴增實境空間能力課程 本課程依據 Heinich、Molenda、Russell 和 Smaldino（2002）所提出 的 ASSURE 教學設計模式進行設計。主要包含六個步驟：A（analyze leaners）：分析學習者，S（state objectives）：敘寫目標，S（select methods, media and materials）：選擇媒體與教材，U（utilize media and materials）： 使用媒體與教材，R（require learner prticipation）：激發學習者參與，E： （evaluate and revise）評鑑與修正。 (一) 分析學習者 一般特性：以國小四年級學生為對象，林浚傑（2007）在其 研究中指出，國小四年級為學童平面空間能力發展的重要關鍵時 刻，且其成長速度也較為快速。李侑巡（2010）也表示四年級學 童正位於 Piaget 的認知發展論中之具體運思期（7~ 11 歲），已開 始具有邏輯思考能力。此外，考量學校在四年級上學期數學課程 方面已完成角度、垂直平行、三角形等幾何概念的教學，對於空 間幾何的理解能力方面有一定的水準。 (二) 敘寫目標 本課程的目標在於讓學童透過自行操作七巧板完成三個學習 39.
(56) 單元，除享受七巧板組合解題上的樂趣外也藉由完成圖形後，運 用擴增實境呈現 3D 虛擬物件，加深學童的視覺經驗感受，以期能 夠進一步活化學童學習的方式與動機。 完成本次的教學活動之後，學童能夠： 1. 判斷物體在心理旋轉後的正確位置 2. 判別物體在空間相對位置改變 3. 辨認空間物體平移，以及是否具有對稱特徵 4. 從不同立足點，判斷空間物體的變化 5. 認識何謂擴增實境 6. 瞭解擴增實境教材的使用方式 7. 藉由擴增實境，與 3D 虛擬物件進行互動 (三) 選擇媒體與教材 本研究運用七巧板來進行擴增實境標記的拼湊，使學童經由 實際拼圖引發共鳴或產生興趣，並藉由與擴增實境 3D 虛擬物件的 實際互動，希望能幫助學童建立一個完整的空間印象。 本研究採用自行發展的擴增實境空間能力教材進行教學，教 材內容的設計主要依據課程目標進行規劃，考量國小一節課程的 授課時間僅有四十分鐘，並參考許勝雄（2004）的互動式多媒體 設計策略中所提及學童注意力集中有限等論述，教材內容以三十 分鐘為限。主要的設計理念在於運用擴增實境提供學童一個生動 且能與現實生活相結合的經驗，充分引發學生對於空間能力課程 的興趣，因此，七巧板拼湊的內容選擇以基本幾何與常見的事物 為主，分為基本圖形、動物圖形、交通工具圖形三大單元。. 40.
(57) 由於教材互動性為本研究所要探討的因素之一，分析相關文 獻後將具較高操控程度的擴增實境教材定義為高互動性教材，使 用者能對擴增實境所呈現之 3D 虛擬物件以鍵盤進行主動的操控； 而低互動性教材則無法對擴增實境所呈現之 3D 虛擬物件進行操 控。兩組教材的差異如下所述： 1.低互動擴增實境教材： 學習者在完成七巧板標記拼圖後，僅呈現 3D 虛擬物件， 學習者只能夠藉著移動標記與物件的自主旋轉來觀察 3D 虛擬 物件的改變，無法進行自由的操控。 2.高互動擴增實境教材： 學習者在完成七巧板標記拼圖後，除呈現 3D 虛擬物件外， 還能夠運用鍵盤操控 3D 虛擬物件進行放大、縮小、旋轉與平 移的活動。3D 虛擬物件的大小、縮小如圖 3-2 所示；3D 虛擬 物件的旋轉如圖 3-3 所示；3D 虛擬物件的平移如圖 3-4 所示。. 圖 3-2 3D 虛擬物件的放大、縮小. 41.
(58) 圖 3-3 3D 虛擬物件的旋轉. 圖 3-4 3D 虛擬物件的平移. 42.
