運用Moodle平台進行奈米科技課程之初探—以某國小五年級課程為例

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國立台中教育大學科學應用與推廣學系研究所

碩士論文

指導教授：陳麗文博士

運用 Moodle 平台進行奈米科技課程

之初探—以某國小五年級課程為例

Use Moodle Platform to Implement Nanotechnology Curriculum:

Take Grade Fifth as an Example

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運用 Moodle 平台進行奈米科技課程之初探—以某國小五年級課

程為例

摘要 本研究的目的是探討以數位學習進行國小學童奈米科技課程的學習成效，其中數位學習課程是利用數位平台來進行。本研究採準實驗研究法，Moodle 網路平台組是奈米科技數位學習的實驗組，閱讀學習組是進行奈米科技讀物閱讀學習的對照組，兩組共有 132 名學生參與。數位課程的設計是以鷹架理論為架構，以影音教學互動網頁以及平台中「討論區」、「共享內容物件參考模型」、「投票區」、「線上測驗」等模組，具有互動式、動靜態及影音教學化介面特色；而閱讀學習組的教材則以書面呈現，教師導讀方式進行。學習成效則以自編的問卷、數位平台之學習紀錄、學習後訪談資料來評量，並佐以教師心得札記做為輔助的參考。兩組前測成績及後測成績，分別進行 t 考驗以檢視組間差異，組內之前後測則以成對 t 樣本統計，檢視其學習的進步情形。學習方式與性別的交互關係則採二因子共變數分析。質性資料則包含數位平台之學習紀錄、學習後訪談資料、教師心得札記，以三角校正的方法呈現研究之結果。研究發現：在奈米科技學習方面，Moodle 網路平台組及閱讀學習組皆有利於奈米科技學習，且學習成效都有顯著提升，但整體來說數位學習優於閱讀學習；Moodle 網路平台組與閱讀學習組，同組間的學習成效均無性別差異，但 Moodle 網路平台組的女生其學習成效優於閱讀學習組的女生。在數位學習中，學童喜歡的模組為「動畫遊戲區」、「教師線上影音引導教學」；喜歡的單元為「蓮花效應」、「凡得瓦力」；收穫最多的單元則是「電子顯微鏡下的世界」、「貝殼的硬度」；最不感興趣單元為「表面效應」、「奈米材料」。訪談數位學習組的學童，他們（12/12）認為以數位學習方式對於科技新知的學習是有幫助的。本研究建議（1）數位學習的方式可有效提升學童對於新興科技議題的學習成效。（2）可利用動畫遊戲及影音引導的教材特色來加強教學的效果。（3）線上「電子顯微鏡」教材特色可值得推廣。（4）可再進一步研究數位學習以及閱讀學習的學習成效。關鍵字：數位平台、國小學童、模組、共享內容物件參考模型、數位學習、奈米科技

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Use Moodle Platform to Implement Nanotechnology Curriculum: Take

Grade Fifth as an Example

Abstract

The aim of this study was to assess its effectiveness on element school students’ learning of nanometer-tech curriculum by e-learning. We provided e-learning curriculum on a

Moodle-platform. Experiment research method was adopted in this study, and there were 132 students were invited in two groups. Group one was the experiment group who learned nanotechnology curriculum by e-learning, and Group two was the control group who learned nanotechnology curriculum by extensive readings. The scaffold theory was adopted as a framework when the e-learning teaching materials was designed. On our digital-platform, there were several modules named “FORUM”, “VOTE”, “ASSESSMENT”, they all had interactive feature. Data collections included questionnaires, the records on digital-platform, interviews, and teaching logs. Quantitative data was analyzed by t-test and 2-way ANCOVA. Qualitative data was analyzed by triangulation.

