國中數學電子教科書之分析研究

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(1)國立臺灣師範大學數學系碩士班碩士論文. 指導教授：左台益. 博士. 國中數學電子教科書之分析研究. 研究生：許書豪. 中華民國. 一〇五年七月.

(2) 致謝此篇碩士論文得以完成，首要感謝左台益教授的指導。在研究的路途上難免迷惘，左老師總能給予適當的建議，讓我找到方向；在研究進度遲滯不前時，鼓勵我繼續前行。除此之外，還猶如父親般地關懷我生活上的狀況。在此由衷地表達我的感謝之意。感謝陳明璋教授和李俊儀教授，在百忙之中抽空擔任口試委員，對此篇研究論文給予寶貴的見解與建議。感謝健恆學姊和鳳琳學長，總是盡力協助解答我的疑惑，也不吝於分享自己在研究上的經驗與心得，得以讓我借鏡與效仿。感謝同一間研究室的湘屏、宗儒、孟勳、耀慶鼎力相助，讓資料分析工作得以順利完成。感謝我的父母從小盡心盡力地栽培，在人生的十字路口讓我全權做主。正因如此，我才能在此從事數學教育的工作與研究。最後感謝讀者以及數學教育領域的學者，希望您們能從此篇論文得到一些啟發，或是指出一些不足之處，繼續從事相關研究，讓數學教育研究更加茁壯。.

(3) 摘要本研究在探討國內之國中數學電子教科書的系統結構以及教學內容設計。整個研究分為兩部分。第一部分研究先透過文獻探討整理出電子教科書的工具類別清單，藉由實際操弄三家出版商之電子教科書的工具與附加元件功能，了解其工具設計情況，並逐漸刻劃出系統結構。研究結果發現：目前國內國中數學電子教科書的系統結構與工具設計，僅提供使用者閱讀教科書內容、註記重點，以及教師教學之便利性。促進學生自我學習與管理，以及與同學、教師交流溝通之互動性工具設計仍顯不足。第二部分研究採內容分析法，先以文獻探討發展出教學內容設計之分析理論架構，於各版本選取幾何與代數單元各一章作為樣本進行內容分析。研究結果顯示，目前國中數學電子教科書的知識展演脈絡，以紙本教科書的文本組織作為展演主軸，輔以安排附加元件作為展演分支。相較於紙本教科書，目前電子教科書主要著重在提供更多練習機會，並能提供立即性回饋，然而互動方式單調，且鮮少提供反思活動或是接觸相關主題的機會，深度與廣度均顯不足。本研究對於電子教科書系統結構與教學內容設計之結論與建議，可作為後續開發、設計與經營電子教科書之參考。關鍵字：電子教科書、數位教科書、教科書分析.

(4) 目錄第壹章緒論 ........................................................................................................................... 1 第一節研究背景與研究動機 ........................................................................................... 1 第二節研究目的與研究議題 ........................................................................................... 3 第三節名詞界定 ............................................................................................................... 4 第貳章理論基礎與文獻探討 ............................................................................................... 5 第一節電子教科書 ........................................................................................................... 5 一、教科書概念的轉變 ................................................................................................... 5 二、電子教科書 ............................................................................................................... 7 第二節教科書的教學內容 ............................................................................................. 18 一、教科書設計 ............................................................................................................. 18 二、文本結構 ................................................................................................................. 21 三、表徵的型態、形式與轉換 ..................................................................................... 23 四、認知領域教學目標 ................................................................................................. 25 五、教學歷程 ................................................................................................................. 26 第參章研究方法 ................................................................................................................. 29 第一節系統結構 ............................................................................................................. 30 一、研究設計 ................................................................................................................. 30 二、研究樣本 ................................................................................................................. 34 三、測試環境 ................................................................................................................. 34 四、研究限制 ................................................................................................................. 36 第二節教學內容設計 ..................................................................................................... 37 一、研究設計 ................................................................................................................. 37 二、研究樣本 ................................................................................................................. 39 三、分析單位 ................................................................................................................. 39. i.

(5) 四、分析類目 ................................................................................................................. 44 五、信度與效度 ............................................................................................................. 53 六、資料分析與處理 ..................................................................................................... 55 七、研究限制 ................................................................................................................. 55 第肆章研究發現與討論 ..................................................................................................... 57 第一節系統結構 ............................................................................................................. 57 一、工具設計 ................................................................................................................. 57 二、系統結構 ................................................................................................................. 61 第二節教學內容設計 ..................................................................................................... 63 一、知識展演 ................................................................................................................. 63 二、知識呈現 ................................................................................................................. 73 三、學習情境 ................................................................................................................. 79 四、學習歷程 ................................................................................................................. 85 五、動態模擬 ................................................................................................................. 88 第伍章研究結論與建議 ..................................................................................................... 95 第一節研究結論 ............................................................................................................. 95 一、系統結構 ................................................................................................................. 95 二、教學內容設計 ......................................................................................................... 96 第二節建議 ..................................................................................................................... 97 一、電子教科書發展建議 ............................................................................................. 97 二、後續研究建議 ......................................................................................................... 99 參考文獻 ............................................................................................................................... 101. ii.

(6) 表次表 2-1. 當前與未來教科書的概念化比較。 ............................................................. 5. 表 2-2. 紙本教科書和電子教科書之特性比較表 ..................................................... 6. 表 2-3. 電子教科書的主要特性。 ............................................................................. 9. 表 2-4. 電子教科書平台的主要功能。 ................................................................... 12. 表 2-5. 日、韓兩國電子教科書的共同與獨特功能。 ........................................... 13. 表 2-6. 電子教科書學習輔助系統主要功能。 ....................................................... 15. 表 2-7. 教科書設計的特性。 ................................................................................... 19. 表 3-1. 電子教科書工具分類表 ............................................................................... 31. 表 3-2. 電子教科書工具分類表（續） ................................................................... 32. 表 3-3. 學習管理系統（LMS）工具分類表 ........................................................... 33. 表 3-4. 學習內容管理系統（LCMS）工具分類表 ................................................ 34. 表 3-5. 分析單位個數列聯表 ................................................................................... 42. 表 3-6. 第一組與第二組分析單位個數列聯表 ....................................................... 43. 表 3-7. 兩階段編碼的分析類目與分析單位對照表 ............................................... 44. 表 3-8. 分析類目「展演形式」編碼說明 ............................................................... 45. 表 3-9. 分析類目「展演功能」編碼說明 ............................................................... 46. 表 3-10. 分析類目「表徵形式」編碼說明 ............................................................. 47. 表 3-11. 分析類目「呈現型態」編碼說明 ............................................................. 48. 表 3-12. 分析類目「認知層次」編碼說明 ............................................................. 49. 表 3-13. 分析類目「認知層次」編碼說明（續） ................................................. 50. 表 3-14. 分析類目「認知情境」編碼說明 ............................................................. 51. 表 3-15. 分析類目「學習歷程」編碼說明 ............................................................. 52. 表 3-16. 擷取之分析單位個數表 ............................................................................. 53. 表 3-17. 評分員負責之分析類目 ............................................................................. 53. 表 3-18. 互相同意值與信度表 ................................................................................. 54. 表 4-1. 三家版本電子教科書工具設計對照表 ....................................................... 57. 表 4-2. 三家版本電子教科書工具設計對照表（續） ........................................... 58. 表 4-3. 三家版本獨特之電子教科書工具設計對照表 ........................................... 59. 表 4-4. 三家版本獨特之電子教科書工具設計對照表（續） ............................... 60. 表 4-5. 三版本「討論」展演形式附加元件單位於展演功能的分佈次數表 ....... 67. 表 4-6. 三版本「說明」展演形式附加元件單位於展演功能的分佈次數表 ....... 67. 表 4-7. 「局部展現文本」、「全段展現文本」、「分段展現文本」功能於展演形式 iii.

(7) 的分佈次數表................................................................................................ 69 表 4-8. 附加元件單位「動態模擬操作」功能於展演形式的分佈次數表 ........... 70. 表 4-9. 整體「操作靜態」呈現型態於展演功能的分佈次數表 ........................... 73. 表 4-10. 代數單元與幾何單元「連續動態」、「操作動態」呈現型態於展演功能的分佈次數表.............................................................................................. 74. 表 4-11. 附加元件單位不同表徵形式於展演功能的分佈次數表 ......................... 76. 表 4-12. 文本單位不同認知層次於展演形式的分佈次數表 ................................. 79. 表 4-13. 附加元件單位「了解」、「應用」、「分析」、「評鑑」認知層次於展演功能的分佈次數表.......................................................................................... 80. 表 4-14. 附加元件單位「提供教材內容」、「展現學習行為」、「適時給予回饋」認知情境於展演功能的分佈次數表.......................................................... 82. 表 4-15. 附加元件單位「探索操作」、「歸納解釋」、「延伸精煉」學習歷程於展演形式的分佈次數表.................................................................................. 85. iv.

