數位學習遊戲對七年級學生學習人體血液循環系統概念之影響
112
0
0
全文
(2) 摘要 本研究發展人體血液循環概念的遊戲教材，檢視其對七年級學生學習人體血 液循環概念的成效，及了解學生對教材的態度與感受。 本研究採準實驗設計，研究對象為台北市某國中七年級兩班學生共 64 人。 其中一班 34 人為遊戲組，使用數位學習遊戲，另一班 31 人為動畫組，使用動畫 教材。遊戲教材與動畫教材的學習內容相同，差別在於遊戲可讓學生自由操作， 動畫只能讓學生以觀看閱讀的方式學習。兩組皆進行 110 分鐘的實驗處理，包含 前後測、遊戲或動畫的學習以及態度問卷的填寫，並於實驗後對老師及部分學生 進行訪談。 研究結果顯示，動畫組學生之後測分數較遊戲組學生高，且兩組間有顯著差 異。兩組組內前後測差異皆有明顯進步，表示學生皆能透過遊戲教材或動畫教材 學習到血液循環概念。訪談發現，學生普遍比較習慣老師直接告知概念，而不習 慣自己發現概念，這可能是造成動畫組學習成效高於遊戲組學習成效的原因。另 外，在學習態度方面，不論遊戲組或動畫組學生皆對兩種數位教材持正向態度。. 關鍵字：數位學習遊戲、血液循環概念、遊戲教材、動畫教材. I.
(3) Abstract The purpose of this study was to develop a digital learning game for seventh grade students’ learning of blood circulatory system concepts, and to know students’ attitude toward the game-supported learning of blood circulation. Quasi-experiment design was implemented. The participants were two classes of seventh grade of 64 students in Taipei. A class with 34 students was assigned as the group using digital learning game (game group), and the other class with 31 students was assigned as the group using animation materials (animation group). Digital learning games and animations materials had same learning content. Their difference is that game allows students to manipulate, but an animation only allows students to read (watch). Both groups have the experimental treatment for 110 minutes. After the experiment teachers and some students were interviewed. The results indicated that the posttest score of animation group is higher than the posttest score of game group. The differences between the pretest and the posttest scores (within group differences) in both groups are significant, which means that students can learn blood circulation concepts via digital learning games or animation materials. Interview data showed that students were generally more accustomed to teacher-lectured learning. This might be the cause why animation group has a higher achievement score than the game group. Both groups of students were holding a positive attitude toward the learning of blood circulation. And the game group has a positive reaction toward game-supported learning.. Keywords: digital learning game, blood circulatory system concepts, digital. game-based learning material, animation material. II.
(4) 誌謝 進入研究所就讀對我來說，原本應該是個不太可能的夢，但我很幸運地能在 邱貴發教授的指導下，順利完成研究所的學業與畢業論文。老師總是能讓我自由 的發展我想做的研究內容，卻又會在我不小心偏離軌道時，適時地將我引導回來。 另外，也特別感謝崔夢萍教授與黃思華教授兩位口試委員，在口試時給我很重要 的指導，讓我的畢業論文更加的完整。 在短短的兩年研究所生涯，第一年認識了孫林學長、子淵學長、宇欣學姐， 對我的研究方向有很大的幫助，還有認識了一群很活潑的學長姐：小丘、小憋、 小洛、香菇、雪迪。不管是在研究相關的問題，或是生活的經驗分享，甚至一起 吃飯、出遊玩耍，學長姐們都豐富了我的生活，只要有他們在的地方，總是能吵 到屋頂都被掀翻。第二年來了可愛的新學弟妹：雨蓁、黃筑、小哆，雖然我們的 相處時間沒有很久。最重要的是相處了兩年的同學：瑋萱、帥哥、章慧、彥江， 謝謝 GGLab，謝謝台灣變色龍，謝謝你們帶給我的一切。雖然帥哥常發出怪聲 音，瑋萱常把實驗室當成自己的家，彥江常有奇怪的堅持，章慧常會好久不見， 但在每一個重要時刻 的互相鼓勵，讓我真的覺得好幸福。 在做研究的路上，謝謝幫助過我的人。道明的淑德老師、芝嫻老師，謝謝你 們給我教材上的建議，還有一些補充資料，讓我的遊戲可以發展得很好；文琪學 姊、有德學長、蝙蝠、聖淵學長、曉芬學姊，謝謝你們努力地幫我尋找實驗對象， 我才能順利收集到數據，以及實驗學校的佳穎老師，技術指導的鄭媽與李篤易老 師不厭其煩的教導，真的很謝謝你們的幫忙，我才能進行這麼順利完成研究。 最後，家人的支持，是我最大的動力。爸爸、媽媽與哥哥會偶爾關心我的研 究進度，也會給我加油打氣，讓我可以很有動力地進行研究。只要放假回到家， 總是會有滿桌的食物，舒適的床，以及滿滿的愛，所有的疲憊總會一掃而空，真 的很愛瓜布的紅鞋家。. III.
(5) 目錄 附表目錄 ........................................................................................................................VI 附圖目錄 ...................................................................................................................... VII 第一章 緒論 .................................................................................................................... 1 第一節 研究背景 ...................................................................................................... 1 第二節 研究目的與待答問題 .................................................................................. 3 第三節 名詞釋義 ...................................................................................................... 4 第四節 研究限制 ...................................................................................................... 5 第二章 文獻探討 ............................................................................................................ 7 第一節 血液循環系統的學習 .................................................................................. 7 第二節 數位科學學習遊戲 .................................................................................... 14 第三節 數位遊戲在生物學科上的應用 ................................................................ 22 第四節 結語 ............................................................................................................ 25 第三章 研究方法 .......................................................................................................... 27 第一節 研究歷程 .................................................................................................... 27 第二節 研究對象 .................................................................................................... 31 第三節 遊戲設計 .................................................................................................... 31 第四節 研究工具 .................................................................................................... 49 第五節 實驗程序 .................................................................................................... 52 第六節 資料蒐集與分析 ........................................................................................ 54 第四章 結果與討論 ...................................................................................................... 57 第一節 學習成效 .................................................................................................... 57 第二節 學習態度 .................................................................................................... 62 第三節 教材設計滿意度 ........................................................................................ 68 第四節 開放式問題與訪談結果 ............................................................................ 72 第五章 結論與建議 ...................................................................................................... 83 第一節 結論 ............................................................................................................ 83 第二節 建議 ............................................................................................................ 85 參考文獻 ................................................................................................................. 87 IV.
(6) 附錄一 血液循環概念測驗卷（前測） ...................................................................... 93 附錄二 血液循環概念測驗卷（後測） ...................................................................... 97 附件三 學生態度問卷─「紅色冒險」遊戲篇 ........................................................ 101 附件四 學生態度問卷─「紅色冒險」動畫篇 ........................................................ 103. V.
(7) 附表目錄 表 2-1 國內外研究之血液循環迷思概念統整表 .......................................................... 9 表 2-2 血液循環概念教學相關研究整理表 ................................................................ 12 表 2-3 數位遊戲在科學學習上的應用 ........................................................................ 20 表 2-4 數位遊戲應用在生物學科之國內外研究 ........................................................ 23 表 3-1 預試實驗設計（遊戲組） ................................................................................ 28 表 3-2 預試實驗設計（動畫組） ................................................................................ 28 表 3-3 學習概念與遊戲設計 ........................................................................................ 32 表 3-4 遊戲機制設計 .................................................................................................... 34 表 4-1 遊戲組與動畫組前測分數之描述統計 (N=65) .............................................. 57 表 4-2 遊戲組與動畫組前測分數之獨立樣本 t 檢定 ................................................. 58 表 4-3 遊戲組與動畫組後測分數之描述統計 (N=65) .............................................. 59 表 4-4 遊戲組與動畫組後測分數之獨立樣本 t 檢定 ................................................. 59 表 4-5 遊戲組與動畫組前後測分數之描述性統計 .................................................... 59 表 4-6 遊戲組前後測分數之相依樣本 t 檢定 ( N=34 ) ............................................. 60 表 4-7 動畫組前後測分數之相依樣本 t 檢定 ( N=31 ) ............................................. 60 表 4-8 遊戲組生物態度調查結果 (N=34) ................................................................ 63 表 4-9 動畫組生物態度調查結果 (N=31) .................................................................. 64 表 4-10 遊戲組血液循環學習態度調查結果 (N=34) ................................................ 65 表 4-11 動畫組血液循環學習態度調查結果 (N=31) ................................................ 67 表 4-12 遊戲設計滿意度調查結果 (N=34) ................................................................ 69 表 4-13 動畫設計滿意度調查結果 (N=31) ................................................................ 71 表 4-14 學生訪談紀錄統整表─遊戲組 ....................................................................... 77 表 4-15 學生訪談紀錄統整表─動畫組 ....................................................................... 79 表 4-16 老師訪談記錄表 .............................................................................................. 81. VI.