The findings were show that: (a) Students who learned from e-learning and extensive readings all had significant promote in their learning achievement, and comparing the two groups, students learned from e-learning do well than students learned from extensive reading. (b) There are no learning achievement differences between genders no mater students learned from e-learning or extensive readings, but girls in e-learning group got more grade than girls in extensive readings group. (c) Students who learned from our digital-platform liked the modules named “ANIMATION GAME”, “TEACHER INTRODUCE”. Moreover, students liked the units named “lotus effect”, “Van der walls force”, disliked the units named “surface effect”, “nanometer materials”, and learned better from the units “electron microscope”, “shell hardness”.(d) Students who learned from e-learning think this kind of learning method do good to their tech-knowledge learning.

It was suggested that:(a) E-learning is a significant method to promote students’ learning achievement for a new tech issue. (b) Teachers could use animation game and video

introducing to strengthen teaching. (c) The unit named “online electron microscope” is worth to be popularized. (d) Researchers can do more researches on students’ learning achievement between different teaching method like e-learning and extensive readings.

Keywords: digital-platform, elementary school students, modules, SCORM, e-learning, nanotechanology

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中文摘要………I 英文摘要………...………II 目次………..………III 表目次………..…….……V 圖目次………..……….…. VII 第壹章緒論………...1 第一節研究背景與動機………1 第二節研究目的與待答問題………4 第三節名詞解釋………5 第四節研究範圍與限制………..……….….7 第貳章文獻探討………8 第一節數位學習的理論與發展………..………..8 第二節閱讀的理論與發展……….……….19 第三節鷹架理論………..………25 第四節奈米科技的發展與概念...30 第參章研究方法……….………….49 第一節研究設計……….……….49 第二節研究對象……….……….56 第三節研究工具……….……….60 第四節資料分析……….……….71 第肆章研究結果……….….73 第一節不同學習方式對學童奈米科技學習成效的影響……….73 第二節不同性別的學童在奈米科技學習成效的影響………...76 第三節學童對數位學習的方式及奈米科技的感受…………....….…….………...84 第五章結論與建議……….….103 第一節結論………103 第二節建議………105 參考文獻………107 中文部份………107

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附錄

附錄一奈米科技認知問卷………117 附錄二 Moodle 網路平台奈米課程內容表……….….126 附錄三課程一線上問答題目………127 附錄四奈米科技學習後學生訪談大綱………128 附錄五教學札記………129 附錄六二組之間奈米科技課程內容比較表………135 附錄七奈米科技認知問卷選擇題的難度與鑑別度………136 附錄八數位組問卷經後測的選擇題的難度與鑑別度………137 附錄九表面效應………138 附錄十「小奈小米驚奇之旅」各題答題正確率………139 附錄十一課程三的課後評量各題答題正確率………140

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表目次

表 2-1-1 各課程管理系統特色………...……… 13 表 2-4-1 奈米與其他度量的單位關係………..…..……32 表 2-4-2 宏觀物質到分子尺度的比較………..……..…32 表 2-4-3 奈米碳管的相關應用………..…..……40 表 2-4-4 傳統產業奈米化之應用………42 表 2-4-5 奈米科技教材分析表………....……46 表 3-1-1 實驗設計模式………50 表 3-2-1 研究樣本人數表………..…..…57 表 3-2-2 數位學習時的電腦教室設備………..…..…58 表 3-3-1 奈米科技認知問卷細目表………....……68 表 3-3-2 奈米科技認知問卷專家審查表………69 表 3-3-3 訪談大綱之專家審查表………..……….…….……70 表 3-4-1 編碼表………..………..…72 表 4-1-1 Moodle 網路平台組與閱讀學習組前後測的分數表現……….…..74 表 4-1-2 Moodle 網路平台組與閱讀學習組各分項向度中前後測的分數表現...…75 表 4-2-1 未達顯著的奈米各向度共變數分析摘要表………77 表 4-2-2 「組別＊性別」調整後平均數摘要表………..…………78 表 4-2-3 迴歸係數同質性檢定達顯著水準一覽表………..……..………79 表 4-2-4 Moodle 網路平台組中男女生……..……….…………..……….….…80 表 4-2-5 閱讀學習組中男女生..………...…………..….…………81 表 4-2-6 男生在兩組中前後測總分的表現………..……….……..…...………82 表 4-2-7 女生在兩組中前後測總分的表現………..……..……83

