多媒體能源導論教學之研究

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多媒體能源導論教學之研究

鄭鈞元、黃文良 國立高雄應用科技大學電機工程學系 Email: [email protected]

摘要

能源是建構現今社會的主要基材之一，大量地使用能源已經改善了我們的經濟發展與生活水平。然而近年來，發生全球暖化、酸雨、輻射污染及石油短缺等問題，世人對於能源議題重視的程度也相對的提高，因此能源教育的推廣在各國受重視的程度也逐漸上漲。有鑑於此，本文規劃一套極適合工科系大學生修習的能源導論課程，包括多媒體教學運用及利用派翠網路流程，結合網路數位學習教學平台與多媒體教材資料庫實施，期有助於提升國內大學能源教育的發展。關鍵字：能源、能源導論、多媒體教學、數位學習、網路教學

1. 前言

能源是建構現今社會經濟發展與生活水平的主要基材，其可利用性與成本是影響國家經濟成長的主要因素之一，人們為了求生存與達到更舒適的生活品質又兼具不浪費資源，合理的使用能源也變成全民應具備的重要觀念，因此對於能源或能量的基本認知是使用能源的常識，基礎能源教育的推動也能降低人民對能源素養的落差[1~5]。在各國致力於新能源開發之際，我們自身必須了解到能源是今日每個人日常生活中的必需品，所以不該自絕於外，對於國內外能源相關技術與知識均不應忽略。有鑑於此，提升大眾能源素養也顯得必須，基礎能源教育推廣也成為今日我國重點教育之一。但是由於我國自產能源資源極為缺乏，除了少量的煤、石油、天然氣及水力外，百分之九十八以上能源均需仰賴進口。綜合以上觀點，能源問題對於我國的嚴重性會比其他自產能源充足國家更趨顯著；因此在開發不易的情況之下，能源教育養成的向下紮根，更是燃眉之急。所以我國在民國94 年，經濟部能源局主導規劃各級學校推動能源教育策略，其中第九條所述學校能源教育的策略與施行要領，第二項加強各級學校能源教育，其第五點提出了：「大專學生應接受一般能源通識課程，以增加能源知識。理、工、商、教育及相關科系學生，應在各專業學科相關課程內加強能源教育之內涵，並在選讀與其科系相關之專業共通能源課程。」據此可看出政府對於能源教育的推廣極為重視，可惜目前國內各大專院校將能源教育納入通識課程或是做為選修課程的並不多見，使得這類課程的規劃與設計研究十分缺乏，因此本論文即欲提出一套完整的課程設計規劃供給欲參與能源教育教學的老師或者是研究人員之一有力的參考依據。本研究嘗試利用數位學習模式與多媒體模式來推廣能源教育，因此網際網路的數位學習模式，已逐漸成為 21 世紀的學習主流，其在老師教材呈現與學生學習方式的多樣化方面，在傳統能源教育環境下是較難達到。且數位學習更可以突破空間與時間的限制，在任何時候都可以進行。以上這些優點均可在能源教育上妥善地加以利用。