(8) 附圖目錄 圖 3-1 研究歷程 ............................................................................................................ 30 圖 3-2 遊戲起始畫面 .................................................................................................... 35 圖 3-3 第一階段之遊戲角色開場白畫面 .................................................................... 35 圖 3-4 第二階段之遊戲角色開場白畫面 .................................................................... 36 圖 3-5 功能列說明畫面 ................................................................................................ 36 圖 3-6 遊戲地圖畫面 .................................................................................................... 37 圖 3-7 關卡說明畫面 .................................................................................................... 38 圖 3-8 關卡一《心臟拼圖》主畫面 ............................................................................ 39 圖 3-9 關卡一《心臟拼圖》瓣膜提示畫面 ................................................................ 39 圖 3-10 關卡二《血液組成卡片》主畫面 .................................................................. 40 圖 3-11 關卡二《血液組成卡片》收集卡片畫面 ...................................................... 40 圖 3-12 關卡三《循環路徑接血管》遊戲畫面 .......................................................... 41 圖 3-13 關卡四《血路急急棒》主畫面 ...................................................................... 42 圖 3-14 關卡四《血路急急棒》提示畫面 .................................................................. 42 圖 3-15 關卡五-1：《拯救小男孩》主畫面............................................................... 43 圖 3-16 關卡五-1：《拯救小男孩》出牌過程畫面................................................... 43 圖 3-17 關卡五-1：《拯救小男孩》戰鬥畫面........................................................... 44 圖 3-18 關卡五-2：《拯救小男孩》注射營養劑畫面............................................... 44 圖 3-19 關卡五-3：《拯救小男孩》運送藥劑畫面................................................... 44 圖 3-20 關卡五-3：《拯救小男孩》完成任務畫面................................................... 45 圖 3-21 全部關卡完成畫面 .......................................................................................... 45 圖 3-22 延伸動畫畫面 .................................................................................................. 46 圖 3-23 過關畫面 .......................................................................................................... 47 圖 3-24 功能列於遊戲中的畫面 .................................................................................. 47 圖 3-25 遊戲流程 .......................................................................................................... 48 圖 3-26 動畫教材實際畫面 .......................................................................................... 49 圖 3-27 動畫教材學習內容 .......................................................................................... 50 圖 3-28 實驗流程圖 ...................................................................................................... 53 VII.
(9) 第一章 緒論 本章分成四節，第一節為研究背景；第二節為研究目的與待答問題；第三節 為名詞釋義及第四節為研究限制。. 第一節 研究背景 學習者對於血液循環系統構造間的關係及整個血液循環系統的功能常無法 做連結，相關研究表示要理解血液循環之構造與功能的知識內容是有困難的（劉 寶元，民 92） 。學習者認為不論在學習前後，血液循環的概念皆是「複雜、不易 習得」（許照紅、許德發，民 96）。涂志銘（民 94）更指出老師在教學時，應讓 學習者了解人體血液循環系統的整個過程，並著重連結「血液循環」 、 「動靜脈及 微血管」與「循環系統的功能」等三大部分概念的教學內容，使其對於循環系統 有整體的了解。以往的研究大多以實體解剖（余翠娟，民 94） 、電腦動畫模擬（張 梅鳳，民 92）等策略，單純觀看心臟構造，不易建立整個血液循環的概念（許 照紅，民 100）。 數位學習遊戲結合教材內容與遊戲特性可以增加互動的學習方式。Garris, Ahlers & Driskell (2002)提出輸入-過程-結果的遊戲模式 (Input-Process-Outcome Game Model)，將教材與遊戲當作輸入，獲得系統回饋、得到批判思考與學習者 行為改變的循環，最後產生學習成果，達到學習互動，以建立正確的知識概念。 數位學習遊戲的特色是讓學習者在學習過程中能引發動機，擁有新的體驗並 能沉浸其中 (Hsiao, 2007)。Erhel & Jamet (2013)的研究結果顯示學習者沉浸在遊 戲當中可以促進學習和動機。學習者在遊戲過程能獲得能力，達到「寓教於樂」 的教育意義，亦可藉由遊戲增添課程的樂趣，保持學習動機與專注力 (Robertson & Howells, 2007)。 研究上利用遊戲輔助生物學科概念學習的例子不少，例如：Rowe, Shores, Mott & Lester (2010)將數位遊戲與微生物學做結合；Klisch, Miller, Wang , Epstein 1.
(10) (2012)透過遊戲學習刺激物對人體的影響，研究結果皆對知識學習是顯著提升 的。 從蒐集文獻的過程中發現，血液循環概念學習的相關研究較多是在探討學生 對於血液循環概念的迷思與認知負荷，本研究希望透過數位學習遊戲，將學習遊 戲特性融入國中生物的血液循環系統單元，使國中七年級學生在學習過程中，釐 清各器官扮演的角色與人體循環的整體流程，並檢視其在學習上的成效。. 2.
(11) 第二節 研究目的與待答問題 本研究探討數位遊戲教材與動畫教材對七年級學生學習人體血液循環概念 的學習成效，及學生對人體血液循環的學習態度與對教材的感受。 根據上述研究目的，本研究的待答問題如下： 1. 學生使用「紅色冒險」遊戲教材與「紅色冒險」動畫教材學習血液循環 概念之成效有何差異？ 2. 學生使用「紅色冒險」遊戲教材，其前後之學習成效有何差異？ 3. 學生使用「紅色冒險」動畫教材，其前後之學習成效有何差異？ 4. 學生對「紅色冒險」遊戲教材與「紅色冒險」動畫教材之學習態度有何 差異？ 5. 學生對「紅色冒險」遊戲教材與「紅色冒險」動畫教材之滿意度有何差 異？. 3.
(12) 第三節 名詞釋義 一、遊戲教材 本研究之遊戲教材，係指遊戲組所使用之本研究設計的學習遊戲：「紅色冒 險」遊戲。此遊戲場景設計並非以真實的系統，是將真實圖像簡單化，並搭配簡 單規則及簡易操作的遊戲方式，讓學習者進行各關任務，將學習概念與遊戲元素 進行轉換，藉此引起學生學習動機。. 二、動畫教材 本研究之動畫教材，係指動畫組所使用之本研究設計的動畫教材：「紅色冒 險」動畫。此動畫教材沒有設計遊戲活動與故事情節，僅設計過場動畫，以一位 人物角色說明內容。學習概念之文字敘述方式與現行課本類似，並未做太多轉化。 而學生僅能使用「下一頁」與「再看一次」之功能，重複閱讀文字。. 4.
(13) 第四節 研究限制 一、研究對象之限制 因本研究者非在職教師，受限於時間、人力與受訪者意願等因素，本研究無 法採用隨機抽樣，而是以台北市士林區某國中一年級兩班的學生為實驗對象。也 因實驗學校的關係，無法將研究對象隨機分配成兩組，其結果可能無法推論至不 同條件下的其他對象。若要推論到其他的班級或學校，需要再將實驗的母群與樣 本數擴大。. 二、實驗時間之限制 因本研究須使用電腦設備進行實驗，需與學校商借可供實驗的班級與電腦教 室可使用的時間。經過多次討論後，遊戲組與動畫組分別使用兩堂早自習與一堂 生物課進行實驗，實驗時間於兩週內完成。因此，此研究結果可能無法推及到較 長時間的研究，只能針對短時間的學習成效與學習態度做推論。. 5.
(14) 6.
(15) 第二章 文獻探討 第一節 血液循環系統的學習 一、學習血液循環系統的困難 血液循環系統在生物學上是一個複雜的單元，亦是一個整合性高的主題（涂 志銘， 民 94）。雖然血液循環系統與生活息息相關，但因系統藏於體內，無法 用肉眼直接觀察，國內外的學者都指出要理解此單元的概念是有難度的，且容易 產生迷思概念 (Arnaudin & Mintzes, 1985；Chi, de Leeuw, Chiu & Lavancher, 1994； Sungur, Tekkaya & Geban, 2001；邱耀德、耿正屏，民 83；許朝貴、耿正屏，民 84；劉寶元，民 92；楊涵瑜，民 93；陳明鈺，民 96)。 台灣科學學習研究（Science Learning Study，簡稱 SLS）於 2003 年進行中小 學生物概念的研究，共為十大主題，分別循環概念包含在由動物與植物的運輸概 念主題內。從研究結果發現概念發展狀況如下： (1) 循環系統、呼吸系統和消化系統間的關係，學生並不清楚。 (2) 對於心臟才是人類血液在血管內流動的原動力，學生常有混淆。 (3) 有些名詞如雙循環被學生詮釋成血液在血管中雙方向或單方向流動。 (4) 對於生物體整體物質和能量的概念以及其與各系統間的關聯是生物教 學上要努力突破之處。 除了以上四點，從教育現場老師的教學經驗亦得知，學生確實在學習血液循 環時，遇到比較多的問題與挑戰，像是有學生反應對老師的教學內容背不起來之 類的問題（蔡銘珂，民 99）。 Arnaudin & Mintzes (1985)進行跨年級的研究，分別找了五年級與八年級的 學生。研究發現，國小產生的迷思概念若在求學過程未被修改，仍會隨著學生保 留到國中，甚至大學階段。 Sungur, Tekkaya, & Geban (2001)以概念圖的方式調查十年級學生對於血液 循環概念改變的情形，研究發現雖然學生曾在九年級時學過血壓與血流速度等概 7.
