網路探究教學策略e-Learning教學設計之研究—以虛擬實境科技發展歷史課程

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(1)國立台灣師範大學工業科技教育學系碩士論文. 網路探究教學策略 e-Learning 教學設計之研究 —以虛擬實境科技發展歷史課程. 研究生指導教授. ：：. 張庭嬡方崇雄. 中華民國九十七年七月. I.

(2) 謝誌我是個容易迷失於自我思考的人，也是個很需要目的才能活的好的人。很喜歡師大的純樸、善良、踏實，大家都很樂於助人。在師大的這麼多年來，遇到許多改變我一生的人們，都是我的貴人。首先最感謝的是方崇雄老師，方老師是我從小到大，碰過最關心學生的老師，告訴我一個人要成功，就要不怕挫折、做的比他人預期的更好、做自己喜歡的事。不僅是研究上，更是得到很多關於人生觀念上的指導，老師的一句話或鼓勵，都足夠我燃燒正面能量很久。很多名言到現在還言猶在耳，如果出書必然會大賣。也謝謝兩位口試老師，李大偉老師與蕭顯勝老師，給予學生非常有用的建議，讓學生能夠順利完成論文。感謝我的家人，尤其是阿公和阿媽，如果不是因為你們，我沒有辦法去日本交換學生。那段時間一邊守喪、一邊寫論文的日子，很多親戚也給我鼓勵。很感謝爸媽、方老師允許我出去交換學生，也很感謝阿公阿媽冥冥之中的保佑。療癒系的雅菁學姐，一直給我多到溢出的幫助，真的很喜歡雅菁學姐，是個很能給予旁人愉快氣氛和正面能量、可愛的人。Sena 是我的心靈捕手，他幫我安排了很多研究所的課外活動。對我來說他是改變我很多觀念的人，讓我思考所作所為的意義，以及人生的不同可能性。理智要如鋼鐵般堅強，跌倒也不要害怕。在我漂流在外時，善媛與雪如，一直幫我很多忙，真的想封他們為我心中最美麗的女神。在師大認識的日本朋友們，一. II.

(3) 年內的交流幫助我很多，讓我看到他們不一樣的人生，到了日本也很受他們照顧。謝謝也是療癒系的依娜學妹，引導我能拿出行動力去跟學校報名。台灣的閨中密友們，詩盈、愛迪、宜珍，我的好朋友總是不跟我在同一國內，但是互相傳來的加油聲卻不停止。這些堅強的女生朋友們，都是我的好榜樣。日本の宇都宮で知り合いになった友達にありがたい。台湾の友達いつもお互いに手伝て、そして、全然孤独な感じしなかった。私の日本の妹、Cindy、もし別れて、抱くことができないなら、きっと凄く悲しいですね。それ以外、ずっと私に待っている爆弾美蘭など、香港、韓国、中国、いろんな国からの友達、ずっと私に応援して、私は視野を広げようになった。指導先生、丸山先生にずっと世話になりました。先生は私に日本のいろんな学校現場を見せた。これは私にとって、凄くいい経験である。その一年間、いろんな素晴らしい人と出会った。本当に宇都宮の皆にありがたい。要感謝的人太多了，那麼，我也不會謝天。大家都是我的人生中的寶物，是我永遠忘不了的奇妙緣分。ありがたい人が多すぎるのに、天に感謝しません。皆は私の人生の宝物だ。永遠に忘れられない不思議な縁である。. III.

(4) 摘要本研究旨在探討網路探究教學策略之虛擬實境歷史課程理論基礎，並依據理論發展網路探究教學策略之虛擬實境歷史課程。本研究實施專家評鑑以瞭解教材品質，並採用無母數統計方法柯-史單一樣本檢驗法來進行資料分析。綜合研究結果提出以下幾項結論：. 一、本研究依據探究式教學策略六個主要部分：簡介、任務、資訊、過程、評量、結論，設計網路探究教學策略虛擬實境課程，探究式教學策略有助於教學設計效率與品質提升。. 二、本研究提出對網路探究式虛擬實境課程的教學設計流程，能快速勾畫情境輪廓，有利於發展數位課程。. 三、本研究經過專家以「教材內容」、「導引功能」、「教學設計」、「教學媒體」四個面向來評定教材品質，經過評鑑後，專家大體上對本課程教材品質表示正面態度。唯針對各細項再說明其優缺，以求檢討改進。. 關鍵字：網路探究、網路教學、虛擬實境、教學設計. IV.

(5) V.

(6) A Study of the Instruction design of WebQuest e-Learning history curriculum with virtual reality technology Author: Ting-Ai Chang Adviser: Chung-Hsiung Fang Abstract The main purpose of the study is to examine the theoritical foundation of WebQuest e-Learning history curriculum, which is developed via virtual reality technology. According to the theories, we developed a demo curriculum in this study. In order to investigate the effect of the demo curriculum, the study carried out expert evaluation.After the evaluation, the data was collected and analyzed by using Kolmogorov-Smirnov Test .The final results of the study were listed below:. 1. According to 6 major components of WebQuest: Introduction, Task, Resource, Process, Evaluation, and Conclusion, this study designed a WebQuest virtual reality history curriculum, and found that WebQuest is contributive to promote efficiency and quality of instructional design.. 2. This study proposed the progress of WebQuest that can quickly delineate the scenario.It helped designers to design e-Learning curriculum effictively.. 3. In this study, the experts evaluated the courseware quality with four VI.

(7) standards: Teaching Content, Guidance Function, Instructional Design, and Teaching Media. In general, the result of the expert evaluation suggests the competitiveness of this curriculum. To further improve the quality of the curriculum, this study presents a detailed discussion on the strengthness and weakness of the current curriculum.. Keywords: WebQuest, e-Learning, Virtual Reality,Instruction Design. VII.

(8) 目錄謝誌 ........................................................ I 摘要 ....................................................... IV 英文摘要 ................................................... VI 目錄 ..................................................... VIII 表次 ........................................................ X 圖次 ...................................................... XII 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 ................................ 5 第三節研究範圍與限制 .................................... 8 第四節重要名詞解釋 ...................................... 9 第二章文獻探討 ............................................ 11 第一節網路探究教學策略 ................................. 12 第二節虛擬實境的教育應用 ............................... 40 第三節教學設計方法 ..................................... 55 第三章研究設計與實施 ...................................... 83 第一節研究方法與步驟 ................................... 83 第二節研究對象 ......................................... 87. VIII.

(9) 第三節研究工具 ......................................... 88 第四章課程內容與資料分析 .................................. 91 第一節課程內容 ......................................... 91 第二節資料分析 ........................................ 155 第五章結論與建議 ......................................... 174 第一節結論 ............................................ 174 第二節建議 ............................................ 183 參考文獻 .................................................. 188 一、中文部分 ........................................... 188 二、外文部分 ........................................... 194 附錄一網路探究教學策略 e-Learning 教學設計之研究—以虛擬實境科技發展歷史課程專家評鑑問卷 ............................... 197 附錄二評量網路探究課程的指引 ............................. 204. IX.

(10) 表次表 2-1-1 三種記憶系統特徵對照表 ..........................19 表 2-1-2 教育心理學理論與教學設計 ........................31 表 2-2-1 適用虛擬實境之不同情境 ..........................44 表 2-3-1 蓋涅九大教學事件以及教學方法對應 ................60 表 2-3-2 教學設計五個主要成分 ............................63 表 2-3-3 按照預期向學生呈現活動之教學策略 ................63 表 2-3-4 4C-ID 中的多媒體原則 ............................72 表 2-3-5 高階層 VRID 方法論 ...............................79 表 2-3-6 低階層 VRID 方法論 ...............................80 表 4-2-1「教材內容」柯史單一樣本檢定結果 ................156 表 4-2-2 「教材內容」部分結果分析表 .....................157 表 4-2-3 「導引功能」柯史單一樣本檢定結果 ...............159 表 4-2-4 「導引功能」部分結果分析表 .....................160 表 4-2-5 「教學設計」柯史單一樣本檢定結果 ...............163 表 4-2-6「教學設計」部分結果分析表 ......................164 表 4-2-7 「教學媒體」柯史單一樣本檢定結果 ...............169 表 4-2-8 「教學媒體」部分結果分析表 .....................170. X.

(11) XI.

(12) 圖次圖 2-1-2 記憶內三種符碼之關係 ............................19 圖 2-1-3 模擬系統 ........................................27 圖 2-1-4 微世界中的學習歷程 ..............................30 圖 2-1-5 WebQuest 網路輔助教學模組圖 .....................35 圖 2-1-6 網路探究教學（WebQuest）特點 ....................37 圖 2-2-1 虛擬實境三大要素 ................................41 圖 2-2-2 Second Life 中的講述課程 ........................48 圖 2-2-3 Second Life 中的真人交談語言課程 ................49 圖 2-2-4 Second Life 結合 Google Map ......................50 圖 2-2-5 環景式虛擬實境 ..................................52 圖 2-2-6 使用平面課程進行互動 ............................53 圖 2-2-7 使用遊戲進行教學 ................................53 圖 2-2-8 使用 2D 模擬 3D 空間情境 ..........................54 圖 2-3-1 系統化教學設計模式與其步驟科技與學習 ............56 圖 2-3-2 層級分析法圖 ....................................57 圖 2-3-3 情境學習之語意網路 ..............................59 圖 2-3-4 4C-ID 模型 ......................................61 圖 2-3-5 WebQuest 的任務分類圖 ...........................66. XII.

