國立台中教育大學數位內容科技學系碩士班論文
指 導 教 授：孔崇旭 博士
輔助合作學習之行動多媒體教學系統
設計實作與評估
研 究 生：吳啟弘 撰
中
華
民
國
九
十
六
年
六
月
謝 辭
本論文得以順利付梓，首先要感謝孔教授崇旭三年來的悉心嚴格指導， 才能讓我的論文在工作、進修、家庭…一陣忙亂中還是能順利完成。感謝口 試委員—伍教授朝欽和徐所長照麗，即使在百忙之中，依然為我的論文提供 寶貴建議，方使我的論文更臻完整，在此致上我誠摯的謝意！ 感謝黃前校長安全、劉校長智云、林準校長立峰…及其他多位學校長官、 同仁在行政或是教學方面的協助；感謝研究所同學及實驗室的夥伴們在學習 路途上的相互提攜、經驗傳承與交流，讓我的進修之路走得更為順暢！ 感謝父母及同為在職研究生卻需一肩擔起撫育稚兒重任的內人湘婷，你 們的包容、支持與鼓勵，是我完成學業的最大原動力，這幾年辛苦你們了！ 要感謝的人很多，僅以此文獻給所有曾經關心過我、協助過我的人， 與 我共享這一份喜悅，並表達我最誠摯的謝意。摘 要
在無線網路普及，PDA及3G手機等行動裝置日益普及，影音功能強大， 多 媒 體 技 術 成 熟 的 現 今 ， 如 何 應 用 這 些 行 動 科 技 來 進 行 行 動 學 習 (M-Learning)，在數位學習上已是一項熱門的話題。 在國小自然與科技領域中，配合合作學習的戶外教學現場，成員所觀 察到的自然現象，多只能以紙筆書寫，不易紀錄；也因距離關係，小組成員 之間不易溝通，同儕也未能即時分享，教師對小組的學習情況不易掌握。本 研究設計以合作學習的模式，利用PDA作為教學互動的平臺，以無線網路為 基礎，配合自然與生活科技領域，設計、開發一套「輔助合作學習之行動多 媒體教學系統」（Multimedia Mobile Learning System，MMLS），具備多 媒體筆記本、即時溝通、即時筆記分享並加入互動歷程紀錄等功能，分別克 服不易紀錄、不易溝通、不易分享及不易掌握的缺點。本研究也定義了MMLS 之間的網路連線、繪圖指令等傳輸協定及學習歷程紀錄格式。系統完成後， 對台中市某國小五年級五十二位學生，分為實驗組與控制組，以自然與生活 科技領域中的課程進行實驗與評估。 實驗結果顯示，在此套「輔助合作學習之行動多媒體教學系統」配合合 作學習模式的自然與生活科技領域戶外教學下，確實增進了成員個人的觀察 樣本的紀錄次數及小組間的溝通訊息量。學生可不受限於課堂，在戶外或貼 近生活的學習場景也可對觀察標的做即時的視訊、聲音或相片的紀錄，學生 間利用影音的觀察記錄來溝通與分享，排除空間地形的限制，以期達到隨時 隨地學習的目標，也驗證本系統的可行性。 Keywords：PDA、行動裝置、多媒體、合作學習、輔助教學系統、自然與生Abstract
As multimedia technology is getting more sophisticated, mobile devices like internet, PDA and 3G cell phone are getting prevalent, and video functions are racing to their full extent, the most popular e-learning subject left now is, how these mobile devices can be incorporated to engage M-Learning.
This study is based on incorporating computer technology into teaching activity on Science and Technology Learning Areas. To alleviate the predicaments of recording, communication, exchanging and instruction when outdoor teaching activities are engaged, the study has developed auxiliary collaborative learning Multimedia Mobile Learning System (MMLS).
Outdoor teaching activities incorporating collaborative learning in elementary school Science and Technology Learning Areas are often confronted with predicaments such as, phenomenon observed from the nature can mostly be recorded through pencil and paper, communications are hard to be made because of distance between team members. This also leads to difficulty in exchanging information. Plights of the above mentioned will make it hard for the teacher to monitor the development of the on-going activity. By integrating collaborative learning as the model, utilizing PDA as an interactive teaching platform, also comprising wireless internet, this study has developed an auxiliary collaborative learning Multimedia Mobile Learning System (MMLS), which can be implemented into Science and Technology Learning Areas. The functions equipped in the system, such as multimedia notebook, instant communication, instant notebook exchanging, and interactive process recording will overcome predicaments occurred during recording, communication, exchanging and instruction. Further, the study has also defined transfer protocal of network connection, drafting command and the record of learning track between MMLS. The system was experimented on fifty-two fifth graders from a Taichung City
elementary school. Students were divided into experimental group and contrast group to engage in learning activities from Science and Technology Learning Areas.
The results indicate that, recording sequence based on individual species observation and time volumes engaged in communication between team members are increased with the system. Students’ instant video transfer, audio or photo recording centered on the targets being observed can be conducted without having to be restricted to the classroom. Communication and exchanging students’ observing records using video media has prevailed over the limitation of space and landscape. The experiment has reached the goal of learning anytime and anywhere further verifies the practicability of the system.
Keywords：PDA, mobile device, multimedia, collaborative learning, auxiliary learning system, Science and Technology Learning Areas
目 次
第一章
緒論 ... 1
第一節研究背景與研究動機 ...1 第二節研究目的及研究步驟 ...4 一、 研究目的 ...4 二、 研究步驟 ...5 第三節適用對象及領域範圍 ...6第二章
文獻探討 ... 7
第一節合作學習 ...7 一、 合作學習的意義 ...7 二、 合作學習的教學 ...8 三、 合作學習的方法 ...11 四、 合作學習的實施步驟 ...14 第二節行動學習應用在自然領域之相關研究...15 一、 CoMobile系統 ...15 二、 BWL系統 ...18 三、 MCSCL系統...21 四、 MUSEX系統 ...27 五、 分析與比較 ...29第三章