(59) 教材整體介面以簡單操作、目標清楚、方便使用為最主要的 目標，並力求做到以下幾點： 1.內標題、內容文字及多媒體元件排版，具一致性。 2.運用字體、大小及顏色突顯主題與內容。 3.版面設計單純化，避免使用較難理解的隱喻圖像或文字。 4.教材按鈕設計以滑鼠控制為主，讓學習者可以直覺的操作。 5.避免太多複雜的操作方法，便於學習者記憶與學習。 教材介面設計部分如圖 3-5、圖 3-6 與圖 3-7 所示。. 圖 3-5 教材首頁. 43.
(60) 圖 3-6 單元選擇頁. 圖 3-7 單元進行頁. 44.
(61) (四) 使用媒體與教材 一開始，先說明課程進行的方向，並對學童進行擴增實境與 七巧板的介紹，接著進行七巧板拼圖練習，結束之後，請同學發 表對於教材是否有問題要提出，教師再加以講解。 接著對單元活動主題進行說明，說明結束後進行單元活動， 讓學童運用七巧板拼成擴增實境的標記，逐項使 3D 虛擬物件顯 現，教師再輔以精簡的介紹，完成課程講授與操作的部分。 (五) 激發學習者參與 在授課當中，請同學實際操作七巧板，並針對教學內容圖形， 推論出可能的排列解答。透過此過程來建立學生對平面視覺空間 的正確觀念，經由討論和視覺與聽覺經驗的分享，加深學童對空 間概念的認識。 (六) 評鑑與修正 藉由觀察學童在教學過程中的參與及反應熱烈程度與科技接 受度問卷，來評鑑教學媒體的選擇及運用是否恰當。. 45.
(62) 第六節 實施程序 在實驗實施的程序方面，如圖 3-8 所示，首先先對教學的內容進行 說明，讓學童瞭解教材與擴增實境的運用，接著讓學生熟悉教材的使用 方式與七巧板標記的拼湊練習然後實施國小空間能力量表前測，完成第 一部分。 第二部分則依實驗組與對照組分別進行不同互動性之擴增實境空 間能力課程。 第三部分在於國小空間能力量表後測與擴增實境接受度問卷的實 施。. 圖 3-8 實施程序圖. 46.
(63) 第七節 資料分析與處理 一、描述統計 利用平均數統計對擴增實境接受度問卷結果進行分析，並探討學童 在接受教學實驗之後，在認知有用性、認知易用性、使用行為態度與使 用行為意向四個構面的看法。每一題分數越高代表受試者越同意該題 項，此部分將算出問卷的每一題的平均分數，並利用標準差統計針對問 卷的題項算出其標準差，來看學童對於此擴增實境教材看法的分散程 度。 二、成對樣本 t 檢定 利用成對樣本 t 檢定分析學童在國小空間能力量表前、後測的成績 是否有顯著的改變。 三、共變數分析 運用單因子共變數分析，以國小空間能力量表前測分數為共變數， 教材互動性為自變項，國小空間能力量表後測分數為依變項，首先進行 迴歸係數的同質性考驗。若符合組內迴歸係數同質性假設，再進行共變 數分析。 四、相關分析 以皮爾森相關係數檢定（Pearson Correlation）對各變項間之相關性 進行檢測，以分析變數間的相關程度。 五、迴歸分析 以線性迴歸法，預測擴增實境接受度問卷中自變項對依變項的解釋 能力。. 47.
(64) 48.
(65) 第四章 研究結果與討論 本研究主要探討運用不同互動性之擴增實境教材對國小學童空間 能力的影響，並了解國小學童在透過擴增實境教材的教學後，對擴增實 境的科技接受度。本章共分三小節，第一節為擴增實境教材對國小學童 空間能力之影響；第二節為擴增實境教材互動性對國小學童空間能力之 影響；第三節為擴增實境接受度問卷分析。. 第一節 擴增實境教材對國小學童空間能力之影響 本節主要根據研究目的一，探討國小學童在接受擴增實境教學後， 擴增實境教材對空間能力上的影響。 根據研究目的所建立的研究假設為： 假設一：擴增實境教材會影響學童的空間能力。 根據假設一，使用成對樣本 t 檢定來檢驗，以分析兩組學童透過擴 增實境教學之後，在國小空間能力量表的前、後測結果是否有顯著的差 異其分析所得的結果如下表 4-1 與表 4-2： 表 4-1 實驗組在「空間能力量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 組別 實驗組. n 39. 國小空間能力. 國小空間能力. 量表前測. 量表後測. M(SD). M(SD). 24.23(8.794). 38.77 (13.060). 後測-前測 14.538. t值 7.140***. Sig. .000. ***p< .001. 依據表 4-1，實驗組學童在「空間能力量表」的成績表現上，前測 平均數為 24.23，標準差為 8.794；後測平均數為 38.77，標準差為 13.060。 t 值為 7.140，p 值<.001，達顯著水準。. 49.