(16) 念，但在學習壓力與流速這兩個單元時，學生依然存在迷思概念，因為教師和課 程內容沒有強調這些部份。 邱耀德和耿正屏（民 83）以半開放式的紙筆測驗及晤談對國二學生進行調 查，調查結果發現學生較共通的迷思概念如下：(1)以紅血球與血紅素為人體運 輸的主角；(2)以白血球為人體防衛系統的中心；(3)以血管的厚薄粗細來評斷血 管彈性的大小；(4)認定血液方向沒有一定的規範，不受循環構造（如瓣膜）的 限制；(5)以血管類別，決定所帶血液新鮮與否為基本原則，再推演其他循環系 統概念的架構。 許朝貴和耿正屏（民 84）以紙筆測驗與問卷訪談的方式探討國一學生學習 人體血液循環路徑單元的概況與困難，研究結果發現學生在學習上有以下困境： (1)學生在血液循環的學習成效是最差的；(2) 62%學生認為學習血液循環有困難， 並且存在許多迷思概念。 劉寶元（民 92）探究國一學生學習人體血液循環概念之心智模式類型及心 智模式精鍊的變化歷程，證明在教學中提供適當的表徵模式，可以協助學生學習 抽象的概念。研究亦發現，學習者在學習心臟、血管、血液與循環過程四個部份 的概念中，循環過程對學習者的難度是最高的，其次是心臟、血管及血液。 黃柏蒼（民 92）認為是因為血液循環系統所涵蓋的概念包括細胞、組織、 器官等微觀層次的組成外，也包含各組織層次彼此錯綜複雜的關係，是需要整合 的概念學習，因此對學生學習血液循環系統是困難的。 陳明鈺（民 96）使用概念測驗與半結構式晤談的方式，探討雙重情境學習 模式與傳統講述教學在循環系統概念診斷測驗之差異。研究發現，大部分的科學 概念成效與維持度皆良好，在心臟功能、養份運輸、血液組成與血液路徑等概念， 仍有迷思概念存在。 將以上文獻所探討的血液循環之迷思概念，整理分成血液組成與功能、心臟 構造與功能、循環途徑與功能及血管構造與功能等四個部分，如表 2-1 所示。. 8.
(17) 表 2-1 國內外研究之血液循環迷思概念統整表 學生的迷思概念. 相關研究（年份）. 血液組成. 血液是紅色的液體. Arnaudin & Mintzes. 與功能. 細胞懸浮在紅色的液體上. (1985). 紅色細胞缺乏細胞間的液體 血液是身體的活力來源. 許朝貴、耿正屏. 富含 CO2 的血液成藍黑色. （民 84）. 氧氣在血液中主要由血漿運送 無法釐清血球和血漿的差異. 陳明鈺. 紅血球可運輸「養分」. （民 96）. 白血球可儲存抗體 血漿是紅色的 心臟構造. 心臟有三個或兩個腔室. Arnaudin & Mintzes. 與功能. 心臟可以推動血液. (1985). 心臟有清潔、過濾、製造與儲存血液的 功能 左右心房或左右心室之間存有孔隙，血 許朝貴、耿正屏 液可以在直接左右心間流. （民 84）. 心臟內的血液可左右交流. 陳明鈺. 心臟內血流方向不一定. （民 96）. 無法理解瓣膜的功能 心臟可清潔、過濾、製造血液 循環途徑. 血液循環可能是單一循環系統. Arnaudin & Mintzes. 與功能. 空氣由體內運送空氣的導管運送到身. (1985) （續下頁）. 9.
(18) 體各處 血液循環是開放或半開放循環系統 心房與動脈相連，心室與靜脈相連. 許朝貴、耿正屏. 動脈與靜脈兩類血管直接相連後再接. （民 84）. 微血管 血管構造. 脈搏指的是靜脈或微血管的跳動. 許朝貴、耿正屏. 與功能. 脈搏搏動的力量來自肺臟或肌肉的擴. （民 84）. 張收縮 肺動脈執行主動脈的功能 肺靜脈將富含養分、氧氣的血液由心臟 輸送至全身組織 肺靜脈將富含 CO2、廢物的血液由組織 輸送至心臟 無法區分動脈和靜脈的異同. 陳明鈺. 以大小或厚薄或顏色區分動脈和靜脈. （民 96）. 綜觀以上針對迷思概念的研究，可以得出：血液循環系統會造成學生諸多的 迷思概念最主要的原因是因為該單元對學生屬於較抽象的概念，學生不易從生活 中的經驗直接觀察；再者，許多研究也都表明，若學生在學習的過程中沒有建立 較整體性的概念，僅有片面的知識，可能會造成學習上的迷思概念。而老師教學 的過程中，若沒有搭配圖片或詳細解說，學生在學習上較難產生共鳴，進而連結 到錯誤的背景知識（蔡銘珂，民 99） 。血液循環的迷思概念雖然很多，但透過以 圖為本的任務或是鷹架輔助於遊戲式學習等方式，適時引導學生，仍然可以幫助 學生順利學習該單元（許照紅，民 100；楊心怡，民 102）。. 10.
(19) 二、血液循環概念教學的改進與相關研究 許朝貴和耿正屏（民 84）曾對現行教科書進行分析，並從研究結果得知， 造成學生在學習血液循環路徑有困難的原因為：(1)教材的呈現，忽略了強調血 液循環中各構造間的因果關係；(2)學生無法對圖形做適當的建構，或忽略圖形 中的某些訊息，使得圖形輔助理解概念的功效降低。劉寶元（民 92） 、蔡佩貞（民 92）之研究中亦提出相同的看法，表示因課文文字敘述簡要，導致學生無法對課 文與圖形進行概念連結。余清水（民 100）提到學校因課程編排關係，在血液循 環課程部分顯得有些緊湊，且每間學校設備不同，每位老師的教法亦不太一樣， 大都是以課堂講述與圖片說明為主。 近年，國內有學者利用的不同教學策略進行研究，以改善學生學習血液循環 的效率及提升學習成效。莊崑泉和耿正屏（民 84）以學習環來幫助學生學習血 液循環概念，研究結果發現學生在抗體與血液運輸功能方面的概念發展良好，但 對於血液循環概念改變的影響並不大。黃柏蒼（民 92）使用類比教材與傳統教 學做比較，發現使用類比教材有助於學生對課文概念的理解以及基模的建構。張 宗婷（民 97）使用互動式歷史小故事與科學寫作活動，企圖提升學生的科學本 質並增進其在血液循環概念的學習成就，幫助學生澄清血液循環相關的迷思概念， 結果發現特別是對於低分組的學生影響最為顯著。亦有使用實體解剖（余翠娟， 民 94） 、改進圖形與提問的教學策略（蔡佩貞，民 92） 、合作學習教學（蔡銘珂， 民 99）等教學策略。 因科技的普及開始有學者將其融入教學，如張梅鳳（民 92）自行開發 CAI 教學軟體，製作大小循環之 Flash 模擬動畫及線上測驗，並結合兩種不同的資訊 融入教學策略 (單槍投影、網路平台)，引起學生注意與提高其學習興趣。李恒 嘉（民 99）利用 K12 數位學校資訊融入教學，探討其對國中生物科的教學歷程 和學習成效。本研究將血液循環概念教學相關研究整理如表 2-2。. 11.
(20) 表 2-2 血液循環概念教學相關研究整理表 年份. 研究者. 對象. 教學策略/工具. 研究成效. 民 84. 莊崑泉. 國中生. 學習環. 學習環的教學能幫助學生. 耿正屏 民 92. 黃柏蒼. 生物概念的發展。 國一. 類比教學. 有助於學生對課文中概念 的理解及基模的自行建構。. 民 92. 張梅鳳. 國一. 策略：. 其開發之 CAI 軟體結合不. 單槍投影. 同資訊融入教學策略，顯示. 網路平台. 其教學成效（無論是學生學. 工具：. 習成就或學習動機）優於傳. 電腦虛擬動畫. 統教學。. 線上測驗(即時回 饋) 民 92. 民 94. 蔡佩貞. 余翠娟. 小六. 國中生. 改進的圖形. 兩種方式皆顯著增進學生. 提問策略. 學習人體血液循環。. 實體解剖. 高分組的學習成效沒有顯 著差異，但在中低分組卻有 顯著差異；對照組在比較心 臟腔室、血液循環的方向與 血液循環過程之概念學習 衰退較實驗組嚴重。. 民 96. 陳明鈺. 國一. 雙重情境學習模式. 學生在教學後，都能成功達 到概念改變並持續進行概 念轉移。 （續下頁）. 12.
(21) 民 97. 張宗婷. 國二. 互動式歷史小故事. 可幫助學生澄清血液循環. 科學寫作活動. 相關的迷思概念，尤以對於 低分組的學生影響為最多。. 民 99. 李恒嘉. 國一. K12 數位學校資訊. 在學習成效方面，K12 教學. 融入教學. 整體學習成效優於傳統教 學，中、低分群學生表現具 有顯著差異；有不少學生對 K12 在作業、評量及學習單 等方面抱持正面態度。. 民 99. 蔡銘珂. 國一. 合作學習教學策略. 合作學習教學策略的概念 改變效果顯著。. 民 100. 許照紅. 四技二專. 以圖為本之任務. 以圖為本之任務的有效性. 一年級生. 自行發展之 C86. 呈顯著差異；學習任務對受 試者在結構填圖後測成績 達顯著差異，C86 實驗組的 成就高於其他二組 。. 總結來說，國內在血液循環概念學習與教學的改進研究不是很多，在使用這 些教學策略時，若無法確切掌握學生投入情形，可能會達到預期之外的成效，甚 至是產生迷思概念（許照紅、黃台珠，民 95；黃柏蒼，民 92） 。因此，若能設計 出適當的教學活動，使學習者能建構血液循環整體的知識，並掌握學生學習狀況， 那麼學習是會有一定的成效的（許照紅、許德發、許瑞珍，民 98）。. 13.
