匹配與不匹配效果於電子商務網頁式學習系統之學習成效分析：基於認知風格與生理因素

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(1)國立臺中教育大學數位內容科技學系碩士班碩士論文. 指導教授：吳智鴻博士. 匹配與不匹配效果於電子商務網頁式學習系統之學習成效分析：基於認知風格與生理因素. 研究生：湯凱迪. 撰. 中華民國一百零三年六月.

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(5) 謝誌. 轉瞬之間時光飛逝，晃眼即過，這段求學的期間在班上同學的不斷鼓勵與協助以及各位老師的細心指導之下，終於有撥雲見日開花結果之時，謹藉此簡短的篇幅表達本人至高無上的謝意與感恩。在撰寫論文的過程中，誠摯的感謝指導教授吳智鴻博士總是在繁忙之中，仍時常的給予學生關心及細心的指導，盡心盡力地傾囊相授，使我有繼續完成論文的動力與決心，這心中的感激必將永記於心。另外，感謝黃悅民教授與黃國禎教授，能在百忙之中抽空審閱本人的論文原稿，匡正的許多疏誤，並且提供許多的寶貴意見，使本論文在修改之後可以更加的嚴謹與齊備，在此特別感謝。論文的完成不太可能僅靠獨自一人完成，在這後面必然有許多人的支持、幫助、協助以及指導才能完成。很感謝在這段期間曾協助我疑難解惑、實驗測試以及東奔西跑的乃心、欣盈、依錞與家妤。再來要感謝的就是我的第一組實驗對象賴怡廷、劉美求和林意姍，由於他們的實驗成功使的我的實驗可以非常順利與快速地進行下去，最後感謝乃慧，在她的協助下為我的實驗畫下一個完美的句點。當然還要感謝所有願意來幫忙實驗的大學部的學弟妹們，本校其他系所的學生們，以及研究所的學弟妹們。特別感謝系主任王曉璿主任的協助與打氣，感謝紅豆、奕霖、承安學長和歐陽學姊的指導，感謝志宏、均衡、鈺筑與柚子的幫忙，感謝學弟俊宏、薇澤、宥伯、靖傑、宗洋和崇瑋，學妹乃慧、羚君、勁妏、含諭和文欣的協助。在這段日子中，讓我的視野開闊，相較過去有許多的轉變與成長，並獲得許多寶貴的知識。當然還有不少朋友的幫助，像是猩猩、盛魁、博全、灰灰雲、殿堂等，以及天母幫的各位認識半輩子的好朋友們，真的是族繁不及備載；需要感謝的人真的太多，無法逐一訴說，千言萬語還是只有「感謝，再感謝」。最後還要感謝的就 I.

(6) 是我的爸、媽以及妹妹，由於他們總是無時無刻的關護與愛戴，鼓勵與支持，讓我能夠順利能全心全意地投入碩士論文的研究及撰寫，最後完成學業。最後謹以這本仍不成熟的研究論文，呈獻給守護我的師長、同學、親朋好友及支持我的家人們，謝謝你們。. 湯凱迪謹誌民國一百零三年六月. II.

(7) 匹配與不匹配效果於電子商務網頁式學習系統之學習成效分析：基於認知風格與生理因素研究生：湯凱迪. 指導教授：吳智鴻. 摘要. 「因材施教」。談到教學，就會讓人想到因材施教，就會讓人想到至聖先師孔子，而從《論語》中我們可以發現孔子對於不同性格的人所以用的教學方法也會有所不同，譬如《論語‧述而》篇中和顏淵的對話中和《論語‧先進》篇與子路的對話就可以窺知一二。通常大多數的人都會認為自己有一些特殊的認識事物、理解事物以及處理刺激或訊息的模式，基於這一觀念，發展出來的就是「學習風格」或「認知風格」。本研究要探討的就是受測者在面對匹配與不匹配於自己的認知風格的教材時對生理訊號、學習成效、系統使用與心智負荷會有何影響。本研究結合多重測量方式，其分析的方法包含主觀和客觀的方式：主觀量表(學習成效、系統易用性(SUS)與心智負荷(NASA-TLX)量表)和生理訊號(腦波注意力、受測者情緒、血氧濃度(SPO2)、心律變異度(HRV)、膚溫(Skin tempersture)、膚電位(GSR)、呼吸)的反應。研究結果發現：(1)認知風格匹配的學習者的學習成效優於不匹配的。(2)認知風格匹配的學習者比不匹配的心智負荷來的低。(3)認知風格匹配的學習者比不匹配的情緒來的好。(4)認知風格匹配的學習者比不匹配的疲勞程度來的低。(5)認知風格匹配的學習者比不匹配的壓力來的低。由此結果可以提供在教材與其他教學設計上一個參考，期許可以能有更好的設計，以造福社會大眾。. 關鍵字：認知風格、匹配與不匹配、整體主義/循序主義、情感運算 III.

(8) Match and Mismatch Effects in the Study of E-Commerce Web-Based Learning System Effectiveness Analysis: Based on the Cognitive Styles and Physiological Factors Student: Kai-Di Tang. Advisor: Dr. Chih-Hung Wu. Abstract "Teach students according to their aptitude." When we speak about teaching, we associate with the greatest sage and teacher - Confucius. From the Analects of Confucius, we can know that Confucius would use different teaching methods to teach people with different characters. For example, we can know this from the conversation with Yan Yuan in Book 7: Shu R, and the conversation with Zi Lu in the Book 11: Hsien Tsin.Most people consider themselves to have some special patterns to recognize, to interpret, and to deal with stimulus and information. Based on this concept, "Learning syles" and "Cognitive styles" has been developed. This study is to discuss the influence on physiological signals, learning effect, System Usability Scale(SUS) and National Aeronautics and Space Administration-Task Load Index(NASA-TLX) when the respondents using teaching materials that match or mismatch his cognitive style. This study combined multiple measure methods, with subjective and objective methods of analysis, includes: Subjective scales (learning effect, SUS, NASA-TLX), and the reaction of physiological signals(attention, emotion, SPO2, heart rate variability(HRV), skin temperature, galvanic skin response(GSR), breathing). The result was found that: (1)The learning effect of the learners who use teaching materials that match their cognitive style is better than those that mismatch. (2)The mental load of the learners who use teaching materials that match their cognitive style is lower than IV.

(9) those that mismatch. (3)The emotion of the learners who use teaching materials that match their cognitive style is better than those that mismatch. (4)The level of fatigue of the learners who use teaching materials that match their cognitive style is better than those that mismatch. (5)The stress of the learners who use teaching materials that match their cognitive style is better than those that mismatch. This result may provide a suggestion about teaching materials and other educational designs, and expect to have better designs to benefit the society.. Keywords: Cognitive Styles, Match and Mismatch, Holist/Serialist, Affective Computing. V.

(10) 目錄謝誌................................................................................................................................ I 摘要.............................................................................................................................. III Abstract .......................................................................................................................IV 目錄..............................................................................................................................VI 表目錄....................................................................................................................... VIII 圖目錄..........................................................................................................................XI 壹、. 緒論................................................................................................................ 1 一、研究背景與動機............................................................................................ 1 二、研究目的........................................................................................................ 2. 貳、. 文獻探討........................................................................................................ 4 一、認知風格........................................................................................................ 4 二、網頁式學習系統............................................................................................ 9 三、情感運算(Affective Computing) ................................................................. 11 四、 NASA-TLX 心智負荷量表....................................................................... 12 五、系統易用性尺度量表.................................................................................. 14. 參、. 研究方法與設計 ......................................................................................... 16 一、研究架構...................................................................................................... 16 二、實驗素材...................................................................................................... 17 三、實驗流程...................................................................................................... 32 四、實驗對象...................................................................................................... 33 五、研究假設...................................................................................................... 35 六、正式實驗流程.............................................................................................. 41 七、統計檢定...................................................................................................... 47 VI.

(11) 肆、. 資料分析與研究結果 ................................................................................. 48 一、樣本基本資料分析...................................................................................... 48 二、整體的匹配與不匹配.................................................................................. 49 三、整體主義的匹配與不匹配.......................................................................... 61 四、循序主義的匹配與不匹配.......................................................................... 72 五、性別對於認知風格的分析.......................................................................... 83 六、認知風格對學歷之分析............................................................................ 112 七、認知風格對時間之分析............................................................................ 122 八、點擊順序序列分析.................................................................................... 132 九、假說驗證與結果彙整................................................................................ 135 十、討論............................................................................................................ 137. 伍、. 結論與建議 ............................................................................................... 150 一、研究結果.................................................................................................... 150 二、研究貢獻.................................................................................................... 153 三、研究限制.................................................................................................... 154 四、對後續研究者之建議................................................................................ 155. 參考文獻.................................................................................................................... 157 附件 A、學習偏好問卷(SPQ) .................................................................................. 166 附件 B、前測題目問卷 ............................................................................................ 170 附件 C、後測題目問卷............................................................................................ 175 附件 D、系統易用性量表........................................................................................ 179 附件 E、NASA-TLX 評量表 .................................................................................. 180. VII.