(8) 圖次圖 1-1. 電子教科書的角色與功能 ............................................................................. 2. 圖 2-1. 電子教科書的層次。 ..................................................................................... 8. 圖 2-2. 南韓電子教科書的發展概念圖。 ............................................................... 11. 圖 2-3. 南韓 LMS 系統與其他系統的關係。 ......................................................... 16. 圖 2-4. 電子教科書系統結構示意圖 ....................................................................... 17. 圖 2-5. 「知識內容」與「知識習得」 ................................................................... 18. 圖 2-6. 設計的概念：以腳踏車為例。 ................................................................... 19. 圖 2-7. 教科書寫作中的修辭模式（組織模式）。 ................................................. 21. 圖 2-8. 五種數學表徵系統。 ................................................................................... 23. 圖 2-9. 「知識內容」理論架構圖 ........................................................................... 24. 圖 2-10. Bloom 教育目標分類系統新舊版本對照圖。 ......................................... 25. 圖 2-11. CORE 教學歷程模式。 .............................................................................. 26. 圖 2-12. 「知識習得」理論架構圖 ......................................................................... 27. 圖 2-13. 電子教科書系統結構與教學內容設計理論架構圖 ................................. 28. 圖 3-1. 研究架構圖 ................................................................................................... 29. 圖 3-2. B 版電子教科書安裝錯誤訊息.................................................................... 35. 圖 3-3. B 版與 C 版「書櫃」外觀 ........................................................................... 35. 圖 3-4. A 版「數位教學平臺」介面 ....................................................................... 36. 圖 3-5. 某些分析單位無法編碼的說明案例 ........................................................... 37. 圖 3-6. 分析教學內容設計的研究設計與流程圖 ................................................... 38. 圖 3-7. 電子教科書的「主畫面」與「次畫面」 ................................................... 39. 圖 3-8. 分析單位意義完整性的案例(1)................................................................... 40. 圖 3-9. 分析單位意義完整性的案例(2)................................................................... 41. 圖 3-10. 章節的標題與子標題 ................................................................................. 41. 圖 3-11. 課本內的美工插圖 ..................................................................................... 41. 圖 3-12. 分析單位編號說明示意圖 ......................................................................... 42. 圖 3-13. 分析單位劃分的情形 ................................................................................. 43. 圖 4-1. A 版與 B 版電子教科書的系統結構 ........................................................... 61. 圖 4-2. C 版電子教科書系統結構............................................................................ 62. 圖 4-3. 整體的文本展演形式相對次數直條圖 ....................................................... 63. 圖 4-4. 例題與練習題的按鈕設計情形 ................................................................... 64. 圖 4-5. 幾何單元文本單位的展演形式「小結」範例 ........................................... 64 v.

(9) 圖 4-6. 代數單元與幾何單元的展演形式相對次數直條圖 ................................... 64. 圖 4-7. A 版本與 B 版本 T 單位的展演形式「前引」範例 .................................. 65. 圖 4-8. 三個版本的文本展演形式相對次數直條圖 ............................................... 65. 圖 4-9. C 版本的展演形式「補充」範例................................................................ 66. 圖 4-10. A 版本的展演形式「示例」、「練習」與「補充」範例 ......................... 66. 圖 4-11. 整體的附加元件展演功能相對次數直條圖 ............................................. 68. 圖 4-12. 整體的展演功能「展現文本內容」相對次數直條圖 ............................. 69. 圖 4-13. 代數單元與幾何單元的展演功能相對次數直條圖 ................................. 70. 圖 4-14. 三個版本的附加元件展演功能相對次數直條圖 ..................................... 71. 圖 4-15. 國中數學電子教科書的知識展演脈絡 ..................................................... 72. 圖 4-16. 整體的呈現型態相對次數直條圖 ............................................................. 73. 圖 4-17. 代數單元與幾何單元的呈現型態相對次數直條圖 ................................. 74. 圖 4-18. 三個版本的呈現型態相對次數直條圖 ..................................................... 75. 圖 4-19. 整體的表徵形式相對次數直條圖 ............................................................. 76. 圖 4-20. 代數單元與幾何單元的表徵形式相對次數直條圖 ................................. 77. 圖 4-21. 三個版本的表徵形式相對次數直條圖 ..................................................... 77. 圖 4-22. 整體的認知層次相對次數直條圖 ............................................................. 79. 圖 4-23. 代數單元與幾何單元的認知層次相對次數直條圖 ................................. 80. 圖 4-24. 三個版本的認知層次相對次數直條圖 ..................................................... 81. 圖 4-25. 整體的認知情境相對次數直條圖 ............................................................. 82. 圖 4-26. 代數單元與幾何單元的認知情境相對次數直條圖 ................................. 83. 圖 4-27. 三個版本的認知情境相對次數直條圖 ..................................................... 83. 圖 4-28. 整體的學習歷程相對次數直條圖 ............................................................. 85. 圖 4-29. 代數單元與幾何單元的學習歷程相對次數直條圖 ................................. 86. 圖 4-30. 三個版本的學習歷程相對次數直條圖 ..................................................... 86. 圖 4-31. 動畫對應的文本內容 1 .............................................................................. 88. 圖 4-32. 動畫畫面 1 .................................................................................................. 89. 圖 4-33. 動畫對應的文本內容 2 .............................................................................. 89. 圖 4-34. 動畫畫面 2 .................................................................................................. 90. 圖 4-35. 動畫畫面 3 .................................................................................................. 90. 圖 4-36. GGB 畫面 1 ................................................................................................. 91. 圖 4-37. GGB 畫面 2 ................................................................................................. 91. 圖 4-38. GSP 畫面 ..................................................................................................... 92. 圖 4-39. Flash 畫面.................................................................................................... 92. 圖 4-40. 動態文本畫面 1 .......................................................................................... 93 vi.

(10) 圖 4-41. 動態文本畫面 2 .......................................................................................... 93. 圖 5-1. 學習輔助系統結構圖 ................................................................................... 97. 圖 5-2. 學習物件的展演示意圖 ............................................................................... 98. vii.

(11) viii.

(12) 第壹章第一節. 緒論研究背景與研究動機. 「教科書」在教學現場佔有非常重要的地位。假如在教學現場沒有教科書，教師必須自行根據課程綱要，蒐集與組織課程內容，卻可能耗費極大心力；學生則必須倚賴教師的授課，從講述內容自行摘錄重點，卻可能發現毫無條理。對於教師教學工作而言，首要建立合適的課程架構。然而要將學科的重要概念依照學生認知層次作有系統的組織，需要結合學科、課程、教育心理的專業知識，是個高度複雜的工作。由專業編輯團隊發展的教科書，正好提供一個基本的課程架構，教師依此作為教學設計的藍圖，發展合適的教學活動（周淑卿，2008）。另一方面，教科書讓學生的學習有所本，了解現階段的學習目標與課程內容。因此，教科書不僅是某個學科的著作，也是教學程序的核心（Chambliss & Calfee, 1998）。它給予教師與學生導引，應該學習哪些知識內容（what），以及如何學習（how）這些知識內容。教科書劃分了在特定學齡階段學生應該學習的範疇，另一方面也會以教學的角度來考量如何組織這些內容（Chazan & Yerushalmy, 2014）。以數學教科書而言，學生學習的數學概念有先後次序，例如先了解多項式的定義，再來學習多項式的四則運算。學生也能透過數學教科書的內文說明，或是例題解析，學習不同的數學概念與演算技能。由於近代資訊急速累積，知識日新月異，紙本教科書難以涵蓋學科主題相關的各種素材，而科技的進步，也為我們帶來教科書的不同想像（周淑卿， 2008）。「電子教科書（e-textbook）」的出現，呼應這個時代的需求，成為教科書發展與設計的新興趨勢（陳麗華、黃文定，2012）。在教科書加入「數位」的特性，除了可包含原來紙本教科書的所有內容，也能透過儲存和連結技術，囊括更多的數位互動學習資源，強化教科書所乘載的知識內容。另一方面，透過工具的便利性設計，例如協助閱讀教科書內容、在教科書上整理重點等等，讓學生能以更多元的方式來習得知識。電子教科書甚至能更進一步地管理學習元件與學習歷程，作為與其他師生或是自我的溝通中介。因此，電子教科書有其系統性的結構設計，來連結它內部的所有元素，並提供工具來體現它的功能與特色。如圖 1-1。. 1.