(22) 第二節 數位科學學習遊戲 一、數位學習遊戲的特性 數位遊戲在學習上的應用，是近幾年大家有興趣的議題。人們普遍認為，數 位遊戲可以激勵學生學習，超越學科界線 (Squire, 2004)，並藉由遊戲增添課程 的樂趣 (Erhel & Jamet, 2013)。但是，學習與遊戲兩者該如何有效的結合呢？ Habgood (2007)研究了遊戲機制整合學習內容的重要性，他發現遊戲若有學習的 內在動機比沒有學習的內在動機的相同遊戲更有效。一個成功的教育遊戲必須結 合學習與遊戲機制，而不是單純只有遊戲機制。 Charsky (2010)針對學習遊戲的特性進行說明，將其整理為下方幾項： 3. 競爭與目的 (Competition and Goals) 競爭與目的是組成遊戲的必要條件。遊戲的目的符合學習目標，而競爭的 加入，能使學習達到快樂，並且應該鼓勵學習者完成競賽活動。遊戲活動 通常是根據教育目標，以激勵學習者完成更多的演練。遊戲時間可以為學 習者提供較多機會，以實現更複雜的學習目標。 2. 回饋 (Feedback) 當玩家完成任務與挑戰時給予有價值的獎勵回饋，這些獎勵可能是促銷、 金錢、更大的責任、各種物品或是典型的點數上升等等，不僅獎勵玩家的 努力，而且還使玩家接受新的任務與挑戰。 3. 規則 (Rules) 規則是用來限制行動遊戲玩家的，且通常是固定的，只允許學習者練習特 定的技能，無法被改變。而規則對教育遊戲是重要的，因為它們可以代表 現實或真實的現象，引導學習者進入遊戲。 4. 選擇 (Choice) 選擇是指玩家在遊戲之前和遊戲期間可自行選擇和決定，有以下三種不同 的選擇類型：. 14.
(23) (1) 表現形式的選擇 (Expressive Choice) 表現力能提高學習者的動機，通常是遊戲玩家提高對他們的角色應用。 表現的型式可以是讓玩家選擇頭像或命名，選擇地圖，調整聲音，或 者去選擇其他物品，讓玩家可以依照自己所想的去選擇，會使玩家認 同他們在遊戲中的角色，進而更有高的動機面對複雜情況，並獲得技 能。 (2) 策略選擇 (Strategic Choice) 策略選擇是指依照玩家能力改變一些遊戲屬性，如難易程度，分配的 時間和玩家數量，而這個決定會影響遊戲的玩法。玩家通常在玩之前 可以選擇為新手、資深玩家和專家。選擇難度級別被認為可以提高學 習者的動機，因為他們將獲得具有挑戰性的問題。指導的動作通常發 生在遊戲進行過程中，如解說，可以是口頭或書面和由指導員或其他 學習者進行。教練的角色可能是促進學習的重要組成部分，因為教練 可以非常突出，縮減學習者的進展或需要學習的部份。 (3) 戰術選擇 (Tactical Choice) 戰術選擇指的是學習者的能力，使他們如何玩遊戲的決定。許多遊戲 從開始到結束會有一個主要故事情節或直線的路徑，但有的時候遊戲 可能會離開主線，以另一種分支路線，要學習者完成更困難的內容。 在遊戲中，援助往往來自選擇「幫助」按鈕，進入教程、常見問題或 詞彙表，這些可提供遊戲的玩法、規則與評分等訊息，讓學習者評斷， 做下一步的選擇。 5. 挑戰 (Challenges) 挑戰是以遊戲的任務和活動呈現，學生必須完成挑戰，以解決問題或練習 他們的學習。很多時候，學習者所面臨的挑戰是教學內容（例如：回答數 學問題），也就是為什麼很多遊戲的糖衣是遊戲特性和實踐活動，以滿足 學習目標。學員在成功地完成每一個挑戰，將獲得相應的獎勵和反饋，而 15.
(24) 反饋可以彙報、反映活動，並從教師的評價可以了解學習目標是否幫助學 習者評估他們的表現。 6. 奇幻 (Fantasy) 幾乎每個遊戲都包含試圖提供激勵和令人興奮的奇幻元素。奇幻元素通常 被用作獎勵，以肯定一個正確的行為或響應挑戰，而且有助於培養玩家的 知識。 7. 逼真度與情境脈絡 (Fidelity & Context) 逼真度是透過圖像、場景、聲音、視頻與對話，創造一個令人興奮與身臨 其境的感受，有助於學習者將知識轉移到現實世界。情靜脈絡是透過遊戲 的設置、敘事、故事、場景、人物、背景故事與問題等等，以虛擬背景和 機制來進行遊戲，可以提高遊戲的真實性。通常情況下，學習遊戲是線性 的，場景接著場景，玩家只需通過單一的情節線移動─第三人稱視角。而 第三人稱更是有價值的，對學習者來說，能更容易進行實驗操作，如人物 的動作，將它們放入遊戲中，他們不會把自己的性格之中。 以上這些特性可以讓學習者在使用學習遊戲的過程中很容易投入，因 為遊戲的情境脈絡，以及遊戲賦與學習者的動作技能，使學習者可以自行 控制遊戲的走向，並透過挑戰與系統回饋刺激學習動機，進而達到學習目 標。但對設計者來說，製作遊戲所花的時間與心力要比一般的教材內容多 出許多，因此建構一個數位遊戲設計的教學模式來引導數位遊戲的設計與 製作更顯得重要（簡幸如，民 94）。. 二、數位科學學習遊戲設計 Clark, Nelson, Sengupta, & D’Angelo (2009)曾提到科學學習遊戲設計的時候， 可以思考以下三個向度： 1. 科學的學習目標或遊戲針對的目標 包括學習科學的動機、科學主題概念的理解、科學過程的技能、科學本質 的認識與科學的論述，並認同科學和科學的學習。 16.
(25) (1) 以詢問/論證作為遊戲主要目標 (2) 在遊戲中學習以模擬為基礎的科學內容和流程 (3) 與遊戲中以外的社區成員學習查詢/論證/設計/工程 (4) 熟悉與其他學科的具體陳述、工具和流程 (5) 科學內容知識 (即使它不是主要目標，仍專注於科學的學習) 2. 遊戲的持續時間和參與遊戲的性質 對照商業遊戲與時間較短的休閒遊戲，商業遊戲的時間往往較長，並以敘 事為基礎與體驗。科學學習遊戲分類中，我們較常看到的是： (1) 時間很短的互動休閒遊戲 (2) 執行特定較長開始與停止時間之有限時間遊戲 (3) 需要玩家持續參與且長時間進行的遊戲 3. 遊戲的預期目的（娛樂或教學的範圍） (1) 典型的商業休閒遊戲目的在於提供娛樂 (2) 非正式情境的嚴肅遊戲，保持休閒遊戲很多設計元素，但有更多針 對課程的重點 (3) 正式教學情境的嚴肅遊戲，在課堂上作為課程干預使用 (4) 評估現有知識/理解之遊戲，而不是作為一個學習平台 吳叔鎮（民 100）針對諸多學者的論述整理出悅趣式數位教材 (即遊戲式學 習)之設計原則，並基於國小自然與生活科技領域單元課程與科學過程技能以及 課程進度之考量，採用以下設計的原則： 1. 簡單易懂的遊戲規則 一節課通常需要進行引起動機、實驗與討論、發表與歸納等歷程，考量不 影響正式教學歷程之下進行，完整的遊戲式學習過程不超過一節課 (40 分鐘)，以適應單節課程的時間需求。 2. 使用大量圖片以幫助認知 考量學習者在學習過程中可能產生的認知差異，且多數單元具有許多抽象 17.
(26) 學習內容，需要更多媒體呈現以幫助學習者理解特定概念並融會貫通。 3. 清楚一致的版面設計 考量減少整體版面的變動性，縮短使用者適應教材的時間，用最快的速度 專注在學習內中上。 4. 藉由簡單得分建立遊戲性 學生常將分數的高低視為當下成就的高低，總是會努力達到高分，擁有成 就感，以此為增加遊戲趣味。 5. 具挑戰性的關卡設計 對學習者來說，過於簡單的遊戲變化會使人很快地失去參與的興致，建立 關卡的挑戰性除了可以彌補整體教材變化不足的地方，亦可以激發使用者 正向心態與持續學習的動力。 6. 適切的回饋機制 透過遊戲系統的回饋機制，除了可以立即反應學習者的學習狀況，亦可兼 顧個人化、彌補教師無法照顧到所有人的需求，學習者也能不斷從錯誤中 學習，而老師的角色從指導者轉化為協助者。 7. 提供角色扮演的機會 角色扮演給予學習者重新省思自我角色的機會，從角色的選擇也能反映出 學習者自己期望的社會形象。在面對不同敵人時，可激發學習者不認輸的 心態，使學習者為了擊敗對方而更加專注於遊戲當中。 8. 團體競爭的制度設計 學習者透過群體的比較認同而產生成就感，並透過良性競爭提升整體的學 習成效。 由以上兩位學者的整理與設計考量可以得出結論：在設計科學學習遊戲之前， 必須先設定該學習遊戲的定位，是為了什麼科學學習的目標而設計？遊戲會持續 多久？遊戲的目的為何？等問題。定位完成之後，便要考慮該學習遊戲的學習內 容、遊戲機制、版面設計等問題，使學習者更加投入其學習遊戲，達到有效的學 18.