(66) 表 4-2 對照組在「空間能力量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 組別 對照組. n 36. 國小空間能力. 國小空間能力. 量表前測. 量表後測. M(SD). M(SD). 22.92(9.623). 37.28 (10.495). 後測-前測 14. 361. t值 7.623***. Sig. .000. ***p< .001. 依據表 4-2，實驗組學童在「空間能力量表」的成績表現上，前測 平均數為 22.92，標準差為 9.623；後測平均數為 37.28，標準差為 10.495。t 值為 7.623，p < .001，達顯著水準。 由此可知，在接受擴增實境教學後，兩組學童在「空間能力量表」 的成績表現皆有顯著的改變，且後測成績均高於前測的成績。 另以各分量表所得之成績作分析，分別為立體圖的旋轉分量表、物 體相對位置的改變分量表、圖形的平移與翻轉分量表與從不同角落看東 西分量表。 在「立體圖的旋轉分量表」方面。結果如表 4-3 與表 4-4 所示： 表 4-3 實驗組在「立體圖的旋轉分量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 組別 實驗組. n 39. 立體圖的旋轉. 立體圖的旋轉. 前測. 後測. M(SD). M(SD). 6.31(2.839). 9.46 (2.563). 後測-前測 3.154. t值 5.099***. Sig. .000. ***p< .001. 依據表 4-3，可得知實驗組學童在「立體圖的旋轉分量表」的成績 表現上，前測平均數為 6.31，標準差為 2.839；後測平均數為 9.46，標 準差為 2.563。t 值為 5.099，p < .001，達顯著水準。. 50.
(67) 表 4-4 對照組在「立體圖的旋轉分量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 組別 對照組. n 36. 立體圖的旋轉. 立體圖的旋轉. 前測. 後測. M(SD). M(SD). 7.08(3.074). 9.47(2.077). 後測-前測 2.389. t值 4.707***. Sig. .000. ***p< .001. 依據表 4-4，可得知對照組學童在「立體圖的旋轉分量表」的成績 表現上，前測平均數為 7.08，標準差為 3.074；後測平均數為 9.47，標 準差為 2.077。t 值為 4.707，p < .001，達顯著水準。 由此可知，在接受擴增實境教學後，兩組學童在「立體圖的旋轉分 量表」的成績表現上皆有顯著的改變，且後測成績均高於前測的成績。 在「物體相對位置的改變分量表」方面。結果如表 4-5 與表 4-6： 表 4-5 實驗組在「物體相對位置的改變分量表」前後測成對 t 檢定統計分析表. 組別 實驗組. n 39. 物體相對位置. 物體相對位置. 的改變前測. 的改變後測. M(SD). M(SD). 5.54(2.645). 7.92(3.003). 後測-前測 2.385. t值 4.702***. Sig. .000. ***p< .001. 依據表 4-5，可得知實驗組學童在「物體相對位置的改變分量表」 的成績表現上，前測平均數為 5.54，標準差為 2.645；後測平均數為 7.92，標準差為 3.303。t 值為 4.702，p < .001，達顯著水準。 表 4-6 對照組在「物體相對位置的改變分量表」前後測成對 t 檢定統計分析表 組別 對照組. n 36. 物體相對位置. 物體相對位置. 的改變前測. 的改變後測. M(SD). M(SD). 4.36(2.167). 7.17(2.741). ***p< .001. 51. 後測-前測 2.806. t值 5.237***. Sig. .000.
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