系統設計與實作 ... 33
第一節系統設計 ...33 第二節系統架構 ...37第三節使用者介面 ...47 第四節系統開發工具 ...58 一、 硬體環境 ...58 二、 軟體環境 ...61 第五節操作流程例子 ...64 第六節MMLS與其他系統之比較 ...70
第四章
實驗與結果分析 ... 72
第一節實驗設計 ...72 一、 研究對象 ...73 二、 自變項 ...74 三、 依變項 ...74 四、 控制變項 ...75 第二節實施方式 ...75 第三節資料統計與分析 ...80第五章
結論與未來發展方向 ... 86
第一節結論 ...86 第二節未來發展方向 ...87參考文獻 ... 88
一、 中文部分 ...88 二、 英文部分 ...90表目次
表 1 傳統學習團體與合作學習團體之比較 ... 10 表 2 團體探究法的教學要點 ... 13 表 3 相關系統功能比較 ... 30 表 4 網路連線指令 ... 41 表 5 繪圖指令 ... 44 表 6 學習歷程記錄格式 ... 47 表 7 PDA 規格 ... 60 表 8 使用MMLS Scenario 1 ... 65 表 9 使用MMLS Scenario 2 ... 66 表 10 使用MMLS Scenario 3 ... 68 表 11 MMLS與其他系統功能比較 ... 71 表 12 實驗設計 ... 72 表 13 實驗數據分類細項 ... 73 表 14 手繪圖文有|無效指令個數範例 ... 73 表 15 實驗對象 ... 74 表 16 實驗數據統計總表 ... 80 表 17 手繪圖文與指令次數關係表 ... 84圖目次
圖 1 研究步驟 ... 6 圖 2 CoMobile系統架構 ... 17 圖 3 行動蝴蝶觀察學習運作流程 ... 18 圖 4 行動蝴蝶觀察學習之平均分數對照 ... 21 圖 5 MCSCL系統架構 ... 23 圖 6 MCSCL合作學習流程 ... 25 圖 7 MCSCL活動流程及使用者介面 ... 26 圖 8 MUSEX系統配置 ... 28 圖 9 MUSEX解謎拼圖 ... 28 圖 10 系統功能概念 ... 33 圖 11 Graphic Module之操作介面 ... 34 圖 12 E-board 操作介面 ... 35 圖 13 傳送視訊檔案 ... 35 圖 14 系統架構 ... 36 圖 15 MMLS類別階層圖 ... 38 圖 16 MMLS系統模組架構 ... 39 圖 17 系統連線示意 ... 40 圖 18 系統離線示意 ... 41 圖 19 MMLS系統順序圖 ... 43 圖 20 指令編碼/解碼 ... 46 圖 21 使用者指令細目 ... 48 圖 22 開啟MMLS程式 ... 49圖 25 Client端離線功能 ... 51 圖 26 繪圖指令功能 ... 52 圖 27 檔案處理功能 ... 53 圖 28 相片功能 ... 54 圖 29 錄影功能 ... 56 圖 30 語音功能 ... 57 圖 31 筆記本功能 ... 58 圖 32 系統連線概念 ... 59 圖 33 DLINK DI-724P+ ... 59 圖 34 HP iPAQ rw6828 Pocket PC ... 59 圖 35 HP iPAQ rx3715 Pocket PC ... 60 圖 36 HP iPAQ H4150 Pocket PC ... 60 圖 37 軟體開發環境架構 ... 61
圖 38 Visual Studio 2005.NET 新增開發智慧型應用程式 ... 62
圖 39 VS2005.NET 內建行動裝置模擬器 ... 63
圖 40 系統開發連線示意 ... 63
圖 41 利用Remote Display Control 進行MMLS操作教學 ... 76
圖 42 校園無線網路架設 ... 77 圖 43 實驗組之合作學習小組至校園進行實驗 ... 78 圖 44 控制組之合作學習小組至校園進行實驗 ... 79 圖 45 紀錄次數統計 ... 81 圖 46 植物樣本紀錄次數統計 ... 81 圖 47 溝通次數統計 ... 82 圖 48 手繪圖文溝通次數統計 ... 82 圖 49 語音溝通次數統計 ... 83 圖 50 分享次數統計 ... 83
圖 51 植物樣本分享次數統計 ... 84 圖 52 合作學習小組行為統計 ... 85
第一章 緒論
第一節 研究背景與研究動機
隨著時代的進步，資訊科技在教育上的應用發生急遽的質與量之變化； Robert（2005）指出學習從傳統的以廣播、電視為主的遠距教學，因網際網 路的普及與發達，使教學突破了空間、時間的限制。以網路應用的面貌呈現 的E-learning，學生可同步或非同步地透過網路來進行學習，由學習者自行 操控自己的學習進度和內容，讓學習更具彈性。Moira（2005）也強調，隨 著無線網路、通訊與行動裝置技術不斷的進步與發展，行動科技應用至教學 的議題也漸漸受到重視。 行動學習（M-learning）是繼數位學習(E-learning) 後另一個重要的 學習里程碑，也正是目前教育界的新趨勢。行動學習的定義，各個學者就其 所持的觀點各有不同的詮釋。陳文瑞（2006）認為行動學習係指學習者於定 點對定點之可移動學習環境，學習者到達目的地後可得到個人學習環境，此 環境包括802.11無線區域網路設定、學習載具系統設定、身份識別、個人學 習紀錄、個人喜好設定及個人學習資訊管理等等。Keegan（2006）等人對行 動學習的定義：行動學習是一種在行動裝置的幫助下，能夠在任何時間、任 何地點學習，行動學習所使用的行動裝置必須能夠有效的呈現學習內容，並 提供教師與學習者之間的雙向交流。Harris（2004）則認為行動學習是行動 技術和e-learning的交會點，產生出一個任何時間、任何地點都可以學習的 經驗，也就是透過PDA或手機來享受學習的樂趣。王淑真（2005）認為行動 學習有三個必需的要素，分別為行動學習裝置(the mobile learning device)、基礎溝通建設(the communication infrastructure)、學習活動模組(a learning activity module)。Bekkestua（2006）進一步指出，行 動學習是學習在行動裝置的輔助下，可以在任何時間地點發生，這裝置必須 是要能夠呈現出學習的內容，並且在師生間提供雙向的無線溝通管道。 Lehner 和Nosekabel（2006）的定義可說是以上的歸納：行動學習是透過任 何不受時間限制與地點限制的服務或設備，提供學習者數位化資訊與教材， 並協助學習者取得知識，只要符合此定義的學習活動，都屬於行動學習的範 疇。 為了提供更多樣且不限於時間、地點的學習，各國相繼投入行動學習相 關軟、硬體及架構的開發： （一）歐盟所主導、推行的M-learning專案（2005），針對16至24歲學業不 佳或學習有困難的青少年，發展出適合行動學習的硬體原型產品及可以傳輸 資訊與學習經驗的軟體服務，提供學習者另類的學習機會，並加強他們的語 文與數字能力。 （二）歐盟主導，遍及24個國家的全球性的眾多公私團體所共同推行的 MOBIlearn專案（2002），這些團體皆看準行動學習的未來性，為了充分發 揮行動裝置（特別是手機）在學習活動中可能扮演的角色，以學習者的需求 為依歸，進行使用者需求評估、針對文化、醫療、教育三領域，共十三個專 案，發展出一套可資實作的行動學習參考架構，並導入一般商業活動之中。 （三）日本NTT DoCoMo所推出的FOMA 3G平臺（2005），利用3G 強大的多媒 體傳輸能力提供行動英語會話平臺與行動上網，給予英文學習者無時無刻、 任何地方都可以學習的夢想。 （四）現階段在國內，行動裝置整合於教學的應用尚在新興研究的階段，除 了行政院的「M-Taiwan」計畫(經濟部，2006)，以達成「行動台灣、應用無
無線寬頻應用為主軸，其中行動學習主要為提昇校園無線，普及寬頻網路的 應用，推動校園M 化，培育校園社團成為推動校園無線寬頻網路應用種子力 量為目標，開啟社團應用無線寬頻(Mobile)科技新方向。 （五）「數位學習國家型科技計畫」(2006)的子分項：「行動學習載具與輔 具」強調要建立行動學習輔具應用之示範點，以推廣應用並評估實施成效； 編纂行動學習輔具應用示範教材；培育行動學習輔具應用種子人才。讓學習 者可以選擇不同樣式的行動學習載具設備與產品，配合行動教學活動或自我 學習，並能促進學習社群、活動社群之間的互動行為。 除了以上國際性的大型研究計畫外，Tan（2004）也建構了一個互動式 的行動英語學習環境，讓學生在參觀動物園時更能夠學習到相關的英語知 識。Crawford等人(2001)在Palm Education Pioneers Program中，以Palm 作為工具實施教學活動，提供PDA 上的紅外線傳輸功能，讓學生們分享彼此 的想法，並加以組識、收集與共享資訊，進而達到合作學習的目的。Mandryk 等人（2002）發展了Geney，作為基因生態教學之媒介，讓學童利用Palm的 紅外線傳輸，交換彼此Palm上魚種的基因，以配對出任務的要求，互動的過 程中，更能強化對基因生態的了解。Parsons等人（2005）則提出了行動學 習環境中的團體合作學習的設計架構必須考慮社會互動技巧，朱仁立（2005） 利用PDA搭配各種不同的科學探測器進行科學探究實驗以及專題研究，實驗 結果顯示學生認為與同學合作、討論可引起學習動機，增加印象，並獲得許 多新的想法，對學習有相當大的幫助。由以上可見行動學習在教育的應用已 經漸漸的被重視與接受。更呼應了我國在國民教育階段九年一貫的部分課程 目標（教育部，2006）： （1）培養表達、溝通和分享的知能。 （2）發展尊重他人、關懷社會、增進團隊合作。 （3）運用科技與資訊的能力。