(27) 習。有學者提到學習遊戲的設計必須要有明確的規則與目標，重要的是有趣(Hong, Cheng, Hwang, Lee & Chang, 2009)。 三、數位遊戲在科學學習上的應用 近幾年有許多研究都顯示數位遊戲可以有效的應用在科學學習上面，以下針 對國內外幾個案例探討數位遊戲的實際應用情形，並將其整理成表 2-3。 Yvonne, Leslie , Shu, Joel (2012)探討以遊戲方式教導六年級-八年級學生對 接觸有毒化學物質的後果，以及與濫用化學吸入劑相關風險之學習成效與態度。 研究結果發現，使用遊戲學習環境科學是有效的策略，既提供基本科學內容，更 能應用生活的例子，如：家用產品有毒化學物質的傷害等，學生在科學知識的吸 收有顯著表現。在學習態度結果顯示八年級在吸入劑的態度變化最大，表示八年 級學生在使用遊戲之後對吸入劑的態度發生極大改變。 柯政宏（民 102）利用數位學習遊戲「遊易邦」做為課後複習輔助教材，輔 助國小六年級學生學習簡單機械單元。研究目的除了想知道學生使用遊戲後的學 習成效之外，亦想瞭解學生對「遊易邦」數位遊戲之評價。結果顯示，該數位遊 戲適合作為國小簡單機械單元教學後的輔助教材，學生對遊戲也有不錯的評價。 學生在科學學習態度表現與科學能力表現顯著優異。 張弘典（民 97）提出一個情境式學習結合數位遊戲的學習觀點並依此實作 開發一套數位學習遊戲-能源小蜜蜂，將能源教育靜態的學習知識轉為與切身相 關的議題，並使學習者的學習動機能有所提升。研究結果顯示，學習者在學習動 機呈現正向的反應，且學習者在實驗後確實對於能源議題產生更多的體認，並提 高對能源議題意識。經問卷結果，學習者在學習活動中確實能從遊戲特性中獲得 好處，讓學習者在遊戲的國度中能充分地融入並在遊戲的世界中有不一樣的體 驗。. 19.
(28) 表 2-3 數位遊戲在科學學習上的應用 研究者. 對象. 學習目標. 研究結果. Yam San. 中學生. 科學探究歷程. 使用 Alkhimia 遊戲學生在. Chee, Kim. (13 歲). 解決方案實現程度的分析. Chwee Daniel. 與概念理解的評估結果較. Tan, Ek Ming. 優於使用傳統教法之學. Tan, Mingfong. 生。. Jan (2011) Klisch. 初中學生. 化學吸入劑. 使用該遊戲學習環境科學. Yvonne,. (6-8 年級). (環境科學). 是一種有效的策略，既提. Miller Leslie,. 供基本的科學內容，更能. Wang Shu. 融入家庭中有毒化學物質. Epstein Joel. 的知識。學生在科學知識. (2012). 的吸收學生有顯著表現。. 柯政宏. 國小六年級. （民 102）. 國小「簡單機械」 數位遊戲適合作為國小 單元. 「簡單機械」單元教學後 的輔助教材，學生對數位 遊戲也有不錯的評價。在 科學學習態度表現與科學 能力表現顯著優異。. 黃馨慧. 國小五、六年級. 生活的化學元素. （民 102）. 透過圖像設計與虛實整合 所發展的學習遊戲，能提 升國小學童對學習化學元 素的動機，且透過故事腳 本的設計及創造與生活場 景之關聯性，能增進國小 學童學習化學元素的成 效。. （續下頁） 20.
(29) 李永吉. 國中七、八年級. （民 98）. 國中「自然與生. 不論年級、性別、使用電. 活科技領域-環境 腦的背景程度皆認為遊戲 污染」. 式的教學方式會提高學習 興趣。成效結果亦表示此 遊戲式的學習對於學生的 學習成就有很大的關係。. 張弘典. 國中八年級. 能源教育. （民 97）. 學生在學習動機呈正向反 應，且學習者在實驗後確 實對於能源議題產生更多 的體認，並提高對能源議 題意識。經問卷結果，學 習者在學習活動中確實能 從遊戲特性中獲得好處， 讓學習者在遊戲的國度中 能充分地融入並在遊戲的 世界中有不一樣的體驗。. 吳叔鎮. 六年級學生. （民 100）. 氧氣與二氧化碳. 使用數位遊戲可提升學習. 電磁世界. 動機，實驗組在氧氣與二 氧化碳、電磁世界單元成 效均優於控制組；教材中 的得分設計與學習單元及 科學過程技能之學習成效 有顯著正向相關。. 由上述文獻整理可以得知，數位遊戲應用在科學學習上確實是有成效的，大 部分的研究也顯示，學生對於在科學學習上使用數位遊戲的態度是正向的。數位 遊戲不僅提供有趣的學習活動、建構複雜的學習環境、結合現實生活的情境等方 式，提升學生的學習動機與學習態度，進而影響學習成效的進步。甚至有的研究 是搭配學習活動與數位遊戲兩者發展出許多極具特色的課程，且每個單元都有可 能會有不同的學習方式。. 21.
(30) 第三節 數位遊戲在生物學科上的應用 若將過去的研究文獻探討範圍聚焦於與本研究領域相關之生物學科應用上， 亦可透過以下國內外研究來了解目前數位學習遊戲應用在生物學科上的實際狀 況。 Sadler, Romine, Stuart & Merle-Johnson (2013)使用生物技術之遊戲讓學生解 決遊戲中設定的社會問題，學生在遊戲當中會使用基本生物概念，研究著重於學 生在遊戲中校本課程的背景下學到生物學概念的程度。研究結果顯示，數位遊戲 除了可以讓學生理解重要的生物內容，亦可以支持不同學習程度的學生，尤其是 對程度較低者。 Annetta, Minogue, Holmes, Cheng (2009)評估老師設計遺傳學遊戲對學生的情 感和認知的影響。研究顯示，使用遊戲的實驗組與控制組的學習成效並沒有顯著 差異，但實驗組的投入程度與控制組有顯著差異。 任淑莉（民 101）發展昆蟲數位遊戲教材以增進國小學童之昆蟲概念，並應用 於國小自然科教學，探究其整體教材設計及應用於自然科教學的可行性。研究結 果顯示，學生對於數位遊戲教材表示正向態度，學習成效已有顯著進步，低分組 學生進步較為明顯；學生亦能透過遊戲的引導階段性地學習昆蟲概念。 楊心怡（民 102）運用「紅血球宅急配遊戲」教導七年級學生學習人體心臟 血液循環並分析學習者在學習成效、認知負荷以及自我調整學習的影響。結果顯 示，對學習成效有正向的影響，並且能降低學生的認知負荷。 張超翔（民 101）探討數位遊戲式學習策略對國中生的專注力、批判思考能 力和生物學科成就之影響。研究結果發現，數位遊戲式學習組在專注力、批判思 考與學習成效上皆優於傳統教學組。從訪談結果得知，影響數位遊戲式學習之因 素有同儕合作情形和教學時程安排等，數位遊戲式學習對學生有幫助的部分為課 程內容、課堂專注情形、批判思考能力、學習動機與資訊素養等。. 22.
(31) 表 2-4 數位遊戲應用在生物學科之國內外研究 研究者. 對象. 學習目標. 研究結果. Troy D. Sadler,. 高中生. 生物技術. 遊戲的課程可以支持不同程度. William L. Romine,. 的學生，以及重要生物學內容. Parker E. Stuart and. 學習的可能性，對程度較低的. Dominike. 學生最有利。. Merle-Johnson (2013) Leonard A. Annetta,. 14~18 歲. 遺傳學. 以後測成績來比較使用遊戲的. James Minogue,. 實驗組與控制組的學習成效並. Shawn Y. Holmes,. 沒有顯著差異，但在投入的程. Meng-Tzu Cheng. 度上卻有明顯差異。. (2009) Cyril Brom, Michal. 高中生. 動物學. 遊戲組的知識成績高於傳統. Preuss, Daniel. 組，且有顯著差異，因為遊戲. Klement. 加強並整合知識概念。. (2011) Kamini Jaipal and. 八年級. Candace Figg. 動物細胞與. 前測和後測成績顯示，遊戲能. 致癌物質. 有效支持學生學習科學概念。 大部分學生表示很有趣，能增. (2009). 加動機並投入遊戲當中，但有 少部分學生認為遊戲對他們而 言只是樂趣，而不是學習；老 師表示該遊戲可以讓學生學習 到更高層次的競爭、領導與合 作能力。 楊景盛、林素華、. 七年級. 王國華、黃世傑. 人體內分泌. 學生的學習成效有良好的表. 系統. 現，在高層次的認知部分亦有. （民 99） 楊心怡 （民 99）. 顯著提升，學生持正面態度。 七年級. 血液循環. 鷹架輔助於遊戲式學習對學習. 系統. 成效有正向的影響，並且能有 （續下頁） 23.
