以雲端支援架構建置RFID為基礎之個人化無所不在學習系統 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學資訊管理學系. 碩士學位論文指導教授:李有仁博士. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 以雲端支援架構建置 RFID 為基礎之個人化無所. ‧ sit. y. Nat. 不在學習系統. n. er. io. A Cloud-supported Framework for a l RFID-based Personalized v Implementing i n Ch engchi U Ubiquitous Learning system. 研究生：林彥志中華民國一百年七月.

(2) 致謝今天能完成到最後一步，要特別感謝的是我的指導教授李有仁老師，讓我親身經歷過商研院、資策會、研討會的各式各樣研究，還有每一周的開會時間，都是由您親自指導。您帶我見過許多大場面，見過許多大師，也開闊我的視野、教我們放眼國際，還有獨特的創新理念與事事追求鉅細靡遺的態度，以及那堅強的體魄，可以近乎整天工作的認真，著實地影響了我對於做事情的方式，也不時提醒自我、促使自己進步，謝謝您。而我能夠專注在我的學業上，最重要是我的家人支持，多虧你們的體諒還有協助，允許我任性的做自己的事情。個人想感謝的是照顧我的媽媽，讓我每次回到家都不用煩惱，又常常煮很多美食給我補身體，希望妳能開開心心過生活；我也想謝謝愛操心的姐姐，妳跟姐夫幫了我很多忙，也力挺我完成學業，我沒忘記在課餘的時間和姪女姪子們出去，我多希望能多一點時間陪你們玩；另外謝謝脾氣暴躁的哥哥，你讓我懂得要認真努力，希望你能放下煩惱；還有我最愛的爸爸，我將學業完成了，這就是我兩年來的成長，展現給你看，希望你會滿意。另外，謝謝家族的每一位成員，我能感覺大家默默支持，也希望你們看到我的成果，也希望能做為弟弟妹妹們的榜樣，希望我做得還不差。政大，是一間很能夠培養學生的學校，這裡的山和水我都不會忘記，每天清晨的鳥叫聲、每天深夜的蟲鳴，夏天的炎熱和冬天的酷寒，美麗的山林和幽靜的河堤。政大商學院，企管所、科管所的課程，讓我看到不同領域的. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 專長，也受到了資管所嚴格的磨練，實在獲益良多。我曾指導過的學弟妹們，JOHOGO、IDOBUS、MIRRORFAIRY 團隊，我一直覺得與你們一起激盪腦力和完成目標，是另一種學習成長也很快樂，希望你們都能夠找到自己喜歡的未來，不要迷惘。 GEBRC 的學長姐們，JERRY、書勳、JJ、芳凱、愛君、純勝、瑞珊，在你們身上我看到了堅持與細心，自我要求論文的質量，我想最後我也是受你們的影響。GEBRC 的同學和學妹們，雋文、彥璋、191、妞妞、玉佩、小哈比，一起咪聽、一起共渡難關、一起出去玩、一起抱怨，這些都是支持我能夠繼續完成研究的動力，總是說著要一起加油。終於，我們一起歡呼吧！. Ch. engchi. i n U. v. 還有同一屆的同學們，我們一起修過的每一個課程，我很感謝每一位相處的同學，好想把班上同學名字都寫下，因為你們都很特別。但礙於篇幅，僅在我心中默數著。那些一起念書與報告的日子，給了我很深刻的回憶，大家都深藏不露也很會哈拉，我很慶幸我的選擇是沒錯的。最後，謝謝我的女朋友，不論是在身邊的或是不在身邊的時候，妳是我的阻力也是我的助力，謝謝妳的陪伴還有支持，其實我都只想說謝謝妳跟家人一樣陪著我。並且再次感謝我的家人，也謝謝自己。因為，我知道我要的是什麼。 1.

(3) 摘要本研究提出一項無所不在的學習系統架構改變傳統數位學習之教育傳遞的方式，讓學習者能在任何時間、任何地點透過行動裝置，連結雲端上的學習系統便能自動取得數位化的教學課程及輔助教材等教學資源，並結合 RFID 標籤之唯一性及無線辨識功能，除了可感測、讀取周遭環境物件資訊以外，更作為學習者個人辨識登入的方法，進而驗證以取得個人所屬的學習課程或學習進度規劃等功能，創造個人化無所不在學習，期許改善目前數位學習在散播教育資源這塊領域，仍有不足之處所造成的數位落差。系統架構本身採用雲端運算作為後端開發技術，將系統、數位學習課程與資料庫分散在各地，以減少單一系統之資源負載量過大及頻寬不足等問題，讓學習者接受即需的教學服務。. 政治大關鍵字：數位學習、無所不在的學習、無線射頻辨識、雲端運算、手持行動立裝置 ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 2. i n U. v.

(4) Abstract This paper proposes a ubiquitous learning system framework, in order to improve traditional e-learning method for delivering education. Learners could connect to the learning system on the cloud by mobile devices at any time and any place. It could automatically access digital educational resources such as learning courses and supplementary materials. Using the RFID tag for uniqueness and radio frequency identification function. In addition to context-aware and reading the information of objects around the enviroment. It also can be a personalised identify for learners to login and access one‟s own function of learning courses or learning scheduling to create personalized ubiquitous learning. There is lack of education due to digital divide which calls for improvement of distributing educational resources. The proposed system architecture incorporates cloud computing for back-end development technology. In order to reduce resource overload of the single system and lack of bandwidth, distributing the learning system, e-learning course and database to several places enable learners to take on-demand educational services.. 立. 政治大. ‧ 國. 學. ‧. Keyword: e-learning, ubiquitous learning, RFID, cloud computing, handheld and mobile device. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 3. i n U. v.

(5) 目錄致謝 ................................................................................................................. 1 摘要 ................................................................................................................. 2 Abstract ........................................................................................................... 3 目錄 ................................................................................................................. 4 圖目錄 ............................................................................................................. 6 表目錄 ............................................................................................................. 8 第一章緒論 .................................................................................................. 9 第一節研究背景 .............................................................................................. 9 第二節研究動機 ............................................................................................ 10 第三節. 研究目的 ............................................................................................ 10. 第四節研究流程 ............................................................................................ 11 第二章文獻探討 ......................................................................................... 13 第一節數位學習（Electronic Learning） ............................................... 13 2.1.1 數位學習之定義 ............................................................................. 13 2.1.2 數位學習之演進與創新 ................................................................. 14 2.1.3 數位學習之優勢與政策發展 ........................................................ 15 第二節無所不在的學習（Ubiquitous Learning） ................................. 16 2.2.1 無所不在的學習之定義 ................................................................. 16 2.2.2 無所不在的學習之環境（Ubiquitous Learning Environment）. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. ...................................................................................................................... 17 2.2.3 無所不在的學習與過往數位學習之比較 ................................... 18 2.2.4 無所不在的學習之特性（Characteristics of Ubiquitous Learning） ................................................................................................. 21 2.2.5 無所不在的學習之研究類型歸納 ................................................ 22 第三節無線射頻辨識技術（RFID） ........................................................ 25 2.2.1 無線射頻辨識的定義 ..................................................................... 25 2.2.2 無線射頻辨識的發展 ..................................................................... 26 2.2.3 無線射頻辨識的應用範圍 ............................................................. 27. Ch. engchi. i n U. v. 2.2.4 無線射頻辨識的標準化 ................................................................. 28 2.2.5 無線射頻辨識與其他技術之比較 ................................................ 29 第四節雲端運算（Cloud Computing） ................................................... 31 2.4.1 雲端運算的定義與發展 ................................................................. 31 2.4.2 雲端運算的架構 ............................................................................. 33 2.4.3 雲端運算的技術優勢 ..................................................................... 34 2.4.4 雲端運算未來的發展趨勢 ............................................................. 35 2.4.5 雲端運算與行動裝置的應用 ......................................................... 36 4.