(12) 表目錄表 1：整體主義(Holist)和循序主義(Serialist)的喜好比較表 ................................... 9 表 2：NASA-TLX 心智負荷量表............................................................................ 13 表 3：NASA Task Load Index 屬性特徵 ................................................................. 14 表 4：資訊呈現元件.................................................................................................. 17 表 5：認知風格.......................................................................................................... 39 表 6：生理訊號─情緒.............................................................................................. 40 表 7：生理訊號─注意力.......................................................................................... 40 表 8：生理訊號─疲勞.............................................................................................. 40 表 9：生理訊號─壓力.............................................................................................. 41 表 10：本研究採用之生理訊號項目與說明............................................................ 44 表 11：樣本描述性統計 ............................................................................................ 49 表 12：整體之生理訊號敘述性統計與 ANOVA 檢定結果.................................... 51 表 13：整體的之主觀量表敘述性統計與 ANOVA 檢定結果................................ 57 表 14：事後比較檢定之 sheffe 法 ............................................................................ 60 表 15：整體主義之生理訊號敘述性統計與 ANOVA 檢定結果............................ 63 表 16：整體主義之主觀量表敘述性統計與 ANOVA 檢定結果............................ 69 表 17：循序主義之生理訊號敘述性統計與 ANOVA 檢定結果............................ 74 表 18：循序主義之主觀量表敘述性統計與 ANOVA 檢定結果 ............................ 80 表 19：性別對於認知風格之生理訊號敘述性統計與 ANOVA 檢定結果............ 85 表 20：性別對於認知風格之主觀量表敘述性統計與 ANOVA 檢定結果............ 91 表 21：性別對於認知風格匹配之生理訊號敘述性統計與 ANOVA 檢定結果.... 95 表 22：性別對於認知風格匹配之主觀量表敘述性統計與 ANOVA 檢定結果.. 100 表 23：性別對於認知風格不匹配之生理訊號敘述性統計與 ANOVA 檢定結果 VIII.

(13) ..................................................................................................................... 104 表 24：性別對於認知風格不匹配之主觀量表敘述性統計與 ANOVA 檢定結果 ..................................................................................................................... 110 表 25：學歷對於認知風格之生理訊號敘述性統計與 ANOVA 檢定結果.......... 114 表 26：學歷對於認知風格之主觀量表敘述性統計與 ANOVA 檢定結果.......... 120 表 27：認知風格匹配與不匹配的花費時間.......................................................... 123 表 28：為認知風格匹配與不匹配對生理反應顯著彙整表.................................. 131 表 29：地圖教材類型匹配與不匹之統計機率 Z 分數 ......................................... 133 表 30：目錄教材類型匹配與不匹之統計機率 Z 分數 ......................................... 134 表 31：假說驗證結果彙整表.................................................................................. 135 表 32：研究結果彙整：整體主義(Holist)的匹配與不匹配之影響 ..................... 142 表 33：研究結果彙整：整體主義(Holist)的情緒、注意力與疲勞壓力之影響 . 142 表 34：研究結果彙整：循序主義(Serialist)的匹配與不匹配之影響 .................. 143 表 35：研究結果彙整：循序主義(Serialist)的情緒、注意力與疲勞壓力之影響 ..................................................................................................................... 143 表 36：研究結果彙整：全部的匹配與不匹配之影響.......................................... 144 表 37：研究結果彙整：整體的情緒、注意力與疲勞壓力之影響...................... 144 表 38：研究結果彙整：認知風格匹配的性別之影響.......................................... 145 表 39：研究結果彙整：認知風格匹配的性別對情緒、注意力與疲勞壓力之影響 ..................................................................................................................... 145 表 40：研究結果彙整：認知風格不匹配的性別之影響...................................... 146 表 41：研究結果彙整：認知風格不匹配的性別對情緒、注意力與疲勞壓力之影響 ................................................................................................................. 146 表 42：研究結果彙整：全部的性別之影響.......................................................... 147 表 43：研究結果彙整：整體的性別對情緒、注意力與疲勞壓力之影響.......... 147 IX.

(14) 表 44：研究結果彙整：全部的學歷之影響.......................................................... 148 表 45：研究結果彙整：整體的學歷對情緒、注意力與疲勞壓力之影響.......... 148. X.

(15) 圖目錄. 圖 1：目錄(Index)版本的網頁介面 .......................................................................... 18 圖 2：地圖(Map)版本的網頁介面............................................................................ 19 圖 3：脈搏血氧儀...................................................................................................... 22 圖 4：emWave 波形數據 ........................................................................................... 24 圖 5：emWave 儀器 ................................................................................................... 24 圖 6：NeuroSky 腦波儀 ............................................................................................ 27 圖 7：實驗設備示意圖.............................................................................................. 28 圖 8：膚電位感測器.................................................................................................. 29 圖 9：溫度感測器...................................................................................................... 30 圖 10：呼吸感測器.................................................................................................... 31 圖 11：Arduino 接合呼吸、膚溫、膚電位感測器 ................................................. 31 圖 12：網頁式學習系統課程主要設計大綱............................................................ 34 圖 13：研究架構圖.................................................................................................... 35 圖 14：實驗流程圖.................................................................................................... 43 圖 15：整體對不同正規化與原始生理訊號因變數之影響.................................... 54 圖 16：整體的對不同主觀量表因變數之影響........................................................ 59 圖 17：整體主義對不同正規化與原始生理訊號因變數之影響............................ 66 圖 18：整體主義對不同主觀量表因變數之影響.................................................... 71 圖 19：循序主義對不同正規化與原始生理訊號因變數之影響............................ 77 圖 20：循序主義對不同主觀量表因變數之影響.................................................... 82 圖 21：性別對於認知風格正規化與原始生理訊號因變數之影響........................ 88 圖 22：性別對於認知風格不匹配對主觀量表因變數之影響................................ 93 圖 23：性別對於認知風格匹配對正規化與原始生理訊號因變數之影響............ 98 XI.

(16) 圖 24：性別對於認知風格匹配對主觀量表因變數之影響.................................. 102 圖 25：性別對於認知風格不匹配對正規化與原始生理訊號因變數之影響...... 107 圖 26：性別對於認知風格不匹配對主觀量表因變數之影響.............................. 112 圖 27：學歷對於認知風格正規化與原始生理訊號因變數之影響...................... 117 圖 28：學歷對於認知風格不匹配對主觀量表因變數之影響.............................. 122 圖 29：每秒腦波注意力之平均.............................................................................. 124 圖 30：每秒心律變異度之平均.............................................................................. 125 圖 31：每秒血氧濃度之平均.................................................................................. 126 圖 32：每秒呼吸之平均.......................................................................................... 127 圖 33：每秒皮膚溫度之平均.................................................................................. 128 圖 34：每秒膚電位之平均...................................................................................... 129 圖 35：每秒情緒之平均.......................................................................................... 130 圖 36：資訊處理與理解構面圖.............................................................................. 132 圖 37：地圖教材類型匹配與不匹之點擊順序序列圖.......................................... 133 圖 38：目錄教材類型匹配與不匹之點擊順序序列圖.......................................... 134. XII.

(17) 壹、緒論一、研究背景與動機由於網路快速的普及，以及隨著 World Wide Wed 和串流技術的發展，網路從原本的文字介面快速發展到聲光效果極佳的互動式網頁形式，因此以網路形式的相關研究開始蓬勃發展。除了網際網路的作為新興研究領域外，網際網路的普及，也開始讓研究人員注意到網際網路的可用性與應用性，其中孕育而生的數位學習就是其中之一。 Chen & Lee (2011)因為網際網路的快速成長，數位學習（web-based learning）正在成為一種越來越流行的教育模式，數位學習泛指的是各種透過資訊科技工具來學習或訓練的方式。資訊和通訊系統，無論連網與否，是學習過程使用的特定媒體，可能沒有人與人的直接接觸。這與線上學習或在線學習(Online Learning) 有著相輔相成的存在，但是即使設備和教學課程方面持續進步，數位學習基本上還是利用電腦和網路轉移技能和知識。數位學習的應用和過程，包括了基於網際網路(Internet)的學習、基於電腦上的學習、虛擬教室的教學及數位化教材學習，還可以再加上社交化的學習及使用社交軟體，例如部落格、維基百科、youtube、 3D 虛擬世界等。教材內容則是可以經由網際網路、企業或學校的內部/外部網路、音訊或視訊、衛星電視、或光碟等方法傳遞。可由自已自訂學習進度或由教師主導，教材內容的媒體形式包括了文字、圖像、動畫、和影音串流。教學內容的設計可以由老師按照學習大綱來設計一步步的學習，也可以由藉由網路交流由眾人將知識、經驗或技巧集合創作為學習教材。談到教學，就會讓人想到至聖先師孔子，而孔子對於教育的重大貢獻之一就是「因材施教」，從《論語》中我們就可以發現孔子對於不同性格的人所以用的教學方法也會有所不同，如《論語‧述而》篇中和顏淵的對話中和《論語‧先進》篇與子路的對話就可以窺知一二。通常大多數的人都會認為自己有一些特殊的認 1.