(13) 圖 1-1. 電子教科書的角色與功能. 儘管電子教科書擁有更多的功能，國內卻鮮有學生運用電子教科書來學習，使用電子教科書授課的教師也僅是少數。「載具與網路環境」、「師生使用習慣」、「教科書出版商生態」、「教科書相關政策」等等皆可能是造成無法普及的原因，但電子教科書「軟體」發展所造成的影響也不容忽視（徐新逸、賴婷鈴，2013），例如：其系統結構與工具功能是否提供足夠的便利性與互動性？其教學內容設計是否有運用「數位」特性，提供更豐富與更多元的知識內涵？綜上所述，研究者希望透過分析國內的國中數學電子教科書，來探討目前國中數學電子教科書的系統結構，以及教學內容設計方面是否有別於紙本教科書。本研究的結果除了可提供持續發展電子教科書的出版商與學術機構，一些未來開發的方向與建議，也能讓教師或學生對國中數學電子教科書有更多的認識，在經營電子教科書上有所助益。. 2.

(14) 第二節. 研究目的與研究議題. 本研究之目的，在探討國中數學電子教科書的系統結構以及教學內容設計。依據研究目的，擬定出本研究的兩個議題：一、探討國中數學電子教科書的系統結構。二、探討國中數學電子教科書的教學內容設計。由於教科書最重要的功能是給予教師與學生導引，應該學習哪些知識內容（what），以及如何學習（how）這些知識內容，因此研究者將此議題分成兩個子問題：（一）國中數學電子教科書在「知識內容」的設計情形為何？（二）國中數學電子教科書在「知識習得」的設計情形為何？. 3.

(15) 第三節 1.. 名詞界定. 電子教科書在本研究中，電子教科書是以學生為中心所設計的教科書。它以數位形式整合了紙本教科書與相關的學習資源，加入了互動性元素，並提供工具來幫助學生習得知識。在操作上不受時、空間限制，且能根據學生需求個別化調整其內涵與功能。. 2.. 系統結構電子教科書是一個不斷進化的數位資源結構體（Pepin, Gueudet, Yerushalmy, Trouche, & Chazan, 2015）。本研究參考南韓電子教科書的發展概念，將電子教科書的系統結構分為「內容」、「工具」、「連結」三個部分。. 3.. 教學內容設計由於教科書最重要的功能是給予教師與學生導引，應該學習哪些知識內容（what），以及如何學習（how）這些知識內容。教科書劃分了在特定學齡階段學生應該學習的範疇，另一方面也會以教學的角度來考量如何組織這些內容（Chazan & Yerushalmy, 2014），此為本研究界定之教科書的「教學內容設計」。. 4.

(16) 第貳章第一節. 理論基礎與文獻探討電子教科書. 一、教科書概念的轉變在資訊急速累積的時代，難以用一本紙本教科書來涵蓋與該學科主題相關的各種素材，除了印刷頁數的考量，更無形增加教科書編寫的難度。周淑卿（2008）認為，現行教科書難以納入兼具深度與廣度的豐富內容，應將多種類的「學校用書」取代單一的「教科書」概念，而教師則引導學生從教科書中所呈現的概念為出發點，延伸閱讀相關資料來豐富學習內涵、進行知識的探究，將教科書作為師生互動的中介，而非僅是閱讀用的文本。另一方面，科技的進步為我們帶來教科書的不同想像。Onderdonk、Allen 與 Allen（2009）從不同面向來比較當前與未來對教科書的不同概念，如表 21。表 2-1. 當前與未來教科書的概念化比較。（Onderdonk, Allen & Allen, 2009；引自陳麗華、黃文. 定，2012）. 5.

(17) 由於資訊科技對教科書概念有著深遠的影響，「電子教科書」將是未來影響教科書設計與發展的重要趨勢之一（陳麗華、黃文定，2012）。電子教科書的出現，解構了傳統對於「書」本的概念，除了保留傳統教科書供學生閱讀、整理重點的功能，透過連結功能可引入豐富的學習材料，如表 2-2。而不同形式的互動功能則有助於學生預習或複習，教師的教學方式也將跟著改變（周淑卿， 2008）。表 2-2. 紙本教科書和電子教科書之特性比較表（引自陳麗華、黃文定，2012）. 陳麗華與黃文定（2012）認為，除了「電子教科書」之外，「教科書共構」、「教科書客製化」皆為教科書設計與發展的新趨勢。教科書共構提供多元參與的可能性，例如師生共構、校際共構，甚至是跨國共構。若配合科技與網路的發展，電子教科書也可做為共構的平台。另外，教科書客製化可搭配電子教科書的技術，讓老師或學生根據自身需求，以更小的單位來選擇、組織教學或學習素材，來製作自己的電子教科書。. 6.

(18) 二、電子教科書（一）電子教科書的內涵與特性電子教科書（e-textbook），或稱數位教科書（digital textbook）。從字面上來解讀，電子教科書就是以電子形式（electronic form）呈現的教科書（DRAKULIĆ, ZMAZEK, & PESEK, 2014）。廣義而言，以數位形式呈現並具有教科書功能的學習資源，皆可歸於電子教科書的範疇內（徐新逸、賴婷鈴， 2013）。不同於傳統以紙本印刷的教科書，電子教科書在資訊科技的幫助下，能運用不同的方式來組織與呈現內容，但卻使得「電子教科書」的定義眾說紛紜（Pepin et al., 2015）。對於電子教科書的想法，隨著當代科技發展與教育需求會不斷演化（Jung & Lim, 2009）。方志華等人（2012）從眾多被採用的說法當中，經整理歸納後發現大致分為兩種： 1.. 電子教科書是紙本教科書的電子版本且透過網路、光碟或不同載具來閱讀。. 2.. 電子教科書不但包含紙本教科書內容，更應發揮其數位科技之功能與多媒體的特性。這兩種說法也反映了電子教科書發展的層次：一開始電子教科書只是將紙. 本的內容電子化，並無其他功能。然而可以在不同載具（例如：電腦、手機、平板⋯⋯）來閱讀電子教科書，開啟了行動學習（mobile learning）的可能性，意味著學生能在任意時間和任意地點，使用任何裝置來學習（DRAKULIĆ et al., 2014）；接著加入其它形式的素材（影片、聲音⋯⋯等），並運用多媒體的特性，使得電子教科書以更加動態的方式呈現，增強與使用者之間的互動性。 DRAKULIĆ 等人（2014）根據電子教科書相對於紙本教科書的優點以及創新程度，將其劃分為三個層次（如圖 2-1）： 1.. 數位式教科書（digitized textbooks，簡稱 d-textbooks）以數位形式呈現紙本教科書，僅包含標準元素（standard elements）：文字和圖片。 7.

(19) 強化式教科書（rich textbooks，簡稱 r-textbooks）. 2.. 除了包含標準元素之外，加上低互動元素（elements with low interactivity）：聲音、影片和互動問題（interactive questions）。其中互動問題僅能確認使用者輸入的答案是否正確。互動式教科書（interactive textbooks，簡稱 i-textbooks）. 3.. 由標準元素、低互動元素和高互動元素（elements with high interactivity）組成。高互動元素包含動態作圖（dynamic constructions）、互動教學遊戲，以及不同的互動影片與動畫。在設計與發展這些學習材料時，應遵循人機界面（human-computer interaction, HCI）設計的原則與方法。 d-textbooks 數位式教科書. 與紙本版相同的內容文字＋圖片素材形式提供閱讀、書籤、筆記等功能 PDF 或 EPUB2 格式 d-textbooks ＋聲音、影片和互動問題. r-textbooks 強化式教科書. i-textbooks 互動式教科書. 圖 2-1. r-textbooks ＋內容發展遵循 HCI 設計原則加入互動元素（動態作圖、模擬、教學遊戲…）提供答案儲存、學習表現分析、主題地圖 HTML5 或 EPUB3 格式. 電子教科書的層次。（修改自 DRAKULIĆ et al., 2014）. 由上述可以發現，DRAKULIĆ 等人認為在豐富的多媒體素材之中，「互動」是電子教科書的主要特性之一。以互動的對象而言，電子教科書能增進「學生與教師」、「學生與學生」、「教師與教師」、「學生與其他資源」，甚至是「教師與教科書作者」等不同形式的互動（Pepin et al., 2015; Taizan, Bhang, Kurokami, & Kwon, 2012）。例如南韓的 MEST（Ministry of Education, Science and Technology）在 2007 年給予電子教科書如下的定義（Jung & Lim, 2009, p.4）：電子教科書是一本以學生為中心的教科書，為了增進不同形式的互動而設計，可以讓學生根據各自的程度與需求，在家或是在學校操作，不會受到時間和空間的限制。它整合了現有的教科書、參考資料、習作和字典的內容，並提供一個多媒體學習環境，包含影片、動畫和虛擬情境。. 8.