(6) 第五節. 手持行動裝置（Handheld and Mobile Devices） ..................... 37. 2.5.1 行動裝置的發展 ............................................................................. 37 2.5.2 各類型手持行動裝置 ..................................................................... 39 2.5.3 手持行動裝置的發展 ..................................................................... 40 第三章研究設計 ......................................................................................... 42 第一節商業化數位學習系統 ....................................................................... 42 第二節 ULSR 系統設計 ................................................................................ 45 3.2.1 系統架構 .......................................................................................... 45 3.2.2 雲端支援架構 .................................................................................. 47 第三節系統操作流程 ................................................................................... 49 第四節系統開發技術與規範 ....................................................................... 50 第五節. 系統限制與假設 ............................................................................... 54. 第四章系統開發 ......................................................................................... 56 第一節系統規劃 ............................................................................................ 56 第二節系統模組設計 ................................................................................... 57 第三節系統建置 ............................................................................................ 59 第四節情境模擬與系統展示 ....................................................................... 66 4.4.1 教師之操作情境展示 ...................................................................... 66 4.4.2 學生之操作情境展示 ...................................................................... 69 第五節系統比較 ............................................................................................ 76 第五章總結與建議 ..................................................................................... 78. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. 研究結論 ............................................................................................ 78. sit. 第一節. n. al. er. io. 第二節未來研究方向與建議 ....................................................................... 78 第六章參考文獻 ......................................................................................... 80 附錄一無所不在的學習之文獻整理 ........................................................... 86. Ch. engchi. 5. i n U. v.

(7) 圖目錄圖圖圖圖圖圖圖圖圖. 1：研究流程圖…………………………………………………………………12 2：數位學習的演進與相關科技……………………………..……………….15 3：學習環境的區分…………………………………………….……………...18 4：無所不在的學習研究類型歸納圖…………………………………………23 5：無所不在的學習研究文章年發表數量統計圖……………..…………….24 6：RFID 系統架構圖……………………………………………….…………26 7：RFID 標籤（右者為 Wal-Mart 所使用的標籤）……………….……….26 6：雲端運算的三個層級………………………………………………………25 7：使用者環境與 ULSR 系統架構示意圖……………………………...……33. 圖圖圖圖圖. 8：雲端運算的概觀圖…………………………………………………………32 9：雲端運算的三個層級………………………………………………………34 10：中國文化大學推廣部網站架構………………………………………….42 11：iCANxp 課輔系統架構及操作畫面圖…………………………………..44. ‧. ‧ 國. 學. 12：使用者環境與 ULSR 系統架構示意圖………………………………….46 13：本研究之 ULSR 系統架構圖……….....................................................48 14：使用 ULSR 系統之個人化學習流程圖………………………………….49 15：MapReduce 軟體設計模型示意圖…………………………………....…51 16：MapReduce 軟體設計模型運作過程示意圖.........................................52 17：OSCAT 線上教材編輯工具之編輯畫面與匯出檔案............................54. y. Nat. 圖圖圖圖圖. 立. 政治大. sit. n. al. er. io. 圖 18：雛型系統開發流程................................................................................ 56 圖 19：ULSR 系統模組關連圖.........................................................................58 圖 20：ULSR 登入畫面.................................................................................... 59 圖 21：ULSR 系統使用者端 RFID 讀取模組示意圖.......................................60 圖 22：各類 UHF RFID 標籤及 UHF RFID reader(支援 USB 介面)..............60 圖 23：RFID Reader 開發套件之控制畫面.....................................................61 圖 24：功能畫面與系統區塊配置.....................................................................62 圖 25：切換語言介面功能(左)與切換語言前後的比較(右)..............................62 圖 26：使用者個人化資訊設定功能.................................................................63 圖圖圖圖圖圖圖圖. Ch. engchi. i n U. v. 27：個人學習狀況及課程評分.....................................................................63 28：個人課表及學習狀況............................................................................64 29：學習進度控制相關功能.........................................................................64 30：課程目錄總覽........................................................................................ 65 31：上傳 SCORM 教材檔案........................................................................65 32：新增目錄功能展示................................................................................ 66 33：新增科目功能展示................................................................................ 66 34：新增課程功能展示................................................................................ 67 6.

(8) 圖 35：編排課程大綱展示................................................................................ 67 圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖. 36：匯入課程教材檔案展示.........................................................................68 37：教師角色之其他功能展示.....................................................................68 38：成績單設定分數展示............................................................................68 39：新增討論區展示....................................................................................69 40：新增活動事件展示................................................................................ 69 41：學習場景之情境轉換圖.........................................................................70 42：RFID 讀取模組感應展示...................................................................... 70 43：個人選課狀況展示................................................................................ 71 44：課程開始畫面展示............................................................................ ....71 45：進行無所不在的學習之課程展示.........................................................72. 圖圖圖圖圖圖圖圖. 46：生態水道區之情境圖............................................................................72 47：即時訊息展示....................................................................................... 73 48：觀察動植物情境模擬展示....................................................................73 49：情境感知取得環境相關教材展示.........................................................74 50：台北樹蛙的特徵與習性等詳細資訊展示..............................................74 51：進行測驗功能展示................................................................................ 74 52：進行測驗展示.................................................................................. ......75 53：測驗通過展示........................................................................................ 75. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 圖 54：完成課程展示........................................................................................ 75. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 7. i n U. v.

(9) 表目錄表 1：學習環境結合不同技術創造各種數位學習的型態……………………...17 表 2：數位學習之特徵比較表……………………………………………………19 表 3：u-Learning 研究類型歸納百分比例表……………………………………22 表 4：各種識別系統優缺點的比較………………………………………………29 表 5：可攜式電腦的演變………………………………………………………....38 表 6：現有各類行動裝置之規格比較…………………………………………....39 表 7：中國文化大學推廣教育部之網站系統……………………………………43 表 8：其它無所不在學習系統與 ULSR 之特性比較表………………………...77 表 9：近期關於無所不在的學習之文獻整理……………………………………86. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 8. i n U. v.

(10) 第一章. 緒論. 第一節. 研究背景. 教育與學習的方式不斷地在改變，由於技術不斷進步、散佈，幾乎對每一方面的生活方式都有所影響，其中對於教育的改變尤其明顯。近年來，數位學習在國際上的發展非常迅速，英國經濟學人（EIU，2008）調查發現數位學習能夠幫助提升國家整體競爭力與縮短數位落差，其研究報告表示”科技創新將持續改變學生學習與教授教學的方式，同時也將在世界各大學爭奪最好、最聰明的頭腦之時成為一項重大的差異”，數位學習結合更完善的課程與技術，將有助於讓學生確保有充分的準備來面對各種考驗，因此世界各國皆在此投下不少資金，莫不將此視為知識經濟時代的關鍵競爭策略。當數位學習的風氣席捲全球，在全球教育市場開放及國際化的情況之下，如何讓學習者得以接觸與獲得更多學習機會，也將讓全球各個國家政府與學校面臨更多的考驗，也迫使著教育應及早改變來面對這龐大的競爭及壓力，因此本研究希望對數位學習如何創新來進行探究。數位落差（Digital Divide），通常被認為是一種資訊擁有者與資訊欠缺者之間，由於資通訊科技的使用與否，造成雙方在財富、資訊等獲取方面產生差距的現象（NTIA,1998）。或是由於不同社會經濟地位的個體、家庭、企業和地區，接近資通訊科技和使用網際網路從事各項活動的機會上之差距（OECD,2001）。所以數位落差不僅是指人們實際接觸電腦與網路的機會，同. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 時也包含使用資通訊科技去獲取附加資源的差距之一種現象（Mark，2004）。數位落差的現象可劃分為兩個層次，第一層是解釋、處理人們接近並取得電腦和網路的落差問題，第二層則著重於描述新科技的使用者現象（Sylvia & Marc，2005）。我們能夠發現數位落差已不僅是擁有資通訊科技設備與否所引起，因為光有硬體但若無法取得知識，仍然會出現資訊擁有程度高低不同的差距。現有之數位學習，皆為了提供現代人更方便的學習途徑以提升學習效果，或是解決實體環境所會遭遇到的問題，諸如師資、預算等，因此也間接地在某些方面能夠改善城鄉的數位落差，當科技演進速度變快、設備發展越趨精. Ch. engchi. i n U. v. 良，因而出現了嶄新的學習方式：無所不在的學習（Ubiquitous Learning），它是一種能讓學習者與環境進行雙向互動的數位學習，與傳統上只能單向接受資訊的方式不同，除了更豐富的課程內容及更多樣的喜好選擇之外，也兼具了行動學習的優點，足以堪稱為下一世代數位學習的典範，漸漸地能感受到其影響已經開始出現。本研究所探討之系統架構，目的是希望在未來網路基礎建設更廣泛地設置且普及之下（如：光纖、3.5G、LTE 或是 WIMAX 等高速頻寬的無線網路技術），透過一個共通的系統帄台散播「教育資訊」，讓學習資源較缺乏或是 9.