(18) 識事物、理解事物以及處理刺激或訊息的模式。基於這一觀念，「學習風格」的思想起源於 1970 年代，如 Kolb (1976)認為學習是一個循環的連續過程、Messick (1976)認為認知風格是指個人對訊息處理的習慣。學習風格是能夠使個人達到最佳學習狀態的方法。這一理論提議教師應該評估其學生的學習風格，並使其課堂教學方法能夠最適合每個學生的學習風格。因此，我們在教學上所提到的「因材施教」的「材」並非是指天生遺傳的智駑愚鈍，而是指學生本身所具備的學習特性──學習風格。另外情緒的研究在心理學的領域算是發展相當長久，而評估情緒的方法通常只有兩類，一類為客觀評估，另一類為主觀評估。客觀評估是以一些生理訊號指標，如心跳、血壓、腦波等，作為情緒辨識的依據。至於主觀評估的部份，通常稱之為「自我主觀評估量表」，也就是由受測者本身告知其透過某種刺激所引起的情緒為何。因此本研究將以客觀評估情緒方法加上主觀評估方式來實驗。在本研究中提出一種在學習者利用網頁式的學習中，以學習者點擊超連結的順序和停留時間，再加上膚電位、腦波和心跳的情感觀察，判斷出學習者的學習風格。由於近年來眼動技術的大增以及筆記型電腦都有配置 WebCam，這使的眼動技術的利用大為方便，而且學習風格會隨著時間的增長而有所改變，因此我們設計出的系統可以方便的讓使用者知道自己的學習風格，並且適時的檢驗自我的學習風格是否有所變化，如此以來我們就更有辦法的「因材施教」。. 二、研究目的唐大崙與張文瑜(2006)觀察眼球運動不只可以了解視覺系統的運作問題，還可以反映該個體的其他心智活動與情緒變化。Tsai, Fang, Lee & Chang (2012)雖然大家已經注意到將網路學習系統(web-based learning system)結合學生的認知風格是有益於學習的，但是往往在設計網路學習系統時認知風格都會被忽略掉。Su & 2.

(19) Li (2012)有效的利用情感學習策略可以降低人為主觀判斷的疲勞。根據上述的研究背景與動機，就本研究目的，分別敘述說明如下：. 1. 分析不同認知風格的學習者在使用匹配與不匹配的網路學習系統(web-based learning)時， emWave、血氧濃度、呼吸、膚溫、膚電位、腦波注意力和心律變異度之生理訊號方面的關係。 2. 分析認知風格的匹配與不匹配的學習成效。 3. 分析認知風格的匹配與不匹配對於系統易用性與心智負荷之關係。 4. 分析性別與學歷對於認知風格的匹配與不匹配是否有影響。. 我們的最終目的是在運用適當的學習策略來提高學習者的學習效率，減少學習者在學習時的認知負荷以及提高學習者的學習成效。. 3.

(20) 貳、文獻探討本研究將探討學習者的認知風格的匹配與不匹配在對於使用數位學習系統 (web-based learning)的使用上之差異，並且加上腦波注意力、心律變異度、血氧濃度、呼吸、膚溫、膚電位和情緒感知，以增加判斷分析的準確率，以此為基礎可以根據不同的學習風格提供適當的學習策略，提高學習效率。. 一、認知風格已指出人類雖可以理性地列出選擇方案，但是最後選擇的關鍵因子還是在於情緒(Damasio, 1994)。Drummond(2001)認為，所有的決策都是被情緒所驅動，尤其是在緊張或危機的情況時，情緒扮演的角色更為重要。提到情緒與知覺是相關的，可經由視覺、聽覺和觸覺感官去了解他人的情緒，若感官資料有所缺失可能會造成誤解(Vesterinen, 2001)。 Kolb(1976)認為學習是一個循環的連續過程，此過程可分為一個四階段的週期，提出學習風格是學習者在具體經驗(Concrete Experience, CE)、省思觀察 (Reflective Observation, RO)、形成抽象概念(Abstract Conceptualization, AC)、主動實驗(Active Experimentation, AE)等四個學習階段的行為表現，持續並且不斷重複。而此四個階段又可分為兩個構面：資訊理解和資訊處理，以下為兩個構面的說明： 1. 資訊理解(Information Perceiving)：包含具體經驗和抽象概念階段，此構面的重點在於經驗取得方式的差異。具體經驗注重具體、有型的經驗；而抽象概念注重概念的解釋和符號的呈現。 2. 資訊處理(Information Processing)：包含省思觀察和主動實驗階段，次構面的重點在於經驗變換方式的差異。省思觀察注重個人內在的反應；而 4.

(21) 主動實驗則注重個人對外在的環境操控。 Kolb(1984)提出經驗學習理論，並將學習風格分為四類。第一類是分散型 (diverger)：喜好反思觀察與具體經驗，具有想像力及創意，傾向多觀察少行動，多較於以想像和感覺來解決問題，想法亦缺乏系統性，不喜歡同儕互動學習。第二類是同化型(assimilator)：喜好反思觀察與抽象概念，歸納與推理能力強，處理大量資訊時，能同化不同的觀點而提出一個完整的解釋，思考具精確性和邏輯性。第三類是聚斂型(converger)：喜好主動實驗與抽象概念，具邏輯與組織能力，擅長問題的解決、決策與實際運用知識。第四類是適應型(accommodator)：喜好主動實驗與具體經驗，具冒險心，最常用直覺和錯誤嘗試的方式來轉換所獲得的資訊以解決問題，也喜歡實際的完成計畫或任務，以得到新的經驗。 Silver、Strong & Perini(1998)以瑞士心理學家榮格(Jung，1996)界定的心理類型說為基礎，將學習風格界定為四種。第一種是掌握型(mastery)：學習者需要結構清晰、強調掌握實際技巧的環境；喜歡以有組織及效率的方式完成任務；偏好動手操作或技術性的學習；需要看到努力後得到的具體成果。第二種是理解型 (understanding)：學習者喜歡透過抽象符號、公式、書面文字來蒐集資料；喜歡獨立工作；在著手工作前，會花時間制定計畫，及思考所需資源；不喜歡時間壓力，當對所做工作感興趣時，會展現極大的耐心與恆心。第三種是自我表達型 (self-expressive)：學習者依賴直覺、信任自己的直覺；常迂迴地解決問題，且無法解釋自己是如何得出答案的；喜歡開放性的問題，不喜歡機械式的工作。第四種是人際型(interpersonal)：學習者對於人感到興趣，喜歡傾聽和談論人的感受；當投入自己的情感於學習內容時，會學的最好；喜歡出聲思維，亦喜歡與人合作，分享自己的觀點(張玲譯，2004)。 Lipsky (1984)指出相關的研究人員已經開發出一種不同的認知風格模型。是常用的認知風格模型之一，以榮格的認知風格理論為基礎，注重於人相反的個性和想法。 5.

(22) 「思考」乃個體為要解決問題或探討新知，以其既有知識經驗為經，眼前資訊為緯，應用其智慧能力從事系列探索、選擇的過程。每個人經營他自己日常生活的一切，可用的方法多樣多元，但總是傾向選用自己感到舒適的方式去做。然而，選用時多少會有一些彈性，用以配合客觀情境的特質條件，這種心智上的彈性使用，便形成了所謂的思考風格(張玉成，1998)。 Sternberg (1997)認為思考風格是個人面對生活事件、處理問題時，所展現的一種思考偏好方式；思考風格是不等同於能力，而是個人習慣運用的思維方式。這種思維方式通常會因為不同情境、不同問題而會有不同的表現，即思考風格是一種彈性、因地制宜的思考方式，而非僵化的人格特性。另外，思考風格也會因為社會化的歷程而不斷的改變，或是被教導，但是不同的思考風格之間卻沒有所謂的好壞，只有適合與否的問題。「認知」是個體對感覺事件的解釋、文字數字的瞭解，運用符號於思考、推理及問題解決的能力，以及對環境中各種信念的獲得(Mussen, Conger, & Kagan, 1965)，Messick(1976)認為認知風格是指個人對訊息處理的習慣，Riding & Cheema(1991)認為認知風格是個人在問題解決、思考、知覺、記憶時，所使用的典型模式或慣用方法，而且認知風格通常被認為是一種穩定的學習特徵(Jonassen & Grabowski, 1993)。 Hilgard(1966)學習是由對情境的反應，而引起的另一種活動或改變的過程，而此種活動或改變，不是來自成熟的自然結果或是有機體的一種暫時狀態。 Verner (1971）學習係指活動或經驗的結果所造成的永久性行為變化。Merriam, Caffarella & Baumgartner (2007)自我導向學習(self-directed learning)是透過非正常管道學習的學習者的重要管道，而且能夠使學習者成為終身學習者。Knowles (1980) Merriam, Caffarella, & Baumgartner(2007)成人學習者都配備了一定程度的自我指導和獨立學習的能力。依照個人的人格特質與思考方式做為分類的依據，基於感官、直覺、思考及 6.