2. 能源導論課程規劃

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系電力組學生極佳的學習動機及環境。過去數年來高雄應用科大電機系於二技及四技學制低年級課程中，開授能源資源及網路應用選修課程，其結合多媒體教學及數位學習技術，使修課學生具備擷取全球重要能源資訊能力及培養優質的能源素養，可作為他們日後修習電能相關學科之良好基礎。有鑑於此，本文特別提出一門極適合工程科系開課的能源導論課程，文中除針對課程單元仔細加以規劃外，並以多媒體及數位學習模式融入教學，期能培育出更多的優秀能源科技人才[6]。本文研究目的在於規劃出一適合大學層級實施之能源導論課程，期望藉由豐富的能源議題吸引更多學子的眼光，大家一起關心及投入能源科技的研發工作，國家未來才更有希望。能源導論課程之教學目標在於促使學生明白現代能源的重要性、建立學習能源科技的理論基礎、熟悉各種能源資源、學習合理的能源應用。至於能源導論課程內涵規劃主要包括能源概論、能源科學、能源資源、能源應用及未來展望等五個課程單元，各單元內容分述如下（如表1 所示）： 1. 能源概論：闡述能源的重要性，辨明能源及能量二者的差異，說明全球能源供需現況，列舉國內外重要能源網站連結。 2. 能源科學：描述能量的起源及各種能量形式、能量轉換、能量不滅定律及效率。 3. 能源資源：廣泛探討傳統能源（煤、石油、天然氣、鈾）及再生能源（太陽、風力、水力、海洋、生質及地熱）之現況、應用、環保及未來等相關知識及技術。 4. 能源應用：針對節約能源、能源政策、能源經濟、及能源與環境等重要議題進行討論。 5. 未來展望：針對能源的永續性、人類未來能源供需預測、人類未來新能源開發與使用、及個人能源素養等提出呼籲。課程教學方法可以有多種選擇，無論是傳統教學方式或是數位學習模式，教師均可以參考上述教材大綱循序漸進教學，期使學生充分理解吸收。至於課程教學評估方面，無論選取何種教學方式，由指定作業或測驗中，如能盡量客觀地給予學習評量，將是對於學習者最佳的鼓勵。「能源導論」課程之傳統教學評估方式共有三種如下所示： (1) 言語面談評估：教學者可與學生面對面進行交談，藉著討論的方式來了解學生對於該單元的了解，藉此評估學生程度。 (2) 文字、考試評估：此方法是傳統課程最常被使用的方法，教學者為了瞭解學員程度，藉著交報告與單元隨堂測驗，來了解學生對於每個單元的程度，也是最客觀的學員評估方法，對於學員間評分會較無爭議性。 (3) 觀察評估：目睹觀察學生行為，藉以評估學員能力，但以學員數較多的班級實施不易，僅適合用於學員數較少的班級課程。於能源導論數位學習教學模式當中，如何引導學生利用網路技術及資源提升其學習興趣是一項挑戰，因此吾人需要針對特定課程內容設計出吸引人的數位教材，學員可依序進行指定作業的數位學習訓練（表 2）強化學習效果，如此不僅可加強能源觀念，同時也可以訓練學生熟悉文書軟體、多媒體網頁及其他軟體的應用能力。表1 能源導論課程單元及內容規劃課程單元課程內容說明上課時數 1 能源概論 z 何謂能源 z 能源使用的歷史 z 能源種類與型態 z 能源危機 z 國內外能源網站觀摩 6hr

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課程單元課程內容說明上課時數 2 能源科學 z 熱與功介紹 z 能量的型式 z 能量效率 z 能量守恆 z 量度與換算 12hr 3 能源資源 z 傳統能源 ─ 煤 ─ 石油與天然氣 ─ 鈾（核分裂） z 再生能源 ─ 太陽光、電 ─ 生物質 ─ 水力 ─ 潮汐 ─ 風 ─ 海浪 ─ 海洋溫差 ─ 鹽梯度 ─ 地熱 ─ 燃料電池 18hr 4 能源應用 z 節約能源觀念 ─ 改變生活方式 ─ 自技術面著手 z 節約能源應用 ─ 工業 ─ 商業 ─ 住宅 ─ 運輸 z 能源與環境 ─ 空氣汙染 ─ 全球暖化及溫室效應 12hr 5 未來展望 z 永續發展 z 未來能源供需 6hr 總上課時數 54hr 表2 能源導論數位學習練習作業課程數位指定作業練習方向檔案類型 1 能源概論 z 區別能源及能量 z 蒐集能源新聞 pdf doc 2 能源科學 z 能量圖片（國內外網站） z 能量轉換 jpg wmv 3 能源資源 z 能源圖片（國內外網站） z 能源種類及利用 jpg wmv 4 能源應用 z 搜尋節能技術論文 z 節能短片欣賞 pdf wmv

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課程數位指定作業練習方向檔案類型 5 未來展望 z 搜尋新能源技術 z 初級網頁設計 pdf html