(13) 圖 2-3-6 故事版場景 ......................................67 圖 2-3-7 故事版細部分析 ..................................68 圖 2-3-8 螢幕設計模式 ....................................69 圖 2-3-9 課程單元關係 ....................................75 圖 2-3-10 VRID 模型 ......................................76 圖 2-3-11 VRID 方法論（Methodology） .....................77 圖 2-3-12 Virtools 屬性 ..................................81 圖 2-3-13 Virtools 層級管理 ..............................82 圖 2-3-14 Virtools 流程控制 ..............................82 圖 3-3-1 VIRTOOLS 之操作介面 .............................90 圖 5-1-1 教學設計流程 ...................................179. XIII.

(14) 第一章緒論本章共分為四節，第一節說明研究動機與背景，第二節說明本研究之研究目的，第三節為研究限制與範圍，第四節為重要名詞解釋。. 第一節. 研究背景與動機. 一、研究背景 1960年起伊利諾大學所推出的「柏拉圖」計畫，人類就把電腦科技應用在教育訓練上(楊家興，1996)。e-Learning的產生，是教育領域接收與傳播資訊方式的一大改變（Hambrecht ,2001）。根據美國訓練發展協會 (ASTD)的定義，e-Learning是建構在一整套廣泛的以網路化學習 (Web-based learning)、電腦化學習(computer-based learning)、虛擬教室以及數位研究的應用與過程。e-Learning的普及與應用，使得人類開始正視使用電腦科技可能帶來的不同學習成效與便利。 e-Learning中的e除了代表electronic之外，更有其他意涵來說明數位學習的成效e-Learning的形式。教學科技的演進從文字、聲音、視聽媒體，到現在以網路及多媒體做為學習的輔助，傳播形態與教學方式更形複雜；然而e-Learning中六個e所訴求的成效，卻仍然保持不變（財團法人資訊工業策進會，2003）：（一）探索（exploration）：表示數位學習者自由探索的精神。（二）體驗（experience）：學習者可經由電腦互動模擬，來體驗 1.

(15) 學習內容。（三）參與（engagement）：數位學習能帶給學習參與感與興奮感。（四）活化（empowerment）：數位學習能快速擴展學習者的能力。（五）易用（ease of use）：數位教材人機介面的設計，必須注重容易使用的原則。（六）有效（effective）：最重要的，讓學習者獲得有效的學習成果。. 現今的多媒體技術中，虛擬實境（Virtual Reality,VR）從原本應用於軍事方面，到後來慢慢應用於教育領域。由於傳播方式、製作成本，以及實際使用效益等等原因，使得許多教學者望之卻步。然而，現今製作虛擬實境課程，已經漸漸減低上述門檻。隨著虛擬實境編輯軟體的日益人性化與容易使用，教育者能開始從引導學生的認知與思考網路，以及各種融入情境的方式來輔助學習。有研究認為虛擬實境有其教學功效。例如利用虛擬實境，來比較網路上的產品設計教學，和傳統教學間的差異，結果發現能夠突破時空限制的網路虛擬環境，不但提供個人化的學習歷程與經驗，也提供另一個與他人虛擬互動的空間，對於學習者在合作、溝通方面的技能，都有正向的助益（Wallace & Weiner,1998：引自柯志祥、林淑純，2003）。李玉慶（2000）. 2.

(16) 認為在傳統教室中有時無法提供真實的學習情境，電腦超媒體技術卻可以用來彌補教室環境的不足。廖桂菁（2001）認為虛擬類似真實世界的情境，讓學生能夠沈浸（immerse）在類似真實的情境脈絡中，透過參與情境中的活動，學習者能夠在適當的時機正確運用知識與學習新知識。此外，張建偉（2004）認為電腦模擬教學更可能激發學習者的學習動機，使他們投入到積極主動的學習活動中。同時由於學習情境與現實情境有更多的相似性，電腦模擬教學可能會促進學習的廣泛遷移。此外，虛擬實境能幫助學生體驗日常生活無法接觸或危險的環境，以及做正式活動前的預備練習，擁有非常好的成效。除了從情境中輔助學習，虛擬空間，藉由讓學習者自由變換位置，以及在空間中觀察物件，會額外帶給學習者一種位置知識（Location Knowledge）（Stanney & Kay,2002）。雖然虛擬空間本身，有利於營造情境以幫助學習。對於學習者的學習效果來說，教學策略的運用，比傳送方式更加重要（Mayer,2001：引自 Mishra & Sanjaya, 2004）。所以本研究將焦點放在以使用網路探究教學策略為主，結合虛擬實境科技來製作歷史課程。網路探究教學策略能提供學習者，在與真實生活相近的情境中，透過學習過程，獲得所需之技能、知識或行為。其中會利用到的角色扮演，則讓學習者透過情境設計，扮演真實生活中，不屬於自己的角色行為，引發其情緒或態度之學習。目前的歷史數位元教材，多以文字、動畫，或是遊戲的方式，讓學習者進行閱讀，. 3.

(17) 以及藉由遊戲進行學習。本研究嘗試營造出一個虛擬的教學環境，並非真實世界的「課堂教室情境」，而是具有歷史背景脈絡的「歷史教室情境」。而網路探究教學策略，能夠創造情境，提供學生探究環境進行學習，但是仍可應用講述法、精熟法、問題解決法、模擬法…等等教學方法，配合課程內容，靈活使用。本研究選用歷史課程作為課程主題，主要是因為歷史適合以網路探究教學傳達知識概念，並能重現情境以幫助教師教學。如何將半結構化的知識轉換為情境，並以知識傳達完整、意象連結清楚為標準，做到適度的互動涉入程度，是本研究欲探討的問題。本研究欲構思教學設計流程、以虛擬實境技術建置網路探究教學課程、建構學習情境與學習活動，並探討其教學功效。. 4.

(18) 第二節. 研究目的與待答問題. 一、研究目的根據研究背景與動機，本研究之研究目的如下：（一）探討網路探究教學策略之虛擬實境課程理論基礎（二）發展網路探究教學策略之虛擬實境歷史課程（三）實施評鑑以瞭解本課程發展之教材品質（四）綜合研究結論提出建議，並提供將來有意發展網路探究教學策略之虛擬實境課程之教學者，做為參考。. 5.

(19) 二、待答問題根據上述研究目的，本研究之待答問題如下：（一）網路探究教學策略之虛擬實境課程理論基礎 1、何謂網路探究教學策略？ 2、虛擬實境如何應用於教育領域？. （二）發展網路探究教學策略之虛擬實境歷史課程 1、教學設計流程為何？ 2、網路探究教學策略之虛擬實境歷史課程如何設計與規劃？ 3、歷史科數位學習教材的發展與特點為何？. （三）實施評鑑以瞭解本課程發展之教材品質 1、本研究示範課程之教材品質，在「介面設計」方面表現良好的項目為何？ 2、本研究示範課程之教材品質，在「介面設計」方面表現有待加強的項目為何？ 3、本研究示範課程之教材品質，在「導引功能」方面表現良好的項目為何？ 4、本研究示範課程之教材品質，在「導引功能」方面表現有待. 6.

(20) 加強的項目為何？ 5、本研究示範課程之教材品質，在「教學設計」方面表現良好的項目為何？ 6、本研究示範課程之教材品質，在「教學設計」方面表現有待加強的項目為何？ 7、本研究示範課程之教材品質，在「教學媒體」方面表現良好的項目為何？ 8、本研究示範課程之教材品質，在「教學媒體」方面表現有待加強的項目為何？. 7.

(21) 第三節研究範圍與限制一、研究範圍（一）本研究課程以普通高中二年級，歷史科「北宋的庶民生活」一課作為教材基礎，延伸出主題「北宋的漕運」作為課後補充教材。（二）本研究選擇以虛擬實境軟體作為課程編製工具。. 二、研究限制（一）衡量開發時程與資源，教學設計程度與互動自由度有限。（二）衡量開發時程與資源，課程長度僅選擇部分單元作為示範。（三）衡量開發時程與資源，本研究發展課程，以專家問卷進行課程評鑑，未實行教學實驗。. 8.