(23) 感受等組合為四個類別，每一類別皆有兩種類型，其詳細的學習風格分類如下： 1. Processing：在學習者學習過程中的如何去學習。 Active(ACT)：學習過程的方式須親身體會或與他人討論，才較有學習效果。 Reflective(REF)：學習過程中，可以獨自了解思考問題；習慣自行思考、單獨工作的學習方式。 2. Perception：學習者對於了解事實的特性。 Sensitive(SNS)：擅長記憶、對細微事物有耐心，不喜歡與現實無關的課程。 Intuitive(INT)：較擅長於掌握新概念，更能理解抽象的公式。 3. Input：學習者是否需要圖片的輔助來做學習。 Visual(VIS)：擅長於圖解的學習方式，學習成效較佳。 Verbal(VER)：擅長於文字敘述的學習，較喜歡書寫或口語述說的學習方式。 4. Understanding：學習者學習的思考方式。 Sequential(SEQ)：學習過程中不能做跳躍式的學習，以線性式思考的方式來解決問題。 Global(GLO)：運用跳躍式的思考模式來解決問題，只要對各方面有初步的認識便能了解，擅長整體性的思考方式。除了以上的認知風格外，還有一種被認為對學生的學習有很大的影響因素，就是 Pask’s (1976)提到的整體主義(Holist)和循序主義(Serialist)，這一學習風格的起源是 Pask’s 和他的同事所進行的一系列實驗，該實驗的目的是要確認學習者在學習各種複雜課題時所採取的基本學習路線。該實驗設計了全局(global)和局部 (local)兩種基本方法讓參與實驗的學習者使用其中一種。全局的學習方法稱為「整體主義」，整體主義的學習者在研究幾個不同主題相互關係的初期時，會先 7.

(24) 建立一個廣泛的概念概述，之後再把細節建立起來；局部的學習方法則稱為「循序主義」，循序主義的學習者在同一個時間只能研究一件事情，並且集中注意力在單一個單一個的主題上面，最後再按照邏輯順序連接起這些主題。循序主義的學習者不像整體主義的學習者有看到「大畫面(big picture)」能力，循序主義的學習者喜歡一步一步的按照順序來學習，建立連續的知識，不喜歡跳來跳去的。整體主義和循序主義的另一個區別是：整體主義所採用的稱之為理解學習的學習風格，它會將所知道的建構出一個概述來；循序主義所採用的稱之為操作學習的學習風格，它所關注的是程序細節的掌握(Pask, 1976)。 Jonassen & Grabowski (1993)也進行整體主義和循序主義的喜好比較，如表 1 所示，整體主義對於資訊處理喜歡從整體到部分，循序主義喜歡從部分到整體的方式處理資訊。 Zhang (2006)的研究顯示如果我們可以提供匹配學習者學習風格的教學，那學習者就會得到更好的學習成效，在遊戲式學習上面，如果能匹配認知風格的話可以提高學習成效(Hwang, Sung, Hung & Huang, 2012)。不僅是在教材上面，如果是教師的認知風格可以匹配學生的話，也可以提高學習成效(Zhang, 2006)，甚至是在公司裡上司與下屬也是(Khan, Amin, Tahir, 2012)；而且如果我們可以提供匹配學習者認知風格的介面、工具或著其他任何形式的支援，那麼可能會導致更好的結果(Ford & Chen, 2001; Mampadi, et al., 2011)。. 8.

(25) 表 1：整體主義(Holist)和循序主義(Serialist)的喜好比較表 Holists. Serislists. • Global approach to learning. • Local approach to learning. • Conceptually oriented. • Detail oriented. • Low-discrimination skills. • High-discrimination skills. • Simultaneous processor. • Linear processor. • Broad description building. • Narrow procedure building. • Wide range in hierarchy. • Low in hierarchy structure. • Top-down processor. • Bottom-up processor. • Spans various levels at once. • Works step-by-step. • Interconnects theoretical and practical • Theoretical/practical aspects learnt aspects. separately. • Broad relations. • Narrow relations. • Comprehension learning. • Operation learning style. • Forms generalised hypotheses. • Forms specific hypotheses. • Relates concepts to prior experience. • Relates characteristics within concepts. • Personalises concepts. • Remains objective. • Globetrotting – inappropriate con-. • Improvidence – ignores important. nections. connections. 資料來源：Jonassen annd Grabowski (1993). 二、網頁式學習系統 Rosenberg (2001)我們很快的將要迎接無紙的世界，我們已經開始越來越依 9.

(26) 賴我們的電腦，這是因為網路提供了一個非常有價值的革命性功能：持續不斷和即時的更新。Tsai, Fang, Lee & Chang(2012) 網路學習系統是指學習者和教師可以透過網際網路互動，而且沒有時間與空間上的限制，透過網路學習系統，教師也可以配合學習者的學習情況來修改教學進度。如果是一對一的活動，對於教學和學習都會有所進步。一個通用的網路學習系統(web-based learning system)，應該採用分佈式的開放結構，可以填充增加內容和教學知識，它很容易地選擇、配置、呈現和預測排序學習內容和教學策略(Melis, Andrès, Büdenbender, Frischauf, Goguadze, Libbrecht, Pollet & Ullrich, 2001)。 Lo & Chan (2008)研究發現不同的學習風格者在網路學習系統(web-based learning system)上的關注、點選順序和停留時間有顯著差異，如果學生喜歡某個組件，他們不僅會更頻繁的選擇它，停留時間也會更長。雖然大家已經注意到將網路學習系統(web-based learning system)結合學生的認知風格是有益於學習的，但是往往在設計網路學習系統時認知風格都會被忽略掉(Tsai, Fang, Lee & Chang, 2012)。 Lo & Chan (2011)研究設計自適應網絡接口，探索推測學習者的認知風格。然後，系統會根據學習者各種的認知風格，自適應推薦學習內容與學習者的首選內容和交互式組件。Lee (2012)利用網路學習可以從學習者的解題過程來有效的評估學習者的能力。Tsai, Fang, Lee & Chang (2012)用 Moodle 建構了互動的學習環境，且發現互動的學習環境可以提高學習者的興趣。Hwang, Sung, Hung, Huang & Tsai (2012)在遊戲式學習上面，如果可以依據學習者的學習風格來提供遊戲內容，不僅可以促進學習動機，還可以提高學習成就。 Shen, Wang & Shen (2009)在學習的過程中使用生理訊號感測學習者的情感，並且適度的回饋可以有助於學習者提高學習經驗。 Bangert-Drowns & Pyke (2001)網頁學習系統不僅可以產生良好的學習效果， 10.

(27) 也能更好地吸引學習者在學習過程中。從學習的角度來看，真正的學習者行為在他們的學習過程中也會有智力和情感的參與。Su & Li (2012)有效的利用情感學習策略可以降低人為主觀判斷的疲勞。. 三、情感運算(Affective Computing) 以往的研究所使用的評估方式大多都是以任務績效(Task Performance)與主觀評價(Subjective Assessment)作為評斷的依據，例如 Chadwick-Dias, McNulty, & Tullis (2002)、Keevil (1998)等學者。爾後的研究才慢慢地開始重視受測者的情緒影響，而生理指標(Physiological indicators)能夠對於心理活動產生敏感的反應，例如情緒、注意力之改變，以往的研究也表示情緒足以影響一個人的創造力 (Forgeard, 2011)，常見的生理訊號數據的來源有：面部表情(facial expression)、瞳孔尺寸(pupillary size)、凝視時間(Fixation time or Fixation duration)、跳視距離 (Saccade amplitude)、膚電位(Skin Conductance, SC)、呼吸、肌肉與腦部神經系統等，以及血液容量(Blood Volume, BV)、心率(Heart Rate, HR)、皮膚電阻反應 (Galvanic Skin Response)、皮膚溫度(Skin tempersture)等(Hercegfi, Csillik, Bodnar, Sass & Izso, 2009; Lin, Omata, Hu & Imamiya, 2005; Novak, Mihelj & Munih, 2009; Ward & Marsden, 2003; Duchowski, 2003; Henderson & Hollingworth, 2003; Nandita & Tom, 2012)。這種蒐集人類的生理訊號，透過電腦加以運算後用以了解人類情感資訊的相關技術，則稱之為「情意運算」或「情感運算」(Affective Computing)。生理訊號時常隨辦者人類的情緒產生變化，像是看到厭惡的事情時的生理反應(Arch & Craske, 2006)、人快樂不快樂時的生理反應(Patrick, Samiha & Brigitta, 2008)甚至是地板的設計對於情緒的反應以及生理的影響(Laparra-Herna´ndez, Belda-Lois, Medina, Campos & Poveda, 2009)等，由此可見情緒對生理訊號的影響 11.