(11) 地理位置偏遠的區域之學習者，也能同樣地擁有接受教育與訓練學習的機會，並提供任何地方都可以取用的數位學習資源，創造帄等的學習起跑點以縮減數位落差。. 第二節. 研究動機. 傳統上，因為沒有從環境中獲取額外資訊的方法，譬如物體或是場所，所以學者認為，我們想獨自從日常生活的環境裡進行學習是非常困難的事情（Weiser，1991）。單就個人所能看到的物體及其外表，或是聽覺、嗅覺、觸覺等感官所能接受到的資訊之外，並不能得到除此之外其它更深度的知識，所以這樣子的學習是有斷層的，無法接續過往人類所累積、研究、彙整的知識，可是即便能夠隨身擁有一本百科全書，想要查找出正確且相關的部分，在沒有指導者的情況下，也必頇花費許多時間。但是目前我們觀察到最近的研究發展中，無所不在的運算（Ubiquitous Computing）這項技術已經可以讓我們能從周遭的生活環境中取得資料做為學習的用途（Sakamura & Koshizuka，2005）。其實許多創新的電腦應用概念，早已經出現在十幾年前的研究當中，現今真正能夠實現的原因，則頇歸功於技術快速地演變與改進，如：完善的無線通訊、開放式的網路、逐增的計算能力、改良之電池技術的出現和彈性的軟體架構。在未來五至十年，無所不在的運算技術將會逐漸成熟，並將面臨必定要發展無所不在的服務之挑戰，從基本概念轉移到頇整合現有的運算基礎設施和建置創新型大眾廣泛的大規模應用，這些概念將會持. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 續促使運算再次演變（Lyytinen & Yoo，2002）。無所不在的運算是資訊科技的一項新趨勢，我們嵌入了大量的微型電腦（Tiny Computer）到日常生活中的一部分物件中，特別的是這些電腦都配備有感應器或執行器，能與我們生活的環境互動，並具有通訊的功能讓他們可互換彼此資料（Sakamura & Koshizuka，2005）。當技術已經不是困住數位學習之教學型態改變的問題，那麼轉變的時機便已悄然出現，本研究探討的就是將無所不在的運算及數位學習作結合所發展出的一種創新的數位學習：無所不在的學習（Ubiquitous Learning），這項創新概念能實現數位學習之推廣與改善，是否確實能夠創造出新的數位學習架構，即以此研究之結果來進行. Ch. engchi. i n U. v. 初步的探討。. 第三節. 研究目的. 現有對於無所不在的學習所進行的研究，有諸多研究方向及種類，大致分為幾項：技術研發、特性歸納、學習應用等，或是在單一特殊情境下的系統建置，最普遍可見之無所不在的學習系統，是藉由將微型裝置嵌入到周遭環境的物體中，再以手持裝置讀取標籤內存資訊作為一種學習的方式，通常 10.

(12) 只有在學習者移動到不同環境，因周遭環境中的物件改變，系統所能夠讀取的資訊才能更換，諸如此類之情境化的學習方式。但系統常會有資訊量不足、無法擴充、效能不佳，或是應該在某些課程中需有老師陪同教導，否則學習者無法理解資訊傳達的含意等等問題。因此，本研究有感目前尚缺乏一個整體性的系統架構之設計，以藉作為發展無所不在的學習之基本框架，所以首先整理目前各研究者之共同擁有之優點與精良處，並加以考量學習理論及實際發展之必要需求。同時結合新型技術以提高實作可能性，也考慮到未來發展之廣度，歸納各種技術的必要性之後，所設計出的一個系統架構藍圖，期許能將此推廣為一可為國際共通的發展基礎標準。本研究提出的系統架構，主要是以無所不在的運算技術為基礎，結合採用 RFID 及雲端運算（Cloud Computing）兩種技術，設計出一套無所不在的學習系統（ULS；Ubiquitous Learning System）帄台，簡稱為 ULSR （Ubiquitous Learning System based on RFID）。. 第四節. 立. 研究流程. 政治大. ‧ 國. 學. 本研究依循之流程，如下圖 1 所示，首先針對主題蒐集相關資料與文獻，. ‧. 特別是現有國內研究及國外近年發展的研究；透過國內研究了解相關領域近況及應用後，對於全球發展無所不在的學習之研究，從最初發展至今大約近十年來的文獻逐一整理，以便更清楚自身研究的方向和深入接觸技術面；了解現行國內外的無所不在學習系統的現況與發展後，從各家研究所給予之未. y. Nat. sit. n. al. er. io. 來研究方向與建議中找出可行之研究目的，開始規劃結合新技術將現有之系統功能加以延伸的想法，並且多方分析各種適合之技術的可行性，最後再加以評估技術的難易度與實踐性；接著便著手設計本研究以雲端支援架構來建構一個用 RFID 做為基礎技術實現個人化無所不在學習系統，並以雛型開發系統的方式進行系統建置，最後針對各種適用情境做模擬之測詴，以及和過去同類型研究的無所不在學習系統做一詳細之比較。. Ch. engchi. 11. i n U. v.

(13) 收集資料. 整理文獻. 分析可行性與規劃架構. 評估技術與適用情況. 系統設計. 學. ‧ 國. 立. 政治大發展系統雛型. 情境模擬與系統比較. ‧. 圖 1：研究流程圖. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 12. i n U. v.

(14) 第二章. 文獻探討. 隨著時代的演進與國際化，人類共有的資訊不斷地被累積，而人類從小到大也必頇經過尋找及學習，才能夠豐富個人的知識內涵、專業技能，透過科技的進步，資訊也能快速地被散播和被分享，而形成所謂的帄面世界（Plat World）之觀念。因此，為了提升個人競爭力，學習已經被視為終身之所必頇，經由現有電腦技術，將原本的實體書籍內容轉變成能夠在電腦科技上呈現的格式，稱為內容數位化（Content Digitalized）。把數位內容呈現在各種不同的裝置上面，如桌上型電腦（PC）、筆記型電腦（NB）、手持型電腦（Handheld Computer）、嵌入式電腦等，就能夠實現許多學習與教學方式的變化。文獻一開始首先從了解數位學習開始進行探討，進而了解無所不在的學習以思考怎麼樣來尋找相關可行之技術，進而發展本研究的系統架構。. 治政第一節數位學習（Electronic Learning）大立採用數位化的內容來進行學習，可以大幅地減少許多實體學習方法的不 ‧. ‧ 國. 學. 便之處，譬如時間、地點、種類及深度等等，所以首先介紹數位學習的定義以及其發展的狀況。. y. Nat. 2.1.1 數位學習之定義美國教育訓練發展協會(ASTD, American Society. sit. n. al. er. io. of Training and Education)認為數位學習的定義為：「數位學習是學習者應用數位媒介學習的過程，數位媒介包括網際網路、企業網路、電腦、衛星廣播、錄音帶、錄影帶、互動式電視及光碟等。應用的範圍包括網路化學習、電腦化學習、虛擬教室及數位合作。」根據 ASTD 的定義，我們能清楚了解數位學習所包含的範圍則很廣，所以不論是使用網際網路上校園教學網討論報告、聽廣播電台練習外國語文、打開電視學習數學、或是自行購買教學光碟片教材來進行課程學習，上述各式各樣的學習方式，都屬於數位學習的一種。國際知名市場研究機構 Gartner 亦持類似的看法，認為數位學習是遠距教學的一種，利用衛星廣播、互動電視、光碟等方式來進行課程教學，但目. Ch. engchi. i n U. v. 前主要是以網際網路的介面來傳輸數位教材。而另一知名的國際市場研究機構 IDC 也與 Gartner Group 持有類似的看法，將數位學習定義為透過網際網路或公司的內部網路，將訓練課程或服務傳遞到最終學習者面前的一整套流程。而訓練可以是指同步或非同步的教學。同步是學生跟老師在同一時間上線，而非同步則是學生可與其它學生，在不同的時候取得課程教學內容來進行學習。歸納上述之定義後，可以總結出數位學習的幾項共通之性質： (1) 數位學習可以是一種遠距教學的模式。 13.