3. 數位學習與多媒體網路教學

隨著資訊技術的進步，教學媒體種類繁多，如善加利用將極有助於提升學習興趣及效果。教學媒體如依特性可分成電聲、光學投影、電視及電腦等四大類，其中尤以電腦網路多媒體最為風行。採用媒體教學的優點整理如下： 1. 提供「個別化教學」情境。學習者可以自由選擇學習課程及靈活控制學習的步調。 2. 能掌握每個學習者之學習進度與成績，提供最合適的學習序列。 3. 為學習者鞏固己有知識和提高解決問題的技巧提供大量的練習機會。 4. 網際網路充分呈現出爆炸性的知識成長，它可以處理各種型態的資訊如圖像、文字、聲音及影像等，更多的資訊可以很容易地被放入教學者的提案中。 5. 對學習者的行為中個人化反應產生即時快速的增強作用。 6. 因顏色、音樂、影片動畫的加入，可使教學情境更加真實，對於實習訓練、實驗活動、及模擬教學等極有幫助。圖1 能源導論 ES 網路教學平台數位教學平台好比是傳統教室講台，教師授課能否獲得學生共鳴，重點還是在於課程的數位內容是否完備才行[16]。有鑑於此，本研究利用 ASP.NET 語言與多媒體製作軟體 Flash MX，自行設計開發簡易之多媒體能源導論網路教學平台系統（簡稱ES）之網路輔助教學系統與多媒體作品管理系統（Multimedia Net），可提供教師快速有效地管理每學期所開授之網路輔助教學課程，讓教師容易將其上課資源（如講義、作業、測驗）有效率的加以管理，除了順利依照劇本進行教學任務外，最重要的是利用資訊科技將教學資源不斷地累積、保存於多媒體作品管理系統，下一次授課時可以再利用而不至於浪費或因失於整理而遺失過去課程重要資料。而且以數位內容方式編輯之上課教材，提供教師容易於不同課程間流通及共享，提升教師的教學品質與教材效率化使用。

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ES 網路教學平台是針對教育目的所設計出的主從架構網路輔助教學管理系統，前端應用程式扮演著與使用者溝通的角色，簡單具有親和力的使用介面，提供使用者進行查詢、修改等輸出入作業，後端伺服器則負責執行前端應用程式所傳來的命令，將處理結果回傳前端應用程式，直接結果顯示在使用者的眼前，多媒體視覺化介面令使用者容易線上學習，平台入口畫面如圖1 所示。

ES 為一架構在 Windows 2000 Server（需安裝 Microsoft .NET Framework）之網路輔助教學系統，使用 ASP.NET 設計並以 SQL Server 2000 為其資料庫。系統整體架構如圖 2 所示。圖2 ES 系統設計架構多媒體數位學習的目標在於促使學生注意，引發興趣及開始學習。為了要讓學習真的是令人耳目一新，因此各單元課程的數位內容必須推陳出新提供多樣化的教材，進一步明確表示出教學觀念，例如多媒體視訊短片、演講簡報均可安排用來作為課堂講義。由選單進入數位課程後（圖3），呈現出能源導論的起始網頁（圖 4），學生們藉由數位講義區、作業區開始漸漸地熟悉該課程之各項議題及獲得專業知識，並且可以透過討論區互動學習。圖3 ES 課程選擇選單