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表 4-3-2 課程三的課後評量答題正確率最低的題目………..….….87

表 4-3-3 發明的產品與奈米效應相對應關係表………..…...…...90

表 4-3-4 受訪學童 Moodle 網路平台奈米學習後觀感表………...96

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圖目次

圖 2-1-1 台灣經常上網人口成長情況……….………9 圖 2-2-1 近側發展區………...………26 圖 2-4-1 鴨毛的奈米防水構造……….…..………34 圖 2-4-2 具有光子晶體結構的蝴蝶翅膀……….…..……35 圖 2-4-3 材料奈米化效應……….…..……37 圖 2-4-4 奈米碳球………..………….……38 圖 2-4-5 奈米碳管………...……39 圖 2-4-6 二氧化鈦光觸媒的應用範圍………...…41 圖 2-4-7 高年級奈米概念……….…………..…46 圖 3-1-1 研究架構圖……….…..……49 圖 3-1-2 研究流程圖……….…..……53 圖 3-1-3 數位課程架構圖………..…….……55 圖 3-2-1 電腦教室座位配置……….…..…59 圖 3-3-1 Moodle 網路平台登入畫面……….…...…..62 圖 3-3-4 影音教學互動網頁………...….…62 圖 4-1-1 Moodle 網路平台組與閱讀學習組前後測比較………..…74 圖 4-3-1 課程二影片欣賞後實際作答情形………...……..85 圖 4-3-2 課程三課後評量情形………87 圖 4-3-3 課程三壁虎的作用力回應情形……….…...…88 圖 4-3-4 奈米發明家實際回應情形………...….…89 圖 4-3-5 課程四投票情形………...……….….…...91 圖 4-3-6 課程六投票情形………...….…92

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第壹章緒論

本章共分四節，第一節針對本研究研究背景與動機提出說明，第二節為研究目的與待答問題，第三節為名詞的說明解釋，最後則對第四節研究範圍與限制來加以說明，以下將各節詳述如下：第一節研究背景與動機本節分為研究背景與研究動機，分別敘述如下：壹、研究背景近年來，世界上各主要科技先進國家如美國、歐盟、日本等紛紛如火如荼地推動奈米科技，2000年一月美國前總統柯林頓宣布的「國家型奈米科技先導計畫」，大幅增加政府的奈米科技經費來宣示美國要在二十一世紀初取得領先的地位。從此，奈米科技在國際間上的競爭進入白熱化，而我國也加緊腳步推動跨部會的「奈米國家型科技計畫」，整合國科會、經濟部、教育部等眾多部會來推動奈米科技（呂世源，2002）。奈米科技的發展從民生消費性產業至光電、資訊和生物等高科技領域，帶來重大的影響，可以看到的是奈米科技與生活上的連結越來越緊密（王崇人，2002）。在相關奈米產業逐漸成形的時候，應及早培育奈米技術人才並往下紮根，因為它關係到國家的競爭力與往前進步的動力（李世光，2003）。潘文福（2004）也指出知識經濟的重要性，對科技產業競爭力是具有很重大影響的，而奈米科技產業是知識經濟的最佳典範，因為它需要大量擁有奈米科技知識的工作者，所以藉由國民教育的推展，才能激發全民一起來投入參與。教育部為了推動K-12奈米科技人才培育計畫之相關工作，委託台灣大學成立K-12奈米科技人才培育辦公室，來規畫推廣K-12（國小、國中、高中教