(15) (2) 使用數位化的學習資源。 (3) 傳送教材的媒體可以是衛星廣播、互動電視、光碟教學、網際網路等方式。 (4) 網際網路將是一項重要的使用者介面。 (5) 具有同步或非同步的兩種學習模式。 2.1.2 數位學習之演進與創新回顧數位學習的發展，其實數位學習（e-Learning）的前身應該算是遠距教學（Distance Learning），透過各種傳播科技來教授知識或技術的一種教學方式。遠距教學在早期有郵政系統的時候就已經存在，最初是以協助無法親自就學，但卻有進修需求之必要的社會人士為主，讓學習者以函授的方式，進行各種學習活動。後來在電視發明之後，又多了一項媒體可以運用。直到現代，因為科技的發展，網際網路的出現更對數位學習的影響甚巨，網際網路將會是一個極具效率的傳輸媒體，因此不論在學界或是業界皆展開了各種研究計劃，希望能大幅改善傳統學習的效率以及發展新型態的數位學習。而數位學習的型態演進，往往是由於新科技的出現而有重大的改變，目前能被較清楚分辨出來的數位學習有三種型態：電子化學習（Electronic Learning）、行動學習（Mobile Learning）、無所不在的學習，如圖 2 中表示數位學習的演進與其相關科技。（Liu & Hwang，2009）從廣義上來講，電子化學習是形容人們使用具有學習科技（LT）（Rushby & Seabrook，2008）的電子設備（通常是指 Computer），獨立或是合作去發. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 展新的知識和技能的方式。一般只要有桌上型電腦以及有線網路，便能夠進行基本的數位學習。 Rushby（2005）認為具有學習科技的行動裝置，像是 PDAs、智慧型手機或是可攜式電腦，可以構成各種形式的無線學習環境，促進用戶之間及使用者與他們身處的情境間雙向、即時地溝通，而且能夠發展更多功能來推廣行動學習。配合無線的網路通訊技術以及行動裝置構成了行動學習的環境基礎。從 2000 年初以來，由於新型態的行動科技包含了額外的感應裝置，已經能夠提供科技輔助學習的新方向，並且已導致無所不在的學習（u-learning）. Ch. engchi. i n U. v. （Hwang et al.，2007；Yang，2006）的出現。而 Curtin 等學者（2007）認為無所不在的學習能讓使用者透過感應器和他們環境周遭嵌入物體中的無線射頻辨識（RFID）進行互動並學習。另外也有 De Jong et al.（2008）表示情境感知之無所不在的技術正持續地發展和擴散，其應用已開始影響許多不同領域和學科的數位學習方法。. 14.

(16) 政治大. 圖 2：數位學習的演進與相關科技. 立. （資料來源：Liu & Hwang，2009）. ‧. ‧ 國. 學. 2.1.3 數位學習之優勢與政策發展數位學習有隨時、隨地學習的好處，也就是學習的時間及地點已經不再受限於傳統的教學方式：必頇配合老師上課的時間與抵達教室地點的交通等. y. Nat. 問題，只要連線上網，就可以學習。另外，觀察近幾年世界各先進國家數學習相關政策的發展，可以發現數. sit. n. al. er. io. 位學習普遍被定位成提升國家知識競爭力的重要策略，在台灣亦是如此，我國行政院也在 2002 年通過《數位學習國家型科技計畫》，預計五年內投入四十億推動數位學習，希望藉由此計畫提升國家在知識經濟時代的整體競爭力，包括優質人才、充滿活力的產業競爭力，同時還能帶動數位學習相關新型產業發展，並推動新一波學術研究，同時由產業及學術方面雙軌並行，使台灣挾既有優勢，建立高品質數位學習環境，讓台灣成為全球線上學習科技研究領先國家之一，並進而成為學習科技產業大國（劉兆漢，2002）。上述計畫包含七個分項計畫：1.全民數位學習、2.縮減數位落差、3.行動學習載具與輔具─多功能電子書包、4.數位學習網路科學園區、5.前瞻數位學習技術研發、. Ch. engchi. i n U. v. 6.數位學習之學習與認知基礎研究、7.政策引導與人才培育。除了《數位學習國家型計畫》之外，為了健全整體數位內容的發展，政府還投入相當多的資源，執行相關的推動計畫，包含：《知識經濟發展方案》、《數位台灣計畫》、《數位內容產業推動計畫》、《數位典藏國家型科技計畫》、《數位學習國家型科技計畫》、《電信國家型科技計畫》、《數位電視推動計畫》、《文化創意產業》、《壓縮數位落差行動計畫》、《行動台灣應用推動計畫（M 台灣計畫）》、《策略性服務產業》等。這些計畫或多或少對我國高等教育的數位學習環境的建立與發展都有直接或間接影響。 15.

(17) 我國的資訊科技產業發展在世界上占有舉足輕重的地位，政府也相當重視數位學習對國家競爭優勢的影響，所以在投入數位學習基礎建設上不遺餘力，不但鋪設高速資訊通訊網路、建構完善資訊教育基礎及應用環境（截至 2005 年 3 月底為止，我國經常上網人口達 925 萬人，網際網路連網應用普及率為 41%）（李雅萍，2005）、且加強推動資訊及網路教育、增進全民資訊應用知能、充實網路學習內涵、善用網路資源改進教學模式、提升網路教學品質、建立網路學習體系。也因此我國在經濟學人（EIU）發表之《2004 年數位學習整備度調查》，表現良好，足以顯現我國對數位學習的重視，並將之視為提升國家競爭力之關鍵策略。（徐敏珠，2007）. 第二節. 無所不在的學習（Ubiquitous Learning）. 2.2.1 無所不在的學習之定義目前為止雖然已經有許多關於無所不在的學習之研究，針對於其定義這方面，其實尚未有明確且清楚的定義，眾多的學者對於「u-learning」皆有不同的看法。但是最普遍的共識，一般大致上皆認為無所不在的學習就是“不受限於時間與地點的學習，學習活動能夠隨時隨地的發生”，這便是最廣泛被接受的無所不在的學習之定義。所以在此定義之下，對於無所不在的學習之概念，也有許多不同看法，例如 Hwang、Tsai 和 Yang（2008）認為任何的學習環境，只要能允許學生在任何地點、任何時間存取學習內容，即可被稱為是一個無所不在的學習環境，. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 無論無線通訊或是行動裝置有沒有被使用。所以就此觀點，行動學習的環境讓學生能透過擁有無線通訊之行動裝置存取學習內容，便是廣義的無所不在學習之定義下，一種特殊的例子。雖然以廣義的定義之解釋，似乎學習不需要有任何電子產品或是資通訊技術的協助，只要學習者本身即能進行，但由於本研究所探究之無所不在的學習，如上節所述，其實是數位學習的一種應用，並且是一種經過時間以及技術的漸進發展之後，慢慢地才發展出來的學習方式，所以除了包含可隨時隨地與環境互動以及取得更多資訊等特色，應配合學習活動而設計出一連串流程以達到促進學習之目的，因此本研究是以無所不在的學習應架構在數位. Ch. engchi. i n U. v. 學習的環境、邏輯、流程及架構之基礎上來進行探討。另外，也有學者將能與環境互動之無所不在的學習，稱為「情境感知之無所不在的學習」，主要強調其包含具感測能力之相關技術與裝置，譬如本研究所採用之 RFID，或者是藍芽、無線 Wi-Fi，或其他能偵測溫度、濕度等功能之電子感測器。 Kawahara et al.（2003）認為在無所不在的運算環境中，情境感知這項特色，讓學習系統能夠更了解學習者在真實世界裡的行為以及其時間性的環境變數。本研究所設計之無所不在的學習環境，是建構在數位學習的基礎之上的 16.