（4）激發主動探索和研究的精神。 （5）培養獨立思考與問題解決能力等現階段學校教育的目標。 其中（1）培養表達、溝通和分享的知能及（2）發展尊重他人、關懷社 會、增進團隊合作在教學上可以合作教學的方式實現。 但配合合作學習的戶外教學現場，常因距離關係，老師不易掌握各個小 組的學習狀況，小組內成員分散時溝通不易，而所觀察到的自然現象，多只 能以紙筆紀錄，不夠生動鮮明，也難以再現。觀察紀錄也未能與同儕及時分 享。而在PDA、3G手機等行動裝置上的無線通訊、多媒體技術日趨成熟，未 來也將日益普及的背景之下，本研究嘗試將PDA融入自然與生活科技領域的 戶外教學現場之中。藉由行動裝置的特性，強化教師對學習小組的掌握及同 儕間合作學習的互動，發揮行動裝置的行動優勢，實際走出戶外接近學習場 域，體驗真實的世界。
第二節 研究目的及研究步驟
一、研究目的
本研究以資訊科技融入教學為出發點，對國小自然與生活科技領域以合 作學習模式之戶外教學的缺點，發展出一套「輔助合作學習之行動多媒體教 學系統」（Multimedia Mobile Learning System，MMLS），以無線網路為 基礎，融入行動裝置上 錄製視訊、聲音、相片等多媒體功能，提供學生更 生動活潑的多媒體筆記功能，強化教師對學習小組的掌握及同儕之間的討 論、資訊分享功能，以增進在戶外教學時的學習成效。故本研究的研究目的（一） 研究開發一套「MMLS」，以協助國小師生在自然與生活科技領域之 合作學習模式的戶外教學活動，其功能應有： 1、 多媒體筆記簿—供學生紀錄觀察。 2、 即時溝通功能—供合作學習小組互動。 3、 即時資料分享功能—供合作學習小組分享資訊。 4、 互動歷程記錄功能—供後續分析。 （二） 評估學習小組使用此套「MMLS」的溝通效益。
二、研究步驟
本研究的研究步驟，在研究背景及動機之下（圖 1），擬定研究目的， 並再依據研究目的，蒐集、研讀相關文獻，研究及瞭解開發的相關技術，以 聚焦更具體的研究方向。並依此設計系統架構、功能模組，並規劃使用流程。 系統經過不斷的開發、修正、測試，使此套MMLS的功能更臻完備。MMLS開發 完成後，並評估學習小組使用此套MMLS的溝通效益。圖 1 研究步驟
第三節 適用對象及領域範圍
本研究的實驗對象為國小五年級學生，教學科目及單元分別為自然與生 活科技領域之「校園植物面面觀」，配合所發展的「MMLS」運用於戶外教學， 不能廣泛適用於不同年齡學生及不同領域之教學活動。
第二章 文獻探討
第一節 合作學習
孔子說：「獨學而無友，則孤陋而寡聞。」合作學習的主張自古以來即 有學者提倡，眾多的文獻指出合作學習可以增進學生的學習成效。尤其是在 自然與科技領域，在本研究中，教學活動以小組為單位進行，探討在教學上 能否利用行動裝置透過合作學習的方式協助學生建構其知識，增進其學習動 機，提昇學習成就，以下分別討論合作學習的意義、合作學習的教學、合作 學習的方法及實施步驟。一、合作學習的意義
「合作」在字典上的意義是「在同一目的下，作共同的努力。」根據朱 敬先(1999)的定義：合作學習強調學生以主動合作的學習方式，取代教師主 導的教學，藉以培養學生主動求知的能力、發展學習過程中的人際溝通能力 並養成其團隊精神。而林生傳(1992)的定義：合作學習是一種合作型態的教 學，將學生依不同性別或能力，以學生為中心混合編成若干“合作學習＂小 組，小組成員主動參與、溝通協調、分工合作，相互扶持，彼此指導，以達 到預期的學習目標。合作學習強調互賴、個人績效、社會技巧的培養，其假 設參與活動的每一個人都能夠互相尊重、信賴、容納別人，瞭解組內目標並 清楚知道自己所擔負的責任，故合作學習有助於培養學生合作的精神、團隊 的意識和集體的觀念。合作學習的理論基礎奠基於社會心理學（黃政傑、林佩璇，1996），整 合了社會互賴論、接觸理論、認知發展論等。基於社會互賴論（Social Interdependence Theory），Johnson等人(1989)強調積極互賴產生助長式 互動，團體成員彼此鼓勵和促進學習上的努力；基於接觸理論(Contact Theory)，Farivar（1985）強調，不同種族、年齡、社經地位或能力之成員 一起學習以增進社會互動；基於認知發展論（Congnitive-Development Theory），Piaget著重於當學生進行合作、討論時，會出現認知衝突，並激 發個人認知的發展，而同為認知發展論的Kuhn（1977）則強調學生在互動的 過程中，引起認知衝突，進而分析問題，有助於發展更高的學習策略。 團體的本質是一個動態整體，其本質是其成員基於共同目標而形成的互 賴，積極的互賴(合作)產生助長式互動，團體成員彼此鼓勵和促進學習上的 努力。同一團體裡，在不同的性別、年齡、社經地位或能力的學生中，人際 間的合作能提高小組的向心力及友誼。在各種合作的努力中，參與討論時會 出現認知衝突，衝突解決時思考推理有不足之處也會被加以修正。
二、合作學習的教學
Johnson等人(1989)與黃政傑等人(1996)認為合作學習有六項與傳統教 學不同的特質，茲簡述如下： （一） 異質分組 依學生的學習能力、性別、種族及社經背景等將學生分配到不同的 小組中，彼此互相指導相互學習。 （二） 積極互賴按學習活動的性質，將工作中舉凡不同種類與應在不同時間進行之項 目，在人與人之間及事與事之間妥善調配，多人參與工作時尤須密切配 合。 （三） 面對面的助長式互動 合作學習的成效繫於團體內成員之間的互動性，透過小組成員間的 相互溝通、協助、鼓勵、分享資訊或挑戰彼此的推理與結論等等活動， 組內學生可以相互助長彼此學習的成功。 （四） 鑑別個人學習績效 合作學習由小組共同學習，每一位學生都應該盡到學習的責任，評 鑑時，合作學習的成就評量是以團體表現來計算分數的，但學生必須個 別表現成果。 （五） 人際技巧：學習合作小組必須有下列的人際和小團體技巧： 1、彼此認識並互相信任。 2、正確無誤的進行溝通。 3、相互接納且相互支持。 4、能建設性的解決問題。 （六） 團體歷程 團體歷程意指藉由團體活動以達到預定目標的歷程，須定期檢視小 組的運作狀況及其目標達成度。分析小組工作上的困難與問題並給予回 饋。 綜合以上，可歸納出合作學習中幾個基本要素：積極的相互依賴，強調 個人績效與小組目標，重視組間合作技巧及團體歷程等。合作學習小組與傳 統小組的差別也在於這些要素，由表 1 的比較中可看出來，合作學習團體
為異質性分組，成員之間高度互賴、彼此支持，重視團體及個人的表現及工 作技巧，並且運用團體歷程反省工作品質。 表 1 傳統學習團體與合作學習團體之比較 傳統學習團體 合作學習團體 同質分組或隨意分組 異質分組 低度互賴，成員只對自己的學習負 責；焦點在個人表現 高度互賴，成員負責自身和他人的學 習表現；焦點在聯合表現 只重視個人績效 團體及個人績效均重 學習單討論鮮少顧及他人學習情形 成員互相促進學習的成功；彼此支持 協助 忽視小組工作技巧，指導者領導成員 參與 重視小組工作技巧；教導成員社會技 巧；領導地位由成員分享 對工作品質並不安排團體歷程加以 反省；鼓勵個人成就 運用團體歷程反省工作品質與小組 改善；強調持續的改進 資料來源：合作學習（21頁），黃政傑、林佩璇，1996，台北：五南。 黃詠仁（2006）及林靜萍（2005）的研究指出，合作學習可以促進學生 自然科學習氣氛，提供學生語言互動的機會，促進同儕間面對面互動和正向 相依,增進彼此的友誼及學生之探究技能、學習態度與科學概念之發展。學 生勇於表達自己的觀點，更能瞭解合作學習的真諦，亦即社會技巧有進步。 能增進學生的學習動機，有助於學生學科知識的學習，使學業成就進步。 另外，根據Johnson, R. T.等人（1985,1986）的文獻指出，利用電腦 進行合作學習(Computer-based Cooperative Learning)更有下列的優點： （一） 具有傳統電腦教學之個別化、適性化以及彈性化的優點。
（二） 學生因為與同儕互動增加，更有利於於社會化。
（三） 學生角色由被動的接受者，變成意見的提供者，使學習者在學習的 過程中居於主動的地位。
的互動，學生對於新的知識概念的接受度較高。 （五） 在異質編組下，藉由楷模學習能夠讓低能力學生學習高能力學生的 學習及解題策略，進而將其內化。此一內化過程不但有助於學生在 該單元的學習，亦有助於學生改進後設認知歷程，有助於日後學習。 （六） 在異質編組下，能力高的學生在合作學習歷程中不但可以學習尊重 不同意見，亦可透過與他人互動過程，重新反省自己的認知歷程， 進而促使高能力學生在解題時啟動監控歷程。 以電腦進行合作學習畢竟受限於桌上型電腦不易移動，如能以行動裝置 配合無線網路來進行合作學習，學生更能貼近學習現場，學習能更彈性化、 適性化，也是本研究的目的。
三、合作學習的方法
根據文獻歸納合作學習的方法（張世璿，2001；張金淑，1990；周立勳， 1994；黃政傑、林佩璇，1996；楊宏珩、段曉林，2001）大致分為學生小組 成就區分法(Student Teams-Achievement Divisions, 簡稱S.T.A.D.)、團 體探究（Group Investigation，簡稱G.I.）、共同學習（Learning Together， 簡稱L.T.）、拼圖式學習（Jigsaw）及拼圖式學習第二代（Jigsaw II）等 方法:（一） 學生小組成就區分法
（Student's Team Achievement Divison;簡稱 S.T.A.D.）由 Slavin （1978）所發展的，它是最容易實施的一種方法，因為它所使用的內容、 標準和評鑑均和傳統方法沒有太大的差異。S.T.A.D. 有五個構成要素： 其一是全班授課，教師介紹教材內容。其二為分組學習，教師學習依學 生的能力水準、性別或其他社會背景、心理等特質，將學生作異質性分 組，以同儕指導的形式一起學習以精熟單元教材。第三是實施測驗，學