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育）教育及一般民眾對奈米科技之認識，希望能夠使奈米科技教育加速推動（李世光，2003）。吳茂昆（2002）更進一步指出我國國家型奈米科技計畫培育人才，要從小學開始、國中、高中一直到研究所，也包含在職訓練；而且要和各種教育政策目標相互結合才能完備。近幾年來，我國國家競爭力是不斷往下滑的，主要的原因之一是在於對科技創新能力的不足（馬遠榮，2002）。同時，曾國鴻、陳沅（2005）研究更指出，各級學校的科學教育是國際競爭力最關鍵元素之一，其國小高年級學童對於奈米科技新知的學習需求性很高，值得我們來推動這項教育性工作。由以上可知，為了迎接這世代的挑戰與衝擊，我們應做好準備，讓奈米科技這樣的新興科技議題導入小學教育，將奈米科技往下札根，以啟發學生對奈米新知，滿足學習上的需求，是很重要的。貳、研究動機基於以上研究背景，可知將奈米科技融入至小學教育中，是件相當重要的事情。然而，對於小學生來說，要理解介觀尺度下（1 nm~100 nm）的奈米世界是不容易的。陳麗文（2005）提出多種進行奈米科技教學的方式，可以讓教師實施奈米教學時的參考，其中之一就是運用網路學習。因此，若是能以多媒體的教材特性，將奈米尺度模擬轉化為肉眼可觀察的尺度，將之觀察化與具體化，再配合學生的生活經驗，相信這樣的學習，可以達到相當的效果。林敏慧和陳慶帆（2003）更指出由於多媒體的豐富性，利用動畫、圖像、聲音、錄影帶的片段可以突破傳統教學方法上的瓶頸帶給學生知識。此外，王緒溢(2000）提及以資訊網路透過高互動的教材設計及配合適時引導，就

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可以帶領學習者進行相關的學習，可達到事半功倍的效果。在奈米科技教育為主題的規劃上，潘文福（2004）也認為教師可以適性調整教材媒體與教學法，使用多媒體，可提升學習興趣，適應學生個別差異，以促進學習成效為準則，並運用多元化教學資源，如網路資訊來實施教學，而不僅限教科書及實驗教室。曾國鴻、陳沅（2005）研究許多學生對科技新知議題的關注與知識的學習需求，發覺已經不是教室內直接以講述的方式傳達相關知識就能夠滿足。蔡鳳娥（2006）以「教師指導的資訊科技融入教學」及「學生主控的資訊科技融入教學」兩種資訊科技融入方式，來探討學生學習奈米科技的影響及學習之知覺並加以比較，其中發現教師指導的資訊科技融入教學學生優於學生主控的資訊科技融入教學，且兩組學生在學習知覺上都有顯著提高，學習過後都對資訊科技融入奈米科技的重要抱著肯定與支持的態度。由以上研究，奈米科技教學是可以運用資訊網路來進行教學的。在網路教學的研究中，Rosenberg（2001）認為以數位學習透網際網路技術傳遞一系列各種解決方法，經驗的延伸與增加（e for experience）、學習的時空延伸（e for extended）以及學習的廣度擴大（e for expanded），能增加知識及提高學習的成果。而在數位學習的教學策略中，朱延平（1999）談到藉助網際網路龐大的資訊庫與各式搜尋引擎作為知識探索的利器，教師將能輕而易舉地架設鷹架，發揮知識引導者的角色，協助學生在多元化的知識寶庫裡，運用瀏覽器搜尋、篩選，建構學生自己所要的知識，讓學習進度掌握在學生自己的手中，依學生程度的需要來調整學習行為而不受教師干擾，並因個別的差異，獲得教師不同程度的協助。由以上相關文獻可知，考量學生的學習需求與學習興趣，可以利用資訊網路進行數位學習，讓學生能獲得更寬廣的奈米科技新知的視野。除了前人研究結果，研究者本身也參與全國奈米 K-12 的研討會的經驗，深知奈米科技