(32) 效降低學習者的認知負荷 王政弘. 三年級. 動物生態. （民 97）. 角色設計可愛風格動物造型結 合遊戲單元設計，確實能吸引 兒童學習興趣。. 任淑莉. 四年級. 昆蟲. 學童喜歡使用數位教材學習昆. （民 101）. 蟲概念，且能讓學生循序漸進 的學習昆蟲概念，學習成效已 有顯著進步，尤其低分組較為 明顯。. 張超翔. 七年級. 遺傳學. （民 101）. 數位遊戲式學習組在專注力、 批判思考與學習成效上皆優於 傳統教學組。從訪談結果得 知，數位遊戲式學習對學生有 幫助的部分為課程內容、課堂 專注情形、批判思考能力、學 習動機與資訊素養等。. 由以上學者之研究得知，數位遊戲在生物學科上應用之相關研究有越來越多 的趨勢，可以發現雖然大部分的研究結果都顯示遊戲可以提升學生的學習動機、 學習成效。但並非所有的研究都是如此，亦有研究是沒有學習成效上的差異，或 是學生本身就認為遊戲與學習無關，以至於不認同這樣的學習方式。而且，數位 遊戲應用於生物學科領域研究的數量仍不太多，血液循環概念上的研究更是少之 又少，研究結果也不盡相同，因此該領域仍值得有更多研究者投入。. 24.
(33) 第四節 結語 由上述的文獻可發現，以往有關於血液循環系統學習的研究多半偏向認知學 習的探討，像是學生另有概念的發現與歸納 (Arnaudin & Mintzes, 1985；邱耀德 和耿正屏，民 83；許朝貴和耿正屏，民 84；陳明鈺，民 96)，或是心智模式方面 的研究（劉寶元，民 92）與自行發展以圖為本之任務之模型（許照紅，民 100）。 亦有不少學者在教學上有些改進，例如用學習環幫助學生發展概念、運用類比教 學幫助學生理解概念與建立基模、實體解剖、科學小故事寫作活動等等（莊崑泉、 耿正屏，民 84；黃柏蒼，民 92；余翠娟，民 94；張宗婷，民 97）。血液循環概 念迷思概念大致上已經有多篇研究找出來了，現在比較缺乏的是教學方法上的改 進，因此若能設計出適當的教學活動，使學習者能建構血液循環整體的知識。 雖然遊戲能提高學生的動機，及提升學習的趣味性，學生也對遊戲持正向態 度，但在設計上仍有難度。因為學習遊戲必須考慮「學習」與「遊戲」兩大面向， 需要取得兩方的平衡點，才能發揮遊戲學習的效益，過與不及，都有可能會造成 意外的結果。特別是在國內的教學現場常受限於課程進度與設備的問題，所以在 進行研究時，常會在以不影響正常教學進度的情況實施，而遊戲可能的設計方向 就會以簡單易懂的遊戲規則、清楚一致的版面設計與簡易操作的方面進行，以幫 助學生快速進入遊戲環境。 綜合以上，本研究發展之數位學習遊戲以故事情境帶領學習者進入遊戲狀態， 透過多款簡易規則之關卡設計與延伸動畫建置，逐步建構學生的血液循環系統概 念，並在遊戲中結合生活經驗之關卡，幫助學生能更有效的將學習概念與生活經 驗連結。研究目的除了探討數位學習遊戲是否能幫助學生學習血液循環概念之外， 亦要探討學生在使用遊戲學習血液循環概念上的學習態度。. 25.
(34) 26.
(35) 第三章 研究方法 本章分成六節，分為研究歷程、研究對象、遊戲設計、研究工具與實驗程序 及資料蒐集與分析等。. 第一節 研究歷程 本研究歷程分為三個階段，分別為「準備階段」 、 「正式實驗階段」以及「結 果分析階段」，如圖 3-1 所示，以下將說明各階段。. 一、準備階段 1. 文獻蒐集與歸納 蒐集與閱讀國內外與遊戲式學習、血液循環教學之相關文獻，以及學習血液 循環的迷思概念，加以歸納整理，以建立本研究基礎。. 2. 研究工具開發與測試 根據文獻與現行教科書內容，選定研究主題，發展兩套不同形式的教材，一 套為具有互動性且可自行操作的遊戲教材；一套為沒有互動性，僅能單純閱讀的 動畫教材。除了教材開發之外，本研究另有使用之測驗卷與自編問卷，將於後方 詳細說明。預試實驗前，請兩位中學生物老師進行教材可用性之評估，並請一位 國中一年級學生進行試用，以了解教材內容與操作性上是否需要修正。. 3. 預試實驗 為了評估實驗設計的流暢性，本研究以台北市信義區某國中一年級兩班共 55 位學生為預試對象，該兩班學生分別進行前測、後測、動畫試讀與遊戲試玩， 再針對動畫或遊戲進行測試回饋，亦請任課老師針對教材內容測驗卷內容給予建 議。預試實驗設計請參照表 3-1、表 3-2。 27.
(36) 表 3-1 預試實驗設計（遊戲組） 程序. 遊戲預試組 (N=27). 前測. 血液循環概念測驗 (20 分鐘) 『紅色冒險』遊戲第 1-3 關 (45 分鐘). 實驗處理 『紅色冒險』遊戲第 4-5 關 (15 分鐘) 血液循環概念測驗 (20 分鐘) 後測 態度問卷 (10 分鐘). 表 3-2 預試實驗設計（動畫組） 程序. 動畫預試組 (N=28). 前測. 血液循環概念測驗 (20 分鐘) 『紅色冒險』動畫第 1-3 站 (45 分鐘). 實驗處理 『紅色冒險』動畫第 4-5 站 (15 分鐘) 血液循環概念測驗 (20 分鐘) 後測 態度問卷 (10 分鐘). 二、正式實驗階段 本研究針對國中一年級學生未學過「血液循環」單元者進行實驗，挑選兩個 班級，一班為遊戲組，一班為動畫組。兩組實驗時間皆為兩節早自修 (一節 30 分鐘，共 60 分鐘)與一節正規課程 (約 50 分鐘)的時間，共 110 分鐘。實驗地點 皆於同一電腦教室進行，每位參與的學生皆獨立操作一台電腦。為檢測遊戲組與 動畫組學生是否同質，於正式實驗前進行前測。而在進行前測前，先對兩組學生 說明課程的流程與進行方式，然後進行前測，並使用獨立樣本 t 檢定檢驗，檢驗 28.
(37) 結果兩組學生同質，詳細統計資料於第四章第一節進行解說。進實驗時，遊戲組 學生使用「『紅色冒險』遊戲」學習；動畫組則使用「『紅色冒險』動畫」學習。 正式實驗結束後，對兩組學生進行後測以及學習態度問卷的填寫。實驗全程皆有 一位陪同之研究人員與任課老師現場觀察、記錄學生學習狀況，另請任課老師協 助管理班上的秩序。實驗後，訪談任課老師，以了解任課老師現場觀察的狀況。 另外也挑選幾位學生訪談，以了解學生使用教材的學習狀況。. 三、結果分析階段 實驗結束後，進行資料彙整與分析，資料來源包含兩組學生後測成績與學生 態度問卷、任課老師與學生之訪談內容。先透過 Excel 進行資料整理，再透過 SPSS 統計軟體進行資料分析。. 29.
(38) 文獻蒐集與歸納 數位學習遊戲 動畫教材 研究工具開發 準 備 階 段. 前後測驗卷 學習態度問卷 預試實驗 研究工具測試修正 專家意見 學習者試用 正式實驗的前測 遊戲組 正式實驗 動畫組. 正 式 實 驗 階 段. 正式實驗的後測. 學生填寫態度問卷. 師生訪談. 資料整理與分析 結 果 分 析 階 段 撰寫研究結果. 圖 3-1 研究歷程 30.
(39) 第二節 研究對象 本研究以台北市士林區某國中七年級兩個班級學生為實驗對象，一班為遊戲 組，使用「紅色冒險」遊戲學習，另一班為動畫組，使用「紅色冒險」動畫學習。 兩班學生人數皆為 36 人，遊戲組男生 18 人，女生 18 人，其中有有 2 名學生因 病未參加前測，不列入研究對象，實際參與人數為 34 人；動畫組男生 21 人，女 生 15 人，其中有 2 名學生未全程參與實驗流程，2 名學生因答案填寫不完整， 未能順利完成後測，並有 1 名學生於態度問卷中說明有事先預習，故不列入研究 對象，實際參與人數為 31 人。兩班學生皆為常態分班，由同一個生物老師授課， 且皆未上過血液循環單元。. 第三節 遊戲設計 本研究以自然與生活科技(一)康軒版第四單元─「生物的運輸作用」內的血 液循環小單元為主要內容，南一版與翰林版的相關單元內容為輔助教材，進行遊 戲內容的設計。教材主要學習內容可分為四個部分：(1)心臟構造認識、(2)血液/ 血管/血球的認識、(3)血液循環路徑、(4)生活案例應用等。開發工具為Adobe公 司的Flash軟體，使用Action Script 3.0程式語言進行遊戲程式的編寫，有請數位熟 悉電腦遊戲的研究人員測試遊戲，並請兩位中學教師給予意見，進行最後修正後 完成『紅色冒險』遊戲教材。. 一、學習內容與遊戲設計 本研究將學習單元內容繪製遊戲概念架構表，如圖3-2，共分成五大關卡， 前三關為概念學習關卡分別是：「心臟拼圖」、「血液組成卡片」、「循環路徑 接血管」；後兩關為複習概念關卡：「血路急急棒」、「拯救小男孩」。而部分 關卡中有隱藏概念之延伸動畫，遊戲關卡設計之進行流程與各學習概念整理如表 3-3所示。. 31.