(20) 除此之外，上述定義還提到了「學生根據各自的程度與需求」、「不受時間和空間限制」、「整合數位及多媒體資源」等等，皆是電子教科書的主要特性。劉光夏與林吟霞（2013）曾整理多位學者的研究，歸納出電子教科書的主要特性，如表 2-3。表 2-3. 電子教科書的主要特性。（整理自：劉光夏、林吟霞，2013）. 特性經濟性接近性功能性個別性主動性多元性互動性. 說明節省教科書費用、易於保存、符合環保、節省運送成本與庫存空間。學生透過載具輕易在任何時間、任何地點進行閱讀。取代厚重紙本教科書，不但可一次攜帶多本，等同攜帶一個行動圖書館，且圖文、編排等與紙本教科書相較，毫不遜色。符合學生個別需求的使用，亦可分章節或頁次購買；閱讀字體或畫面大小亦可依學生需要放大、縮小。學生可以自主決定閱讀順序及內容，並進行重點標記及做筆記。可透過不同數位媒體的交互運用，幫助學生從不同的角度理解同一主題概念。學生可以運用連結外部、多媒體內容或參與線上測驗，進行動態閱讀，達成學習目地；亦可使用關鍵字搜尋功能，縮短查詢時間。. 編輯性. 教師可依個人教學需求，自編教材內容，發揮教師專業知能。. 時效性. 縮減出版時間，更新資料速度迅速，學生易獲得最新訊息。. 綜合前述討論，研究者認為「電子教科書是以學生為中心所設計的教科書。它以數位形式整合了紙本教科書與相關的學習資源，加入了互動性元素，並提供工具來幫助學生習得知識。在操作上不受時、空間限制，且能根據學生需求個別化調整其內涵與功能。」. 9.

(21) （二）電子教科書的設計模式前面提到電子教科書集結了課本、習作、字典，以及其它豐富的多媒體素材，資料非常豐富。和傳統教科書相比，資訊量非常的龐大，勢必要對其做適當的統整與組織。Pepin 等人（2015）認為電子教科書是一個不斷進化的數位資源結構體（structured set），組織那些以傳統教科書的數學內容為核心的數位素材，並包含可以輔助學習的工具。而不同的電子教科書，其結構與設計模式也會有所差異。Pepin 等人（2015）提出三種數學電子教科書的設計模式（model）： 1.. 附加元件式整合型電子教科書（add-on type integrative e-textbook）：以傳統教科書的數位版本為基礎，可由教師或開發者附加或連結至其他學習元件。. 2.. 進化型電子教科書（evolving e-textbook）：由教師和資訊科技專家等人組成的核心社群所開發的電子教科書，並根據使用者的回饋與建議不斷更新。. 3.. 工具組式整合型電子教科書（tool kit type integrative e-textbook）：以互相連結的一組學習物件為基礎所設計而成的電子教科書。學習物件由互動性任務所組成，並提供相對應的圖形與工具。南韓的 KERIS（Korea Education & Research Information Service）即是以第. 一種模式來發展電子教科書（Pepin et al., 2015），其發展的流程與概念如圖 22。從圖中可以看出，南韓的電子教科書由三個層面組成（Jeong & Kim, 2015）：第一層以數位化的傳統教科書內容為核心，加上多媒體、習作、參考書籍、字典、超連結等學習資源；第二層提供學習管理系統（Learning Management System, LMS）、評鑑工具、編修工具等助於學習的工具；第三層則是連結到外部的政府或學術機構知識資料庫，讓學生可進一步延伸學習。. 10.

(22) 鏈結 LMS／評鑑工具／編修工具的設計學生／教師／電腦之間互動性的設計. 內容的發展／取得以及資料庫設計. 評鑑工具參考書習作. 紙本教科書數位化. 字典. 電子資料搜尋. 教科書. 學習管理系統多媒體（LMS）. 超連結編修工具. 連結作業／習作／瀏覽器針對部署／維的計畫護／品質管控所建立的策略圖 2-2. 連結至國家知識資料庫. 與政治／經濟／社會／文化機構所擁有的內容作連結. 南韓電子教科書的發展概念圖。修改自：. https://en.wikipedia.org/wiki/File:Concept_of_dt.PNG。. 經由實際操作後發現，目前國內的國中數學電子教科書的設計模式，與第一種模式最為相似。因此研究者將以第一種模式為基礎，參考南韓電子教科書的定義與概念，進而探討國內國中數學電子教科書的系統架構。. 11.

(23) （三）電子教科書的工具功能 KERIS 於 2007 年發展電子教科書的平台原型（platform prototype）時，規劃其主要功能如表 2-4。表 2-4. 電子教科書平台的主要功能。（修改自 Jung & Lim, 2009）. 類別. 發展之特定功能移動頁面、目錄、友善使用者螢幕配置、書寫於教科書、書籤、. 教科書. 教科書與字典搜尋、教科書螢幕控制、列印、螢幕擷取、使用者資訊管理、科目特定功能…等等。. 筆記備忘錄語音錄製. 移動頁面、螢幕放大／縮小／拖曳、書寫筆記、搜尋文字方塊、列印、發送筆記…等等建立備忘錄、備忘錄列表、搜尋與發送備忘錄、調整備忘錄視窗…等等語音錄製與執行、錄製之語音訊息／檔案列表、搜尋與發送語音訊息／檔案、調整視窗…等等. 自動更新系統自動更新程式、內容…等等班級輔助使用者驗證. 通知欄、佈告欄、Q&A、課程表…等等在線和離線驗證. 「教科書（Textbook）」類別包含移動頁面、目錄、螢幕調整、書寫、搜尋、列印等功能。「筆記（Note）」、「便利貼（Memo）」、「語音錄製（Voice Recording）」等類別屬於不同形式的記事功能。「班級輔助（Class Help）」提供班級公告事項與課表。還有其他系統功能如「自動更新系統（Automatic Update System）」與「使用者驗證（User Authentication）」。日本文部科學省（Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, MEXT）於 2010 年起也將電子教科書引入學校課堂作為全國性計畫，同年民間手機業者與企業聯合發起成立「電子教科書協會」，協助據點實驗及推廣活動（徐新逸、賴婷鈴，2013）。日本學者 Taizan 等人（2012）根據使用時機、使用對象以及使用目的，將電子教科書的工具功能分類，並比較日、韓兩國電子教科書在工具功能設計上的異同，藉此突顯各自的特色。其比較結果如表 2-5。. 12.

(24) 表 2-5. 日、韓兩國電子教科書的共同與獨特功能。（修改自 Taizan et al., 2012）類別. 日本. 韓國. 翻頁. 翻頁. 瀏覽雙頁／單頁. 瀏覽雙頁／單頁. 滾動顯示. 頁面拖曳工具. 展現教科書. 縮圖清單下拉式選單放大圖形和文字. 放大頁面. 局部放大編輯功能. 共同. 展現教學材料. 畫筆、螢光筆. 筆／線／圓圈工具. 文字方塊、印章. 備忘錄工具. 影片擷取. Flash 動畫、多媒體撥放器. 圖形模擬. 旋轉 3D 物件調查. 分享資訊. 討論白板. 白板智慧寶庫. 儲存修改後的檔案編修教學材料. 教學材料製作 3D 物件. 學生輔助. 字典. 字典. 發音. 發音. 日本漢字、假名基本訓練. 詞彙卡操練部落格. 公事包. 獨特. 登入／登出診斷評鑑. 自我學習. 評量教師會議班級管理學習地圖. 教師輔助. 教師手冊教學指引計畫學習追蹤計畫. 13.