(28) 舉足輕重，不可言喻。. 四、 NASA-TLX 心智負荷量表 NASA-TLX 心智負荷量表(NASA Task Load Index)是由 Hart 與 Staveland(1988)於心智(工作)負荷 NASA-TLX(National Aeronautics and Space Administration-Task Load Index, NASA-TLX)的研究中所提出。是雙極方向的七點尺度量表，將六項指標分數加權平均，亦即六項指標的分數分別乘以各項指標權重後的加總所得，其分數越高表示心智(工作)負荷程度越高。受測者根據持行任務的感受，針對六項指標兩兩比較的勾選相對重要的一項，讓受測者主觀地自我評估、紀錄其負荷量的高低，在將該項指標被勾選的次數加總，標準化後是為該項目之權重。其六項指標分別為心智負荷(mental demand)、身體負荷(physical demand)、時間負荷(temporal demand)和精力耗費(effort)、表現績效(performance)、挫折程度(frustration level)，前三項指標為執行任務時所造成的工作負荷，後三項則為使用者互動感受的自我評估，測量公式如下(曾承志, 張建仁, &陳志立, 2007)： 6. 𝑅𝑖 ：各項指標評分. W = � 𝑊𝑖 𝑅𝑖 𝐼=1. 𝑊𝑖 ：各項指標的權重. 𝑁𝑖 ：選擇第 i 項指標為重要項目的數目 6. 𝑊𝑖 = � 𝑊𝑖 𝑅𝑖 ，𝑖 = 1~6 𝐼=1. 6. N = � 𝑁𝑖 𝐼=1. 12.

(29) 表 2：NASA-TLX 心智負荷量表 TITLE. END. DESCRIPTION. POINTS 心智負荷. Low/High. Mental demand. How much mental and perceptual activity was require(e.g., thinking, deciding, calculating, remembering, looking, searching, etc.)? Was the easy or demanding, simple or complex, exacting or forgiving?. 身體負荷. Low/High. Physical demand. How much physical activity was required (e.g., pushing pulling, turning, controlling, activating, etc.)? Was the task easy or demanding, slow or brisk, slack or strenuous, restful or laborious?. 時間負荷. Low/High. Temporal demand. How much time pressure did you feel due to the rate pace at which the tasks or task elements occurred? Was the pace slow and leisurely or rapid and frantle?. 精力耗費. Low/High. Effort 表現績效. How hard did you have to work (mentally and physical) to accomplish your level of performance?. Low/High. Performance. How successful do you think you were in accomplishing the goals of the task set by the experimenter (or yourself)? How satisfied were you with your performance in accomplishing these goals?. 挫折程度 Frustration level. Low/High. How insecure, discouraged, irritated, stressed, and annoyed versus secure, gratified, content, relaxed, complacent did you feel during the task?. 資料來源：Hart and Stavenland(1988). 13.

(30) 據 Eggemeier(1988)研究指出，工作負荷(workload)評估技術應具備以下屬性：靈敏度(sensitivity)、特徵性(diagnostic capabilities)、特異性(selectivity)、低干擾性(low intrusiveness)、可靠性(reliability)以及易於實現(ease of implementation)，而 Farmer et al. (2003)所整理之屬性特徵描述，表 3 可以看出此問卷確實具有一定程度的信度與效度，並且 Rubio, Diaz, Martin, & Puente(2004)的研究已經驗證 NASA-TLX 符合這些標準。. 表 3：NASA Task Load Index 屬性特徵可靠性(Reliability). 高度可靠性. 有效性(Validity). 經廣泛驗證. 靈敏度(Sensitivity). 高靈敏度. 特徵性(Diagnosticity). 多維度的六項指標，亦可計算總得分. 實用性(Practicality). 事件計分以及配對加權以確定各因素的重要性. 干擾性(Intrusiveness). 完成需耗時 1-2 分鐘，離線狀態填寫. 資料來源：Farmer et al. (2003). 五、系統易用性尺度量表系統易用性量表 SUS(System Usability Scale, SUS)是由 Brooke (1996)所提出，系統易用性尺度量表是一個簡單的、用來衡量系統整體使用性看法的十題 5 等尺度之李克特量表(five-interval Likert scale)型式之問卷，以多向度的方式，量測使用者在操作系統後的主觀感受，其中對系統易用性的評估包含了效能、效率以及滿意度幾個不同角度。SUS 系統易用性尺度量表包含了 10 個標準敘述題型，題目型式採用正反交錯敘述編排。分數計算方式為累加第 1、3、5、7、9 題之分數後減 5，在以 25 減去第 2、4、6、8、10 題的累加分數，兩部份得分相加後乘以 14.

(31) 2.5，即為總分，其分數計算公式如下：. {[(S1 + S3 + S5 + S7 + S9) − 5] + [25 − (S2 + S4 + S6 + S8 + S10)]} × 2.5 S 表示題號，計算後可以得出 0-100 的分數，分數越高代表受測者對系統的使用性評價越高，Aaron, Philip,& James (2009)研究顯示 SUS 可以用來簡單而且廉價的比較兩個系統之間的優劣而被廣泛的使用。. 15.

(32) 參、研究方法與設計一、研究架構我們所提出的系統分為認知風格、網頁式學習系統和情感學習(Affective Learning)分析，(Graf, 2007; Yeh & Lo, 2005; Lo , Chan & Yeh, 2012)從網路使用者. 的瀏覽行為可以了解推測使用者的心理狀況和使用行為，而且是有可能判別使用者的個體特徵。學習者對於內容和交互式組件的選擇行為，可以用來反映自己的喜好與不同的認知風格(Lo & Chan, 2008)。因此，在調查學習者的內容和互動組件選擇行為基礎上，為不同認知風格的學習者設計的 Web 界面。有兩種類型的瀏覽數據進行了調查：選擇的內容和互動成分的比例和平均停留時間，內容和交互式組件，組件如表 4 所示。教學與學習是相當重要的議題，因此，有許多的研究者針對教學變項進行研究。在傳統研究上，可能會使用主觀的問卷來評定學習者的狀況或認知歷程(De Koning, Tabbers, Rikers,& Paas, 2010)。然而，使用主觀問卷無法克服內省的正確性及社會期許偏誤的問題(Perugini & Banse, 2007)，而生理訊號的分析與運算卻可克服上述問題。情感運算除了以上優勢外，Mayer (2010)認為其也提供了瞭解學習者在學習期間的知識處理狀況。. 16.

(33) 表 4：資訊呈現元件. No.. 元件. 1. 前測. 2. 目錄. 3. 前言. 4. 課程目標. 5. 課前案例. 6. 課後案例. 7. 目標回顧. 8. 專有名詞. 9. 參考資料. 10. 熱門時事. 11. 自我評量. 12. 討論區. 13. 請教老師. 14. 關鍵字. 二、實驗素材本研究選用之實驗素材是 Efraim Turban 等著，張瑞芬總編譯的《電子商務概論(Introduction to Electronic Commercer 3e)》三版，出版日期是西元 2012 年 1 月，ISBN：978-957-609-863-5。根據以往的研究顯示學習內容最好設計在 25 分 17.

(34) 鐘之內(Lo, Chan & Yeh, 2012)。為了盡量降低先被知識上的差異，因此本研究選用電子商務課程不容易會教到的第九章來設計本研究所需要的網站內容，並且將教材內容控制在 25 分鐘內可以學習完成的份量。整體網站的架構參考 Chen & Macredie (2004)與 Lo & Chan (2008)的研究，設計兩種不同的版本：目錄(Index) 和地圖(Map)。主要的區別是學習者的學習瀏覽模式。在目錄類型的教材中，每個單元都會有個超連結並且排列整齊，如圖 1 所示；而在地圖類型的教材則是用樹狀的結構，如圖 2 所示。除了生理訊號感測器外，還有一些按鈕放置網頁的頂部，讓受測者可以通過點擊這些按鈕來回饋受測者感受到的情緒：有興趣、無聊、緊張或煩躁(Huang, 2014)，讓我們可以從主觀與客觀兩方面分析。. 圖 1：目錄(Index)版本的網頁介面. 18.