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對於學童未來的影響性，希望能找出有效的教學方法。因此，本研究擬以數位學習結合互動多媒體的優點，並配合鷹架理論在網路的教學策略，幫助學童認識奈米科技。研究中以自行架構的多媒體動態效果的數位學習平台，引導學生進行互動式瀏覽或影音的學習，突破平面與靜態的傳統教材呈現方式，引發學生奈米科技學習動機，並提供多元豐富的學習資訊，以達到有效率的學習，期望本研究將可以提供未來奈米科技教學的參考。第二節研究目的與待答問題壹、研究目的本研究試圖比較數位學習與閱讀學習兩種學習方式，在奈米科技課程的成效，並以自編的工具來了解國小五年級學童，其學習方式與性別是否會影響奈米科技的學習，以及學童對於數位學習的感受。貳、待答問題一、不同學習方式是否對奈米科技學習有影響？二、性別是否對奈米科技學習有影響？三、學習後學童對於數位學習的感受為何？

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第三節名詞解釋

本研究使用的名詞定義如下：壹、數位平台

本研究所指的數位平台指的是「moodle網路平台」，為網路上所開發出來

的共享軟體，全名為模組化物件導向動態學習情境（modular object-oriented dynamic learning environment），屬於課程管理系統（Course

Management-Systems，CMS）的一種，可線上免費供人下載使用及開發，教學者可將課程單元建置於平台上來進行網路教學。貳、國小學童本研究中所指的國小學童為台中市某國小五年級學童，為四個班級132 人，其中男生有72位，女生有60位。參、模組（Modules）不同的系統會提供不同的內容，Moodle網路平台可以根據自己的需求，挑選符合自己的功能。譬如架設留言板、討論區、聊天室、下載區等。對課程管理系統而言，這些額外加入的功能，稱之為模組（Modules）。肆、共享內容物件參考模型

共享內容物件參考模型（Sharable Content Object Reference Model， SCORM）是由美國國防部的ADL（Advanced Distribution Learning Initiative）

組織所提出的，簡稱「SCORM數位學習元件」。這是ADL透過資訊科技強化

現行教育與訓練方式，整合各個學習標準所規劃建立之標準。其概念是讓數位學習教材開發者能依循一共通之教材開發格式開發教材，目的是讓不同單

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位或個人所開發之教材，能於不同的數位教學平台上交換及使用。伍、數位學習（e-Learning）數位學習乃是利用電子資訊的特性來協助學習的教學活動，本研究的數位學習指的是以 Rosenberg（2001）所提出的數位學習為定義，它具有三個基本要素：一、網路化。二、以網路技術通訊協定（TCP/IP）及網頁為平台傳送資訊。三、除課程內容傳遞外，還能提升學習者在學習上績效表現，目的是能夠上網學習以及傳遞知識，讓學童透過網際網路進行互動學習及以線上訓練來達到學習的過程。陸、奈米科技奈米科技實際上並無統一的定義，一般說法係指物質在奈米尺度下呈現出有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物特性與現象。所謂奈米科技便是運用這方面的知識，在奈米尺寸等級的微小世界中操作、控制原子或分子組合成新的奈米尺度結構（奈米材料），以便展現新的機能與特性（行政院國家科學委員會，2005）。本研究指的奈米科技是指在奈米尺度（1 nm~ 100 nm）上研究物質（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉性的科學和技術。

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第四節研究範圍與限制本研究有其範圍與方法上的限制，分述如下：壹、本研究之研究對象為立意取樣，僅針對研究者所任教校內之五年級學童，於電腦教室課堂之中進行教學，所得結果不宜做過度推論。貳、本研究所編製之奈米科技課程是符合國小五年級學童身心發展的情況，隨著奈米科技快速的進展，本課程無法含括所有奈米的概念與應用。參、本研究進行數位學習時，採同步時間與非同步時間。同步時間為集體上課；而非同步時間部分，則由學童自行上網學習。此外，為考量家中沒有電腦或無網際網路的學童，在中午午休時間於電腦教室安排讓他們上網，以模擬在家中上網學習的情形，但實際上仍然有時間不足的限制。