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圖4 能源導論的起始網頁 ES 能源導論教學平台之系統架構主要分為四大模組：註冊、課程、測驗及討論區模組，而程式設計則是根據一般教學情境加以實現。各模組功能分述如下： (1) 註冊模組 使用者在使用ES 之前，需先通過註冊認證程序。即使用者線上辦理註冊並送出資料後，系統將會寄送認證信至使用者之電子信箱。使用者只要按照認證信所指示之步驟執行，即可完成認證，稍後即可以登入 ES，開始進行選課事宜。 (2) 課程模組 在使用者登入系統後，尚無法登入任何一門課程。此模組提供使用者做加選課程之動作，使用者依其所需選擇課程。加選課程後，ES 將會通知授課老師。在授課老師認可後，才會開啟申請修課學生登入課程的功能。除此，課程模組更提供課程規劃、授課教師資料、班級聯絡簿，家庭作業和補充講義等重要教學功能。學生可以藉此了解課程大綱及內容，並可隨時隨地瀏覽或下載授課老師所提供的線上講義。授課老師亦可在線上提出家庭作業，加強及監督學生之修課進度。 (3) 測驗模組 此模組提供線上測驗功能，授課老師可在線上編輯測驗題目，擇日測驗。測驗的題目主要為選擇題，可以單選或複選，而且老師可自行分配比分。在所有學生皆完成測驗後，老師可以公佈正確答案，系統亦會保留學生原始答案，以供比對。 (4) 討論區模組 此模組提供一線上討論平台，修課學生及老師可在討論區內集思廣益，彼此互動，討論課程相關內容。至於ES 系統管理者部分，主要提供管理者幕後對於教師、學員及課程增加及刪除的工作，讓整個網路輔助教學工作變得容易可行。綜言之，ES 可以提供作為教師個人的網路輔助教學管理系統，或是提供有興趣的教師作為網路輔助教學的線上平台。早期電腦系統，由於磁碟容量缺乏及主記憶體過小，多媒體資料很難有效的加以管理。但近十年來，電腦硬體的技術已快速提升，無論是硬碟容量或是主記憶體大小均突飛猛進，甚至電腦硬體廠商打出多媒體電腦廣告以吸引電腦新鮮族嘗試著汰舊換新。

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多媒體電腦系統之所以如此普遍，是因其涉及的領域相當廣泛，無論在娛樂、教學、日常活動中，幾乎都可以利用多媒體來呈現效果。傳統資料庫大多用來處理一般資訊，而資料庫系統通常具有較強的資料管理能力，因此，將資料放入資料庫中，不僅可以縮短應用程式開發的時間，同時也讓資料管理問題交付給資料庫系統來解決。面臨數量如同雨後春筍般增加的多媒體檔案，多媒體資料庫管理已成為使用者一個不錯的應對方式。本研究在能源導論課程中開發為數不少的多媒體教材以輔助課程進行，其中每項多媒體教材製作均需要花費許多時間，因此考量如何適當地將每學年的教材加以有系統的保存，或是將學員作品有效地整理與應用時，此時如能自行開發多媒體資料庫系統，將有助於提供教學管理及增加學習效果。本研究自行開發之多媒體平台人性化介面如圖5 所示，藉由資料庫建置可以更加有系統地管理多媒體教材，發揮教學特色並提升學習效果。圖5 多媒體資料庫展示畫面

4. 能源導論數位學習策略

透過網路輔助教學平台可以開始進行數位學習，如欲提升學習效率，則尋求適當的教學方法是必需的。學習是一連串過程及合成的結果，一般工作流程的程序為了加快處理效率，經常將沒有先後關係的活動加以並行或同步的方式處理，不過卻常造成死結或是沒有使用的工作出現在流程定義中。本研究採用派翠網路（Petri Net）作為課程流程分析，協助管理者看出課程流程執行時的缺失與錯誤。本研究採用傳統派翠網路作為流程程序定義的工具，傳統派翠網路包含轉移（transition）、置位（place）、具方向之直線（directed arc）與標記（token）等四個要件。圖 6 表示某一個傳統派翠網路，其中長方型表示轉移、空心圓表示置位、實心圓表是標記。每條方向性直線都會有一個權重，當弧線（arc）權重全部都是 1 的時候，就稱為普通網路（ordinary nets）。在此，我們假設所有派翠網路模型都是普通網路，且當一個轉移處於有能力的狀態下，可以在任意時間擊發（fire）。