生藉由個別小考來評鑑其學習成果。第四是計算個人進步分數，評分方 式是以學生過去的成績紀錄作為其本分數，每個人能小組爭取多少積 分，視其進步的分數而定。最後是進行小組表揚，各組依練習中的表現， 教師利用班級公佈欄、或其他社會認定的方式來表揚（引自黃政傑和林 佩旋(1996）)。 （二） 拼圖法第二代（Jigsaw II） 由 Aronson（1978）所發展，適用於社會文學或教育概念系的學科領 域，實施方法為：將相同學習材料分到各小組，各學習小組的成員先分 別至不同之專家小組熟習部份課文後，再回原小組將其熟習部份教給其 他同學，強調分工合作與個別享有個人努力的成果。
（三） 團體探究法（Group Investigation，簡稱 GI）
團體探究法是由 Sharan 等人（1976）所發展的。鼓勵學生合作而非 競爭行為，企圖將民主歷程的方式引用到教學中。強調「認識」必須透 過認知者成為認知活動的「參與者」，而非置身事外的「旁觀者」，知 識的獲得必須透過個體實際參與活動。 由吳聲純（2004）整理的團體探究法教學要點（13頁表 2）主要是 提供學生多樣的學習經驗，由每組學生自行決定所要學習的內容，並自 行溝通與組織整個工作的進行，最後將成果向全班報告之。而教師並不 參與學習內容和小組運作的過程。大致而言，團體探究法是將教學單元 分為幾個主題，全班每一小組負責一項主題，小組準備與研討所負責的 主題，然後向全班其他小組報告，成績評定乃依小組報告內容品質及其 他的團體表現。
表 2 團體探究法的教學要點 團體探究法的教學要點 提 出 者 要 點 Slavin(1985 ) 1 .全班由不同的小組集合而成 2 .設計多樣的學習任務供小組研究 3 .強調學生之間主動的溝通 4 .教師和小組溝通並引導各小組的活動 Boydston(1986) 1 .主動合作 2 .評鑑探究的問題 3 .彼此相互幫助
Sharan & Shacher(1988) 1 .提出問題 2 .尋求多方資料 3 .分享資料 4 .討論結果
Woolever & Shacher(1988) 1 .教師提出學生有興趣的問題 2 .小組合作 3 .選擇有共識的答案 Sullivan(1996 ) 1 .主動詢問 2 .利用多種資源 3 .了解文章內容 4 .應用探討階段 5 .參與對話 6 .呈現結果 資料來源：吳聲純（2004）。團體探究法與一般分組學習對國中生學習鄉土植物之 比較研究（頁16）。國立彰化師範大學生物學系碩士論文。 Gurminder等人（2005）開發一套在PDAs上的系統，讓學生於課堂之上 同步播放教師端的投影片，合作學習小組成員之間能即時分享在投影片上的 筆記，實驗顯示，其系統能加強學生合作學習的效果。本研究利用行動裝置 配合合作學習模式的自然與生活科技領域戶外教學，採用團體探究法（Group Investigation），由學生自行利用本研究所開發的MMLS系統進行溝通與組 織整個工作的進行。
四、合作學習的實施步驟
合作學習主要的實施步驟為： （一） 界定研究主題及分配小組 學生就蒐集來的資料加以討論，提出研究主題。教師視研究主題的 內容協助將學生分組，分組的依據為學生的興趣與專長能力，盡量達到 分組的異質性，並在資料的蒐集與整合上給予各組必要的協助。 （二） 學生共同計畫小組的學習任務 要求學生共同討論小組的研究內容、探討目的、進行研究的方法與 每個小組成員負責的任務或工作。 （三） 進行研究 學生開始搜尋資料、分析資料及建立暫時性的結論，這時每一位小 組成員都必須個別努力自己負責的部份，同時要不斷地交換討論，以澄 清觀念並整合意見。 （四） 準備報告 每位小組成員應知道自己負責任務或工作的基本資訊與呈現方式， 以一個引導人員的形式展現研究內容，小組將零散的資料匯合統整。 （五） 展示報告：在全班面前以多樣化方式表現研究成果。 （六） 進行評鑑 應包括進行個人工作的內容、主題分享的回饋、情意方面的經驗與 高層次思考。同時評鑑活動可以考慮由師生共同合作評估。第二節 行動學習應用在自然領域之相關研究
行動學習是數位學習的延伸，也因行動裝置可隨時移動，體積較小的特 性，使得行動學習的並不完全相同於數位學習，提到行動學習需要依照技術 面，發展面及教學法分別考慮到系統發展者、教學者及學習者三種角色 （Tsvetozar, 2006），以合作學習模式來進行時也二至四人是最合適的人 數（Gerhard, 2005）。本節將探討行動裝置運用在自然領域教學的相關研 究。一、CoMobile系統
由Nguyen等人（2006）所發展的CoMobile系統，整合現有的Open Source 軟體，提供使用者以行動裝置連接最常見的網頁論壇（Web Forum）來支援 合作學習，使用者可以文字、相片、視訊及語音等多媒體形式進行提問、交 換意見，學習課程及經驗。此論壇除了可讓使用者以桌上型電腦的網頁瀏覽 器進行合作學習也提供行動裝置以SMS、MMS、WAP、HTML browser及dialing 等多樣性的連接方式連接上論壇。其提供之功能及系統架構如下： （一） 系統功能 1、 Asking anytime 系統提供使用者傳送SMS訊息至CoMobile系統，系統會自動建立 文字討論串，當其他人回覆後，系統會發送SMS通知使用者，如果 回覆大於1236個字母，則系統會自動將回覆文字轉換成為語音，並 通知使用者收聽。 2、 Learning anywhere 使用者可以隨時打電話至CoMobile的專屬電話號碼，聽取其他 人或自己上傳的演講錄音。3、 Sharing experiences 可以利用手機錄製視訊，並利用MMS將其張貼至CoMobile系統， 其他人可以下載使用，達到分享經驗的目的。 4、 Convenient tool 使用者可以Convenient工具將其語音、視訊或相片的回應張貼 到論壇之上，讓論壇上的分享以多媒體的形式呈現。 5、 Collaboration 讓使用者可以訂閱有興趣的討論串，當討論串有新的回覆， CoMobile會以簡訊通知，以此達到合作學習的目的。 6、 University radio 提供簡訊訂閱，利用語音或SMS的方式提供學生最新的訊息及校 園活動通知。 （二） 系統架構
CoMobile 系統之系統架構分別為 Control Servlet、SMS gateway、 MMS Gateway、Interactive Voice Response (IVR) System 及 Festival open source speech synthesis system，分述如下：
1、 Control Servlet
CoMobile的邏輯架構實做在Control Servlet，控管旗下的元件 之間的資料傳遞。
2、 SMS gateway
以 Open Source 的Servlet Kannel系統透過電話網路傳送SMS 給使用者，也負責將接收到的SMS給control servlet。
3、 MMS Gateway
以Open Source 的Mbuni系統提供接收及傳送MMS的功能，並將 多媒體內容傳遞給control servlet，其傳送MMS的功能可透過一般 的命令或網頁模式傳送。
4、 Interactive Voice Response (IVR) System
以Open Source 的Asterisk系統 接收公眾電話網路(PSTN）的 電話撥入，並能依使用者的按鍵指令，進行電話中錄音、網頁指令 要求，也提供撥出電話並播放語音之功能。
5、 Plug-in components
以Festival open source speech synthesis system提供文 字轉會成為語音的功能。
圖 2 CoMobile系統架構
資料來源：“CoMobile: Collaborative Learning with Mobile Devices,＂ by Nguyen D. P., Guggisberg M.,& Burkhart H., 2004, Proceedings of the Sixth International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT'06)., p.4.
二、BWL系統
由中正大學資訊工程研究所「無線暨行動網路研究室」所發表的研究「A Mobile Butterfly-Watching Learning System for Supporting Independent
Learning」（Chen, 2004）發展一套「行動蝴蝶觀察學習系統」（BWL系統） 以支援獨立學習者的新型態M-learning戶外學習活動，在此系統中，每一名 學生使用具有無線網路及CCD數位相機功能的PDA，老師則有無線網路功能的 筆記型電腦，此筆記型電腦同時也是一台擁有全台灣蝴蝶完整資料的蝴蝶資 料庫伺服器，筆記型電腦及PDA構成一個ad-hoc模式的無線網路。此「行動 蝴蝶觀察學習系統」運作流程如圖 3，分別摘要如下： 圖 3 行動蝴蝶觀察學習運作流程
資 料 來 源 ： “A Mobile Butterfly-Watching Learning System for Supporting Independent Learning,＂ by Chen, Y. S., Kao, T. C., Yu, G. J., & Sheu, J. P., 2004,
Proceedings of the The 2nd IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education (WMTE＇04), p.2.