(18) 系統架構，而數位學習的環境往往都是搭配最新的科技才能實現，如同下節所述，無所不在的學習環境便是必頇建構在無所不在的運算之上，因此在後續章節中將會介紹採用「行動裝置」、「無線通訊」及「感測互動科技」等三項必備技術所設計之系統，在此基礎建構之環境中，即使只採用任何單一之技術，也能夠讓其他型態的數位學習得以實現。 2.2.2 無所不在的學習之環境（Ubiquitous Learning Environment）由於新科技的發展與電腦體積的縮小，讓數位學習的型態也不停地改變，從下表 1 可以看到，因採用不同的技術來進行學習活動便創造不同的數位學習型態，支援各種型態的學習環境都是源自於電腦運算技術，而應用新的電腦運算技術來進行數位學習，從最初的個人運算到目前的無所不在的運算，自 2002 年便延伸出了嶄新之學習型態：無所不在的學習。表 1：學習環境結合不同技術創造各種數位學習的型態. 學習環境所結合之技術. 立. 個人運算（Personal Computing）. 政治大數位學習的型態電子化學習（Electronic Learning）行動學習（Mobile Learning）. 學. ‧ 國. 行動運算（Mobile Computing）普及運算（Pervasive Computing）. 普及學習（Pervasive Learning）. 無所不在運算（Ubiquitous Computing）. 無所不在的學習（Ubiquitous Learning）. ‧. （資料來源：本研究整理）. n. al. er. io. sit. y. Nat. 而不同的電腦運算技術的分類，基本上是就其行動性及嵌入性來識別（Lyytinen & Yoo，2002），所以可由此分類之延伸來將採用不同電腦運算技術之數位學習環境進行定義。Ogata & Yano（2004）認為當我們的日常生活中充斥著無形或是嵌入式的電腦，即可支援一個無所不在的學習環境，其藉由兩項要素：嵌入性層級（Level of embeddedness）跟行動性層級（Level of mobility）劃分出四種不同的區塊，表示四種不同的學習環境，如下圖 2 所示。  桌上型電腦輔助學習（Desktop-Computer Assisted Learning）系統使用桌上型電腦而非嵌入在真實世界的電腦，由於體積與重量的關係，難以被移動且具非常低的行動性，因此這類系統對於支援任何時間和任何地點的學習是很困難的。 . Ch. engchi. i n U. v. 行動學習（Mobile Learning）與桌上型電腦輔助學習有所區分，從實際上給予了學習者能透過移動本身所在位置，自主地改變身旁學習環境的能力，而行動學習的實現是伴隨著輕量裝置（Lightweight Devices）興起而實現，如：PDA、Smart Phone、Notebook 等等可被攜帶的行動裝置。這些行動裝置能夠以無線通訊科技連接到網際網路，並能藉此方式在任何時間、任何地點進行學習。不過這類的行動學習方式，電腦不是嵌入在學習者周遭的環境當中，而且無法讓學習是無縫地存在或是彈性地包含情境下的資訊。 17.

(19) . . 在普及學習（Pervasive Learning）中電腦能夠包含有關學習情境的資訊，透過在學習環境以小型裝置（如：感應器、便條、標記等等）嵌入各種物體內，便能夠與這些物體溝通互動學習。而普及學習環境可被建立於一個特殊環境的模式下，藉由嵌入特製電腦到環境裡，或是透過建立共通的方式使用電腦來對環境進行調查、偵測、探索與動態建立模型。但是，這樣便使得普及學習的可用性及效用受到先天性上的限制，因為它具有高度的區域化而不夠有彈性。無所不在的學習（Ubiquitous Learning）是在普及學習環境之中，整合了高度的行動性，當學習者和他／她所攜帶的行動裝置移動，系統透過與環境中的嵌入式電腦溝通來支援他／她的學習。無所不在的學習從廣泛的定義來看，普及學習跟行動學習都將屬於無所不在的學習之一種，而 RFID 標籤是最常被用來實現普及運算的技術。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 3：學習環境的區分（資料來源：Ogata & Yano，2004）. 2.2.3 無所不在的學習與過往數位學習之比較從無所不在的學習這個名詞被提出之後，各式各樣的應用層出不窮，目的皆為幫助學習者獲得最適合的學習方式，數位學習的發展從室內到了室外、從白天到晚上，不論任何地點、任何時間想學習便學習，不用攜帶太多書本，也不用不斷地更換電腦設備或是更換學習套裝軟體。因數位學習的演進與學習方式的改善，讓傳統上的電子化學習、行動學習、無所不在的學習逐漸有許多異同之處，為了日後研究與發展應用，首先 18.

(20) 應該清楚辨別這三種不同的數位學習，Liu 和 Hwang 兩位學者在 2010 年於英國教育科技期刊（British Journal of Educational Technology）首度發表了其研究來說明數位學習的演進與典範轉移，並且以理論與實務的項目來定義、解釋這三種數位學習的各種特徵，如下表 2 所示，本研究根據此文獻以及近年來之相關研究，認為 Context-aware u-learning 之學習特徵不同這點應由「adaptive and active learning support」修改為「adaptive and interactive learning support」會更加貼切。因為以 Ogata 和 Yano 在 2003 年及 2004 年時曾提出的一套無所不在的學習系統（u-learning System）來說，這套名為 CLUE 的系統可以讓真實環境中的學習者透過互動方式來進行學習，協助外國學生熟悉日文的句子以及敬語、單字之應用，便是一種由系統來引導學生，並且透過與學生一來一往的問與答之流程，才能了解學生的進度。其他例如 Liu et al. （2009）之研究當中也說明戶外的自然科學教學環境也是透過使用 RFID 來建構出無所不在的學習之互動教學方式，必然是一方先送出資訊或是提出問題，才由另一方來給予回應。或是由 Tsai et al.（ 2010）及 Hwang et al.（ 2009）之研究當中皆能更加了解，不論是在國小學童的或是複雜科學實驗等實際應用，必要的互動的確是無所不在的學習之特色重點，所以使用支持可適性的「互動學習」（interactive learning）一詞應是比支持可適性的「主動學習」（active learning）這個形容更為適合。另外根據本研究整理了近十年來無所不在的學習之相關研究，也額外補充兩點比較之因素：「資訊散佈方向」（Information Spread Direction）、「可應用的知識結構」（Applicable knowledge structure），主要從文獻當中發現這三. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 種數位學習，還能夠從學習者獲得資訊的方式以及什麼樣的知識結構適用於應用不同的數位學習，分別在傳統電子化學習、行動學習以及無所不在的學習都可有不同的特徵，因此補充此表格仍未說明清楚的部分，以讓此比較表的內容更加完整。. Ch. engchi. i n U. v. 表 2：數位學習之特徵比較表 Theoretical &. Conventional. M-learning. Context-aware. practical variables. networked e-learning. Distinct features of. Distance free, holistic. Distance free, holistic. Distance free, holistic. learning. learning, synchronous. learning, synchronous. learning, synchronous. and asynchronous access. and asynchronous. and asynchronous. access, situated in. access, situated in. authentic environment,. authentic environment,. timely access to learning. timely access to learning. information. information, adaptive. u-learning. and interactive learning support. 19.