(22) 第四節. 重要名詞解釋. 本研究重要之名詞釋義如下：一、教學設計（Instruction Design）流程指的是運用系統方法分析教學問題和確定教學目標，以建立解決教學問題的策略方案、試行解決方案、評價試行結果和對方案進行修改的過程；以優化教學效果為目的，並以學習理論、教學理論和傳播學為理論基礎（張淑萍，2006）。. 二、網路探究教學（WebQuest）策略是一種運用以連結網際網路上必要的資源和真實的任務，以激發學生研究開放式問題的動機、發展個人專業知識與技能、並透過參與小組分工的過程，將新獲得的資訊轉化為更高層次的理解的鷹架學習結構（March,2003；引自黃雅萍與廖珮辰，2008）。. 三、虛擬實境(Virtual Reality，VR) 是電腦產生的三維環境模擬，使用者置身其中可以同時看到和處理環境涵蓋之內容(吳尹昱譯，1996)。. 9.

(23) 四、e-Learning 根據美國訓練發展協會（ASTD）的定義，e-Learning 是建構在一整套廣泛的以網路化學習（web-based learning）、電腦化學習（computer-based learning）、虛擬教室以及數位研究的應用與過程。. 10.

(24) 第二章. 文獻探討. 本章主要為探討網路探究教學策略虛擬實境課程的理論基礎，已有的相關研究，以及教學設計流程。全章共分三節如下：. 一、網路探究教學策略：網路探究教學策略理論，以及相關教學理論。二、虛擬實境的教育應用：虛擬實境設計要點，以及虛擬實境在教育應用之相關文獻、歷史科的數位教材設計要點探討。三、教學設計發展流程：與網路探究教學策略之虛擬實境歷史課程相關之教學設計方法與流程。. 11.

(25) 第一節. 網路探究教學策略. 網路探究（WebQuest）教學策略中，能夠搭配應用的教學方法眾多，舉凡講述、模擬、問題解決、精熟等等教學法都可以活用。本節就與網路探究教學策略相關的基礎教育基礎理論作介紹，包括認知心理學（Congnitive Psychology）理論、建構主義（Constructivism）理論、情境學習（Situated Learning）、模擬學習（Simulation Learning）等等教育理論來進行探討。. 一、認知心理學理論（Congnitive Psychology）認知心理學派以資訊處理的角度來看待學習過程，以記憶的三種類型為根基，認知心理學認為，教學設計應當協助學習者減少干擾、順利吸收資訊，並協助轉換資訊，儲存至長期記憶中。認知心理學中，將人類的記憶類型，分為至少有三種形式：感覺記憶、短期記憶及長期記憶（Slavin, 2005）。這三類記憶，對現今的數位課程系統有深遠影響。設計者必須針對三種記憶的特性，考量配合人類認知，數位教材應該如何設計與建置。（一）感覺記憶人類各種感覺接收器都如暫存器一般持續接收新資訊，並將舊資訊排出，但是感覺記憶維持的時間相當短。若希望能持續保持感 12.

(26) 覺記憶，亟需予以注意，使之留在短期記憶內（潘裕豐，2007）。也就是藉由變化語言和字體，突出資訊的重要特徵（盛群力、李志強， 2003）。感覺記憶持續時間之長短、多少可由人所控制。就視覺來說，視覺記憶可以藉由加深刺激與背景之對比而拉長（張一岑，1997）。. （二）短期記憶短期記憶又稱做工作記憶（Working Memory）（Anderson,1995；Ericsson & Kintsh,1995；引自 Slavin, 2005），這個名稱強調：短期記憶最重要的特徵並不是訊息保留時間的長短；它是正在活動的（active）、正在工作中的記憶。我們的心靈在工作記憶裡操作訊息，整理訊息（以便儲存或丟棄），並將此訊息與其他訊息相連結（Slavin, 2005）。短期記憶的維持時間則可以持續至數秒之久，儲存在短期記憶中的資料可能來自外界環境，或由自身內部所產生。因為短期記憶為有限容量，所以我們在設計時應注意（許勝雄、彭遊等，1991）： 1、避免呈現超過 5 到 9 串集（chucking：將資訊分為各個串組，以協助記憶）的資訊要求人們記憶。 2、資訊要有意義且有特異的串集呈現。 3、提供如何以串組方式來回憶資訊的訓練。. 13.

(27) 呈現的信息應便於組塊化（盛群力、李志強，2003）。因為短期記憶可以利用記憶塊（chunk）的方法，組成有意義的項目。短期記憶的訊息是按照聽覺或是聲學的特性編碼（潘裕豐，2007）。 Baddeley 等人提出的工作記憶模型，認為工作記憶包括視覺空間模版（Visual-spatial Sketchpad）、語音環（Phonogical or Articulary Loop）與中央執行系統（Central Excutive System）。其中的語音環是記憶廣度的基礎，利用默讀複誦（subvocal rehearsal）方式能以語音儲存的抽象概念。視覺空間模版則認為兩大元素影響記憶。包括視覺元素，與顏色形狀有關；以及空間元素，與位置有關（楊治良，2001）。 Mayer（2005）建議課程教學設計者，應該結合各種資源，使之整合不易分心，減少操作記憶（working memory）運作量。當記憶材料是視覺性訊息，則容易被處理為核心訊息，而其他類型的材料，容易被處理成細節訊息。如果其他類型訊息和核心訊息沒有時間上的關連，則易成為記憶的干擾（楊治良等，2001）。. （三）長期記憶長期記憶則和「教學成效」較有關聯，當知識進入長期記憶，才算是習得新學習材料。學者認為長期記憶至少有三個部分，包括情節記憶、語意記憶、和程式記憶（Squire et al.,1993；. 14.

(28) Tulving,1993;引自Solso,1998）： 1、情節記憶（Episodic Memory）是我們有關個人經驗的記憶。 2、語意記憶（Semantic Memory）包含我們所知道的事實和一般性的訊息，包括：概念、原則、或規則，以及如何使用它們的方法；以及問題解決技巧和學習策略等。 3、程序性記憶（Procedural Memory）是指「知道如何進行」（knowing how）的記憶。. 短期記憶主要是以複習和聽覺編碼的方式保留訊息；長期記憶保留訊息的方式，則以訊息的意義和聯想為基礎（潘裕豐，2007）。一旦資訊進入長期記憶，便不會消失。但是可能因為久未使用而暫時遺忘，一旦經過提醒，記憶就會被喚醒。學習者可以用語意的、情節的、程式的、記憶心像等方式，協助資訊進入長期記憶（Slavin, 2005）。 Paivio 的記憶雙碼理論（dual code theory of memory）認為，保留在長期記憶中的記憶有兩種形式：視覺（visual）和語文（verbal），分別對應情節記憶和語意記憶（Clark & Paivio,1991； Mayer & Moreno,1998；Sadoski,Goetz, & Fritz,1993；引自. 15.

(29) Slavin,2005）。若能善用此兩種感官能力的處理容量，能接收到更多的感覺儲存；並善用教學設計，使得短期記憶能夠有效吸收資訊，也更進一步促進學習到的資訊，進入長期記憶。. 圖 2-1-1. 雙碼理論. 資料來源：Mishra & Sanjaya,2004. 所謂的基模，是對特定事件、人物、情境及它們之間的關係所持的概念架構（鍾聖校，1997）。針對新資訊如何進入人類既有思考模式中，基模理論（Schema theory）中認為最重要原則是，可以合適地納入現存基模的訊息，比無法納入的訊息更容易理解、學習、和保留。進行教學時，即是將資訊組織成適合納入現存基模的訊息的形式。語意記憶儲存訊息的方式是將各個訊息以網路的方式連接成為語意網路(Semantic Network），網路上的節點包含了與各個特定事件有關的訊息，節點之間的連線則顯示節點之間的語意關連性（Semantic Association）（李開偉，2000）。Rumelhart(1980) 16.

(30) 提出三個與基模相關造成理解失敗的理由（鍾聖校，1997）： 1、學習者還沒有合適的基模來迎接新訊息。 2、學習者可能有接收新訊息的基礎，但文中提供的線索不足。 3、學習者用其他類別的基模來解釋文章意義。. 依據Norman(1980)的說法，所有重要的學習都是類推學習。以預先存在的模型（觀念、結構、基模）為基礎，評鑑、解釋、瞭解、誤解、學習或學習新經驗（王文科譯，1989）。長期記憶中，通常是以某個主題為核心所組織起來，形成每個人獨特的心智模式。所以節點之間的關連性對長期記憶來說非常重要，可以藉由這些關連性的連線與節點，來協助搜尋到我們所要找的記憶所在。能夠幫助長期記憶形成的方法包括： 1、提供有意義的情境促進有效編碼（盛群力、李志強，2003）：（1）名詞的有意義編碼：將單詞組合成有意義的句子。（2）記憶術（Mnemonics）：將要記的符號編成有意義的短句。（3）先行、比較組織者（advanced and comparative organizers）：在開始學習之前，可以先向學習者提供. 17.