（一） 運作流程
1、 Self-Selection
每一位學生可以自由的觀察、拍攝不同的蝴蝶照片，並上傳至 老 師 端 的 筆 記 型 電 腦 ， 經 由 content based butterfly image retrieval system將它與資料庫中臺灣的蝴蝶影像比對處理，系統 會回傳三種最相近的蝴蝶種類給學生，並包含蝴蝶的詳細資料，以 方便學生學習，學生可以依此建構屬於自我的完整知識。
2、 Self-Determination
在傳送給學生的三種最相近的蝴蝶中，也可能都不是正確的， 所以系統發展了nature journal subsystem來協助及訓練學生發展 其學習能力；此nature journal subsystem提供網頁形式的無線查 詢功能，讓學生可以依照蝴蝶生長月份、顏色、體型等特徵來查詢 蝴蝶的相關資訊。 如 果 學 生 沒 有 蝴 蝶 的 先 備 知 識 ， 可 以 利 用 nature journal subsystem將觀察結果利用問答式的描述記錄下來，並傳送給老 師，老師可以給予適當的回覆以協助學生建立知識。 3、 Self-Checking 此系統提供可對學生實施前測及後側，由老師編輯測驗題目， 並設定測試必須完成的時間，測驗形式有兩種，一是提示蝴蝶名 稱，學生必須回答找出正確的蝴蝶影像及其他的問題。另一種形式 則是提示蝴蝶影像，學生必須回答蝴蝶名稱等等的問題。另外系統 會根據題目的平均分數自動調整難度；當此題的平均分數少於40 分，則只有三個選項；40-60分有四個選項；60分以上有五個選項。
4、 Self-Modification 系統提供了"老師瀏覽介面"，讓老師可以瀏覽並檢驗所有學習 者的Notes，給予分數及評比或說明，並再回傳給學習者，學習者 接收到老師的評比及分數便能立即調整對蝴蝶的知識。 （二） 實驗流程 實驗對象為 24 位國小五年級學生，隨機分派到實驗組 BWL group 及 控制組 guidebook group，每組由自然老師及一個蝴蝶專家帶領體驗蝴 蝶觀測活動，BWL group 由 PDA 拍攝照片、搜尋資料，guidebook group 則手工繪製圖片、由圖鑑中搜尋資料。每個活動前後皆利用 Self-Checking 實施前測及後測。 （三） 實驗結果 經由各個活動的前、後測之統計資料顯示，BWL 組經過學習之後，平 均分數多比 guidebook 組來的高，進步幅度也大，如圖 4所示。顯示此 系統有效的改進了學生的學習狀況。
圖 4 行動蝴蝶觀察學習之平均分數對照
資 料 來 源 ： “A Mobile Butterfly-Watching Learning System for Supporting Independent Learning,＂ by Chen, Y. S., Kao, T. C., Yu, G. J., & Sheu, J. P., 2004,
Proceedings of the The 2nd IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education (WMTE＇04), p.7.
三、MCSCL系統
Camila等人（2004）的研究中提出以無線網路搭配掌上型裝置，支援高 中教師在自然課程中實行合作學習系統(Mobile Computer Supported Collaborative Learning，MCSCL)，利用手持裝置輔助合作學習，除了可以 控制及瞭解成員之間的互動討論、利於傳遞資訊及分派組內工作，更有利於 激發學生的學習動機，進而提升學習功效。 MSCSL是依據知識建構論而發展的，知識建構論主張如下： （一） 新知識的獲得必須從學生現有的認知發展與知識水準出發。 （二） 透過有意義的學習經驗來建構與發現新的知識。
（三） 在新知識與先備知識之間建立連結。 （四） 利用合作學習活動促使學生建構新知識。 為了讓學生能夠面對面的討論與建構，此研究使用了ad-hoc模式搭配無 線網路的PDA，MCSCL在課堂小組內的合作學習時十分合適，其的設計能夠讓 學生藉由面對面的討論，從原有的知識中建構出新的知識。 （一） 系統架構：軟體架構共分三層（圖 5），分別為 Activities 、Activity
Player 及 Network Layer：
1、 Activities：在每一個Activities中又分成老師使用的Master Version，學生則使用Slave Version，並包含三種Plugins： (1) GROUP CREATOR PLUGIN(GCP)：在老師端開啟新的合作小組，在
學生端則將對應的成員納入。
(2) GROUP HOLDER PLUGIN：與GCP保持聯繫 保存各組的組別編號及
成員IP。
(3) QUESTION CONTROLLER PLUGIN:在學生端控制活動邏輯流程、學
生答案評估及儲存。
2、 Activity Player：負責整合activities層的多媒體元素及軟 體，主要提供一個架構及眾多服務以發展不同的Activities， 提供的服務如下：
(1) STUDENT AND ACTIVITY ADMINISTRATOR：監視、更新網路中的學生
列表及所執行的ACTIVITY。
(2) ACTIVITY DEFINITION：定義ACTIVITY的格式，以XML格式儲存，
讓PLAYER可以存取ACTIVITY PACKAGE中相關的資料，如聲音、影
(4) MESSAGE SERVICES：同步或非同步的訊息傳送。
(5) STORAGE OF DATA AND EXECUTION STATISTICS.：儲存學生學習資料
及統計。 (6) FLOW CONTROL：流程控制，合作學習活動中三個同學為一小 組，在回答問題時必須取得一致的共識，才能再進行下一題。 3、 Network Layer：負責資訊的傳送與接收，系統利用Wi-Fi網路 及標準的TCP/IP、UDP通訊協定，在PDA之間傳遞同步或非同步 訊息、檔案單點傳播時利用TCP/IP協定，多點傳播利用UDP協定 傳送， 再利用TCP/IP協定來確認。 圖 5 MCSCL系統架構
資料來源：整理自“Teaching Science with Mobile Computer Supported Collaborative Learning (MCSCL),＂ by Camila C., Miguel N., Raúl S., Patricio R., Gustavo Z., Mónica C., & Rafael C., 2004, Proceedings of the The 2nd IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education (WMTE＇04), p.2.
（二） 實驗進行 實驗共進行五週，以高中二年級的兩個班級，每班 45 人，共 90 人 為實驗對象，分別為實驗組與控制組，課程內容為物理科「熱」單元， 每週三節課。為了觀察學生的學習情況，在教授課程之前，控制組及實 驗組皆先進行前測，課程結束後進行後測，並配合問卷調查，瞭解學生 對此系統的觀感。實驗組及控制組教師皆先教授課程。實驗組中利用兩 節課教授課程，第三節則作為合作學習活動之用。 合作學習以三人為一小組來進行（圖 6），每人有一台無線 PDA，老 師先將 activity 從網際網路下載（圖 6a），利用 ad-hoc 網路傳送給每 組成員（圖 6b），小組成員進行合作學習以建構知識（圖 6c），當課 程完成後，老師接收學生的學習資料，並加以分析學生學習成果（圖 6d）。
a 教 師 從 專 題 首 頁 下 載 activity至Pocket Pc。 b 在教室內利用ad-hoc模 式傳送給學生。 c 學生進行合作學習之討 論。 d 課程完成後，教師蒐集學生的作業。 e 可上傳至網站或PC做進一步分析。 圖 6 MCSCL合作學習流程
資料來源：整理自“Teaching Science with Mobile Computer Supported Collaborative Learning (MCSCL),＂ by Camila C., Miguel N., Raúl S., Patricio R., Gustavo Z., Mónica C., & Rafael C., 2004, Proceedings of the The 2nd IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education (WMTE＇04), p.3.
合作學習活動的題目由專業教師編成，並由心理學家協助，將課程 中相關的概念組合而成，用以評估學生對每一個概念的理解程度。題目 分成兩種題型：第一類型及第二類型；第一類型為答案是老師於上課中 講解過的概念，第二類型則需要利用上課中講解過的概念，經過討論再 建構出答案的。 合作活動中，每一個問題都有三個選項，在同一組的學生都必須做 選擇，每一題都必須全體三人都答對了才會繼續下一題，當學生選擇了 錯誤得答案時，此選項便失去被選擇的能力，藉以提醒學生，學生便會 對問題相關的概念進行討論已建構新的知識，流程如圖 7。
Yes Yes QUESTION 圖13..b 達成共識 繼續討論 圖13.g 正確? 圖13.c 其他問題 下一題 不正確 圖13.d 結束 Answer Yes No No No a 圖 7 MCSCL活動流程及使用者介面
資料來源：整理自“Teaching Science with Mobile Computer Supported Collaborative Learning (MCSCL),＂ by Camila C., Miguel N., Raúl S., Patricio R., Gustavo Z., Mónica C., & Rafael C., 2004, Proceedings of the The 2nd IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education (WMTE＇04), p.4.