(40) 表 3-3 學習概念與遊戲設計 學習概念. 遊戲設計. 遊戲關卡. 了解心臟的位置、構 學生須將分散的心臟構造一一組合起 造。. 關卡一. 來，並且放在正確的位置，以了解心臟 內部構造名稱與實際的位置。. 了解心臟的搏動是血 學生順利完成心臟構造的組合之後，將 延伸動畫一 液流動的原動力。. 心臟搏動情形設計為一延伸小動畫，並 要求學生利用滑鼠點擊畫面上的心臟 圖，以了解心臟搏動時，收縮或舒張的 情形以及血流的方向，讓學生用觀賞的 方式，進行概念的延伸。. 1. 了解血液是由血. 學生須收集隱藏在畫面中的血球、血管 關卡二. 漿與血球組成，及其 與血漿卡片以完成關卡任務。卡片共有 成分與功能。. 7張，上有說明構造、大小、功能、與. 2. 了解血管分為動. 特性等概念，可供學生閱讀並了解。學. 脈、靜脈與微血管， 生收集的進度也會呈現在畫面的下 並辨別其構造跟功能 方，以利學生追蹤自己收集的狀況。 各有所不同。 3. 了解血球分為紅 血球、白血球與血小 板，辨別其構造與功 能的不同。 了解人體的血液循環 將兩個循環分成兩個小關卡，以接水管 關卡三 分為體循環與肺循. 的方式，讓學生須在有限的時間內完成 (續下頁) 32.
(41) 環，並了解其路徑。 水管的拼接。除了增加一點挑戰性，亦 能讓學生了解體循環與肺循環的流動 途徑。當學生完成路徑的拼接之後，設 計一血液變化之動畫，包含血液流過血 管，會有不同流速的變化，讓學生能更 深刻地了解血液循環實際情形。 了解體循環與肺循環 分別在兩個小關卡結束後，以小動畫呈 延伸動畫二-1 各別的功能。. 現氣體在微血管(體循環)與肺泡(肺循. 延伸動畫二-2. 環)進行氣體交換的情形，讓學生能以 趣味的方式了解氣體交換的方式。 建立體循環與肺循環 關卡以電流急急棒的方式進行，將兩個 關卡四 途徑之關係，並加深 循環途徑分別打散在畫面當中，學生必 其印象。. 須走正確的路徑，若走錯路或者碰到牆 壁，便會重頭開始。而失敗三次之後， 背包會發亮，提醒學生有解答在裡面， 但並沒有直接告訴學生是哪一個解 答，需要學生自已尋找。. 了解、回顧血液循環 以實際生活經驗的設計，讓學生能夠從 關卡五 整體概念並應用。. 先前的學習經驗中做出正確的決定。共 分成三個小關卡，分別為血球功能、血 管特性以及血液循環路徑等部分，讓學 生能建立完整的血液循環單元概念。. 33.
(42) 二、遊戲機制設計 在本遊戲中設計「遊戲地圖」、「關卡引導說明」、「關卡提示」、「學習 背包」、「過關獎勵」等一般遊戲常用機制，讓學生能夠在遊戲的環境中學習。 以下分別說明各機制的特色，並以表3-4呈現：. 表 3-4 遊戲機制設計 遊戲機制. 特色 (1) 以地圖的方式呈現學生目前所進行的關卡。. 遊戲地圖. (2) 在遊戲的過程中，學生可以透過右下角的功能列回到遊 戲地圖，任意進行已經完成之關卡。 (1) 在關卡開始之前，會有一人物角色說明此關的任務，讓 學生能了解該關卡需要做什麼。. 關卡引導說明 (2) 每一關卡的文字是以故事的方式串連，引導學生進入遊 戲情境。 學生在遊戲中遇到卡關時，可以點選右下角功能列中的提 關卡提示. 示，順利過關。文字說明並未直接告知學生如何過關，而是 使用「提問」的方式，讓學生自行思考，尋找正確答案。 每個關卡中都有專屬的圖像，學生每通過一關就會收集到該. 學習背包. 關卡的圖像，而圖像會存放在背包中，學生隨時可以點開來 複習概念。 學生只要順利通過關卡，便能獲得過關徽章，以此激勵學生. 過關獎勵. 繼續學習的信心與動機。而在全數關卡過關後，設計一獎 盃，鼓勵學生順利到達終點。. 34.
(43) 三、遊戲畫面簡介與說明 1. 遊戲起始畫面：學習者在開啟遊戲之後，會出現此畫面，以活潑的氛圍讓學 生準備好要進入遊戲的心情，再按下「Go」的按鈕。. 圖 3-2 遊戲起始畫面. 2. 遊戲角色開場白畫面：進入遊戲之後，以角色毛利敘述背景故事，並邀請學 習者一起來幫忙的方式，引導學習者融入遊戲情境當中。因為遊戲共有兩階段， 除了在第一階段有角色開場白的畫面，在進行第二階段時，亦有角色開場白之畫 面告訴學生接下來的任務為何。. 圖 3-3 第一階段之遊戲角色開場白畫面 35.
(44) 圖 3-4 第二階段之遊戲角色開場白畫面. 3. 功能列說明畫面：在正式進入關卡任務之前，學習者可以透過此畫面了解到 當遇到困難時，他可以點擊「關卡提示」了解關卡需求或打開「背包」查詢已經 收集到的物品是否有可用上的資訊。若他想要玩先前的關卡，也能透過「闖關地 圖」回到遊戲地圖的畫面，選擇已經過關的關卡。. 圖 3-5 功能列說明畫面. 36.
(45) 4. 遊戲地圖畫面：當學習者進入遊戲地圖時，該關卡之圖案會閃爍，告訴學習 者目前進行的關卡為何，而遊戲地圖顯示的方式是循序漸進的，亦即學習者只要 通過一個關卡，下一關卡才會出現，讓學習者保持高度的學習動機。學習者已完 成的關卡會保留在畫面中，能讓學習者選擇是要繼續下一關卡，還是要選擇重複 玩已完成之關卡。. 遊戲地圖：第一關. 遊戲地圖：第二關. 遊戲地圖：第三關. 遊戲地圖：第四關. 遊戲地圖：第五關 圖 3-6 遊戲地圖畫面 37.
(46) 5. 關卡說明畫面：進入遊戲關卡之前，毛利會利用遊戲情境告訴學習者，在這 個關卡是什麼樣的情況，可能要進行什麼樣的任務，學習者在看完之後，點選「出 發」即可進入關卡任務。. 關卡說明：第一關. 關卡說明：第二關. 關卡說明：第三關. 關卡說明：第四關. 關卡說明：第五關 圖 3-7 關卡說明畫面 38.
(47) 6. 遊戲關卡畫面 (1) 關卡一《心臟拼圖》：學習者透過拖拉的方式，將合適的心臟構造放到其位 置上。若學習者放置正確，會浮現該構造名稱，且有音效提示，但不能再移動； 若放錯位置，可以繼續任意移動，直到放到正確位置為止。因為瓣膜構造對學習 者來說相對是困難的，所以當學習者拿起瓣膜拼圖時，遊戲會提示學習者需要特 別注意的地方，以利學習者順利完成關卡任務。. 圖 3-8 關卡一《心臟拼圖》主畫面. 圖 3-9 關卡一《心臟拼圖》瓣膜提示畫面. 39.
(48) (2) 關卡二《血液組成卡片》：學習者需在畫面中7張卡片，每收集到一張，就 會顯示在下方捲軸中。利用收集卡片的過程，讓學習者學習血液組成，包含血漿、 血球 (紅血球、白血球與血小板)、血管 (動脈、靜脈與微血管)的特性與功能。. 圖 3-10 關卡二《血液組成卡片》主畫面. 圖 3-11 關卡二《血液組成卡片》收集卡片畫面. 40.
(49) (3) 關卡三《循環路徑接血管》：此關卡分成體循環與肺循環兩個小關卡，以接 水管遊戲的概念，必須利用右邊血管架上方的血管與血液流向來完成任務，讓學 習者透過管線的連接來學習血液循環路徑，並限制學習者再2分鐘之內要完成， 藉此增加遊戲的刺激感。完成管線連接之後，會有小動畫告訴學習者血液在不同 血管內的流速，以及氣體 (氧氣與二氧化碳)在微血管與組織間交換的情形，學 習者亦能重複觀賞。. 體循環之主畫面. 肺循環之主畫面. 體循環之挑戰成功畫面. 肺循環之挑戰成功畫面. 圖 3-12 關卡三《循環路徑接血管》遊戲畫面. 41.