(31) 既是先前學過知識的提示者，又是與新學材料組織有關的引導性材料。（4）心像：用空間想像使學生對所記的事物產生心像（imagery）。（5）關鍵詞法（keyword method）：主動提供關鍵字給學習者，使得知識成為關鍵字的某一個心象（imagery）。（6）精加工（Elaboration）：將新知識與學生早已熟悉的知識聯繫起來，使之融入學習者長期記憶中的知識結構之中。. 還有一些有助於記憶的方法，例如將知識系統組織化，有利於回憶線索。或是位置法，將要記憶的資訊與地點位置結合來協助回憶（潘裕豐，2007）。以空間位置來協助記憶來看，在三維空間中，人類對於物體的再認理解力是與生俱來的。人類也可以依靠認知地圖的概念穿梭於地球上任一角落。（楊治良等， 2001）。為有效檢索和概括提供指導。資訊檢索提取與遷移都受到學習初始階段的外部事件的影響。需提供學習者檢索線索，有助於回憶起舊資訊。. 18.

(32) 下圖為記憶內三種符碼的關係，說明符號在三種不同記憶中，以何種方式進行儲存：. 符碼感覺儲存. 聽覺. 原級符碼（活性記憶）次級符碼（長期記憶）. 餘音儲存. 音聲符碼語意符碼. 視覺. 殘像儲存. 視像儲存. 圖 2-1-2 記憶內三種符碼之關係資料來源：許勝雄、彭遊等，1991. 圖中短期記憶裡的資訊包含形碼、聲碼、語意符碼。語意符碼存在於長期記憶中，從實體符碼到語意符碼，是自然的符碼化演進。三種符碼可以以不同強度，同時並存在短期記憶裡。總括而言，我們可以由下表比較三種記憶：表 2-1-1 三種記憶系統特徵對照表感覺記憶. 短期記憶. 長期記憶. 儲存. 影像(iconic) 回聲(echoic) 味道觸感. 聽覺的視覺的語意的. 語意的情節的程式的記憶心像. 容量. 大. 小(7+/-2記憶塊)可. 無限的. 19.

(33) 經由複誦使記憶塊擴大之期間. 短暫. 消失的原因. 短（在不負誦情況下約20秒）. 永久的. 時間衰退幹擾缺乏複誦. 編碼不當時間衰退動機性遺忘提取失敗. 資料來源：鍾聖校，1997. 數位教材能夠發揮的輔助教學效益，即是針對人類各種記憶特性，輔助人的感知吸收。例如幫助感覺記憶吸收資訊，可以從顯示的對比加強。要增加短期記憶，則必須注意資訊量，並以有意義的方式表現資訊。而對長期記憶來說，用語意、情節、程式的儲存方式，容易讓人依照聯想方式進行回想。短期記憶的容量有限，所以很多操作必須形成為絕對判斷（absolute judgment），也就是學習者能記得刺激與代表意義的關係，能夠立刻產生判斷與正確反應。以及利用組塊化的原理，進行空間性組塊切割，或是文字、數字有分塊顯示。又由於儲存時間短暫，呈現與操作間隔時間不要太長（李玉琇，2000）。也可以善用前導組織（Advance Organizers）來協助學習者產生連結。 David Ausubel（1963）認為前導組織目的在將學生引導至即將要學習的教材。針對即將要學習的材料，所做的初步呈述，以便為新訊息提供一個架構，並使新訊息能與學生已有的訊息產生關聯（Joyce,Weil,& Calhoun,2000）。. 20.

(34) 二、建構主義（Constructivism Theory）建構理論由布魯納（J.Bruner）提出，該理論認為所謂的學習乃指學習者以其現有或既有的知識，建構新概念的主動過程（active process）（洪榮昭，1999）。對於多媒體教學設計所產生的影響主要在於（羅綸新，2002）：（一）知識的本質是建構的不是客觀的事實（二）學習的過程是經由學習者主動探究的而不是被動接收的（三）學習者的先備知識會影響學習的結果（四）學習的情境是實境而非人為控制下的教學環境（五）強調學習探索的過程的重要性而非學習目標，亦即中立目標導向（goal free）所以在教學活動設計上，應當（洪榮昭，1999）：（一）預先對學習做規劃（二）架構知識體系，以使容易學習（三）教材的呈現有順序有效率（四）適度的獎懲回饋. 三、情境學習理論（Situated Learning Theory）情境學習理論認為在學習中，情境的脈絡對於學習者的學習成效，有很大幫助。以下就其定義與重要性，教學設計上的要點，以及與虛擬實境. 21.

(35) 的結合觀點，來探討情境學習理論。 (一)情境學習理論的定義與重要性 Lave認為情境學習的發生必須是活動（activity）、脈絡（context）與文化（culture），交互發生所產生的結果（洪榮昭，1991）。試圖通過模仿真實活動來建構學習環境，或借助資訊技術設計的逼真、模擬環境和虛擬實境來提高學習的有效性，使知識向真實情境處遷移，其特徵包括（黎明海，2007）： 1、支持師生對有關知識的合作建構 2、提供真實的活動 3、提供接近專家作業和過程模式化的借鑑 4、在關鍵時刻教師應提供必要的指導和支援 5、反思，提供獨立思考及學習的機遇 6、促進清晰表述，建構清晰的知識 7、提供學習的整體評價 Lave(1988)認為情境學習所包含的意涵更廣，除了從做中學之外，更要在行動中認知、在行動中理解、在行動中省思。情境教學理論中，「社群」為一重要概念(邱貴發，1996)。由 Lave 的情境教學理念來看，線上多使用者虛擬實境，可以支援 Lave 的情境學習實務社群的觀念，即使是與模擬社群中的人物溝通（例如 avatar，一個在虛擬實. 22.

(36) 境中代表參與者的 icon 或 image)，也有實務社群和合法周邊參與的理念包含在內。蘇郁雯(2003)以情境學習理論為學習活動的發展主軸，並輔以相關的情境設計要素，規劃網站中的教學內容，讓學習者透過情境式教學範例的示範教學，體會如何應用概念達成模式進行教學。情境的重要性，在於它提供知識學習的背景脈絡。Suchman提出了「情境行動」（situated action）的觀點，強調知識若脫離使用情境，則學習就變成玩抽象符號的遊戲（邱貴發，1996）。情境認知強調學習是處於它所被建構的情境脈絡中，知識只有在它所產生及應用的活動與情境中去解釋，才能產生意義，學習者才能真正的應用知識，而有助於理解與記憶（沈中偉，2004）。. （二）情境學習設計重點 1、情境的複雜度適當布朗等人（Brown, Collins,& Duguid,1989）認為學習須於真實世界的情境下進行。傳統教學設計注重內容而忽略應用。而建構主義則強調學習時的內容與情境合一的必要性。因此在教學設計上，不但不宜過度簡化情境，反而應維持其豐富性與複雜性，使學生能夠觀察其關係與結構(黃鴻鈞，2004)。有些證據顯示，情境的真實性(realism). 23.

(37) 不一定要非常高，太過真實的情境脈絡，對學生來說是一種負荷，可能會造成挫敗感和不佳的表現。圖形的真實與細節會延長學習者學習時間，與學習的關聯比展現細節更重要。顏色的使用也必需和教學有關，不然容易使學習者分心（Mishra & Sanjaya,2004）。多媒體設計者只需提供足夠的想像與引導線索，而非提供技術來建立「真實」。總括情境的複雜度研究，必須考量學習者能力，以及所要教導的學習目標為何，來決定情境的細節與複雜度。過多或過少的細節都會造成學習者不良的學習結果。 2、情境與學習內容需互相配合虛擬實境與情境學習理論能夠配合之處，包括下列項目(李詠吟,1998)：（1）強調情境對於學習的重要性：情境認知學習理論強調情境是學習發生與進行的必要條件，而且情境具有線索指引的功能，有助於學習知識的保留。（2）強調學習活動的真實性：Brown 等人(1998)將學習活動的「真實性」，區分為兩類：一類是「物理真實性」(Physical Fidelity)，是指在實際的情境當中進行學習。另一類是「認知真實性」 (Cognitive Fidelity)，強調專家或專業人員從事其專業活動的真正過程。. Collins(1993)建議，開始時先強調「認知真實性」，. 24.

(38) 讓學生能掌握到情境中的重要層面，然後再轉移到「物理真實性」上。. 3、虛擬實境中情境學習的設計要點張嘉麟(2004)透過McLellan(1996)所提出情境學習理論的八個組成要素，並結合虛擬實境，提出如下的看法： (1)3D 的環境來模擬逼真的故事(stories)情節。 (2)依據 3D 劇情變化自動更新網頁訊息，降低經驗的錯誤直覺，提供更多省思(reflection)的機會。 (3)提供適當的鷹架(Scaffolding)來達成學習的目標，更有許多特殊的介面引導學習者的認知技能，並且透過不同的角色模擬，而達到自我認知能力，以期達到認知學徒制(Cognitive Apprenticeship)的目標。 (4)過交談的機制可以與其他實習者交換意見，並且透過角色的扮演與 3D 多人互動模擬環境來達成合作學習(collaboration)的目的。 (5)故事情節中有一個特殊的角色來引導學習者的學習方向，並且會記錄學習者在實習過程中的所有對話與互動訊息，以提供教學者事後指正學習者重要的依據，來達到教導(coaching)的目的。 (6)透過 3D 擬真環境與更多的互動介面機制，來提高學習者主動學. 25.