（三） 實驗結果 1、 量的研究方面 實驗組與控制組在答案正確率上有顯著差異，也就是說，實驗 組在合作學習活動的正確率顯著高於控制組，尤其是第二類型需要 利用上課中講解過的概念，經過討論再建構出答案的，有顯著差異。 2、 質的研究方面 根據問卷調查，整個實驗過程中，實驗組學生皆有高度的動機， 所有的學生參與其中且面對面的溝通彼此的意見。學生指出，有許
習，變的更有趣，更容易且更有效率。同時也表示：此種新工具可 以讓同學學習新的事物，分享知識也更為容易。
（四） 結論
在課程中有效的整合科技是一項很大的挑戰，本篇論文提出以無線 網路的掌上型裝置支援高中教師在自然課程中實行合作學習系統
(Mobile Computer Supported Collaborative Learning，MCSCL)，此 MCSCL 系統對高中二年級學生，以物理課程進行五週的實驗，並取得了 質化及量化的紀錄，師生皆給予高度評價，MCSCL 提供了高度的機動學 習設備，改變了教室動態，也提高了學生之間的合作關係。
四、 MUSEX系統
由東京大學Koji Yatani團隊（2004）所發表的「MUSEX:A System for Supporting Children＇s Collaborative Learning in a Museum with PDAs」 發展一套以PDA配合RFID、無線網路支援孩童在博物館的合作學習系統。利 用此套Musex系統，孩童可以合作挑戰展覽場地中的許多問題,更專注於解決 問題，也讓孩童能夠深入的從展覽場地中獲取知識，此Musex系統在日本的 科學博物館中評估也證實是有效的。 （一） 系統配備 此套系統配備 Database Server，並在展覽環境的展出品安裝有唯一 編號的 RFID(射頻 IC)，參與者以兩人為一合作學習小組，分別配備有無 線網卡及 RFID 讀取器的 Pocket Pc、無線對講機。當參與者的 Pocket Pc 接近 RFID 時，會接收到 RFID 的編號，此時 Pocket Pc 利用無線網路向 Database Server 要求此編號的相關題目，並呈現在 Pocket Pc 之上， 供參與者解題。Musex 系統配置如圖 8。
每一組要解決十三題題目會隨機出現，故順序不同。而題目的設計 原則如下：（1）適合國小學童的問題難度。（2）問題要包含所有重要 的展場設施。（3）問題要可以寫下或猜測。（4）沒有時間限制。
解題成功
解題失敗
尚未解題
解題成功
解題失敗
尚未解題
圖 8 MUSEX系統配置 圖 9 MUSEX解謎拼圖資 料 來 源 ： 整 理 自 “Musex: A System for Supporting Children＇s Collaborative Learning in a Museum with PDAs,＂ by Koji Y., Masanori S., & Fusako K., 2004, Proceedings of the The 2nd IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education (WMTE＇04), p.5.
（二） 活動流程 活動開始時，在兩位參與者的 Pocket Pc 上會出現相同的解謎拼圖， 分別編號從 1 至 12，如圖 9。如果題目還未被解開則以白底紅字表示； 如果題目成功的被解決，則相對位置上會出現部分的圖的，如果解題失 敗，則相對的位置會以灰色表示。兩位參與者為尋求快速解題可分開行 進，當其中一位參與者對某一題成功解題，則同組的另一位參與者的畫 面也同步更新，相同的，如當任一位參與者解題失敗，則兩位都的同一
有吸引力，當探索完成後，孩童回家經由網站回顧答題情形能學習更多 知識。 （三） 結論 MUSEX 支援孩童在博物館的合作學習，經由實驗證實孩童能更專注於 展場的活動也更能吸收知識，形象化的使用狀態更能夠讓組員之間產生 互動。
五、分析與比較
CoMobile、BWL、MCSCL及MUSEX系統，各有其優點，如以自然與生活科 技領域的戶外教學，配合合作學習須強化小組成員溝通之觀點來比較、分 析，更能歸納出後續所需發展之系統功能（表 3），以無線網路傳輸支援合 作學習模式的戶外教學，以圖像化介面將所需功能整合於行動裝置，成員之 間能以多媒體的形式，如相片、語音、電子白板、視訊檔案等溝通及分享。表 3 相關系統功能比較 CoMobile 系統 BWL系統 MCSCL系統 MUSEX系統 支援戶外教學 ○ ○
×
×
支援合作學習 ○×
○ ○ 無線網路(wifi)傳輸×
○×
○ 老師指導×
○×
×
網頁查詢資料 ○ ○×
×
系統整合於PDA×
○ ○×
圖像化的介面×
○×
○ 可拍攝相片作為記錄×
○×
×
可錄製視訊作為紀錄×
×
×
×
可利用語音即時溝通×
×
×
×
可利用電子白板即時溝通×
×
×
×
可即時分享語音檔案×
×
×
×
可即時分享相片檔案×
×
×
×
可即時分享視訊檔案×
×
×
×
×
表示「不可」 ○表示「可」 CoMobile系統提供使用者以行動裝置連接最常見的網頁論壇（Web Forum）來支援合作學習，使用者可以文字、相片、視訊及語音等多媒體形 式進行提問、交換意見，學習課程及經驗。讓行動裝置以SMS、MMS、WAP、 HTML browser及dialing等多樣性的連接方式連接上論壇。其介面未整合， 需分別操作手機上的SMS、MMS及錄影等，且不同手機有不同的使用方式，增 加使用者使用困難度，又其採論壇模式，雖能傳遞圖片、聲音、影像，但未 能一對一或一對多即時溝通，降低使用者地使用動機。BWL系統以Ad-hoc模式之網路支援學生於戶外個別獨立學習。個別學生 於戶外利用行動裝置隨意的觀察蝴蝶，方便學生以多媒體記錄筆記（相片）， 並可藉由網頁形式的查詢系統了解蝴蝶的相關資訊，也可將觀察結果利用行 動裝置傳送給老師，老師再給予回覆以協助學生建立或修正知識。此系統相 對於傳統的圖鑑式蝴蝶觀察，學生個別建構知識的增長有顯著的效果。在此 「BWL系統」中，老師對眾多學生的問題難以及時回覆，如能讓學生以合作 學習的模式進行活動，增加小組成員的互動及資源分享，藉由小組討論時會 出現的認知衝突，可以修正思考推理不足之處，促進學習上的績效。 MCSCL系統以Ad-hoc模式之網路支援學生自然科的合作學習小組於教室 內進行學習。老師先於教室內進行傳統課程，而後學生對選擇式的問題，利 用行動裝置面對面的討論，從原有的知識中建構出新的知識。對教室內學生 之間的互動關係有很大的改善，也提高了學生的學習動機。 「MCSCL系統」中學生以行動裝置進行互動僅止於對選擇式問題的討 論，如果能夠更貼近學習現場；無論是在實驗或是觀察階段都能利用到行動 裝置，增強學生利用行動裝置互動及資訊的分享，效益應該更大。 Musex系統讓孩童更專注於展場的活動也更能吸收知識，形象化的使用 狀態更能夠讓組員之間產生互動。但其設備多樣，造成使用者不便，應將語 音通訊整合於行動裝置系統，方便孩童使用。 在合作學習的模式中，小組成員能相互溝通才能有後續的協調、主動參 與、分工合作，相互扶持，彼此指導，也才能達到合作學習所強調的互賴、 個人績效及社會技巧的培養。 然而將合作學習的模式，放置到戶外教學的場景，合作學習小組成員分 散於各地，個別觀察所感興趣的內容，如何能維持小組於不同地點的溝通及 分享？將具備無線網路及多媒體特性的行動裝置融入合作學習的戶外教學
中應為一可探究之教學方式；利用無線網路解決不同地點的溝通，並配合行 動裝置可錄製語音、相片、視訊的特性，強化小組成員的溝通。 綜合以上，行動裝置運用在自然與生活科技領域的教學，除了能利用無 線網路構成通聯，將學習場域拉出教室，更貼近學習現場，還能與週遭環境 相結合利用其多媒體功能進行紀錄。如配合小組的合作學習活動，不但能強 化小組成員的互動性，透過小組成員間的相互溝通、協助、鼓勵、分享資訊， 讓彼此從原有的知識中建構出新的知識。故一MMLS，應該能整合多整資源於 單一介面，以方便學生紀錄、溝通、與分享，另外為了了解學生使用MMLS 的互動、溝通情形，也應加入互動歷程紀錄的功能，整體功能需求如下： （一） 方便記錄：學習場域位於戶外時，個別學生能利用 PDA 的多媒體語 音、相片、視訊功能及電子白板隨意的紀錄、觀察。 （二） 方便溝通：以行動裝置的無線網路功能連結無線 AP，使合作學習小 組成員能在不同的地點，以語音或電子白板的方式方便小組溝通，其 溝通討論時會出現的認知衝突，可以修正思考推理不足之處。 （三） 方便分享：合作學習小組成員利用行動裝置紀錄的多媒體記錄，如 相片、語音或視訊能夠在小組內分享，並配合彼此間即時的溝通，更 能夠強化小組內互動的效益。 （四） 互動歷程紀錄：紀錄合作學習小組之間，使用此套 MMLS 的互動歷程， 提供作為後續分析之用。
第三章 系統設計與實作
第一節 系統設計
本研究欲解決國小自然與生活科技領域中，合作學習模式之戶外教學中 不易紀錄，不易溝通，不易分享的缺點，以支援多媒體功能的行動裝置配合 無線網路，發展一套「MMLS」（Multimedia Mobile Learning System，MMLS）， 針對戶外教學時的缺點，開發出多媒體筆記簿、即時溝通和即時資料傳輸功 能，另外為了評估學生使用本系統的效果，再加入互動歷程記錄功能，整體 系統概念如圖 10，說明如下： 圖 10 系統功能概念 （一） 解決不易紀錄問題 為了解決戶外教學時不易紀錄的問題，發展多媒體筆記簿功能 （Multimedia Notebook Function），提供學習者能在戶外教學現場， 即時以 PDA 錄製視訊、聲音、相片及書寫電子白板作為多媒體筆記，方 便學習者能夠即時記錄。並能隨時調閱、查詢所記錄之內容，亦可將這 些筆記透過資料傳輸與合作學習小組討論及分享。其子系統包含 E-board