(21) Major LT tools. PC, notebook computer,. Mobile devices (e.g.,. Sensor technologies (e.. and Internet-supported. PDA, cell phone. g., RFID readers and. devices. portable computer) with. tags, GPS) with mobile. wireless communications. devices and wireless communications. Locus of. Internal,. control. based on. Self-directed user. Active user. Interactive user or sensor-motivated user. learner perspective External,. Guidance based on. Guidance based on. Guidance based on. based on tool. online behaviors. wireless, networked. online and authentic. learning behaviors. learning behaviors. application. 政治大. Wired servers. Major sources of information. 立. Wireless servers and. Wireless servers and. authentic objects. authentic objects with embedded sensors. Pull. Applicable knowledge structure. Structure knowledge. Sequence knowledge. Applicable academic. Almost every field and. Learning declarative. discipline. knowledge, such as the. knowledge, such as. observations and. learning to complete a. y. sit. io. n. al. One-to-one, one-to group. Ch. i n U. v. One-to-one, one-to group. engchi. complex experiment. er. ‧ 國. Nat Instructional modes. knowledge. Learning procedural. classification of a set of target objects. Matrix. ‧. and industrial fields. Pull & Push. 學. Pull. Information spread direction. One-to-one, one-to. or group-to-group. or group-to-group. group. learning activities. learning activities with. or group-to-group. authentic context. learning activities with. information for. authentic context. declarative knowledge,. information for. such as observation and. procedural knowledge,. classification of real. such as the skills or. world. ability to complete a. learning targets.. complex experiment with several items of equipment. Assessment modes. Value-based,. Value-based, live. Value-based, live. synchronous or. judgment from self,. judgment from self,. asynchronous judgment. peers, instructors, or. peers, instructors, or. 20.

(22) from self, peers or. artificial grading from. artificial grading from. instructors, or artificial. the learning system. the learning system,. grading from the. especially suitable for. learning system. evaluating real world learning activities. Learning Scenarios. Passive online learning. Real world and passive. Real world and more. context. online learning context. active online learning context. Related pedagogical. Almost all kinds of. Almost all kinds of. Almost all kinds of. theories or tutoring. pedagogical theories or. pedagogical theories or. pedagogical theories or. strategies. tutoring strategies. tutoring strategies,. tutoring strategies,. 立. 政治大. especially project-based. especially project-based. learning, authentic. learning, authentic. learning, scaffolding. learning, scaffolding, cognitive apprenticeship. ‧ 國. 學. （資料來源：Hwang, Tsai & Yang，2008；本研究整理）. ‧. 由上述表格可以了解無所不在的學習與過往電子化學習及行動學習的相異之處，互相比較優劣勢之後，似乎就能比較了解為什麼數位學習仍有改善. n. al. er. io. sit. y. Nat. 空間是需要再次改變，而無所不在的學習所能達成的效果足以稱為是典範轉移。因為過去數位學習的學習方式辦不到之許多限制，例如隨意的時間及地點、更佳的系統彈性、即時的互動性等等因素，都在無所不在的學習出現之後一一被實現，下一節將說明，目前已被歸納出無所不在的學習之幾點特性，同時也是設計系統時所應該考量、包含的必要功能。. Ch. engchi. i n U. v. 2.2.4 無所不在的學習之特性（Characteristics of Ubiquitous Learning）許多學者在研究的過程時或是實際建構系統之後，逐漸發現無所不在的學習有幾點共同的特性，而且也與其最基本的定義不相衝突，因此通常認為在系統的設計當中應該包含這些功能。無所不在的學習之主要特性，如下列五點所示（Chen et al.，2002；Curtis et al.，2002；Ogata & Yano，2003）： (a) 永久性（ Permanency ）：學習者絕對不會遺失他們的任何操作資料，除非是自己允許讓系統授權移除你的檔案。另外，每天所有的學習進度、步驟都應要持續地被自動記錄下來。 (b) 存取性（ Accessibility ）：學習者應該能夠在任何地方存取他們的文件、資料或是影音檔案，而且資訊都是基於他們的需求才提供的，所以讓學習擁有自我導向的效果。 21.

(23) (c) 即時性（ Immediacy ）：無論學習者在哪裡，他們都可以立即地取得任何資訊，因此學習者能夠快速地解決眼前問題。除此之外，學習者應能夠在當下記錄問題，之後可以被查詢再來尋找答案。 (d) 互動性（ Interactivity ）：學習者能和專家進行互動，或透過共通的介面以同步或非同步形式來進行溝通，學習者的疑問可以更快速地被回應，也能讓專家的知識更普遍地被接觸到及變得更活用。 (e) 情境化的教學活動（ Situating of instructional activities ）：學習能被嵌入到我們的日常生活，當我們遇到問題時，必是隨著環境而出現的，而我們所需求的知識就像環境外表一般，會表現出它們所有自然和真實的形式，這有助於學習者注意到問題狀況的特徵，使特定的尋找解答行動增加意義。 2.2.5 無所不在的學習之研究類型歸納無所不在的學習（Ubiquitous Learning），其技術的基礎源自於無所不在的運算，在 2000～2002 年時仍屬於「早期研究的發展」，尚未有涉及此方面的研究存在，所以對於後續的研究者來說是一種挑戰，因為： 1. 這是從未出現過的新領域，沒有能夠依據及參考的資料。 2. 必頇透過「想像」及「製造問題」以進行研究，但是仍需維持嚴格謹慎之科學態度來執行。 3. 必頇以「全球」的範圍作為研究之格局，因為現在已經是個資訊數位化且快速散佈的時代，所以必然考量是能夠通行於全球的應用。因此一項具有挑戰性的創新研究，同時要超越傳統的障礙，並在社會（實. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 用性）與技術（可行性）之間取得帄衡，勢必發展多層面的完好分析。下列針對國外無所不在的學習之相關研究所進行的文獻收集，資料是透過使用三大西文資料庫：ScienceDirect Online、Academic Research Library (ProQuest)、Academic Search Complete (EBSCOhost )等檢索引擎，其為全球最大的綜合性學科全文資料庫之其三。且設定從所有資料庫中搜尋文獻，因而涵蓋多元化之學術研究領域，包括社會科學、教育、醫學、語言學、工程技術、資訊科技等等不同領域之研究。藉由多次交叉搜尋資料庫，以「Ubiquitous Learning」、「Ubiquitous Computing」和「Context-Aware」等等相關關鍵詞彙篩選出研究文章，並交互比對搜尋結果，取其與無所不在的學. Ch. engchi. i n U. v. 習系統之相關應用的連集，而從各百筆以上的期刊文獻當中收集而來。本研究篩選共 33 篇已刊登在各知名期刊上的研究文獻，包含了從 2000 年到 2010 年之間十年的文章，經整理後將文章歸納表收錄於附錄中，而下表 3 條列出無所不在的學習各類型研究所占之百分比例：表 3：u-Learning 研究類型歸納百分比例表. 研究類型. 百分比. 系統設計. 40%. 實驗設計. 14% 22.

(24) 技術評估與應用. 11%. 探討定義. 11%. 案例探討. 9%. 特性彙整. 6%. 系統應用. 3%. 流程設計. 3%. 理論應用. 3% (資料來源：本研究整理). 下圖 4 則以圖示呈現無所不在的學習近年來之研究的種類區塊，明顯地，近年來主要研究著重在系統設計，該類型佔了最大區塊比例。其次為實驗設計之研究、技術評估與應用等類型。. 系統應用 3%. 流程設計 3%. 治政研究類型歸納 u-Learning 大立. 理論應用 3%. 案例探討 9%. ‧. ‧ 國. 學. 特性彙整 6%. 系統設計 40%. y. sit. io. n. al 技術評估與應用 Ch 11%. 實驗設計 14%. engchi. er. Nat. 探討定義 11%. i n U. v. 圖 4：無所不在的學習研究類型歸納圖 (資料來源：本研究整理). 由表格中彙整近年來關於無所不在的學習之相關研究文章共 33 篇，2000 年有 1 篇、2003 年有 1 篇、2005 年有 2 篇、2006 年有 3 篇、2007 年有 4 篇、 2008 年有 6 篇、2009 年有 9 篇、2010 年有 7 篇，每年研究文章之發表數量的統計資料如下圖 5，而在整理的過程中發現隨著時間，研究之熱門程度及發展趨勢亦會逐漸改變，從整理表格中可以看到關於無所不在的學習之研究，可能因為科技技術的發展，使得相關研究得以實現，所以有了快速發展，無所不在的學習相關研究文章數量因此得以逐年增加。. 23.