(39) 習的意願與興趣，以期達到多重練習(multiple practice)的要求。 (7)故事情節發展可以依據學習者不同程度做不同的練習時間調整，這樣有著非制式化的練習環境，來達到漸進式學習 (articulation of learning skill)的目標。 (8)運用 3D 的互動環境，且結合各項網頁互動與網路互動的多項技術(technology)，讓學習者有更多特殊的操控與回應的機制，提高學習者主動學習的意願。. 總而言之，情境學習理論提供學習者一個既有的學習背景，能幫助學習者結合長期記憶中的情節記憶、語意記憶，來進行學習。至於長期記憶中的程序記憶，則可以以模擬學習理論來輔助學習者學習。. 四、模擬學習理論（Simulation Learning Theory）模擬(Simulation)教學讓學習者能夠在虛擬實境環境中，進行學習，而且讓學習者在觀看的同時，也能動手操作。. （一）模擬學習的定義與重要性模擬是一種行為或現象的複製，一般性而言是為取代某種現象而設計（洪榮昭，1992）。模擬式 CAI 的主要優點，就是可以透過電腦，. 26.

(40) 讓學習者體會實際生活中沒有辦法接觸的現象，例如：飛行的模擬、股票買賣操作模擬、實驗室操作模擬、科學現象模擬等等。透過電腦的模擬，可以讓學生時時刻刻學習，沒有時間與空間的限制。或者做為高危險、難度不易掌控之任務的學習輔助工具。. 圖 2-1-3 模擬系統資料來源：Janis,2006. Grimes & Willey 發現，基於模擬式教學的效果明顯優於傳統學習方式。電腦模擬與真實情境中的觀察、操作相比，更為安全、經濟，而且為學生提供現實世界中難以獲得的經驗，可以控制所模擬的過程的進展速度，控制情境的複雜程度等等。與電腦用於教學的其他方式（如個別輔導、操作練習等）相比，電腦模擬教學更可能激發學習者. 27.

(41) 的學習動機，使他們投入到積極主動的學習活動中；同時由於學習情境與現實情境有更多的相似性，電腦模擬教學可能會促進學習的廣泛遷移（張建偉，2004）。. （二）模擬學習中的微世界（Microworld）觀念利用模擬的觀念，可以創造出微世界（亦稱發現支援型教材， Microworlds)的學習環境；微世界這個詞彙是由麻省理工學院的 Seymour Papert 教授創立，微世界是一種擬真學習環境，能使學習者能在這個環境中有批判、思考的能力，微世界學習環境有下列特性（張基成等，1999）： 1、容易瞭解、學習與操作。 2、提供學習環境，鼓勵學習者主動參與探究。 3、由學習者提出問題與定義問題。 4、能與學習者產生高度互動性。 5、提供觀察與操作的工具以探索和驗證假設。 6、提供探索式與發現式的學習活動。 7、所習得的概念能夠應用至很多生活領域。 8、所習得的概念和想法是實用且重要的。 9、允許學習者將先備知識與經驗與新知識相連接，以利於學習。. 28.

(42) 10、微世界學習環境不是讓學習者被動地接收知識，而是要鼓勵學習者主動地學習與從做中學。 11、藉由問題解決、微世界可整合知識、技能、情意目標的學習活動。 12、支援自我調整學習(Self-regulated Learning)，使得學習者能自我設定目標、自我監控，並且使微世界學習環境去達成別人設定的目標。. 安西祐一等（2000）認為微世界能讓對象直接操作，內部狀態可以透視，將現實世界無法直接觀察到的狀態變化影音視覺化，並進行模擬實驗。學習者可以從展示模擬世界，直接觀察到操作引起的變化。微世界能讓學習者： 1、在環境中自由操作 2、由學習者自己發現規則 3、系統自動提示下一步 4、學習內容由易入難. 29.

(43) 直接操作並觀察. 假說再形成. 不同的發現. 實驗並檢驗. 失敗. 成功. 圖 2-1-4 微世界中的學習歷程資料來源：安西祐一，2000. 國外相關研究已開發且證實有良好學習效果的微世界電腦學習環境，包括應用在互動式物理(Interactive Physics)教學，提供所有重要的真實世界物理屬性，讓學習者在模擬真實環境下，自行進行實驗，以驗證物理定律或原理。還有幾何推測(Geometric Supposer)，藉由操作幾何圖形，觀察幾何圖形之間的關係、建構幾何學的知識。然而模擬並非單純模仿真實世界現象，Fletcher（1991）建議當學生對設備、效果、模擬的情境越少瞭解，就需要教學引導（Mayer,2005）。. 四、其他相關教學理論網路探究（WebQuest）教學策略根基於建構學習理論，以及鷹 30.

(44) 架理論，並可應用其他教學理論與策略。在此做一說明：布魯納提出的建構學習理論，認為學習者以其現有知識，建構新概念的主動過程。此外，課程整體教學設計中，善用「鷹架構築」，這種教學上的作法來自維高斯基「受輔助學習」（Assisted Learning），較高層次的心理功能，包括有目的地將記憶和注意引導至某一方向，以及利用符號來思考的能力，都是「受仲介行為」（Mediated Learning），透過文化的外在仲介，在學習者心中內化，而成為心理工具（Slavin,2005）。. 其他可以在教學設計中參考的理論，如下表：表 2-1-2 教育心理學理論與教學設計教育心理學理論. 對教學設計的啟示. 「完形心理學派」（Gestalt theory） 1.注意高階心理現象，萬花筒的現象。外來刺激，人能組織產生總體感覺。 2.完形特質－形樣所賦於之特質. 完形心理學主要貢獻－頓悟和有意義學習 1.理解力的學習不一定要靠獎勵，還可以遷移 2.頓悟：刺激，組織，對組織結果的反應 3.有意義學習：有意義的結構不應以無意義或記誦的方式學習. 「蓋聶（Gagne）學習條件論」（Learning Conditions）此互動理論認為，學習者之認知歷程與環境中學習相關事件的互動，焦點在對學習的任務與教學的關係。. 蓋聶學習條件論，主要貢獻： 1.提供由簡而繁之教學設計 2.界定累進學習之心理歷程 3.說明人類學習之多樣性 4.將教學階段與訊息處理之特定階段做連結. 「布魯納(Jerome Bruner)的發現學習論」（discovery learning theory）. 發現學習論，主要貢獻： 1.學習情境/材料，解說清楚。 2.配合學生經驗，教材適當組織。 3.教材難度/邏輯上先後順序安排，依認 31.

(45) 知表徵階段，安排螺旋課程 4.教材難易安排，要維持學生動機。「Ausubel’s 意義學習論（Meaningful Learning）」 1.刺激或概念要有意義的話，學習者認知結構中必須有些事物能夠跟它產生關係。 2.意義化學習的必要條件是在，學習者的舊學習中，具有可以和新素材產生關係的聯結概念，即能夠「包容」（subsume）新學習概念。. 意義學習論，主要貢獻：根據意義學習論所發展出來的教學法叫「講解式教學」。由教師將教材詳細規劃，使之成有系統/組織的知識，然後條理分明地對學生講解。通常在教學中採三階段： 1.提供前導組織（Advance Organizer） 2.呈現學習材料 3.漸進分化、統合調整. 資料來源：王國華，2006. 四、網路探究（WebQuest）教學策略結合情境學習，與模擬學習理論的教學理論基礎，本研究使用網路探究教學策略作為網路探究虛擬實境課程所使用的教學策略。網路探究教學策略，是以建構主義教學以及鷹架理論作為基礎，所發展出來的教學策略。（一）網路探究（WebQuest）教學策略的定義與重要性網路探究（WebQuest）教學策略，又稱做網路探究式教學策略。起源為美國聖地牙哥州立大學為中學教師設計了一套名為 WebQuest 教材，將網路與學習做有系統和策略性的結合，旨在激發學生的創意與批判能力，設計者會按特定的教學目標及教學策略，在網上設計一「模擬的現實世界」，讓學生針對該「模擬的現實世界」的問題利用網上資源，結合本身所學，想出可行的解決辦法，又或為自己所提的方案辯護（梁. 32.

(46) 曉勁，2002）。網路探究教學策略在營造一個讓學習者產生互動，進而主動建構知識的學習環境(呂小翠，2004；引自黃雅萍，2008)。網路探究都有以下主要六部分（Dodge,1995;沈中偉，2004）： 1、簡介（introduction）引發學習動機與情境引導的介紹；並讓學生瞭解學習目標。一個好的情境（scenario）會讓網路探究教學（WebQuest）事半功倍。 2、任務（task）即要在網路探究教學活動中著手的挑戰，也就是說明在完成網路探究教學時學生應該交出的成品。網路探究教學不適合「事實性的問題」，而適合更需要理解力的問題，最好是「非結構式」的主題，且是能夠激發創造力與問題解決的開放式問題。十二類常見的任務類型（Taskonomy）如下： (1)複述（Retelling Tasks） (2)編輯（Compilation Tasks） (3)探秘（Mystery Tasks） (4)報導（Journalistic Tasks） (5)設計（Design Tasks）. 33.