(25) 由表中可以看出，日、韓電子教科書皆有「展現教科書（Showing textbook）」、「編輯功能（Editing functions）」、「展現教學材料（Showing teaching materials）」、「分享資訊（Sharing information）」、「編修教學材料（Authoring teaching materials）」、「學生輔助（Student support）」六個類別的功能設計。韓國電子教科書在「分享資訊」類別有較多功能，例如向學生調查意見、開放學生彼此討論等等。而日本電子教科書可以編修與儲存教學材料，韓國電子教科書雖無編修教學材料功能，卻可以建立 3D 物件。另外，日本電子教科書設計了獨特的「基本訓練（Training basics）」類別工具，協助記憶基本知識如「假名」、「漢字」等等。韓國電子教科書則是發展出「公事包（Portfolio）」、「自我學習（Self learning）」、「教師輔助（Teacher support）」等類別工具，加強學習管理系統（LMS）的功能。. 14.

(26) （四）電子教科書學習輔助系統利用電子教科書瀏覽各種形式的數位資源、在課本內容中劃記等功能，僅為使用者與教材之間的互動。運用科技的力量，也能增進學生與自己、學生與學生、學生與老師之間的學習活動與教學活動，甚至對其管理與規劃。另一方面，由於數位形式的學習材料易於儲存與傳遞，時間一久累積數量非常可觀，有必要對各種學習物件進行管理。因此，南韓發展電子教科書時，也曾引入學習輔助系統（Learning Support System）的想法。學習輔助系統可以概分為學習管理系統（Learning Management System, LMS）與學習內容管理系統（Learning Content Management System, LCMS）兩大類，其主要功能如表 2-6。表 2-6. 電子教科書學習輔助系統主要功能。（修改自 Jung & Lim, 2009）. 類別. LMS. 發展之特定功能. 基本功能. 登入，以及其他附加服務. 學習輔助. 個人資訊管理、學習輔助、評量功能，以及其他附加. （學生）. 服務. 教學輔助. 個人資訊管理、學習管理、評量管理，以及其他附加. （教師）. 服務. 經營輔助. 使用者管理、註冊與班級管理、教科書管理（LCMS）、. （經營人員） LCMS 社群評量／診斷. 使用者統計、系統管理、監控，以及其他附加服務內容封裝、元數據管理、內容管理與搜尋、操作環境、排序，以及其他附加服務新建與管理社群，以及其他附加服務能力診斷、學習處方、問卷管理、成績統計，以及其他附加服務. 從上表不難發現，LMS 主要管理學生的學習活動、教師的教學活動，以及與電子教科書、與 LCMS 之間的溝通；LCMS 則是管理學習元件的部分。因此，LMS 在學習輔助系統中，擔任中介溝通與管理的角色，如圖 2-3。. 15.

(27) 圖 2-3. 南韓 LMS 系統與其他系統的關係。（Ministry of Education & Korea Education & Research. Information Service, 2012）. Moodle 是在臺灣較常見到的 LMS 應用之一，許多大專院校皆有架設 moodle 平台。在每個課程之中，設有討論區與公佈欄，教師可為學生進行分組，讓學生進行討論，繳交個人或小組作業。學生可了解目前學習進度、作業繳交情況、查詢成績等等。 LCMS 則可以舉 GeoGebraTube 為例。GeoGebraTube 是 GeoGebra 維護的平台，可以讓學生或教師上傳自己製作的 GeoGebra 檔案，並加上標籤、說明、適用年齡等屬性資訊，方便其他人搜尋到此檔案。在 GeoGebraTube 上的檔案可以任意複製或下載，使用「繪本」功能收集感興趣的檔案。. 16.

(28) 經由前述文獻探討，研究者將電子教科書系統結構分為「內容」、「工具」、「連結」三個層次，如圖 2-4。「內容」包含供學生學習的知識內容，以及讓學生習得知識的教學設計；「工具」設計的目的是協助學生擷取、習得知識，包含檢視、編輯、教學輔助、LMS、LCMS 等類別的功能；而「連結」包含電子教科書內部資源的連結，以及與外部資料庫、系統溝通的外部連結。. 圖 2-4. 電子教科書系統結構示意圖. 17.

(29) 第二節. 教科書的教學內容. 一、教科書設計教科書不僅是某個學科的著作，也是教學程序的核心（Chambliss & Calfee, 1998）。它給予教師與學生導引，應該學習哪些知識內容（what），以及如何學習（how）這些知識內容。教科書劃分了在特定學齡階段學生應該學習的範疇，另一方面也會以教學的角度來考量如何組織這些內容（Chazan & Yerushalmy, 2014），兩者會互相影響，研究者稱之為「知識內容」與「知識習得」，如圖 2-5。知識內容圖 2-5. 知識習得. 「知識內容」與「知識習得」. 既然教科書在教學中占有一席之地，如何設計完善的教科書即為一重要課題。Chambliss 與 Calfee（1998）建議採取由上而下的途徑（top-down approach）來設計教科書，訂立題材（theme）後選取不同元素（elements），並透過適當鏈結（linkage）來組成一個整體。Chambliss 與 Calfee 以腳踏車為題材舉例，若選取正確的要素並以適當的方式鏈結，如此設計即可發揮功能。但假如要素正確但鏈結不適當，或要素錯誤但鏈結適當，都無法完成以腳踏車為題材的設計，如圖 2-6。. 18.

(30) 圖 2-6. 設計的概念：以腳踏車為例。（Chambliss & Calfee, 1998；引自陳麗華，2008）. 而 Chambliss 與 Calfee（1998）認為，為了能輔助學習，教科書必須設計成易於理解（comprehensible）、呈現典範課程（curriculum），並支持以學生為中心的教學（student-centered instruction）。而在「文本可理解性」、「課程」與「教學」三個類別中，分別以「題材」、「要素」與「鏈結」設計概念來考量，衍生出教科書設計的不同特性，如表 2-7。表 2-7. 教科書設計的特性。（Chambliss & Calfee, 1998；修改自陳麗華，2008）. 主題熟悉度文本可理解性. 興趣性一致性結構. 課程. 教學. 要素. 鏈結. 字詞句子. 功能性設計. 段落. 修辭模式. 文本. 專家視鏡. 知識. 模式. 技能. 原則. 態度. 學生中心. 連結（C）. 探究社群. 組織（O）. 建構論. 反思（R）. 變焦視鏡. 延伸（E）. 19. 順序描述. 彈性.

(31) 就數學課程設計而言，教科書編輯者首先要以專家的角度，來決定學生應該學習哪些知識要素，釐清數學領域中的知識脈絡，進而選擇適當的素材。常見的途徑有兩種(Chambliss & Calfee, 1998)，其一是以專家的視鏡（expert lens）來看：數學專家會知道哪些數學知識？數學專家會哪些數學專有的技能？數學專家對數學領域抱持著什麼樣的態度？而這些又如何鏈結在一起？另一種途徑是透過課程綱要（例如：國民中小學數學學習領域的九年一貫課程綱要）來尋找題材、要素與鏈結。然而，教科書編輯者所選取的知識要素，仍屬於數學世界中的抽象知識，必須以某種形式撰寫於教科書中，才能讓學生吸收。Bruner 認為，人類透過將外在物體或事件轉換為內在心理事件的過程來學習知識，稱之為認知表徵（cognitive representation）（張春興，1996）。學習者可經由閱讀外在的實體表徵（physical representation），內化為心智表徵（mental representation），甚至可以經由書寫、講述、電腦輸入等方式，再將自身的心智表徵轉為實體表徵來與外界溝通（Kaput, 1989）。亦即學生是透過閱讀數學教科書的文字、符號或圖像等不同外部表徵，經由認知產生內部表徵，且不斷地來回修正，逐漸習得抽象的數學知識。在一個段落中，編輯者可能會採用文字、圖形等不同的表徵來呈現某個數學概念。然而，不同段落的連結與順序，亦即文本結構的設計，將影響學生是否易於理解文本想要表達的內涵。因此，研究者認為在「知識內容」部分的設計可從三個面向來看：教科書編輯一開始以專家視野規劃最抽象的「知識結構」藍圖，接著猶如設計劇本般地安排「知識展演」文本結構，最後選取適當的表徵來進行「知識呈現」。. 20.