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第貳章

文獻探討

基於我們要探討數位學習與閱讀學習兩種學習方式，在奈米科技課程的成效，所以第一節主要是談到數位學習的理論與發展，第二節為閱讀的理論與發展，第三節為鷹架理論，第四節為奈米科技的發展與概念，以下就本研究分節詳述如下：第一節數位學習的理論與發展數位學習是指以網際網路進行跨時間、跨空間的新興學習活動，也稱為線上學習（on-line learning）（徐新逸，2003）。數位學習的定義，可以說是一種透過網際網路、影音媒體、電腦相關軟硬體系統，同步（Synchronous）或非同步工具（Asynchronous）所進行的學習方式（陳佳賢，2001）。鄒景平（2003)認為在這方面也有八種教學上的數位學習意涵：一、電子化（electronic）。二、探索（exploration）。三、體驗（experience）四、參與（engagement）五、興奮（excitement）六、賦予權利（empowerment）七、容易操作（ease of use）八、效率（effectiveness）。 Rosenberg（2001）更指出數位學習有三個基本要素：一、網路化。二、以網路技術通訊協定（TCP/IP）及網頁為平台傳送資訊。三、除課程內容傳遞外，還能提升學習者在學習上績效表現。所以數位學習有上述所說定義，但研究者認為本研究數位學習過程中，有網際網路、數位平台、且由學童線上評量與紙本評量的成效表現中，可達成數位學習的目標，符合Rosenberg（2001）所提的數位學習定義，所以本節就以網際網路的發展、數位平台、數位學習的目標與教學，以及與本研究中相關的數位學習與性別方面的研究，分點說明如下：壹、網際網路的發展網際網路的發展可以追溯到1969 年，本來是美國國防部一項網路實驗計劃，為美國國防研究網路（ARPANET）計畫，也是網際網路的前身。後

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來，把許多大學及研究機構都納入這個網路計畫之後，隨著時間日久及使用者數目逐漸增加，網路規模快速的成長，原本從資料的傳遞演變成資訊的交流與討論。故在1983年制定官方網路通訊協定TCP/IP，美國國家科學基金會（National Science Foundation）正式於1991年3月將網際網路開放給商業用途使用，隨後造成了網際網路的蓬勃發展，接下來全球資訊網(WWW)就應運而生了 (田文良，2000)。隨著科技進步，網際網路的發展已進入所謂後PC的時代，可以從日常生活中寬頻的境界體驗到，這正說明電腦網路之普及程度。根據經濟部技術處委託資策會進行的「我國網際網路用戶數調查統計」，顯示到2005年第三季為止，估計我國經常上網人口達952萬人，連網普及率為42%，寬頻帳號用戶數（ADSL及cable modem）達400萬戶（經濟部技術處Internet應用研究計畫-資策會ECRC-FIND，2005）。台灣經常上網人口成長百分比，從1996年6月的百分之2到2005年9月的百分之42，成長了21倍（圖2-1-1），可見網際網路已經與生活密不可分。圖2-1-1：台灣經常上網人口成長情況資料來源：引自經濟部技術處Internet應用研究計畫/資策會ECRC-FIND(2005)。