Module、Graphic Module、Voice Module、Video Module。Graphic 及 Video Module 部分操作介面如圖 11，讓使用者利用 PDA 內建之數位相 機進行相片拍攝，儲存至指定的位置，並提供相機鏡頭拉近拉遠之功能。 圖 11 Graphic Module之操作介面 （二） 解決不易溝通問題 為了解決合作學習小組成員因身處不同地點，造成不易溝通的問 題，發展即時溝通功能(Communication Function)，以無線網路即時同 步傳輸小組成員間的電子白板(E-board Module)，本系統除了手繪圖的 同步，並可同時傳輸並播放即時的語音、相片及錄影，使小組成員能遠 端且即時的溝通，其包含 E-board Module、File Transfer Module、 NetSerever Module、NetClient Module、Command Encoder Module、 Command Decoder Module 等，E-board Module 操作介面如圖 12，建立 連線之 PDA 於電子白板上書寫文字，並即時傳遞給遠端的 PDA，達到即 時溝通之目的。
圖 12 E-board 操作介面 圖 13 傳送視訊檔案
（三） 解決不易分享問題
為了解決合作學習小組成員因身處不同地點，造成不易分享的問 題，以資料傳輸功能(Data Transfer Function)連結無線網路即時傳輸、 接收合作學習小組成員之間的多媒體筆記，並儲存於 PDA 上，配合 E-board Module 顯示於 PDA 畫面或播放。讓成員能夠遠端即時分享彼此 的手繪圖、相片、語音紀錄或視訊，檔案傳送分享介面如圖 13，本機使 用者接收到遠端成員所傳送來的視訊檔案，自動儲存於系統資料夾，並 提示使用者。 （四） 建立學習歷程紀錄 針對合作學習小組成員之間利用多媒體筆記簿進行紀錄及之間的溝 通與分享歷程，本系統建立記錄成員互動行為之功能，並定義統一之格 式，以利後續之分析。
依據以上對系統功能之需求並配合實驗所需學習歷程紀錄之功能，定義 系統架構（圖 14），此架構以.NET Compact Framework作為作業系統與應 用程式之間的仲介層、應用程式可以控制相機模組及進行網路連線，包含 System Component、Network Component及Multimedia Component，細部設 計如下：
圖 14 系統架構
（一） System Component：系統元件
1、 Learning Record Module：學習紀錄模組。 2、 Command Encoder Module：指令編碼模組。 3、 Command Decoder Module：指令解碼模組。 （二） Network Component：網路元件
1、 NetServer Module：網路主機模組 2、 NetClient Module：網路終端機模組 3、 File Transfer Module：檔案傳輸模組 （三） Multimedia Component：多媒體元件 1、 E-board Module：電子白板模組。 2、 Graphic Module：相片拍攝、顯示及管理模組。 3、 Voice Module：聲音擷取及播放模組。 4、 Video Module：視訊錄製模組。
第二節 系統架構
MMLS分為System Component、Network Component 、Multimedia Component等三大元件系統，系統類別階層中（圖 16），各類別皆繼承於 Object基本類別，Learning Recorder、Command Encoder及Command Decoder 則與E-Board相依。其系統模組架構（圖 15）則以Network Component、 Multimedia Component、System Component順序圖分別說明：
圖 16 MMLS系統模組架構 （一） Network Component：（網路元件） 1、 NetServer 網路主機，設成主機之PDA需同時驅動NetServer及NetClient， 接受本身及其他PDA之NetClient連線、離線要求，傳遞Client之間 的繪圖指令，Server端持續更新連線之IP Table。 2、 NetClient 負 責 連 線 至 NetServer ， 網 路 連 線 指 令 如 41 頁 表 4 ， 接 收 NetServer所更新IP Table，將接收到DataCommandGlobalMessage 指令傳遞給Data Decoder Module以解碼並顯示在E-Board上，或是 將使用者在E-Board上的繪圖指令傳遞給Command Encoder Module
編碼後，經由NetClient傳遞給NetServer，再分送至各連線之MMLS 以同步顯示，系統連線示意如圖 17，說明如下：
(1) CLIENT端發送DATACOMMANDCLIENTIDENTIT訊息給遠端要求連線
(2) SERVER接受連線，CLIENT端傳送本身INFO。
(3) SERVER傳送識別碼，以DATACOMMANDLISTCLIENTS指令傳送更新後
的IP TABLE。
圖 17 系統連線示意
系統離線示意（圖 18）：
(1) CLIENT傳送DATACOMMANDKICKCLIENT指令給SERVER，要求離線。
(2) SERVER接受離線，並在傳送更新後的更新後的IPTABLE給還連
線的PDA。 Client 嘗試連線 接受連線 傳送PDA之Info 傳 送 識 別 Server 傳送IP Table
圖 18 系統離線示意 表 4 網路連線指令 連線狀態指令(數值) 編 號 範例 說明 DataCommandClientIdentit(04) 1 04|192.168.0.11 連線時，Client傳送給Server，以＂|＂為分 隔符號，指令後之字串為Client端本身之 IP，Server接收後再藉由 DataCommandListClients傳送Clients的IP Table更新知資訊給Client。 DataCommandListClients (01) 2 01|192.168.0.9|192.168.0.10 Server專用，當連線的PDA狀態改變時，由 Server傳送給所有的Client，後面之字串為 所有連線PDA之IP，以＂|＂為分隔符號。 DataCommandGlobalMessage (02) 3 02|DrawLine,-65536,3,32,86,34,8 5,43,83,48,82,55,82,64,83,73,84 ,85,85,99,86,114,88,130,90,138, 91,167,96,184,100,184,100 Client之間經由Server傳送的繪圖指令，如 h_DrawLine、DrawLine、DrawRectangle、 FillEllipse等，當Network Module接收到此 類指令時，則移除表頭(02)之後 將其後之字 串交給 Data Transfer Module作後續處理。
DataCommandKickClient(05) 4 05|192.168.0.9 當Client欲離線時，由Client透過此指令發 送自身之IP給Server，通知Server，Server 再 呼 叫 DataCommandListClients 傳 送 Clients的IP Table更新知資訊給Client。 Client 嘗試離線 接受離線 傳送PDA之Info Server Client
3、 File Transfer Module
檔案傳輸模組，當系統啟動時，以PORT 3600開啟一無窮迴圈， 接收其他Client端的TcpClient連線，當Client建立連線，則將其 TcpClient傳給server_recive_file函數來接收檔案，部份程式碼 如下：
Do While not myTcpListener Is Nothing
tmpClient = myTcpListener.AcceptTcpClient server_recive_file(tmpClient) Loop Client以Servert傳來的IP Table（clientlist1）為依據，不 經由Server直接傳檔案給其他PDA，以減輕Server之負擔，部份程 式碼如下：
For Each tmpip In clientlist1
If Not tmpip.Equals(myip) Then Dim tmptcpclient As New TcpClient tmptcpclient.Connect(tmpip, outPort)
cNetworkStream = tmptcpclient.GetStream()
圖 19 MMLS系統順序圖
（二） Multimedia Component：（多媒體元件） 1、 E-board Module
電子白板模組，可供學生以觸控筆繪圖，並即時將繪圖指令傳 遞 給 Command Encoder Module 封 裝 後 經 由 NetClient 發 送 到 NetServer，並廣播予所有連線之PDA。繪圖指令如表 5。另可顯示 由Graphic Module匯入之相片，並即時同步於所有連線之PDA。
其中，手繪線的部份，因手繪時以點座標為單位，資料量十分 大，為減低PDA負荷及降低網路流量，只有當所記錄的超過一千筆 座標資料或觸控筆離開螢幕時才進行資料傳輸，部份程式碼如下：
Select Case Draw_Mode Case D_hand '手繪線
Dim g As Graphics = Graphics.FromImage(bmp) If d_hand_data.Length < 2000 Then