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圖6 典型派翠網路模型透過網路輔助教學平台可以開始進行數位學習，如欲提升學習效率，尋求適當的教學方法是必需的。學習是一連串的過程及合成的結果，一般工作流程的程序為了加快處理效率，經常將沒有先後關係的活動加以並行或同步的方式處理，不過卻常造成死結或是沒有使用的工作出現在流程定義中。本文採用傳統派翠網路模型作為課程流程程序分析，協助管理者或教師在編排課程中，定義並檢討無法看出課程流程執行時的缺失與錯誤，達到最佳教學品質與效果，這也是引用派翠網路的理由與目的。能源導論課程流程規劃如圖7、圖 13 所示，接著利用活動圖與派翠網路特性轉換規則，將先前規劃的活動圖轉換成派翠圖，如此可將抽象化之課程流程變成可控制之結果。明顯地，教學的數位學習流程清楚地呈現，當正確地執行其中某一特定點之後，可以開始展開下一教學單元的學習過程，直到課程結束為止。文中課程的編排順序是利用派翠網路圖中之事件衝突類型，每次循環只能選擇其中一種課程單元進行學習，接著轉移節點進入系統註冊、登入、修改基本資料流程；當正式進入課程開始學習時，各講義單元均屬於可重複使用類型，流程中有多少的講義、測驗，均依照課程單元需要酌予添加及編排。圖8~12 之派翠網路圖分別是依照課程單元中的「能源概論」、「能源科學」、「能源資源」、「能源應用」、「未來展望」所繪製，可提供教師實際授課時的教學流程參考。圖7 能源導論模組化課程活動圖

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圖8 「能源概論」單元之流程控制派翠圖

圖9 「能源科學」單元之流程控制派翠圖

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圖11 「能源應用」單元之流程控制派翠圖

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圖13 「能源導論」模組化課程活動圖

5. 結論

能源教育是我國能源政策要點之一，於學校教育中特別是大學階段，學生馬上就要投入職場進入社會，若能夠成功將此課程融入教學體制，國家即可養成具有能源素養及充滿活力的公民。能源教育如欲推廣成功，必須依照各階段的求學特質，本研究針對大學生為對象，教材選用與規劃必須適宜，在本土能源教育尚未成熟之前，善用網際網路參考先進國家能源教育模式，並積極建置適合本土教育環境的多媒體能源導論學習網站，藉由生動活潑的多媒體教材與簡單易用的教學管理平台傳遞能源教育訊息給學生是一種可行的方法。透過網路平台輔助課程教學，對於教與學雙方均會產生強大的衝擊，不過最重要的是它可以整體提升教學品質，達到教學卓越的目標。根據本研究所實施能源教育網路輔助教學，使用ES 網路輔助平台輔助教學與

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多媒體展示平台進行課程講義或者學員作業的大量保存，從中獲得不少迴響。綜合此次能源導論多媒體教學研究，其特色包括： 1. 大幅提高學習動機及興趣 2. 師生互動機會增強 3. 活用網路資源及輔助學習 4. 成果分享及觀摩學習 5. 啟發式的學習方法 6. 「做中學」的課業輔導模式 7. 體驗隨時隨地均可學習 8. 教學資源流通、累積、保存、再利用不過，實施網路輔助教學會遇到一些問題，如教學平台必須穩定可靠、提升網路基礎建設、課前準備工作必須確實、提升數位素養及注重智慧財產權等，凡此均必須妥善找出對策，才能將網路輔助課程發揮最大學習功效。 ES 能源導論教學平台提供簡易操作特色，教與學及管理等三方面均很容易運用，如此使得豐富的網路資源融入學習環境，藉由做中學的體會，將原本很難的教育訓練變得生動有趣，將能源教育與網路結合，更能發揮教學功效，對於熟悉網路的新生代而言，學校教育可以提供他們培養創意的場所。而且對於學校教師來說，因為教學舞台不再侷限於教室，網路學習環境中海闊天空，開啟新的教學視野，擷取資訊更加多元化，教學內容更加豐富。能源導論課程規劃及多媒體教學研究仍有許多改進的空間，例如： (1) 數位教材內容的跟進需要人力投入。 (2) 課程結束後，能有更進階的能源課程供同學進修。 (3) 增減入門難易程度，可成大眾化的能源教育題材。 (4) 多媒體教學普及，如何創新使課程吸引學員注意。 (5) 作品之圖片授權，應有相關專業人力支援與諮詢。 (6) 多媒體作品播放長度，避免模糊真正教學主題。 (7) 網路平台人性化設計，方便教師與學員易於上手。 (8) 系統運作在開放代源碼上，可降低軟體建置成本。本文提出以上幾點建議做為參考，期望能源導論相關研究可以更趨完善。

參考文獻

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