(47) (6)創作（Creative Product Tasks） (7)建立共識（Consensus Building Tasks） (8)說服（Persuasion Tasks） (9)自我認識（Self-Knowledge Tasks） (10)分析（Analytical Tasks） (11)評論（Judgment Tasks）. (12)科學（Scientific Tasks） 3、資訊（information sources）教師可利用網路上的資源幫助學生完成任務，包括網路檔、專家的電子郵件、網路資料庫、網站、書籍等。讓學生能投注更多時間與心力於資料分析上，而不要浪費很多時間於資料蒐集上。 4、過程（process）具體描述完成任務的作業程式或步驟，讓學習者能循序漸進地完成目標任務。 5、評量（evaluation）. 34.

(48) 這個評估系統是開放性的，用來對學生解決問題的結果而創作的作品進行評估。讓學生清楚瞭解學習成果的評量規準，對不同的表現及等第，應具體描述其要求及條件。 6、結論（Conclusion）完成這次探究學習的結論。提示學生已經學到了什麼，並鼓勵他們發表這次探究的經驗如何擴展到其他領域、發現什麼新問題，以及有何感想等。. WEBQUEST. 模式. 簡介. 任務. 資訊. 過程. 評量. 圖 2-1-5 WebQuest 網路輔助教學模組圖資料來源：朱晉杰、林建隆與徐順益，2005. 35. 結論.

(49) 網路探究教學設計的原則：FOCUS。指出一個出色的網路探究教學有以下五項特徵（Dodge, 1995；引自林偉業，2005）： 1、尋找好的網站 (Find great sites) 2、協調學生與資源 (Orchestrate your learners and resources) 3、挑戰、鼓勵學生思考 (Challenge your learners to think) 4、利用媒介 (Use the medium) 5、輔助高的期望 (Scaffold high expectations). 36.

(50) 圖 2-1-6 網路探究教學（WebQuest）特點資料來源：林偉業，2005. 因此，良好的網路探究教學教學設計，不但可以作為引導學習者學習的鷹架，提供學習者與教材、老師與同儕積極互動的機會，更可促進學習遷移，達成將知識內化為學習者能力並能活化運用的學習目的（黃雅萍，2007）。在廖桂菁(2001)的研究中發現，情境式網路輔助教學有助於學科知識增長。學習者認為以生活為議題的情境，能提高學生在熟悉的情境脈絡中的學習動機及幫助學生整合新舊知識。研究者針對8年級的學生進行行動研究，結果發現學生不只是很喜歡這種在課程中利用網路搜尋資料的探索學習方式，也覺得這個專題很有意義，且對於寫作方 37.

(51) 面能有較深入的思考（Kelly,2000；引自黃雅萍，2008）。網路探究教學法將問題錨定在真實的脈絡和巨觀的學習情境，可以協助學生獨立思考、主動發現學習。目前常使用影像或圖片的方式，或者使用其他多媒體作為工具，以故事性方式，陳述許多複雜問題，讓學習者一一解決(邱貴發，1996)。在以情境脈絡為特色的網路探究教學網站上，有提供許多樣版，讓教學者易於依照步驟，進行網路探究教學課程設計。網站上亦有提供網路探究教學檢測表，教師可以藉由檢測表，來檢視自己發展的網路探究教學的優缺，詳見附錄二 - 評量網路探究課程的指引。. 圖 2-1-7 WebQuest 網站上各式樣版資料來源：WebQuest官方網站. 38.

(52) 五、小結網路探究教學含有情境教學策略與模擬教學策略的理念，並加上網路探究的精神。本研究欲以半結構化的歷史課程「北宋的漕運」作為課程編製主題，是屬於需要進一步理解的教材內容，適於以網路探究教學策略進行教學。下一節將就虛擬實境的教育應用，做一探討。. 39.

(53) 第二節虛擬實境的教育應用本節就虛擬實境的簡單歷史、視覺化製作工具，到虛擬實境應用於教育領域，做一探討。一、虛擬實境簡介 Virtual Reality 的名稱的是麻省工學院媒體實驗室提出。1985 年左右，Jaron Lanier(VPL 公司創始者)正式將「由電腦軟體程式所建立的虛擬立體立體世界，由週邊硬體裝置使操作者感覺好比是真實一般」的整合系統稱為虛擬實境（Virtual Reality）。虛擬實境應用的領域相當廣泛，從室內裝璜模擬到飛行員的訓練，以及一些大型的科學博物館，也都設有虛擬實境展覽館以供民眾參觀(王明仁，1999)。相較於過去一提到虛擬實境，就想到必備要昂貴的設備，桌上型的虛擬實境因為不必穿戴，成本低，易得等等原因，使得某些情境適用於桌上型電腦虛擬實境的應用(Earnshaw, Vince & Jones,1995)。依據虛擬實境的使用設備，可分為：桌上型虛擬實境（Desktop VR，使用個人電腦）、模擬型虛擬實境（Simulator VR，使用特定操作環境）、投射型虛擬實境（Projection VR，使用大型投影機）、融入型虛擬實境（Immersion VR，使用虛擬實境專用設備）。依據虛擬實境系統的建構方式分為下列三類：物件式 VR（Geometry-based VR 或稱 Graphic-based VR，利用 3D 軟體建模，並給予物件屬性）、影像式 VR（Image-based VR， 40.

(54) 以全景照片營造虛擬實境）、混合式 VR（Hybrid VR，結合上述兩種類型）（謝慧民，2003）。 Grigore Burdea 與 Philippe Coiffet 兩人在他們所撰寫的「Virtual Reality Techonology」這本書中所提到，包括沉浸(immersion)，想像 (imagination)，互動(interactive)等三個要素（謝慧民，2003）：. 沈浸性. 想像性. 互動性. 圖 2-2-1 虛擬實境三大要素資料來源：吳俊雄，1997. （一）想像力(imagination):感覺器官在接受刺激之後，由神經傳輸至腦，再藉由過去的經驗產生幻覺。. 41.

(55) （二）融入性(immersion):人類以感覺器官來體會整個虛擬實境，而感覺好像真的置身其中。. （三）互動性(interaction):人與機器間的互相回饋。. 二、虛擬實境科技簡介虛擬實境技術自 1990 年代以來，VRML(Virtual Reality Modeling Language)已經被大量使用於網際網路上立體網頁的建置，是用於建構多人、互動式虛擬實境的語言，用戶須採支援 VRML 的瀏覽器來觀看 VRML 的虛擬世界，可將 VRML 所描述的虛擬實境視為是一種 3D 的模型檔（吳尹昱譯，1996)。每一個 VRML 檔案包含了圖形(geometric)、動畫(animation)及聽覺 (aural)等物件，且可以透過多種方式動態來改變這些物件的狀態。此外 VRML 檔案也可以利用鏈結(hyperlinking)的方式將許多不同型態的檔案，如 JPEG 圖形檔、Wave 聲音檔整合在一起(VRML spec,1997)。但是之後有許多網路 3D 軟體的出現，如 3DML、Cult3D、shockwave3D 等新格式，提供出色視覺效果與檔案大小，以及簡便的開發工具。於是現在的教學者，能夠以簡單的方式，來開發課程的雛形。 Tony（2008）預測 e-Learning，以及其發展工具的新趨勢，其中認為 42.

(56) 創作工具（authoring tools），亦即能快速產生 e-Learning 教材的製作工具將會成為趨勢。近年來開始發展的虛擬實境的視覺化開發工具，目的為協助程式人員與設計人員溝通，並減低設計者程式開發門檻。它們的共通點包括使用視覺化開發介面、程式開發功能模組化、與其他 3d 軟體輸入輸出配合。不但簡化邏輯開發過程，更能讓設計者有餘力進行設計。以下以 Virtools 開發科技為例（愛迪斯科技網站，2005）：（一）「直覺式圖形化介面」：開發人員以拖曳方式即可建構複雜的互動應用程式。（二）內建「行為模組」加上其他 SDK 與外掛程式：包括「人工智慧模組（Virtools AI Pack）」、「物理特性模組（Virtools Physics Pack）」等等內建功能模組。（三）網際網路即時模型、聲音、資料動態下載。（四）程式人員可以使用 SDK 工具修改模組。. 三、虛擬實境在教育的應用利用虛擬實境可以營造出有些並非存在於真實世界、或是一般人類無法探索的，若以虛擬實境重現或創造這些環境，可以讓使用者以最直觀的方式來觀察學習，像是：. 43.