g.DrawLine(p, OldX, OldY, e.X, e.Y) PictureBox1.Image = bmp
OldX = e.X OldY = e.Y
d_hand_data += "," + e.X.ToString + "," + e.Y.ToString Else
g.DrawLine(p, OldX, OldY, e.X, e.Y) PictureBox1.Image = bmp
OldX = e.X OldY = e.Y
If isconnect_to_chat_server = True Then
c.SendMessage("h_DrawLine" + "," + pen_c.ToArgb.ToString + "," + point.ToString + "," + d_hand_data)
End If
Dim tempcounter As Long = getcount("h_DrawLine" + "," +_
pen_c.ToArgb.ToString + "," + point.ToString + "," + d_hand_data) d_hand_data = ""
End If Case Else End Select
表 5 繪圖指令 繪圖指令 說明 N o 範例 圖例 h_DrawLine 繪製手繪線
1 07/2/3 上午 07:42:16 [in ] [draw] h_DrawLine,-65536,3,145,58,144,55,146,53,148,51,150,50,152,50,154,5
0,156,52,157,54,157,56,156,59,155,61,152,63,150,64,148,65,146,65,144 ,65,142,63,142,61,143,57,143,57
DrawLine 繪製直線 2
07/2/3 上午 07:42:41 [in ] [draw] DrawLine,-65536,3,25,85,234,48 07/2/3 上午 07:42:45 [out] [draw] DrawLine,-16744448,3,197,30,71,20 07/2/3 上午 07:42:49 [out] [draw] DrawLine,-16777216,3,33,47,131,21
DrawRectangle 繪製矩形 3
07/2/3 上午 07:43:09 [out] [draw] DrawRectangle,-16777216,3,37,35,72,91 07/2/3 上午 07:43:15 [out] [draw] DrawRectangle,-65536,3,77,103,102,111 07/2/3 上午 07:43:24 [out] [draw] DrawRectangle,-16744448,3,90,18,117,93
FillEllipse 繪製實心橢圓
4 07/2/3 上午 07:43:55 [out] [draw] FillEllipse,-16777216,3,43,43,79,8
07/2/3 上午 07:44:00 [out] [draw] FillEllipse,-65536,3,28,93,91,92 07/2/3 上午 07:44:06 [out] [draw] FillEllipse,-16744448,3,73,9,29,77
/clear 清除畫布 5
2、 Graphic Module
相片拍攝、顯示及管理模組，拍攝相片、傳遞至E-board Module 以顯示、傳遞至File Transfer Module以傳輸至其他PDA或將特定 之相片傳送至多媒體筆記簿。 3、 Voice Module 聲音擷取及播放模組，錄製或播放語音檔案、傳遞至File Transfer Module以傳輸至其他PDA或將特定之語音傳送至多媒體筆 記簿。 4、 Video Module 視訊錄製模組，錄製視訊檔，可經由外部播放成播放或傳遞至 File Transfer Module以傳輸至其他PDA、將特定之視訊傳送至多 媒體筆記簿。
（三） System Component：（系統元件） 1、 Command Encoder Module
指令編碼模組，將網路連線指令（41頁表 4）、繪圖指令（44 頁表 5）等經編碼後，再由NetClient Module傳輸至其他線上之行 動裝置。
2、 Command Decoder Module
指令解碼模組，接收NetClient所傳來之字串後解碼，依指令格 式再傳輸給E-board Module或更新IP Table狀態。Command Encoder/ Decoder的說明如下（圖 20）：
(1) 使用者在PDA_1上繪圖，透過ENCODER編碼後由NETCLIENT
傳送給遠端的NETSERVER。
(2) NETSERVER將繪圖的資料傳送給所有PDA的NETCLIENT。
(3) NETCLIENT接收後由DECODER解碼，E_BOAD以繪圖指令繪製
出圖形。
圖 20 指令編碼/解碼
3、 Learning Record Module
學習歷程紀錄模組，當合作學習小組之間進行雙向的溝通、分 享等相關學習活動時，Learning Record Module以log檔案逐項紀 錄包含日期、時間、發送/接收、操作指令及檔案存放位置等細節， 方便後續的分析與比較，記錄格式如表 6，[in|out] 代表從本機 接收|傳送，另外也對多媒體的形式做紀錄，如[video]代表視訊，
表 6 學習歷程記錄格式
No 記錄類型 說明 範 例
1 [in ][video] 從合作學習小組 接收視訊檔案
07/1/31上午 02:09:01 [in ][video] \My Documents\我的圖片\painter4928.3gp\ 2 [out][video] 傳送視訊檔案至 合作學習小組 07/1/31上午 02:09:21 [out][video] \My Documents\我的圖片\painter4928.3gp\ 3 [in ][Photo] 從合作學習小組 接收相片檔案
07/1/31上午 02:09:01 [in ][photo] \My Documents\我的圖片\painter22_28_43.jpg\ 4 [out][Photo] 傳送相片檔案至 合作學習小組 07/1/31上午 02:09:01 [out][photo] \My Documents\我的圖片\painter22_28_43.jpg\ 5 [in ][wave] 從合作學習小組 接收語音檔案
07/1/31上午 02:09:01 [in ][wave] \My Documents\我的圖片\1_2_43.wav 6 [out][wave] 傳輸語音檔案至 置合作學習小組 07/1/31上午 02:09:01 [out][video] \My Documents\我的圖片\1_2_43.wav 7 [in ][draw] 從合作學習小組 接收繪圖指令 07/1/31上午 02:09:01 [in ][draw] h_DrawLine,-65536,3,148,22,149,18 8 [out][draw] 傳輸繪圖指令至 合作學習小組 07/1/31上午 02:09:01 [out][draw] h_DrawLine,-65536,3,148,22,149,18
9 [record] 即時錄製語音檔 record \My Documents\我的圖片 \1_2_43.wav\
第三節 使用者介面
MMLS依據使用者所需的功能，編排出使用者的操作介面（圖 21），主 要有網路連線功能，電子白板繪圖功能，多媒體的相片、語音、視訊的拍攝、 播放及分享，操作介面說明如下：
（一） 開啟 MMLS 程式 1、 點選PDA畫面上的MMLS程式捷徑（圖 22a），出現程式畫面及提 示語音「歡迎使用行動多媒體教學輔助系統」（圖 22b）。 2、 程式成功開啟後，二秒後進入電子白板畫面（圖 22c），電子 白板中上半部為繪圖區，提供使用者繪製圖形及顯示相片。下 半部為網路狀態及命令列，數字部分代表不同的行動裝置，數 字呈灰色代表為離線狀態。 a MMLS 系統捷徑 b MMLS 歡迎畫面 c MMLS電子白板畫面 圖 22 開啟MMLS程式
I
i i i
繪圖區（二） 設定網路主機 MMLS 可設定成網路主機，接受其他 PDA 連線（圖 23a ），成功設定 成為主機則出現訊息視窗（圖 23b)，並且 MMLS 的數字呈現紅色，代表 已上線，底色則呈現綠色。 a 設定為網路主機 b 設定成功訊息視窗 圖 23 設定網路主機 （三） 連線至網路主機 MMLS 可以 Client 身分連線至網路主機（圖 24a），成功連線至網路 主機後顯示連線成功訊息視窗，並會更新連線狀態（圖 24b）。 a 連線至網路主機 b 連線成功訊息視窗
（四） 離線 MMLS 可從已連線的網路主機中離線（圖 25a)，成功後顯示「已斷 線，請重新連線」訊息視窗（圖 25b)。 a 自網路主機離線 b 離線成功訊息視窗 圖 25 Client端離線功能 （五） 繪圖指令 MMLS 提供使用者於繪圖區繪圖之功能，繪圖指令包含幾何圖形、畫 筆顏色及畫筆線條粗細等三大項，幾何圖形（圖 26a）計有「手繪圖」、 「實心橢圓」、「矩形」及「直線」。畫筆顏色（圖 26b)分為「黑色」、 「紅色」及「綠色」。畫筆粗細（圖 26c）分為「粗」、「中」、「細」 三種，以上指令之繪圖範例顯示於圖 26d。
a 幾何圖形指令 b 畫筆顏色指令 c 畫筆粗細指令 d 繪圖指令使用範例 圖 26 繪圖指令功能 （六） 檔案處理 檔案處理是指電子白板的檔案處理，其包含存檔、清除及開檔，分 別說明如下： 1、 儲存檔案：點選「存檔」指令，將電子白板畫面存為圖像檔案 （圖 27a），並放至多媒體筆記簿（圖 27b）。