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網際網路已經日漸融入人們的生活中，在網路上人與人之間互動模式成為不可或缺的要素(李英明，1999)。又因網際網路具有以下的特性如：一、多對多的互動式溝通模式。二、無地理、無時間限制的開放性特質。三、資訊的豐富性及多媒體形式。四、快速的通訊能力。五、低成本。六、匿名性。適性及個人化的教學，這些也是現今教學的主要趨勢（張俊明、張祖亮、張永達，2004）。網際網路的蓬勃發展也帶來了許多學習上的方便，原本應用在個人電腦輔助學習與網路的結合，現在成為政府及企業、學校所關注的焦點，而「數位學習」成為學習資訊的分享，可提供學習教材與融入教學的新方式之一。在國外的數位學習逐漸形成風氣的同時，我國行政院國家資訊通訊發展推動小組於九十年規劃完成的國家資訊通信發展方案計畫，也把數位學習納入「網路社會化」的一環，要在五年內投入四十億元進行「數位學習國家型科技計畫」，並由國家主導通過這個跨部會的計畫，顯示數位學習之重要性（劉兆漢、黃興燦， 2002）。思科（CISCO）執行長John曾說：「教育將是網路下一波的大運用」。隨著數位學習市場逐漸的成長，以往機關學校資源不足無法滿足師生需求，學生也期待更多學習機會；如今教師可依照教學目標來上網建置學習內容，使學生在網路上瀏覽課程，進一步評量學習成果也是讓師生共同參與學習的歷程（林敏慧、陳慶帆，2003）。教師可透過資訊科技本身特有的傳播方式，進行個人以及教育資訊的創造、處理和傳播，可以整合到原有的教學設計之中，使學習能夠在預定的進度時間內，達到更大的效果（王曉璿，1999），這也就是在資訊教育總藍圖中談到提供師生適切的數位環境，使得資訊教育的推展順利，並以學校為核心中小學之全體教師為樞紐，學生為中心。曾愛玲（2004）同時提出「資訊科技融入教學」的三個概念：（1）資訊科技融入教學的焦點是在教學，

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不是資訊科技。（2）資訊科技應與其他的領域充分整合，整合於課程、教材與教學活動中。（3）我們的願景是打造一個科技與人文共融的e世代。何榮桂、陳麗如（2001）也認為應鼓勵學生小組合作有創意性的專題，活用網際路網路資源，並重視學習過程中師生間之互動及學生個性之發展。此外，學校科學教育落實到教學的藍圖，應具有前瞻性、目的性及可行性，且必須要目標明確、內容合適、策略實施合理及配套措施完善，且以學生學習為主體之科學教學，這些可以藉由網路輔助科學教學加強來落實「科學課程」（教育部，2002)。所以我們可以知道在現今網際網路的潮流中，數位學習跟科學教育關係是愈來愈密切的。貳、數位平台數位學習通常是以平台的方式來讓人學習使用的，何榮桂、陳麗如（2001）指出建置共通的資訊流通機制與開放的學習教育平台，發展整合素材庫，共享網路教育智慧財，是當前小學資訊教育方向。在人機介面互動的平台範圍中提供學習管道，可以利用網頁上的超連結文字、圖形、動畫、視訊、音訊等檔案下載方式來顯示課程，為了配合學生的需求，學生在上面的動態、靜態及互動學習是能夠以工具及技術來記錄的，因此教師可以運用數位學習來作為教學補充或是替代傳統教學

（Kekkonen-Moneta & Moneta, 2002）。

談到數位學習的學習平台，包含有幾種課程管理系統，不同的課程管理系統有不同的特色，供學習者運用，有的課程管理系統擁有的優勢，可以提供學習者進行不同的需要。張俊明、張祖亮、張永達（2004）指出隨著套裝軟體應用的簡易化，以及教師資訊應用能力的提升，編寫一般的網頁並將文章輸出成網頁格式對教師來說是相當容易的。但缺點是欠缺一致性及互動

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性，對於教師經營網站上網頁的新增和修改也不方便。新的網站經營理念，最重要的就是要降低互動式網站架設的技術門檻，可以減輕網站經營的負擔，而這種管理系統就是『課程管理系統(Course ManagementSystems，CMS)』。課程管理系統可以使網站內容製作人員，有效率地從他們熟悉桌面環境來建置網站和發佈內容，網站管理和版面更換的技術，有效地提高網站管理人員的工作效率，好處能包括互動、省時、省錢、管理以及安全等特點。表 2-1-1 所列為各課程管理管理系統特色，依照功能性的不同而有不同的用途。如網誌（Blogs）、入口網站的搜尋引擎，學務系統等。目前網路上有合乎自由軟體通用規範的課程管理系統軟體可供選擇，這類軟體一般稱之為自由軟體課程管理系統，所謂自由軟體間單的說，就是有版權但是不收費的軟體，而課程管理系統常見的軟體則有PHPBB、4Images 、 PHP Nuke 、PostNuke 以及XOOPS 等。