(57) 表 2-2-1 適用虛擬實境之不同情境情境. 範例. 不同時代的環境. 古羅馬時代、恐龍時代. 一般人無法接觸之環境. 月球探險、大氣對流層、海底火山. 微觀世界巨觀世界. 原子、DNA 排列、人體消化過程九大行星軌道、颱風的型態. 危險環境. 火災事故現場、放射線環境. 幻想世界. 拉丁經典「神曲」所營造的世界資料來源：本研究自行整理. 虛擬實境所營造的環境可以分為真實的和虛擬的世界，並非完全為憑空想像的世界。可能是因為學習者無法親自至實地學習，又或是讓學習者在實地學習前，能先有心理準備。除了營造情境之外，虛擬實境課程具有模擬的性質，例如可以縮短觀察時間、避免外在因素干擾、抽象概念圖像化等好處，模擬一定要有操作性的教學活動，讓學習者能有自我操作機會，累積操作經驗，並加深學習效果以虛擬實境來進行模擬教學，常帶有一點遊戲的成分在內。方聖文 (1994)結合遊戲與學習二者﹐希望能增加學習者的學習動機與效率､減少學習的負擔﹐同時也能利用劇本所塑造的情境﹐增加學生對教材的瞭解，達成情境式的電腦教學遊戲（Situated Instructional Games）。James(2003) 認為，遊戲本身能引起學習者的動機，引導學習者去解決困難的問題，並讓學習者去扮演平時不可能扮演的身份，試著用不同身份來思考問題。然而遊戲是一定會對學習有負面影響的，但是這通常發生在設計者被動地以技術為主導，沒有前攝地先事先構思、設計整體的流程，與要如何讓學習. 44.

(58) 者能達到學習功效(Alexis Johnson,2003)。近來出現許多「Serious Games」，但是如何讓一個人藉由遊戲學到知識？使用者必須保持高度專注，而且不能任意為了樂趣產生結果（例如將一個公司經營到破產）（James,2004)。虛擬實境結合教育，具有情境、模擬，以及部分遊戲的性質。若從 3D 互動教材來探討，依照展示與互動方式，可以區分如下列數種互動形態：（一）以電腦動畫呈現部分研究以動畫或較簡單圖形展示出可以圖形化的課程,但是這一類課程通常內容已固定,教學者很難去修改整個內容,學習者也很難有所互動,如林修遠(2002)利用電腦動畫呈現電腦病毒的造形，目的在吸引使用者瞭解電腦病毒的成因及病毒行為，提升對電腦病毒的認識，以便及早採取合適的防禦措施，確保系統功能與資料安全。此研究即是以固定的圖形化模式，來呈現學習內容，此種單向的教學模式雖然簡單，但是單就學習需求目標來看，以動畫方式呈現已經足夠達成目標。. （二）電腦動畫加上使用者輸入使用者能夠自行輸入數據，並得到回饋，以達到學科學習目標與效果。如張競仁(1995)以電腦動畫模擬結構物之動力反應，藉由. 45.

(59) 圖形化輸出方式來替代繁複的分析數據，並由對話盒的製作使結構資料得以友善的交談方式輸入。這一方法常被應用於物理、化學等領域，能以數據與圖形來表達學科概念。. （三）以虛擬實境建置課程內容此處講的虛擬實境，不一定是全 3D 的環境。用 2D 或是 2.5D 的環境，一樣可以模擬部分全 3D 虛擬實境的特性。若以虛擬實境實作具有情境性質的課程，學科本身必須有一自然情境存在，應用虛擬實境可以加速我們觀察學習的時效，並體察整體環境的關連性，並將抽象概念圖像化，使學習者能有效學習。. 在物理等科學領域，虛擬實境是經常被應用的。林於正(2004)架設一個跨越作業平臺的「核飛跡定年法」網路虛擬實境學習環境，學習活動頗具吸引力，使學生學習的意願相對提高，同時也能夠幫助他們學習。陳世峰(2003)因為測量實習教學時會遭遇到許多限制，例如受限於天候、尋求適合實習單元教學地形、儀器數量有限等等，於是研發了一套「虛擬實境數值地形測量電腦輔助學習系統」。生活周遭的環境，以及語言課程也可以應用虛擬實境發展。例如李俊銘(2004)以蚊子的一生與登革熱防治為主要內容，應用虛擬實境的科技，. 46.

(60) 建置模擬真實的生活情境，確實檢視生活四周環境並清除病媒蚊孳生源。張嘉麟(2003)利用 3D 環境來設計，並實做出一個學習法語的課後實習課程。文學與商業也可以用虛擬實境進行建置，例如林上立(2001)師法中國園林的虛擬環境設計,以建築空間的角度來探討網路空間的設計，認為以中國園林構想形成的環境可以成為虛擬環境的入口，即是人從真實環境到達虛擬環境的橋樑，提出一套塑造虛擬環境的設計方法。除了常見的學科環境營造，營造特殊的情境，是虛擬實境的一大優勢。如唐文華、劉馨韓(2003)使用網路和虛擬實境技術來建立一個網路虛擬恐龍園區，設計一座火山島，島上有恐龍館、恐龍飼養區及遊園區，對於增進恐龍的認識提供另一個有趣的管道。此外，近年來，網路上非常盛行「Second Life」這一類的線上虛擬環境，也有人開始嘗試在線上虛擬環境傳播資訊。依據情境學習理論，真正的情境學習必須做到社群的程度。如林正雄(2003)共用虛擬空間建置與虛擬分身溝通互動之研究,建置一個使用者共用的3D互動虛擬環境，並提供一個透過虛擬分身( avatar) 進行人際互動的溝通介面，並成為一虛擬社群。而如何在場景中，產生教育意義與學習效果，則是目前尚待克服之課題。Tony（2006）提到，線上虛擬世界「Second Life」中，提供各種工具，例如在線上，直接利用語音和其他人溝通，或是電子白版功能，都有利於. 47.

(61) 在Second Life環境中施行教育活動。Kevin（2006）提到，如果在Second Life （簡稱SL）的世界中，提供教師工具（SL Teacher’s Toolkit），則方便教學者快速在線上建立教學環境。在這樣的多人線上虛擬世界中，已經舉辦過講座，以及類似以投影片搭配講解的活動。. 圖 2-2-2. Second Life 中的講述課程. 資料來源：Tony Karrer,2006. 48.

(62) 在Second Life中，已經有語言學習課程，應用網路探究（WebQuest）教學策略於線上多人虛擬實境，學習者跨越地域限制，能夠面對面與不同國家的人真人語音交談。應用網路探究，過程中學生所產出的成品，是與 ipod結合的Podcast 或 vodcast（video-podcast)的聲音或影片檔案。各國學習者透過分享自己的Podcasts成果，交流學習心得（Howard,2007）。. 圖 2-2-3 Second Life 中的真人交談語言課程資料來源：Howard,2007. 49.

(63) 除了線上互動，Second Life還結合了Google Map，讓使用者在3D虛擬世界中不易迷失。且能先讓學習者對學習環境，有一個概括的印象，再進入進一步學習。. 圖 2-2-4 Second Life結合Google Map 資料來源：Second Life網站. Mayer（2005）認為，在純粹的探索式學習環境中，最常遇到的問題，就是無價值的（trashing）或錯亂（floundering）的問題，亦即學習者會失去用有效或系統化的方式和學習環境作互動，而無法從模擬的結果得到有用的推論。如果在新的環境中不引導學習者使用新的策略，學習者會傾向使用之前曾經使用過的有效方法。即使目標和流程夠清楚，在沒有控制好順序的學習材料下，探索式的學習仍可能對學習者造成妨害。. 50.

(64) 四、歷史科數位學習教材的發展與特點設計數位學習教材時，必須考量學科特色，以選擇適合的教學方法。參考一九九五年美國全國學校歷史學科中心頒布的全國歷史課程標準，若欲達到此標準理想，必須提供良好的歷史學科學習環境，其中包括要有豐富歷史知識資訊，可供學生選擇策略與作出決定的思考機會，以及一個能與歷史事實互動及與他人討論的空間（江天建，1999；引自黃麗蓉，楊淑晴，2001）。所以本研究在探討探究式虛擬實境歷史課程之前，必須先對歷史學科的教學法做一探究。社會科主要的教學法包括（陳麗華，民91；陳國彥、吳宗立，民91；李端華，民92；引自徐新逸，2005）：（一）訊息處理模式：基本歸納策略、概念構圖教學策略、探究教學策略。（二）社會互動模式：合作學習教學策略、討論教學策略、角色扮演教學策略、情境模式教學策略、社會行動模式。（三）其它社區參與取向教學法：社區取向教學、社區介入活動法、「社區有教室」方案。（四）其它教學法：價值澄清教學法、問題解決教學法、講述教學法、批判思考教學法、練習教學法、讀圖教學法、年表教學法。. 51.