(32) 二、文本結構多數研究與經驗顯示，文本結構（text structure）對於文本的可理解性影響甚鉅（Chambliss & Calfee, 1998）。相較於瑣碎的片段組合，設計適當的文本結構能讓讀者易於理解背後的知識脈絡，且印象較為深刻。文本包含詞語、句子、段落等要素，Chambliss 與 Calfee 認為，良好的文本組織模式（rheteorical patterns）與功能性設計（functional devices），可以增進教科書文本的可理解性。 Chambliss 與 Calfee（1998）將教科書文本的組織模式，歸納如圖 2-7。一開始教科書編輯者先決定目的：要呈現屬性或事件，可採用「說明式」；要呈現某項假說的證據，可採用「論證式」；要銜接學習者與專家之間的理解落差，可採用「解說式」。其中「說明式」的七個設計，又可區分為「描述性」或「序列性」，是組織模式的基礎。目前國內國中數學教科書的文本組織模式，較偏向「解說式」的線性脈絡設計。而電子教科書中，可以利用超連結的功能，在文本組織模式設計上有更豐富的變化。. 圖 2-7. 教科書寫作中的修辭模式（組織模式）。（Chambliss & Calfee, 1998；引自陳麗華，. 2008）. 21.

(33) 而功能性設計的主要目的，是將語句、段落鏈結成一致性的整體，讓讀者意識到文章結構（Chambliss & Calfee, 1998）。例如：引言與摘要、標題與次標題、段落的主題句、段落與段落之間的轉折語句、將關鍵詞醒目提示等等，皆是有效的功能性設計。Brooks 與 Warren（1972）建議內文解說（exposition）可區分為「介紹（introduction）」、「討論（discussion）」與「結論（conclusion）」三部分（引自 Chambliss & Calfee, 1998）。而目前國中數學教科書，還會使用不同的段落框架，並配合段落標題，讓文本內容以不同的形式展演在學生面前，例如「例題」、「隨堂練習」、「探索活動」、「重點整理」等等。電子教科書在各個段落中所佈置的按鈕，皆有其功能，例如「放大」、「顯示答案」、「動畫」等等，有助於理解文本的內容。. 22.

(34) 三、表徵的型態、形式與轉換人類透過將外在物體或事件轉換為內在心理事件的認知表徵過程來獲得知識。Bruner 將認知表徵的發展，分為動作表徵（enactive representation）、圖像表徵（iconic representation）、符號表徵（symbolic representation）三個階段（張春興，1996）。動作表徵是指經由動作來了解周圍世界。圖像表徵指經由對物體知覺留在記憶中的心像，或是依靠照片圖形等，即可獲得知識。符號表徵指運用符號、語言文字為依據的求知方式。要注意的是，即使在同一年齡，不同的學生偏好的認知表徵求知方式存有個別差異。有的學生能熟練地透過符號或文字來求知，但有的學生可能需要多一點的圖形輔助。表徵作為溝通的媒介，Lesh、Post 與 Behr（1987）將數學表徵分為「情境腳本（experience-based scripts）」、「語言（spoken languages）」、「符號（written symbols）」、「圖像（pictures or diagrams）」、「教具模型（manipulatable models）」五種表徵系統，並且強調表徵系統之間的轉移（translations），以及表徵系統內的轉換（tranformations）也非常重要，如圖 2-8。. 圖 2-8. 五種數學表徵系統。（Lesh et al., 1987）. 23.

(35) Kaput（1989）認為數學意義（mathematical meaning）是數學學習的基礎，而數學意義的建立主要來自於四個來源：（一）參照擴展（Referential Extension）：指不同表徵之間的轉移 1. 經由兩種數學表徵系統之間的轉移 2. 經由數學表徵系統與非數學表徵系統之間的轉移（二）固化（Consolidation）：指表徵之內的轉換 3. 經由規律與語法的學習，透過特定表徵系統內記號的轉換與操作 4. 經由心智元件的建立，透過將操作、程序與概念具體化為現象物件，並將之作為更高層次結構中新的操作、程序與概念的基礎。在表徵的呈現型態方面，電子教科書相較於紙本教科書，能提供更多的動態表徵。Ainsworth 與 VanLabeke（2004）以時間為因素，將動態表徵區分為「時間持續（time-persistent）」、「時間隱含（time-implicit）」、「時間單一（timesingular）」三種。時間持續表徵，是指時間與變數的關係，當時間持續流動，可以觀察圖形的變化，進而了解該變數與時間的變動關係。時間隱含表徵，僅顯示變數與變數之間在一段時間內的關係，而時間單一表徵，僅呈現某一個時間點的狀態。綜合前面的討論，研究者將「知識內容」的理論架構整理如圖 2-9。知識要素知識結構知識脈絡文本結構展演形式知識內容. 知識展演展演功能. 表徵形式知識呈現呈現型態圖 2-9. 「知識內容」理論架構圖. 24.

(36) 四、認知領域教學目標教學目標是指在教學之前，預期在教學之後學生將從教學活動中學習到什麼。在不同學科的教學活動中，所期盼達成的教學目標可分為三方面：認知，從教學中學到知識性的行為；情意，從教學中學到感情與意志性的行為；技能，從教學中學到動作技能性的行為（張春興，1996）。雖然理論上學生在學習任何學科時，認知、情意、技能三者皆會產生，但研究者認為，教科書主要目的在幫助學生習得知識，因此僅討論認知領域教學目標。 Bloom 等人於 1956 年發表《認知領域教育目標分類手冊（Taxonomy of Educational objective, Handbook 1: Cognitive Domain）》，將認知領域教育目標分為知識（Knowledge）、理解（Comprehension）、應用（Application）、分析（Analysis）、綜合（Synthesis）、評鑑（Evaluation）（鄭蕙如、林世華， 2004）。學界使用一段時間後認為有修改的必要，因此經過多年的努力， Anderson 與 Krathwohl 於 2001 年提出修訂版，將認知領域教育目標分成知識向度（knowledge dimension）與認知歷程向度（cognitive process dimension），如圖 2-10。. 圖 2-10. Bloom 教育目標分類系統新舊版本對照圖。（Anderson, Krathwohl, & Bloom, 2001；引. 自鄭蕙如、林世華，2004）. 認知歷程向度主要在促進學生保留與遷移所習得的知識，可用來區分學生於學習歷程中的不同認知層次。在設計教科書的內容時，也可用來檢驗是否太過偏重某些認知歷程教學目標。電子教科書的教學內容設計，是否提供機會讓學生經歷紙本教科書較缺乏的認知層次，也是研究者想要探究的部分。 25.

(37) 五、教學歷程設定好教學目標之後，教師應設置教學情境，使得教學結果達到預定的教學目標。Gagné 認為「教學事件（instructional event）」是影響教學結果的條件之一。「教學事件」指教學時，教師所實施的有助於學生學習的一連串活動， Gagné 將其分為「引起學生注意」、「提示教學目標」、「喚起舊有經驗」、「提供教材內容」、「指導學生學習」、「展現學習行為」、「適時給予回饋」、「評定學習結果」、「加強記憶與學習遷移」九個事件（張春興，1996；Gagne, Wager, Golas, Keller, & Russell, 2005）。當學生配合教師安排的教學情境，學生在學習歷程中的認知情境也會跟著改變。以「如何習得知識」的角度來設計教科書內容時，此時教科書猶如教師的角色，為學生在不同的段落安排適當的認知情境。學生在學習情境中，並非單方面的接收知識，而是透過與外在環境的互動，來建構出知識。Chambliss 與 Calfee（1998）以學生為中心與建構知識的觀點，提出 CORE 教學歷程模式，如圖 2-11。C 代表「連結（Connect）」，教師利用提問策略與引發興趣的方式，連結學生的舊知識。O 代表「組織（Organize）」，協助學生建構新知識，從特殊的例子推廣到一般的抽象概念。R 代表「反思（Reflect）」，回顧之前的學習歷程，提高至後設認知的層次。E 代表「延伸（Extend）」，學生延伸所學知識，嘗試解決不同問題。. 圖 2-11. CORE 教學歷程模式。（Chambliss & Calfee, 1998）. 26.