(50) (4) 關卡四《血路急急棒》：此關卡以電流急急棒的設計概念，讓學習者複習關 卡三所學之血液循環路徑。學習者必須走出正確的循環路徑才能過關，若碰到牆 壁或是走錯路線，都會造成爆炸結果，以至於重頭開始。而在重新超過三次，遊 戲會以「背包發光」的方式告知學習者，可以使用背包裡的東西過關。. 圖 3-13 關卡四《血路急急棒》主畫面. 圖 3-14 關卡四《血路急急棒》提示畫面. 42.
(51) (5) 關卡五：《拯救小男孩》：此關卡為整體血液循環概念的總複習，共分成三 個小關卡，以搶救受傷小男孩為故事背景，結合生活中相關的經驗與範例，讓學 習者能將知識概念與生活經驗做連結。在第一小關學生必須從先前收集到的卡片 中選出正確的一張來對抗病菌；第二小關是需要在對的地方注射藥劑與營養針； 第三小關則是要正確的運送營養與藥劑到受傷的部位，與關卡四相同是使用電流 急急棒的概念設計。任務完成後，小男孩會出來謝謝學習者，讓學習者達到成就 感。. 圖 3-15 關卡五-1：《拯救小男孩》主畫面. 打開背包. 決定卡牌. 圖 3-16 關卡五-1：《拯救小男孩》出牌過程畫面. 43.
(52) 圖 3-17 關卡五-1：《拯救小男孩》戰鬥畫面. 圖 3-18 關卡五-2：《拯救小男孩》注射營養劑畫面. 圖 3-19 關卡五-3：《拯救小男孩》運送藥劑畫面 44.
(53) 圖 3-20 關卡五-3：《拯救小男孩》完成任務畫面. (6) 全部關卡完成畫面：全部完成五個關卡之後，毛利會頒發一個獎盃給學習者， 感謝學習者的幫忙。在這之後，學習者可以隨意的玩任何一個關卡，針對有興趣 的概念或是有不懂的概念重複學習。. 圖 3-21 全部關卡完成畫面. 45.
(54) 7. 延伸動畫畫面：因為血液循環系統存在著許多重要的細小概念，無法全部用 遊戲的方式呈現，所以在部分關卡的後面有設計延伸動畫，讓學習者能學習到全 面的概念知識。在第一關設計「心臟跳動與血流方向」之小動畫，讓學習者透過 滑鼠的點擊能了解心臟在跳動時血流的變化；第三關的「氣體交換情形」則是讓 學習者了解氣體在組織、微血管以及肺泡之間的交換情形。. 關卡一延伸動畫：心臟跳動與血流方向. 關卡三延伸動畫：氣體交換情形 圖 3-22 延伸動畫畫面. 46.
(55) 8. 過關畫面：在每個關卡過關後，學習者都會有一面勳章，以鼓勵學習者繼續 闖關學習，學習者也會為了得到獎章而更加投入在遊戲當中。. 圖 3-23 過關畫面. 9. 功能列於遊戲中的畫面. 遊戲提示之畫面. 回到地圖之畫面. 打開背包之畫面 圖 3-24 功能列於遊戲中的畫面 47.
(56) 四、遊戲流程 遊戲開始. 遊戲背景故事. 功能列介紹. 關卡選擇頁. 關卡說明 遊戲地圖一. 關卡一 延伸動畫 關卡說明. 遊戲地圖二 關卡二 關卡說明 遊戲地圖三. 關卡三 延伸動畫 關卡說明. 遊戲地圖四 關卡四 關卡說明 遊戲地圖五. 關卡五 全過關畫面. 圖 3-25 遊戲流程. 48.
(57) 第四節 研究工具 本研究使用的研究工具除了上一小節說明的遊戲教材外，尚包含「動畫教材」、 「血液循環概念測驗卷」、「學習態度問卷與教材滿意度問卷」。以下分別說明：. 一、動畫教材設計 動畫教材的學習內容與遊戲相同，同樣也是使用Adobe公司的Flash軟體繪製。 動畫教材將血液循環概念分成四站，呈現的方式僅是以一個細胞角色帶領學生閱 讀，文字敘述部分與課本文字相近，未進行改寫。與遊戲最大的差異在於沒有互 動元素、沒有挑戰性的任務，學生只能反覆看動畫、閱讀文字，以作為與遊戲組 對照的研究工具。以下是動畫教材的實際畫面：. 動畫開始畫面. 站點地圖(依序出現). 情境引導畫面. 站點過場畫面 圖 3-26 動畫教材實際畫面. 49.
(58) 第一站心臟動畫之畫面. 第二站血管動畫之畫面. 第三站血液動畫之畫面. 第四站循環路徑動畫之畫面. 圖 3-27 動畫教材學習內容. 二、血液循環概念測驗卷 為了解學生使用遊戲或動畫學習前後對血液循環單元的學習成效差異，使用 測驗卷對學生進行前後測。測驗卷內容參考歷年基測考題以及台北市國中各校月 (段)考考題，設計出相同題數但敘述稍微不同的題選擇題、5題配合題與1題畫圖 題等題型，共16題，並請兩位教學經驗10年以上的生物老師針對前測與後測考卷 進行評估。測驗卷在預試之後，有針對學生的答題狀況與授課老師的意見進行修 正。. 三、學習態度與滿意度問卷 本研究使用自編問卷了解學生使用遊戲或動畫後，對學習血液循環單元的態 50.
(59) 度及對教材的滿意度。問卷分為封閉式問題與開放式問題，其中封閉式問題包含 三個向度，分別為生物學習態度、教材學習態度及教材設計滿意度，採用李克特 四點量表，依照非常同意(4)、同意(3)、不同意(2)、非常不同意(1)之順序作答。 其中：「生物學習態度」是為了瞭解學生對於生物科學習的態度，是否願意主動 學習生物的概念，以及主動解決生物學習上遇到的問題；「教材學習態度」是為 了瞭解學生在使用遊戲 (或動畫)後是否有幫助了解血液循環的概念、遊戲是否 能使學生更願意花時間學習血液循環，與遊戲是否能使學生對生活經驗產生連結 等想法；「教材設計滿意度」則是為了瞭解學生在使用教材後，對於教材的關卡 是否有挑戰性、教材中的故事情境、音樂是否引起學生興趣、教材的操作方式是 否順暢，以及教材機制是否能幫助學生學習等想法。 開放性問題則是為了讓學生透過文字的表達，寫出教材是否有幫助其學習血 液循環、對教材印象最深刻的地方、是否覺得教材中設計的機制是重要的，以及 對教材的其他建議與想法。 遊戲組問卷共25題，動畫組問卷共22題，由於在動畫教材中並沒有設計與生 活經驗的連結關卡與遊戲性的元素，所以兩組題目差別在於遊戲組比動畫組多了 「『紅色冒險』遊戲讓我能了解生活中與血液循環有關的情形。」、「『紅色冒 險』遊戲的關卡讓我覺得很有挑戰性。」、「『紅色冒險』遊戲的動畫讓我容易 理解血液循環。」等題目。. 51.
(60) 第五節 實驗程序 本研究採用準實驗設計，實驗共進行三次，前兩次實驗為早自修時間，每堂 早自修時間為30分鐘；第三次實驗則為正規課程時間約50分鐘，總共110分鐘。 於前一週先進行實驗說明與前測測驗，後一週安排一週內連續兩天完成後續實驗， 遊戲組與動畫組在連續且同一週分別完成。 實驗活動共有三個部分，分別為前測測驗、正式課程與後測測驗。第一部分 為前測測驗，於實驗班級的早自修時間進行，並說明實驗相關內容。第二部分進 入正式課程，時間於實驗班級早自修與生物課進行，分別使用『紅色冒險』遊戲 與『紅色冒險』動畫兩組教材。第三部分則為後測測驗，於正式課程結束後進行， 並完成學習態度問卷填寫。實驗流程完整如圖3-28所示。. 52.
(61) 實驗開始. 說明實驗 (約 10 分鐘). 前測 (約 20 分鐘). 遊戲組. 第一階段 (約 30 分鐘). 動畫組. 第二階段 (約 20 分鐘). 第一階段 (約 30 分鐘). 後測 (約 20 分鐘). 態度問卷 (約 10 分鐘). 實驗結束. 圖 3-28 實驗流程圖. 53. 第二階段 (約 20 分鐘).
相關文件
The second purpose of this research was to develop a theoretically choosing model of university students when choosing a dormitory based upon thorough familiarity with
The aim of this study is to develop and investigate the integration of the dynamic geometry software GeoGebra (GGB) into eleventh grade students’.. learning of geometric concepts
The main objective of this system is to design a virtual reality learning system for operation practice of total station instrument, and to make learning this skill easier.. Students
The purposes of this research was to investigate relations among learning motivation, learning strategies and satisfaction for junior high school students, as well as to identify
This study based on the computer attitudes, the digital learning attitude and the digital game attitude and tried to find out the factors affecting digital game-based
The effect of gender on motivation and student achievement in digital game-based learning: A case study of a contented-based classroom. Using game-based learning to
Bomberman game supports learning concept of C programming language and teachers can build a meaningful game environment to specify the sequence of topics for students
The purpose of this study was to explore the effects of learning organization culture on teachers’ study and teaching potency in Public Elementary Schools.. The research tool of