(35) 圖 2：地圖(Map)版本的網頁介面. 本研究目的是在探究，認知風格的匹配與不匹配之影響為何。因此本研究的問卷設計分為心智負荷、系統易用性、認知風格、學習成效與基本資料五大部分；第一部分：人數統計變數；第二部分：認知風格；第三部分：心智負荷；第四部份：系統易用性；第五部分：學習成效。其分別敘述如下：. 1.. 基本資料表此量表之研究問項皆依據本研究需求，讓受測者回答「姓名」、「性別」、「年. 齡」、「教育程度」、「就讀學院」、「工作職業」、「婚姻狀況」、「是否學習過電子商務」。用以了解受測者的相關背景，題目如附件 B 所示。. 2.. 認知風格本研究所使用的認知風格問卷是《學習偏好問卷(Study Preference Ques-. tionnaire, SPQ)》，這份問卷是由 Ford (1985)所開發的，這是最常用來判斷整體主義(holist)/循序主義(serialist)認知風格所使用的工具，每題 2 個選項，是屬於準敘述題型，題目如附件 A 所示。. 19.

(36) 3.. 心智負荷本研究使用的心智負荷量表示由 Hart 與 Staveland (1988)於心智(工作)負荷. NASA-TLX(National Aeronautics and Space Administration-Task Load Index, NASA-TLX)的研究中所提出 NASA-TLX 心智負荷量表(NASA Task Load Index)。是雙極方向的七點尺度量表，題目如附件 E 所示。. 4.. 系統易用性本研究所使用的系統易用性量表是由 Brooke (1996)所提出的系統易用性量. 表 SUS(System Usability Scale, SUS)，系統易用性尺度量表是一個簡單的、用來衡量系統整體使用性看法的十題 5 等尺度之李克特量表(five-interval Likert scale) 型式之問卷，題目如附件 D 所示。. 5.. 前後測問卷本研究使用的前後測問卷是從《電子商務概論(Introduction to Electronic. Commercer 3e)》三版裡面挑選而出，前測 15 題、後測 15 題，共 30 題之選擇題。並且在選項之中加入「我不知道」之選項，以預防受測者在不知道正確答案之狀況下胡亂猜測進而影響實驗之結果。詳情如附件 B、附件 C 所示。. 最後本研究在生理訊號量測方面，選用心律變異度(HRV)、血氧濃度(SPO2)、呼吸、膚溫(Skin tempersture)、皮膚電位反應(Galvanic Skin Response, GSR)、腦波注意力與情緒等七種。. (一) 脈搏血氧儀 Baker & Shah (1997)脈搏血氧儀最早的測量方法是由 Brinkman 和 Zijlstra 提出，它是一種依據血液中 HbO2 和 Hb 的吸收光譜特性出的類似分光光度技術的 20.

(37) 測量方法，圖 3 為脈搏血氧儀測量儀器。心率變異度傳統的研究方法有兩種，分為時域與頻域(徐征杰, 2002)。時域方法常用的變異度指標有六種：1. SDNN(Standard Deviation of the Normal to Normal interval)。2. SDANN(Standard Deviation of the Average Normal to Normal interval)。3. SDNN index。4. RMSSD。5. NN50。6. PNN50。 1. SDNN：正常心跳期間的標準偏差及變異度的開平方，在使用 SDNN 的時候需要對數據的長度進行標準化處理(柴繼紅 et al., 2004)，比較基準建議是 5 分鐘或 24 小時(陳高揚 et al., 2000)。 2. SDANN：先計算短時間的平均正常心跳期間，通常是 5 分鐘，再計算其標準偏差。 3. SDNN index：先計算每 5 分鐘正常心跳期間的標準偏差，再求其平均值，以此來估計短時間的心率變異度。 4. RMSSD：相鄰正常心跳間期差值平均和的均方根值。 5. NN50：相鄰正常心跳間期差值超過 50 毫秒的個數。 6. PNN50：相鄰正常心跳間期差值超過 50 毫秒的比例。本研究最主要的是在注重每個自變項正常心跳間的變化，因此本研究將採用 HRV 中時域的 SDNN 來做評估。本研究加入了 HRV 來探討使用數位教材學習後的疲勞程度，HRV 也蘊含了心血管控制系統與體液節調等資訊，對於這些資訊的分析可以評估生理的影響，具有重要的生理學研究與臨床應用的意義(柴繼紅 et al., 2004)。而血氧濃度常用於探測疲勞程度，達到預前保健效果，也被證實可以應用於疲勞評估的可能(胡志彰, 2007)。由於現代社會的多數人因為長時間的慣性動作，對於產生的疲勞不容易察覺，所以長時間的血氧濃度疲勞監測可以讓一般人較為容易知道自己的疲勞狀況，也更能精準的評估自已的狀態。. 21.

(38) 圖 3：脈搏血氧儀. (二) 情緒測量器情緒價向程度則經常藉由心跳(heart rate)或肌電(facial electromyography，簡稱 facial EMG)來測量。心跳作為一種指標，需要精確的實驗設計配合，因為心跳同時受到交感神經系統(SNS)與副交感神經系統(parasympathetic nervous system，簡稱 PNS)的控制(Ravaja, 2004)。SNS 與「情緒價值程度」有關，負向情緒時的心跳會比正向情緒時的心跳要低 (Bolls, et al., 2001)；PNS 與注意力(attention) 有關，高注意力也會導致心跳降低 (Turpin, 1986)，傳播領域中與電視有關的研究已經累積了需多成果(Lang, Potter, & Grabe, 2003)。肌電測量與情緒有關的面部肌肉變化，能直接反應情緒價向程度(Bolls, et al., 2001; Witvliet & Vrana, 1995)。正向情緒會有較強的顴骨肌肉(zygomatic muscle)活動，負向情緒會有較強的皺眉肌(corrugator muscle)活動。研究顯示，測量情緒時，自我報告與生理訊號之間有高度的相關(Lang, et al., 1993)。本研究採用的情緒測量器 emWave 是由 HeartMath 公司所開發，主要用來檢 22.

(39) 測人類的緊張情緒，此儀器是使用一種耳傳感測器夾於一耳之耳垂，感測心律變異 Heart rate variability(HRV)以及情緒辨識演算分析人類的情感狀態，此系統會評估計算人類情感影響 HRV 的狀況，已連續曲線圖形放式呈現在螢幕上(如圖 2)。圖上顯示心律每分鐘的曲線，圖右下連續比例(Coherence Ratio)是由心跳功率頻譜分析而來，分別代表不同的三種狀態：紅色部分為功率頻譜低頻區，是交感神經的活動變化，代表負面的情感狀態；藍色部分為功率頻譜的中頻區，是副交感神經的活動變化，代表和平的情感狀態；綠色部分為功率頻譜的高頻區，是副交感神經的活動變化，代表正面的情感狀態。emWave 系統會計算此三種數值，將他們以百分比的方式呈現為連續性分數(Accumulated Coherence Score, 簡稱 ACS) 的曲線圖，如圖左下所示，當曲線斜率為正斜率或呈現波浪般曲線時，表示受測者處於輕鬆或積極的正面情緒狀態；當曲線斜率為負斜率或不規則呈現鋸齒狀時，表示受測者處於緊張或壓力的負面情緒狀態(Chen & Sun, 2012)。 Chen & Sun (2012) emWave 可以用來感測學習者在學習過程中的情感變化，並且有可描述與可視性的優點。emWave 是一種情緒狀態的感測器，採用的是將傳感器夾在耳朵上來感測心律變異性(Heart rate variability, HRV)，以判斷學習者的情感。Chen & Wang (2011)利用 emWave 可以有效的判斷受測者的情感是積極的、平和的還是消極的，如圖 4 所示 emWave 所偵測的波形數據，圖 5 為 emWave 儀器。. 23.

(40) 圖 4：emWave 波形數據. 圖 5：emWave 儀器. 24.