(38) 同樣以學生建構知識為教育觀點，Trowbridge 與 Bybee（1990）提出 5E 教學模式：「參與（engagement）」、「探索（exploration）」、「解釋（explanation）」、「精緻（elaboration）」、「評量（evaluation）」。「參與」階段是教師引起學生的動機，參與學習活動。「探索」階段提供學生與新學知識相關的心智與實體經驗。「解釋」階段提供機會讓學生表達他們所理解的內容、學得的技能、對於學習活動的態度。「精緻」階段提供學生全新且獨特的問題情境，延伸與精煉學生所學的概念或技能。「評量」階段檢測學生的概念、技能與態度。雖然 CORE 和 5E 教學模式一開始是以教師的觀點來設計教學活動，但以學生的角度而言，在學習活動中也可將之作為學習歷程的參考。由於電子教科書是以學生為中心來進行設計，試圖讓學生以建構的方式來習得知識。加上 5E 教學模式比之於 CORE，更強調「探索」與「評量」兩者，研究者認為 5E 教學模式較適合作為學生使用電子教科書的「學習歷程」理論基礎。綜合前面的討論，研究者將「知識習得」的理論架構整理如圖 2-12。. 認知層次. 學習情境認知情境知識習得學習歷程圖 2-12. 「知識習得」理論架構圖. 27.

(39) 綜合本章的討論，研究者將電子教科書系統結構與教學內容設計之理論架構整理如圖 2-13。. 圖 2-13. 電子教科書系統結構與教學內容設計理論架構圖. 28.

(40) 第參章. 研究方法. 本研究之目的，在探討國中數學電子教科書的系統結構以及教學內容設計，規劃之研究架構如圖 3-1。. 系統結構. 議題一. 工具內容知識內容議題二(1). 內部連結. 外部連結知識習得議題二(2). 圖 3-1. 研究架構圖. 29.

(41) 第一節. 系統結構. 本研究之第一個議題為探討國中數學電子教科書的系統結構。本節說明此議題的研究方法。. 一、研究設計在紙本教科書，可以隨意翻頁，或拿起畫筆於任何地方註記。在電子教科書要完成這些動作，必須使用其附加的檢視或編輯工具。然而也就是因為可以設計各式各樣的工具，使得電子教科書擁有紙本教科書無法達到的特性，例如觀看動畫、操作模擬教具、查詢網路資源、學習管理等等。電子教科書的工具除了作用於學習內容的功能設計，還有建立通道的作用，與本機或是網路的資源互相連結。因此，研究者先透過探討電子教科書工具的相關文獻，歸納整理出工具類別清單，接著實際操弄電子教科書的工具與附加元件功能，除了瞭解目前國內數學電子教科書工具的設計情況，也能漸漸刻劃出系統結構的輪廓。研究者參考 Jung 與 Lim（2009）、Taizan 等人（2012）、劉光夏與林吟霞（2013）等學者的研究，將國中數學電子教科書的工具分為「檢視工具」、「編輯工具」與「教學輔助工具」三個類別，如表 3-1 與表 3-2。於文獻探討時曾提到，要構成一個完整的學習輔助系統（Learging Support System），電子教科書必須搭配學習管理系統（Learning Management System, LMS）與學習內容管理系統（Learning Content Management System, LCMS）的功能，因此研究者整理出「LMS」與「LCMS」類別的工具，如表 3-3 與表 3-4。包含前面「檢視工具」、「編輯工具」與「教學輔助工具」三個類別，總共有五個類別的工具。. 30.

(42) 表 3-1. 類別檢視工具. 電子教科書工具分類表. 子類別頁面瀏覽. 工具. 使用情況. 說明. 時機. 對象. 翻頁. 移動到上（下）一頁. 課堂內/. 學生/. 目錄. 顯示課本目錄. 外. 老師. 頁碼. 提供下拉式頁碼清單. 課堂內/. 學生/. 外. 老師. 目的展現教科書. 清單縮圖. 提供頁面縮圖清單. 清單. 頁面縮放. 書籤. 可儲存書籤或管理書籤. 搜尋. 可搜尋課本內的關鍵字. 半/單. 以四分之一頁/單頁/雙頁展示. /雙頁. 展現教科書. 模式放大/. 局部放大/縮小頁面. 縮小頁面. 放大時可拖曳頁面. 拖曳. 編輯工具. 筆畫. 畫筆/. 提供不同粗細、不同顏色的. 課堂內/. 學生/. 標示重點或註記. 螢光. 畫筆/螢光筆. 外. 老師. 自己的想法. 課堂內/. 學生. 記錄重點或自己. 筆. 記事. 圖形/. 提供不同粗細、形狀、顏色. 填色. 來繪製空心或實心圖形。. 便利. 可用於記事的便利貼. 貼. 外. 筆記. 提供空白筆記頁面用於記事. 插入. 可利用錄影或錄音來記事. 影音插入. 可插入圖片或相片來記事. 圖片. 31. 的想法.

(43) 表 3-2. 類別教學輔助工具. 電子教科書工具分類表（續）. 子類別. 工具. 說明. 時機. 學生輔助. 數學百科. 可查詢數學名詞. 課堂內/. 動態幾何. 可進行數學實驗或探索. 外. 教師輔助. 白板. 模擬白板功能. 選號器. 隨機選號功能. 計時器. 包含計時、倒數等功能. 音效庫. 提供用於課堂的音效. 遮罩. 除了選定範圍之外皆以. 使用情況對象目的學生. 提供學生自行查詢與探索來理解知識. 軟體課堂內. 老師. 協助課程的進行. 課堂內. 學生/. 呈現不同的內. 老師. 容，幫助學生理. 黑色屏蔽聚光燈. 除了選定範圍之外皆以半透明色屏蔽. 顯示教學材料. 教學素材. 呈現不同的教學素材. 網路搜尋. 透過網路搜尋相關素材. 編修教學材料. 課程錄製. 錄製或擷取螢幕畫面與. 課堂內/. 學生/. 編修教學素材，. 聲音. 外. 老師. 並可加入至課本. 庫. 連結檔案. 連結本機或網路檔案. 插入頁面. 於電子教科書插入空白. 解. 內. 頁面插入物件. 於頁面插入文字、圖形或其他類型的物件. 分享資訊. 螢幕廣播. 可廣播某一位同學電子教科書的螢幕畫面. 實物投影. 連結攝影機，進行實物投影. 調查. 透過電子教科書調查同學的意見. 討論. 讓同學彼此之間透過電子教科書討論. 智囊庫. 用於收集同學探索後的結果. 32. 課堂內. 學生/. 分享彼此的想法. 老師. 與意見.

(44) 表 3-3. 類別 LMS. 學習管理系統（LMS）工具分類表. 子. 工具. 類別電子公事包. 個人帳戶. 包含基本登入/登出以及帳戶. 使用情況時機課堂外. 設定歷史紀錄. 可查看使用歷程. 部落格. 可記錄個人的學習歷程提供師生交流意見與想法的平. 社群學習輔助. 說明. 課堂外. 台學習管理. 管理自己的學習課程項目與進. 課堂外. 對象. 目的. 學生/. 管理個人. 老師. 資訊. 學生/. 師生之間. 老師. 互相交流. 學生. 管理學習. 度. 狀況. 家課管理. 管理自己的家課進度. 評量. 評量學習成效. 診斷. 由相關數據來診斷出自己的強項與弱項. 教學輔助. 教學管理. 管理教學課程項目與進度. 課堂管理. 不同班級的課堂管理，包含每. 課堂外. 老師. 管理教學狀況. 位同學的狀況教師會議. 利用此工具來進行多方教師視訊會議. 學習地圖. 訂立與管理班級或學生的學習地圖. 教師手冊. 如同電子教科書的方式來呈現教師手冊. 系統管理輔助. 學習追蹤. 追蹤同學的學習狀況. 用戶管理. 管理各個用戶的權限. 教科書管. 老師/. 管理系統. 管理電子教科書與 LMS、. 管理人. 狀況. 理. LCMS 的互動情形. 員. 統計數據. 能觀看與學習輔助系統相關的統計數據. 系統管理. 與學習輔助系統相關的設定. 33. 課堂外.