(25) 篇數. u-Learning相關研究文章年發表數量 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0. 9 7 6 4 3 2 1. 1. 2000年. 2003年. 2005年. 2006年. 2007年. 2008年. 2009年. 2010年. 政治大. 圖 5：無所不在的學習研究文章年發表數量統計圖. 立. (資料來源：本研究整理). ‧ 國. 學. 從上圖中能看出其實這個主題是近十年來才初次出現的新研究議題，並且已有越來越多學者投入相關研究。在整理研讀的過程中可以發現一個現象，. ‧. 目前較於熱衷於無所不在的學習之研究的國家，大致上分佈以日本、台灣、韓國為主，近年皆有發表兩篇以上的文章，而另外一小部分則是分散在歐洲或是澳洲中的部分區域，近年來也發表了一兩篇文章。. y. Nat. sit. n. al. er. io. 而從時間的角度來分析，則發現各年度之文章所研究的核心主題發展，可以看出從一開始的探討定義及文獻彙整的方向。到 2006 年之後逐漸轉變為以流程設計或系統設計的研究方向為主，此時大多以無所不在的系統設計之實做來展示其概念與功能的可行性。從 2008 年開始到 2009 年，除了仍然熱門的系統設計與開發的研究方向之外，也出現將系統應用在不同領域或案例探討當中，或是出現結合不同領域的理論應用在無所不在的學習當中，同時也出現有學者希望能夠再次釐清無所不在的學習之定義範圍等等有意思的研究。而以本研究收集的研究資料到 2010 年為止，依然有許多不同的研究議題出現，但未來可能的研究重點應該是對過去所開發的系統進行各方實. Ch. engchi. i n U. v. 驗與審慎地評估之研究方向。這說法可從最新的研究文章之分析即可看出端倪，其目的可能是期盼以最小的投入資源，來精進原本已開發系統之效能與幫助學生學習之效果。而本研究從文獻整理的過程中也得知，過去的研究當中許多無法辦到的問題，往往都在新的技術出現之後便能迎刃而解，或是藉由新科技的整合便能夠提升整體系統之效能，因此本研究承接過去各家研究者之精神，繼續在無所不在的學習這塊領域中投入心力，對這主題深入地進行探究與發展研究。. 24.

(26) 第三節. 無線射頻辨識技術（RFID）. 為了建構無所不在的學習環境，一般來說為了實現互動性且情境化的教學等特性，除了使用最基本能取得環境資訊之功能的感應器（sensor），例如：溫度、濕度、光影等感應器。另外，也應採用能夠感測環境中之物體或是能夠儲存物體相關資訊並與環境結合的互動技術，現今世界科技發展迅速，能夠達成這些要求的技術也不少，例如 RFID、藍牙（Bluetooth）等。另外為了達成辨識且自動化的功能，人們必頇採用信物或是簽名等認證方式；或是要取得環境中任何物體之專屬資訊，以往必頇觀察外表特徵或是閱讀附加文字。而後發展出條碼、光學辨識、語音辨識、指紋辨識等相關自動識別技術。 2.2.1 無線射頻辨識的定義本研究採用了 RFID 技術，主要是經過優缺點比較，還有考量其未來極具有潛力的發展，綜合各項觀點之後，認為 RFID 技術可為建構無所不在的學習提供最適合的基礎架構。日本 NTT Data Ubiquitous 研究會（2005）曾對 RFID 敘述了一段簡單的說明：所謂的 RFID，就是能透過無線通訊且不經任何接觸，就能自動辨識物體的一種無線通訊系統。IC 晶片內藏有記憶體，儲存能辨識物體的 ID（物體特定訊息）及詮釋資料（Metadata：物體屬性訊息）。 RFID 備有天線，透過與讀取器（讀寫器）間的無線通訊，不經任何接觸即可讀寫 IC 晶片內部的訊息；可使用於自動識別、追蹤、資料儲存／讀取等方面。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 以系統架構面來看，RFID 是一種透過無線電波來傳送識別資料的「非接觸式」自動辨識物件之技術，基本的系統架構一般是由讀取器（Reader）、天線（Antenna）、標籤（Tag）及中介軟體（Middleware）所組成，使用固定或手持式的讀取器，從電子標籤晶片中自動接收識別資料，並將接收到的資料送到後端應用系統做處理與分析。RFID 系統架構如下圖 3 所示，各元件功能簡介：（陳瑞順，2009） (1) 電子標籤（Tag）：主要是由具有類比、數位與記憶體功能的晶片，以及依不同頻率、應用環境而設計的天線所組成，如圖 4。標籤以. Ch. engchi. i n U. v. 是否附加電池可分為被動式與主動式標籤。 (2) 感應器（Reader）：主要是由類比控制、數位控制、中央處理單元以及讀取天線組所構成。讀取器可利用相關搜尋技術與協定，達到每秒辨識數百個不同電子標籤的識別能力。 (3) 中介軟體（Middleware）及應用系統（Application System）：主要是透過有線或無線的方式，經由讀取器擷取或接收電子標籤內部的數位資訊，並利用這些資訊配合不同的應用需求，做進一步的加值處理。. 25.

(27) 圖 6：RFID 系統架構圖（資料來源：RFID-Handbook.com）. 政治大. 2.2.2 無線射頻辨識的發展無線射頻辨識技術（RFID，Radio Frequency Identification）最初被發明於 1940 年第二次世界大戰，當時的應用主要是做為飛機的敵我目標識別，但是由於早期技術和成本的緣故，一直沒有被廣泛應用及發展。直到近年來，隨著大型積體電路、網路通信、資訊安全等技術的發展，RFID 技術進入商業化應用階段。2003 年 6 月美國知名領導零售商 Wal-Mart 首度告知其前百大供應商，要求在他們所有與 Wal-Mart 合作的商品上使用 RFID 標籤，同年 11 月，更邀請前百大廠商及全球相關科技業者、零售業者到該企業總部，並. 立. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 且重申 Wal-Mart 對於 RFID 標籤的使用政策來展示其決心，當時 Wal-Mart 接受的一個 RFID 標籤價格約為五分美金，之後在全球龍頭零售商群起效應的帶動下，快速地引發了全球性的應用熱潮。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 7：RFID 標籤（右者為 Wal-Mart 所使用的標籤）（資料來源：本研究整理）. 自從 Wal-Mart 加入 RFID 的行列後，引發第一波 RFID 商品化的效應。同時間，微軟、IBM、Tesco、日本三越百貨公司、Home Depot、CVS、Target 與 Lowe's 等國際大廠也紛紛發布將使用高頻無線射頻識別系統，RFID 因此被列為 21 世紀十大重要技術項目之一。（張育寧，2008） 26.