(41) 計算正、負情緒百分比的方法是由連續分數(coherence score, 簡稱 ACS)和心律(heart rate artifacts, 簡稱 HRA)累計的連續值(coherence value,簡稱 CV)而來，計算公式與說明如下：. −1, 𝑖𝑖 𝑐𝑐ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(𝑡) = 0 𝑎𝑎𝑎 𝐻𝐻𝐻(𝑡) = 0(𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒) CV(t) = �+1, 𝑖𝑖 𝐶𝐶ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(𝑡) = 1 𝑎𝑎𝑎 𝐻𝐻𝐻(𝑡) = 0(𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒),t = 1,2,…,m +2, 𝑖𝑖 𝐶𝐶ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(𝑡) = 2 𝑎𝑎𝑎 𝐻𝐻𝐻(𝑡) = 0(𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒). CV(t)表示第 t 個樣本時間的值；Coherence(t)為 t 樣本時間的連續狀態；HRA(t) 為 HRA 在 t 樣本時間的值；m 為情緒狀態的紀錄次數。根據獲得的 CV 值，ACS 的正面情緒、和平情緒、負面情緒可表示成公式如下：. 𝑚. 𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = � 𝐶𝐶(𝑡), 𝑖𝑖 𝐶𝐶ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(𝑡) = 2 𝑎𝑎𝑎 𝐻𝐻𝐻 = 0 𝑡=1 𝑚. 𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = � 𝐶𝐶(𝑡), 𝑖𝑖 𝐶𝐶ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(𝑡) = 1 𝑎𝑎𝑎 𝐻𝐻𝐻 = 0 𝑡=1 𝑚. 𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = �� 𝐶𝐶(𝑡)� , 𝑖𝑖 𝐶𝐶ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(𝑡) = 0 𝑎𝑎𝑎 𝐻𝐻𝐻 = 0 𝑡=1. 因此，正面及負面情緒所占百分比便可以如下公式所得知： Positive Emotion = 𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸.  100%. 𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸.  100%. 𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃+𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸+𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸. Negativ Emotion =. 𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃+𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑛+𝐴𝐴𝐴 𝑜𝑜 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸. 25.

(42) (三) 腦波量測儀 Webster(1988)相較於體表其他訊號(如心電信號等)而言，腦波信號是屬於較微弱的信號僅只有數十微伏特，需要放大約數千倍才能辨識，容易受到外界干擾或著雜訊影響而失真，事實上，人體腦電圖量測大多是在頭皮測得，因而 EEG 所記錄到的活動多數為表層皮質的電位變化，是由皮質細胞樹突和細胞體形成之波動電偶間的電流形成的。而原本就很小的訊號，再經過腦脊液、蜘蛛膜、硬腦膜、顱骨和頭皮的衰減後，因此在頭皮量測到的正常腦波，訊號大小更是小到約 0.5 100 μV，而其頻率範圍約在 0.5 -100 Hz 之間。本研究採用的是 NeuroSky 公司之腦波測量儀器，圖 6 為 NeuroSky 腦波儀，是一種不具侵入性的腦波測量工具，用於檢測神經元電觸發活動，外型像是爾肇式耳機。其構造是使用三個感應器接觸在皮膚，分別為下方的耳多兩處與前額部分，前額是個方便放置感應器的位置，額葉皮層也是有高度的認知訊號和意識的發源地(Peters etal., 2009)。 NeuroSky 可以測得每個腦波區段每毫秒 7 筆的數據，其可以測得之腦波區段為 0Hz~63Hz 之間，涵蓋了所有的腦波區段，同時可以測得與注意力(Attention)相關及情緒放鬆(Meditation)相關的兩項生理數值。由於 NeuroSky 本身是一種無線藍芽的裝置，加上其耳罩式的外型設計，可以再做實驗的時候屏除聲音或其他非預期的干擾因素。 Shen, Wang, &Shen (2009)和腦電圖儀與臨床生理學會國際聯盟(International Federation of Societies for Electroencephalography and Clinical Neurophysiology)依據腦波頻率不同而可分為四個階段，分別介紹如下： 1. Alpha activity (α 波)：頻率為 8-13 Hz，振幅約 20-200 μV。一般在正常人清醒並處在安靜休息的大腦活動狀態之下，最明顯會在大腦頂葉部 (parietal region)及枕葉部(occipital region)出現這樣的週期波，其電位約為 50 μV。而在這種狀態下，受測者的身心能量耗費最少。當有思考、睜眼或有其他刺激時，α波就會消失，此一現象稱為α 波的阻斷，當受試者 26.

(43) 重新安靜閉目時，α波才會重新出現。 2. Beta activity (β 波)：頻率為 13 Hz 以上，但一般很少高於 50 Hz。在清醒而警覺的狀態下，較常出現在頂葉部及額葉部(frontal region)，尤其當大腦思考或接受感官刺激時，此波段會較明顯，因為此時身體是處於緊張狀態，準備隨時對外界做反應，此狀態下人的體力和精神能量耗費較劇烈。電位約為 5-20 μV。 3. Theta activity (θ 波)：頻率為 4-7 Hz，一般而言其振幅較小。主要在小孩的頂葉部及顳葉部(temporal region)會出現，而成人情緒受到壓力時也會出現，或是在人的意識中斷或身體深沈放鬆時，此波段也會很明顯，另外許多腦疾病患者，亦可以找到θ波。 4. Delta activity (δ 波)：頻率低於 3 Hz 以下的腦波波段，振幅約 20-200 μV。正常成人在清醒狀態下沒有δ波，通常發生在沈睡且不易喚醒、深度麻醉、缺氧或有大腦有器質性病變患者身上。. 圖 6：NeuroSky 腦波儀 27.

(44) 圖 7：實驗設備示意圖. (四) 膚電位皮膚電位反應(Galvanic Skin Response, GSR)是一種量測皮膚導電性的方法，個體在受到刺激(例如痛覺、壓力、碰觸)時，自主神經系統會產生變化因而改變皮膚電子的傳導性，Mandryk, Atkins, & Inkpen. (2006)的研究表示自主神經的改變會影響汗腺(sweat glands)與血液流動，進而改變皮膚的電位。Labbé, et al. (2007) 和 Ferreira, et al. (2008)表示 GSR 是量測壓力的可靠指標，Shi, et al. (2007)指出 GSR 對於認知負荷有很高的顯著性，Liao, et al. (2005)研究顯示當受測者壓力增加膚電位(skin conductance)就會增加。膚電變化不僅改變導電性也使體溫降溫，當人緊張時自主神經的交感神經會開啟手指的汗腺，增加電流傳導路徑使得皮膚電流增加；反之，人在放鬆狀態時皮膚電流會減少。皮膚電流反映的量測方式，是利用裝在指尖的感測器來量測皮膚電流量，簡稱「膚電反應」(黃柏勳, 2011)，圖 8 為膚電位的感測儀器。 Shi, et al. (2007)GSR 只需要最少的計算(例如平均值和總和)就可以用來在不 28.

(45) 同的任務中比較量測壓力。還有一些更複雜的計算，例如，一定時間內的反應數量、程度的總和、持續反應的時間總和、反應面積的總和也已經被使用(Healey, 2000)。. 圖 8：膚電位感測器. (五) 皮膚溫度量測儀皮膚溫度(Skin tempersture)時常結合其他生理訊號來量測壓力狀態(Zhai, & Barreto, 2006)。Reisman (1997)研究顯示膚溫與壓力呈現負相關，當膚溫增加時壓力程度下降，膚溫減少時壓力程度上升。末梢血管的血液循環較差，溫度變化較明顯；人在承受心理壓力(例如緊張)時，會讓腎上腺素上升，造成末梢指端溫度(Skin finger temperatire)又稱指溫下降，放鬆時指溫上升(龍明志, 2011)，圖 9 為溫度感測儀器。. 29.

(46) 圖 9：溫度感測器. (六) 呼吸量測儀呼吸是一種結合自願與非自願的獨特生理反應，呼吸主要會受到自主神經系統的影響，而且有許多與心理和呼吸有關疾病，例如哮喘、焦慮症和過度換氣症等。所以呼吸和情緒之間的關係在研究的理論或臨床上有很大的關聯，然而呼吸與情緒相關的研究卻相對的比較少，因此情感與呼吸行為之間的的關係還未完全的了解(Boiten, Frijda, & Wientjes, 1994; Ritz et al., 2005; Van Diest et al., 2001; Wilhelm et al., 2001; Patrick, Samiha, & Brigitta, 2008 )。圖 10 為呼吸的感測器。. 30.

(47) 圖 10：呼吸感測器. 本研究所用的呼吸、膚溫與膚電位是使用 Arduino 收集感測器所測得的資料，然後利用 USB 傳輸埠將資料傳到電腦的 Excel 做接收。如圖 11 所示。. 圖 11：Arduino 接合呼吸、膚溫、膚電位感測器 31.