(45) 表 3-4. 學習內容管理系統（LCMS）工具分類表. 使用情況. 類別. 工具. 說明. LCMS. 內容管理. 學習物件或模組的管理. 匯入/匯出. 匯入或匯出學習物件. 元數據管理. 管理每個學習物件的關鍵. 時機課堂外. 對象. 目的. 老師/管理. 管理學習. 人員. 物件. 字、屬性等等. 二、研究樣本目前南一、康軒、翰林三家出版社於國中數學的市佔率超過九成，因此研究者透過在職學校教師，取得這三家的 103 學年度電子教科書作為研究樣本，經隨機排序後，以 A 版、B 版、C 版稱之。三個版本皆以光碟存放電子教科書，A 版名稱為「電子書」、B 版名稱為「電子教科書（e-TEXTBOOK）」，C 版名稱為「教用版電子教科書」。除了 C 版，其餘兩版無法從光碟上或外包裝判斷是否屬於教用版或學用版。. 三、測試環境三家版本的電子教科書皆可選擇直接從光碟執行，或者安裝於 Windows 電腦上。為了盡可能讓電子教科書正常運作，研究者將其安裝於電腦上，使用電腦的作業系統為 64 位元 Windows 8.1，RAM 大小為 4.00GB。. 34.

(46) A 版與 C 版皆成功安裝於電腦中，僅 B 版無法完成安裝，過程中出現如圖 3-2 的錯誤訊息。研究者嘗試調整相容性設定，或是使用另一台 Windows 7 電腦，仍無法成功安裝。儘管如此，「從光碟執行」功能可正常使用，因此仍可觀看 B 版電子教科書內容。. 圖 3-2. B 版電子教科書安裝錯誤訊息. 雖然沒有成功的將 B 版電子書安裝於電腦內，但仍可看出安裝後有一個類似「書櫃」的程式，來管理不同冊別的教科書，如圖 3-3(A)。而 C 版也有類似的設計，如圖 3-3(B)。. (A) 圖 3-3. (B). B 版與 C 版「書櫃」外觀. 35.

(47) A 版則是設計「數位教學平臺」介面，除了有電子書「書櫃」，還能連結到其他儲存於本機的教學材料，例如教學 PPT、影音資源、測驗題庫…等等。右上角則是顯示來自於網路的最新消息，如圖 3-4。. 圖 3-4. A 版「數位教學平臺」介面. 研究者發現，三家版本電子教科書的安裝檔案格式皆為 exe，僅能在 Windows 作業系統執行，因此皆無法安裝於手機或平板常見的 Android 或 iOS 作業系統。. 四、研究限制 1.. 研究者透過學校在職教師，取得三家出版商國中數學電子教科書作為研究樣本，僅一家版本於外包裝盒上註明為「教用」電子教科書。雖然研究結果顯示三家版本皆偏向教師使用的角度來設計電子教科書，但無法據此推論三家出版商沒有學用版本，或是學用版本的開發計劃。. 2.. 從研究結果顯示三家版本電子教科書皆沒有設計工具整合至 LMS 或 LCMS，但無法據此推論三家出版商沒有 LMS 或 LCMS，或是兩者的開發計劃。. 3.. 研究電子教科書的工具時，以功能性為主，暫無考量其操作便利性或適用性。. 36.

(48) 第二節. 教學內容設計. 本研究之第二個議題為探討國中數學電子教科書的教學內容設計，分別從「知識內容」與「知識習得」的各個面向來分析。本節說明此議題的研究方法。. 一、研究設計本研究之第二個議題為探討國中數學電子教科書的教學內容設計，故研究樣本選取國內三家出版社的國中數學電子教科書系統中的課本內容部分。而電子教科書作為教學者與學習者之間的傳播中介，研究者採用內容分析法，透過定量分析來瞭解各類目分布的情況，進而探討紙本教科書與電子教科書於教學內容設計上的差異。研究者透過文獻探討，並與數學教育領域專家討論，逐漸形成與此研究議題相關的理論假設，將其組織後作為分析教學內容的理論架構（圖 2-9 與圖 212），進一步發展出各分析類目。而分析單位則區分為兩大類：「文本（T）」的內容與紙本版本的教科書無異，最小單位為每一個意義完整的段落；「附加元件（B）」則是附加在文本上的按鈕以及動態元件。然而經過初步分析後，研究者發現某些附加元件並非呈現不同於文本的內容，而是作用於特定文本段落的功能設計（放大、顯示或隱藏），將其編碼於某些類目並不適當。例如圖 3-5 有四個附加元件，「放大」、「Ans」與「Step」是作用於例題 2 的功能按鈕，無法將這三個單位的「功能」編碼於「表徵形式」類目（情境腳本、語言、符號、圖像、教具模型、表列資料）。若要參考其作用的文本單位（此例為 T434011）來編碼，又會有重複計數的問題。. 圖 3-5. 某些分析單位無法編碼的說明案例. 37.

(49) 因此，研究者將原來的分析單位稱為「第一組分析單位」，針對「展演形式」、「展演功能」、「呈現型態」等類目進行第一階段編碼後，將「展演功能」類目中編碼結果為「局部展現文本」、「全段展現文本」與「分段展現文本」（分別對應於圖 3-5 中的「放大」、「Ans」與「Step」）的分析單位排除，形成「第二組分析單位」，進行第二階段編碼。此研究議題的研究設計與流程整理如圖 3-6。. 文獻探討. 理論假設. 理論架構選取樣本. 訂立. 確認第一組. 分析類目. 分析單位. 進行第一階段編碼確認第二組分析單位. 進行. 第二階段編碼. 分析資料圖 3-6. 分析教學內容設計的研究設計與流程圖. 38.

(50) 二、研究樣本由於本研究議題在探討電子教科書的教學內容設計，且考量研究之便利性，研究者針對 A、B、C 三個版本電子教科書系統的課文內容，在代數領域和幾何領域各挑選一個代表性的章節來進行分析。學生在七年級學習的代數知識，較著重在解未知數的程序性操作。學生升上八年級時，開始學習將代數式當作一個抽象的結構性物件，並對其操作四則運算。因此研究者在代數領域挑選八年級上學期的第一章「乘法公式與多項式」作為樣本。另外，學生到八年級下學期時，透過學習尺規作圖與幾何論證，逐漸提升至演繹推理的層次。因此在幾何領域則是選擇八年級下學期第三章「三角形的基本性質」。. 三、分析單位進入電子教科書的課本內容後，首先出現與紙本教科書類似的版面，但周圍加上了工具列，研究者將此畫面稱作「主畫面（home screen）」。研究者初步比對紙本教科書與電子教科書的課文版面後發現，主要的差異在電子教科書所佈置的附加元件。某些附加元件能連結至其他「次畫面（subscreen）」，如圖 37。. 次畫面. 次畫面. 主畫面次畫面. 次畫面次畫面. 次畫面圖 3-7. 電子教科書的「主畫面」與「次畫面」. 39.

(51) 為了瞭解電子教科書與紙本教科書在內容設計上的不同之處，研究者以主畫面為主，將分析單位區分為「文本（T）」、「附加元件（B）」兩大類。「文本」（以下簡稱 T 單位）的內容與紙本版本的教科書無異，可視作紙本教科書的數位化。然而電子教科書在隨堂練習與自我評量的部分，有提供參考解答，並以紅色字體顯示。為了盡可能模擬學生使用的紙本教科書，研究者於分析時，屏除參考解答的部分；「附加元件」（以下簡稱 B 單位）則是附加在文本上的按鈕以及動態元件。與紙本教科書的版面比較後，可清楚地找出電子教科書上以按鈕形式呈現的附加元件。少部分的動態元件會放置在文本的段落之內，其呈現的內容與紙本教科書不同，因此將其另外劃分為一個「附加元件」的分析單位。分析單位的劃分，在「文本」時以段落為參考基準。與數學領域專家討論後，研究者決定考量段落意義的完整性。若此段落意義完整，則自成一分析單位；反之，則與其他段落合併為一分析單位。「附加元件」也是如此，若單一按鈕的功能完整，作為一分析單位；否則與其他按鈕合併為一分析單位。例如圖 3-8，雖然此例題有兩個子題，但將之視作個別單位仍保有意義完整性，因此編成 T311010 與 T311011 兩個分析單位，且共用同一個例題標題「利用分配律求值」與例題題幹「利用分配律計算下列各式的值」。. 圖 3-8. 分析單位意義完整性的案例(1). 研究者在切割文本分析單位的過程中，一開始會先以最小範圍劃出某個段落。若此段落必須藉由閱讀上下文才能得知其內涵與用意，此時必須將範圍擴大，才能保持其意義完整性。如圖 3-9，T432012 單位包含了 SSS 作圖的命題、作法說明、兩個段落說明文字以及一個 hint。若只單獨看「像這樣，利用給定的…」段落，會不曉得經歷了什麼過程。或是只單獨看「取出附件十的透 40.