(28) RFID 系統也被美國市場研究機構 Gartner Group 譽為 2005 年十大策略性技術之一的殺手級科技應用，因為 RFID 能夠把實體世界的物品直接連接到資訊網路上，讓資訊的取得與散佈得以完全自動化，也是近年各國用來達成無所不在(Ubiquitous) 之 U 化願景中最被看好的技術。資策會創研所 2009 年的 RFID 產業趨勢發展調查報告中分析指出，RFID 技術涉及資訊、製造、材料等諸多高技術領域，涵蓋無線通信、晶片設計與製造、天線設計與製造、標籤封裝、系統整合、資訊安全等技術，一些國家和跨國公司都在加速推動 RFID 技術的研發和應用進程。在過去十年間，共產生數千項關於 RFID 技術的專利，主要集中在美國、歐洲、日本等國家和地區。而目前亞洲各國 RFID 的發展，據經濟部 RFID 公領域應用推動辦公室副主任李正明觀察表示，目前以日本發展最好，其在 2004 年即提出「U-Japan」計畫，除著手發展世界最便宜的晶片外、更大幅度地展開 RFID 各領域的應用測詴。韓國的「U-Korea」也大筆投入 RFID 技術研發與應用，並透過大型公共建設，帶動 RFID 產業的研發與需求。大陸挾其廣大的內需市場，且是全球商品的主要製造處，2005 年起也積極投入 RFID 研發與應用。而台灣的發展，經濟部技術處處長杒紫軍則表示，從 2003 起即由經濟部技術處與商業司分別投入 RFID 晶片技術與產品驗測技術的研發、物流追蹤等應用，帶動了我國 RFID 產業的初期發展。於 2005 年 8 月「行政院產業科技策略(SRB) 會議」邀集產官學研及國內外專家，決議從公部門率先應用，策略性地帶動 RFID 產業發展。2007 年 5 月行政院研提 U 台灣計畫時，也特別強調將透過 RFID 技術及無線網路與寬頻技術，來發揮無所不在的應用與服務。（孫文秀，. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. al. er. io. sit. y. Nat. 2008）. n. 2.2.3 無線射頻辨識的應用範圍 RFID 技術應用多元，包含門禁管理、供應鏈管理、醫療照護、POS 付費、文件管理、及時定位系統等創新應用，而在物流運輸、醫療服務、製造及農產品等傳統應用產業及服飾及文化創意等產業陸續展開。同時，RFID 技術亦是實現物聯網(internet of things)，達到網網相連最核心的技術。2009 年 ABI Research 揭露 RFID 市場，未來五年將穩健成長，預期 2014 全球市場可到 82.5 億美元，年複合增長率為 14%。（資訊工程策進會，2010）產業. Ch. engchi. i n U. v. 最關注的或許就是如何提高 RFID 的接受度以及普及度，希望藉由創造足以大量生產的需求才能降低每個 RFID 標籤的生產成本，未來在 RFID 技術應用上的規劃也逐漸深入生活周遭，所以其成本下降應是可預見的結果。 RFID 的運作技術是利用感應器發射出無線電波，藉由電磁感應的原理，產生電流供給感應範圍內的 RFID 標籤上的晶片來運作，以發出電磁波回應感應器。其技術本身上讓它具備了許多優良特性，例如：可同時讀取多個標籤、儲存容量高、通訊距離長、不需接觸、無視覺遮蔽問題、可讀寫資料、安全性高、對環境變化有較高的忍受能力、無方向限制、可小型化且形狀多 27.

(29) 樣。所以如果換個角度來思考 RFID 技術，其實它就是 IC 的記憶體與無線通訊所結合的一種「標籤」之實際應用。類似這種自動辨識物體的技術，目前市面上以條碼為主流，大多商品上皆印有此類條碼以做管理，常見的有一維條碼或二維條碼之分，如 Bar Code、QRcode 等，但在辨識的功能上大多擁有比 RFID 較多的限制或是缺點，例如一維條碼或二維條碼一旦列印在商品上，就無法修改或加入資訊，而且一次只能讀取一件商品資訊，無法一次讀取複數商品，也不能辨識已裝入箱中的商品。目前在台灣國內較知名的實際案例，則是從 2001 年開始發展的悠遊卡，便是採用 Mifare 公司第一代的 RFID 技術所建構，到目前為止，已經普遍使用在多方面實務上，除了作為捷運的電子車票使用，也擴展到其他交通運輸系統、行政規費、風景區門票等多樣化服務。在 2005 年時，開辦悠遊卡與各學校合作結合學生證的功能，作為學生個人身分辨識之用。2010 年之後，開始提供悠遊卡結合小額付款服務，在各大便利商店以及眾多類型的合作店家，皆可以進行快速的交易，既節省下使用者的時間，也簡化了購買的流程。另外，目前可使用悠遊卡記名的方式，來進行個人身分的登記，或是進一步可以做為門禁打卡或是圖書證等相關應用。除了像這樣一般可以使用的例子以外，如醫療或文物管理用的電子標籤等，在各種領域裡也已漸漸開始使用 RFID 這項科技產品。以前因為生產成本或形狀大小等問題，只能應用在高價物品識別或軍事安全上的 RFID，最近不但成本已開始逐漸降低到可以大量使用的價格，而且尺寸及形狀大小也已有多種規格可以選擇，目前也已經有如米粒般大小的產品問世。由於卡片. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 式形狀的可攜帶性及方便使用性，所以這項應用無疑地未來也將會被散布開來，但將 RFID 做為「電子標籤」形式來使用，預期也將會有更大的潛力與市場存在。. Ch. engchi. i n U. v. 2.2.4 無線射頻辨識的標準化普遍上來說，ID 識別碼已無所不在，環繞在我們生活當中，存在於人類、動物、商品、機器、媒體、服務、環境等現實社會和虛擬社會，主要被用在識別、連繫等方面。RFID 可以有效地應用於辨識現實生活中的各項商品，足以擔任結合虛擬環境網絡的重責大任。因為考慮 RFID 未來發展以及應用範圍，所以必頇正確管理 ID，避免重複使用。為了促進 RFID 的普及，所以必頇建立 RFID 的標準來統一技術規格，讓各家廠商的產品都能彼此相容，也能讓製造商可以放心大量生產以促進成本的降低。關於 RFID 的技術標準，目前國際上實際在推動的主要的團體為：（陳瑞順，2009） (1) EPCglobal：其前身為 Auto-ID Center 這個以美國麻省理工學院（MIT）為中心，1999 年在大學內設立的自動識別研究機構，目前已改名為 Auto-ID Labs 並納入 EPCglobal 旗下。主要任務是以 EPC 將產品依 28.

(30) 個體等級加以辨識，並構思商品管理如何進行，其主要技術有 EPC （Electronic Product Code）、ID 系統（Radio Frequency Readers & Tags）、ONS（ Object Name Service）、PML（Physical Markup Language）、 Savant 等。。美國 UCC 與比利時的 EAN International 公司共同出資，於 2003 年九月成立的非營利團體，由於它的兩位出資者式條碼等流通系統的標準化團體，也因此它以條碼界的正宗自居。由 EPCglobal 主導 EPC 的開發與訂定標準，旨在進行與 RFID 相關技術規格的制定和教育性活動。美國的 Wal-Mart 以及英國的 Tesco 大型零售企業在多年前也早已開始以 EPC 的系統進行現場測詴。 (2) Ubiquitous ID Center：由日本東京大學得坂村健教授率領的 TRON 專案為中心，於 2002 年成立的。該中心主要在日本對各種應用做實驗，目標是推廣無所不在的環境之自動辨識技術標準，以實現無所不在的運算的應用。預計向 ISO 組織提出，希望成為國際標準。 (3) ISO／IEC：目前遲遲沒對 RFID 提出任何標準的 ISO 組織，其首次在 2004 年中期提出，主要是規範使用 13.56MHz 至 2.45GHz 以及 UHF 頻帶的 RFID 標準，但是其規範並沒有十分明確，也是造成目前 RFID 的標準懸而未定的原因。. 政治大. 立. ‧. ‧ 國. 學. y. Nat. sit. n. al. er. io. 2.2.5 無線射頻辨識與其他技術之比較其實 RFID 原先被設計出來的目的，就是希望能自動辨識貼在商品上面的 RFID 標籤，才能讓貨品做後續管理與分配。換句話說，如果我們將 RFID 的技術應用在這個方面，再與其他技術相比，我們就能比較其優劣，不論是在距離或通訊速度、機器價格或標籤大小與執行複雜程度等，RFID 是最適當的方式。有關識別系統之間的比較，見下表 4，顯示無線射頻辨識系統與其他識別系統相比之優點與弱點。若要選擇一項感測技術來應用在無所不在的學習中，系統需要的技術有幾項重點，主要是可讀取距離、遮蔽物問題、形狀，其次才是價格、儲存資料量及讀取速度與方向等，而可以不考量的則. Ch. engchi. i n U. v. 是人工可否閱讀、環境干擾或是有無未授權複製等等問題。而 RFID 能夠在較長的讀取距離下運作，以及在環境中即使被障礙物遮蔽時，依然能夠偵測到標籤物，另外能依照需求製造各種形狀來嵌入、黏貼在環境物體中。因此在各方面比較之下，目前雖然價格較其他技術如條碼，價格稍微高了一些，但其在儲存資料量及讀取速度的方面，依然較其他技術占有不少優勢。表 4：各種識別系統優缺點的比較比較因素／種類. 條碼. 光學符號. 語音辨識. 辨識 29. 生物辨識. 接觸式 IC. 無線射頻. 法. 卡. 辨識系統.