(48) 最後，本研究對於生理訊號之資料處理，是依據柴繼紅 et al. (2004)所提出對心律變異度的生理訊號處理方式以及蔡政勳 (2008)提出的生理訊號正規化之方法，將心律變異度(HRV)、血氧濃度(SPO2)、呼吸、膚溫(Skin tempersture)、皮膚電位反應(Galvanic Skin Response, GSR)與腦波注意力依相同方式作正規化之處理，採取的方式是將實驗中測得的生理訊號平均值去除以實驗前 5 分鐘情緒平穩的平均值，正規化處理之公式如下所示：. 實驗中的平均值正規化之值 = � � 實驗前 5 分鐘的平均值. 三、實驗流程在實驗測試開始前，我們會先讓學習者做一份基本資料和認知風格的問卷，以調查不同學習風格的學習者對於瀏覽行為和生理狀況之間的關係。基本資料問卷包含姓名、性別、年齡、學歷、系別、職業。認知風格的問卷我們所採用的是《學習偏好問卷(Study Preference Questionnaire, SPQ)》，這份問卷是由 Ford (1985) 所開發的，這是最常用來判斷整體主義(holist)/循序主義(serialist)認知風格所使用的工具，其問卷共 18 題，每題 2 個選項，屬於準敘述題型；讓受測者主觀地自我評估，然後選擇與受測者相符合的陳述選項；劉冠麟 (2010)如果受測者對於整體主義有一半以上表示符合敘述，那該受測者應被視為是整體主義，如果受測者對於循序主義有一半以上表示符合敘述，那該受測者應被視為是循序主義，其題目參考劉冠麟 (2010)的翻譯與研究，其題目如附件一所示。當受測者學習風格問卷填測完之後，我們會請受測者來到電腦前配戴腦波、膚電位、指溫、呼吸、emWave 和紅外線心跳感測器，配戴完成後請學習者操作 32.

(49) 網頁式學習系統，並且記錄學習者操作時的各種數據。完成實驗數據的收集整合後，以 SPSS 來分析本研究收集到的數據。. 四、實驗對象本研究以 18-35 歲的台中地區年輕族群，以國立臺中教育大學大學部及碩士班學生為研究群體，少數其他學校之學生。接受進行本實驗之受測對象皆可獲得報酬，並且要求前一天不得熬夜，以確保生理精神狀態正常，減少影響生理訊號測量結果的因素。教材以《電子商務概論(Introduction to Electronic Commercer 3e)》三版為實驗的課程，學習內容大概念，如圖 12 所示。因本研究主要為探討利用認知風格的分類來做各式教材的適性化分類，故不討論各教材的差異性，各種教材可視為不同的教科書。. 33.

(50) 前測. 關於課程的小測驗. 目錄. 課程目錄. 前言. 本課程之主要講授重點與範圍. 課程目標. 本課程之學習目的與教學目標. 課前案例. 展示網頁設計成果. 課後案例. 提供教學內容可以製作的範例. 目標回顧. 列出最終學習目標供學生確認. 專有名詞. 專有名詞解釋. 參考資料. 提供參考資料. 熱門時事. 提供最新的資訊. 自我評量. 提供關於課程的題目. 討論區. 可讓學生互動討論. 請教老師. 透過e-mail與老師聯絡. 關鍵字. 學習內容的關鍵字. HOME. 圖 12：網頁式學習系統課程主要設計大綱. 34.

(51) 五、研究假設本研究主要目的使在於了解不同認知風格的人在匹配(match)與不匹配 (mismatch)的狀態下之情緒、壓力、學習成效、疲勞程度、心智負荷與系統易用性之相關性探討。其研究架構如圖 13 所示。. 圖 13：研究架構圖. 35.

(52) 本研究的推論假設為下：. H1：全部的認知風格的匹配與否對生理訊號有顯著影響。 H1a：全部的認知風格的匹配與否對情緒有顯著的影響。 H1b：全部的認知風格的匹配與否對情緒有顯著的影響。 H1c：全部的認知風格的匹配與否對注意力有顯著的影響。 H1d：全部的認知風格的匹配與否對心率變異度(HRV)有顯著的影響。 H1e：全部的認知風格的匹配與否對血氧濃度有顯著的影響。 H1f：全部的認知風格的匹配與否對呼吸有顯著的影響。 H1g：全部的認知風格的匹配與否對膚溫有顯著的影響。 H1h：全部的認知風格的匹配與否對膚電位有顯著的影響。. H2：整體主義的認知風格的匹配與否對生理訊號有顯著影響。 H2a：整體主義的認知風格的匹配與否對情緒有正面顯著的影響。 H2b：整體主義的認知風格的匹配與否對情緒有負面顯著的影響。 H2c：整體主義的認知風格的匹配與否對注意力有顯著的影響。 H2d：整體主義的認知風格的匹配與否對心率變異度(HRV)有顯著的影響。 H2e：整體主義的認知風格的匹配與否對血氧濃度有顯著的影響。 H2f：整體主義的認知風格的匹配與否對呼吸有顯著的影響。 H2g：整體主義的認知風格的匹配與否對膚溫有顯著的影響。 H2h：整體主義的認知風格的匹配與否對膚電位有顯著的影響。 H3：循序主義的認知風格的匹配與否對生理訊號有顯著影響。 H3a：循序主義的認知風格的匹配與否對情緒有正面顯著的影響。 H3b：循序主義的認知風格的匹配與否對情緒有負面顯著的影響。 H3c：循序主義的認知風格的匹配與否對注意力有顯著的影響。 H3d：循序主義的認知風格的匹配與否對心率變異度(HRV)有顯著的影響。 H3e：循序主義的認知風格的匹配與否對血氧濃度有顯著的影響。 H3f：循序主義的認知風格的匹配與否對呼吸有顯著的影響。 H3g：循序主義的認知風格的匹配與否對膚溫有顯著的影響。 H3h：循序主義的認知風格的匹配與否對膚電位有顯著的影響。 H4：全部的認知風格的匹配與否對主觀量表有顯著影響。 H4a：全部的認知風格的匹配與否對心智負荷有顯著的影響。 H4b：全部的認知風格的匹配與否對系統易用性有顯著的影響。 H4c：全部的認知風格的匹配與否對學習成效有顯著的影響。 36.

(53) H5：整體主義的認知風格的匹配與否對主觀量表有顯著影響。 H5a：整體主義的認知風格的匹配與否對心智負荷有顯著的影響。 H5b：整體主義的認知風格的匹配與否對系統易用性有顯著的影響。 H5c：整體主義的認知風格的匹配與否對學習成效有顯著的影響。 H6：循序主義的認知風格的匹配與否對主觀量表有顯著影響。 H6a：循序主義的認知風格的匹配與否對心智負荷有顯著的影響。 H6b：循序主義的認知風格的匹配與否對系統易用性有顯著的影響。 H6c：循序主義的認知風格的匹配與否對學習成效有顯著的影響。 H7：性別的認知風格的匹配與不匹配對生理訊號沒有顯著影響。 H7a：性別的認知風格的匹配與不匹配對情緒沒有正面顯著的差異。 H7b：性別的認知風格的匹配與不匹配對情緒沒有負面顯著的差異。 H7c：性別的認知風格的匹配與不匹配對注意力沒有顯著的差異。 H7d：性別的認知風格的匹配與不匹配對心率變異度(HRV)沒有顯著的差異。 H7e：性別的認知風格的匹配與不匹配對血氧濃度沒有顯著的差異。 H7f：性別的認知風格的匹配與不匹配對呼吸沒有顯著的差異。 H7g：性別的認知風格的匹配與不匹配對膚溫沒有顯著的差異。 H7h：性別的認知風格的匹配與不匹配對膚電位沒有顯著的差異。 H8：性別的認知風格的匹配對生理訊號沒有顯著影響。 H8a：性別的認知風格的匹配對情緒沒有正面顯著的差異。 H8b：性別的認知風格的匹配對情緒沒有負面顯著的差異。 H8c：性別的認知風格的匹配對注意力沒有顯著的差異。 H8d：性別的認知風格的匹配對心率變異度(HRV)沒有顯著的差異。 H8e：性別的認知風格的匹配對血氧濃度沒有顯著的差異。 H8f：性別的認知風格的匹配對呼吸沒有顯著的差異。 H8g：性別的認知風格的匹配對膚溫沒有顯著的差異。 H8h：性別的認知風格的匹配對膚電位沒有顯著的差異。 H9：性別的認知風格的不匹配對生理訊號沒有顯著影響。 H9a：性別的認知風格的不匹配對情緒沒有正面顯著的差異。 H9b：性別的認知風格的不匹配對情緒沒有負面顯著的差異。 H9c：性別的認知風格的不匹配對注意力沒有顯著的差異。 H9d：性別的認知風格的不匹配對心率變異度(HRV)沒有顯著的差異。 H9e：性別的認知風格的不匹配對血氧濃度沒有顯著的差異。 H9f：性別的認知風格的不匹配對呼吸沒有顯著的差異。 37.