(65) 歷史數位教材，從文字網頁描述、播放影片與動畫，到現今的高互動歷史數位教材不斷地發展。應用不同的科技型態，有不同的教學模式。例如使用環繞照片製作環景式虛擬實境，以做古蹟導覽：. 圖 2-2-5 環景式虛擬實境資料來源：三鶯地區史料、古蹟、文物、藝術數位化輔助教材網站，2005. 或是使用2D動畫網站工具，例如Flash營造網路探究或遊戲學習環境。例如「故宮e學院」網站，有許多應用Flash開發的教材，可以看出情境營造已經廣泛被使用。. 52.

(66) 圖 2-2-6 使用平面課程進行互動來源：故宮e學院網站. 圖 2-2-7 使用遊戲進行教學來源：故宮e學院網站. 53.

(67) 圖 2-2-8 使用 2D 模擬 3D 空間情境來源：故宮e學院網站. 歷史課程的教學重點，不在於硬記名詞、年代等資訊，而是在於概念的傳授。而通常概念是屬於無形、或是抽象的知識。教師或軟體能夠引導學習者思考方向，使學生能有歸納、綜合等能力，以及推論前因後果，以及比較的能力。歷史課程樣式的多樣化，對教師來說，能自由地腦力激盪，一方面卻必須符合教學目的，在設計階段，發想的步驟往往是需要匯集眾多創意。如何將抽象的知識以有形的畫面或立體空間來表示，則需要教學設計師的努力了。. 54.

(68) 第三節教學設計方法發展多媒體課程，必須遵守教學設計流程，以達到時程、品質控制，並確保內容發展確定性。在此以發展規模之教學設計、媒體、內容單元、以至素材之發展流程，分為下列四層，說明如下： 1、教學設計模式 2、媒體規格設計 3、內容架構設計 4、課程素材發展流程各別說明如下。. 55.

(69) 一、教學設計模式教學設計流程，可以以 ADDIE（Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation）系統化教學模式，進行規劃：. 分析. 設計. 發展. 實施. 評量. 1.確定教. 4.編寫學. 6.發展教. 8.實施教. 10.實施形. 學目標. 習目標. 學策略. 學. 成性或多. 2.學習者. 5.設計標. 7.選擇與. 9.運用媒. 元評量. 分析. 準參照測. 製作媒體. 體. 3.教學內. 驗. 容分析. 圖 2-3-1 系統化教學設計模式與其步驟科技與學習資料來源：沈中偉，2000. 其中分析、設計佔整個發展流程中近乎 2/3 的長度，良好的分析與設計分析，能夠使得後段的發展、實施、評量更具意義，也間接省下錯誤成本。茲就 ADDIE 的分析、設計、發展等階段，配合其他文獻作說明：（一）分析階段在分析階段包含確定教學目標、分析學習者的起點行為(entry behavior)、特性、學習風格、以及分析教材內容。對於學習內容，可. 56.

(70) 以利用教學設計的層級分析法（Hierarchical Approach）主要用於分析智力技能這一學習類型的從屬技能，根據加涅的理論，智力技能由解決問題、規則、概念和辨別等層級組成（盛群力、李志強，2003）。. 1. 2. 3. 4. 規則 1. 規則 1. 5. 規則 2. 概念 3. 概念 2. 辨別 1. 圖 2-3-2 層級分析法圖資料來源：盛群力、李志強，2003. 對於學習內容的分析，可使用常見的「5W2H 分析法」： 1、Why：為何，例如「為什麼以歷史作為示範科目？」、「為何使用此歷史場景」等等。 2、What：何事，例如：「課程中的教學目標是？」、「課程內容包含？」等等。 3、Where：何處，例如：「實際上學習者在什麼地方學習？」、「模擬的虛擬情境是哪裡？」等等。 57.

(71) 4、When：何時，例如：「教材長短？」、「是否是課後自學？」等等。 5、Who：何人，例如：「教材的學習對象是？」、「課程中的角色扮演對象是？」 6、How：如何，例如：「用什麼方法與方式來實施學習？」、「如何結合技術展現欲呈現的材料」等等。 7、How much：何價，例如：「教學設計結合技術能產生的效益？」等等。. 58.

(72) 此外，除了使用層級分析法、5W2H 分析法等方法來激發概念聯想，還可以使用心智圖（Mindmap）做為工具，以釐清觀念與架構，例如下圖為從「情境語意」延伸的心智圖範例：. 圖 2-3-3 情境學習之語意網路資料來源：沈中偉，2000. 59.

(73) （二）設計階段撰寫教案、思考教學活動時，可以參考蓋涅（Garner）九大教學事件，能夠順利幫助教學者創思教學過程。蓋涅所說的學習內部過程可概括為九項學習事件：表 2-3-1 蓋涅九大教學事件以及教學方法對應學習過程. 外部事件的影響. 期望. 告知學習目標. 接受. 變化刺激引起注意. 選擇性知覺. 突出刺激引起注意. 短時記憶. 建議複誦和組塊. 語意編碼. 提供有意義的編碼方法. 長時記憶. （尚不清楚）避免干擾. 檢索提取. 提供檢索，幫助檢索. 行為表現. 提供示範，多種練習促進遷移. 反饋. 告知學習者反應的正確程度資料來源：盛群力、李志強，2003. 設計者也可以依據教學設計四元素模型（4C-ID）進行設計（Mayer,2005）： 1、學習任務（learning tasks）：學習任務就像是課程的骨架一樣，隨著難度變化，逐步引導著學生。例如要求學習者閱讀顯示的資訊，處理口語文字，操作控制。 2、支援資訊（supportive information）：一種是對任務的描述；一種是引導學生的工作列表，帶領學生以問題解決的流程進行學習。例如錄下專家解決的步驟，解釋原因。 60.

(74) 3、程序資訊（procedural information）：包括如何教導、先備知識（prerequisite knowledge）、正確的回饋。可能會包含一系列的引導教學。 4、實踐子任務（part-task practice）：以熟練原則促使動作自動化。. 圖 2-3-4 4C-ID 模型資料來源：Mayer,2005. 在設計階段，是根據分析接段的學習目標，以及教學材料，來發展教案，其中包括測驗。這兩部份主要是由內容專家（SME）所撰寫。在設計階段，內容專家與教學設計專家的重疊性開始產生，共同協商設計，是比較好的辦法，能夠在學科知識，以及科技運用. 61.

(75) 間，獲得最佳平衡。在遊戲領域，同樣在製作之前的預備工作階段，遊戲設計師和藝術家，會在一起創作出一個簡單的鳥瞰圖（經常是粗略的手稿），它是以玩遊戲者的觀點來建構出整個環境（Omernick， 2004）。除了設計學習活動，在此階段也必須撰寫評量測驗，或是學習單。. 62.

(76) （三）發展階段第三階段的發展階段，則教學設計專家責任重大。這一階段的困難點，在於必須熟悉領域知識的學習特性，以及多媒體教學科技的使用潛力，並需要發散的思考，以及收斂範圍的能力。在教學設計方面，包括了五個主要成分：1、準備活動，2、信息呈現，3、學生參與，4、測驗，5、補充活動（盛群力、李志強，2003）。表 2-3-2 教學設計五個主要成分準備活動. 信息呈現. 學生參與. 測驗. 補充活動. 動機目標起點行為. 先後順序教學組塊內容呈現舉例. 練習反饋. 起點行為前測插入測驗後測. 補救矯正擴充豐富. 資料來源：盛群力、李志強，2003. 如果針對更細部，可以先預測學生的可能回饋，來做學習活動設計。表 2-3-3 按照預期向學生呈現活動之教學策略第項目標信息呈現. 信息：舉例：. 學生參與. 練習：反饋：資料來源：盛群力、李志強，2003. 依據 Dodge（2002）所述，我們可以將網路探究（WebQuest）網站上提供的模版，分為十二種任務型態，整理如下：. 63.

(77) 1、複述任務(Retelling Tasks) 要求學生以簡單的方式，展示並證明自己已經吸收學習內容。是屬於比較不具有挑戰性的模式。學生可以用投影片、海報、網頁等方式來統整呈現自己的學習成果。 2、編輯任務(Compilation Tasks) 蒐集廣泛資料，並編撰進一固定格式中。例如製作一本食譜。 3、神秘任務(Mystery Tasks) 不管兒童或成人，都會被神秘的事物吸引。所以以一種解難題，或是類似偵探問題的解迷，吸引學生進入學習活動中。例如：法老 Tutankhamun 是被謀殺的嗎？ 4、新聞報導的任務(Journalistic Tasks) 要求學生廣泛收集資訊，並依據新聞格式，將資料組織為新聞稿，注重準確性而非創造性。 5、設計任務(Design Tasks) 在一定的限制條件下，要求學習者設計一件產品，或是規劃有明確目標的計畫。 6、創造產品任務(Creative Product Tasks) 要求學生以故事、詩歌、繪畫等形式，像美術家、設計師一樣，創作出作品。產出的結果，屬於比較難預測的。. 64.