張俊明等人（2004）整理出課程管理系統在教學資源管理上可能帶來的效益，列舉如下：一、提升數位教材的自製率及再生率。二、降低網站建置和維護的成本。三、提高網站資料的安全性。四、方便數位教材集中管理。五、提升師生之間的互動性。六、提高教學內容的豐富性。七、讓教學資源得以永續傳承。綜合上述，數位學習是網路發展的未來趨勢，而藉由數位學習中利用的種種課程管理系統特色，來使學習更具多元化，教育知識上傳播更能普及，提高學習者學習效率。

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表2-1-1 各課程管理系統特色課程管理系統類型功能說明入口網站 1.使用者瀏覽的起始頁面 2.提供電子郵件與資訊服務 3.各種免費的個人化服務，例如網頁式電子郵件信箱、智慧型搜尋引擎、個人化網頁、高超導覽連結等。4. 搜尋引擎網誌 (Blogs) 1. 記錄網路上的流水記錄。內容可以是商業形網頁，正式的文件，輕鬆的日記，或任何時候的感想。論壇 (Forums) 論壇基本上是一個電子佈告欄，在論壇中提出問題與回答，並且和不同的使用者討論不同的主題，解答資訊。學務系統學務系統是指由網路主導實施的教學內容或學習體驗，用以傳播知識、提高效率，維護學生成績的介面。 Moodle網路平台使用者編輯方便，提供線上測驗、討論區、投票區等模組，增加師生互動的機會。資料來源：本表整理引自（張俊明、張祖亮、張永達，2004）因此，我們可以選擇其中較適合國小學童的課程管理系統，來作為一個學童學習奈米科技課程的數位平台。以下就本研究所使用的Moodle網路平台及所配合的數位學習元件分別說明：一、Moodle 網路平台

Moodle 網路平台本身是基於於自由軟體(Free Software)的理念來發展的，它屬於開放原始碼軟體(Open-Sources software) ，是模組化物件導向動態學習情境（modular object-oriented dynamic learning environment）網路平台的簡稱，由 Martin Dougiamas 所發展出來的，他同時也是一位教育學者及電腦工程師（歐展嘉、Shally，2005）。

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其中，自由軟體的由來是在 1970 年代，洪朝貴（2001）指出在還沒有軟體智慧財產權觀念以前，所用的軟體是可以自由拷貝的。美國麻省理工學院 Richard M. Stallman 認為合作共享才是健康的社會風氣，然而在程式原始碼不公開，版權專屬於某一特定公司的軟體版權私有軟體 (proprietary software) 逐漸風行之後，基於推廣自由軟體，於是創立自由軟體基金會(Free Software Foundation)，許多「自由軟體」(Free Software)也由

此製作出來，供社會大眾使用，並以「GNU General Public License」，簡稱

（GPL）版權聲明文件，來保障使用者的權力。 Moodle網路平台的相對優勢有哪些呢？張原禎（2005）曾就三方面：「學校資訊組長的業務」、「教師教學應用」與「介面設計的相對優勢」，指出其優勢。首先，就以（一）「學校資訊組長的業務」來說，其優勢有以下八點：（1）使用者決定：就是由使用者自己決定其價值。（2）免費取得、快速安裝：減輕網站管理的負擔。（3）操作簡單、推廣容易：無論是協助開課或是學習，都能在短時間內熟悉操作介面。（4）可以批次建立帳號：學習權限設定。（5）能以數位學習元件匯出或匯入課程：促進平台間交流與分享。（6）具備線上網頁編輯器：學生能以Web方式編輯網頁作品。（7）實作評量：增加線上評量的工具。（8）外掛或內嵌：兼容學校既有的成果網頁資源。次之，從（二）「教師教學應用」來看，其優勢如下列四點：（1）教學活動規劃在提供一份線上資源的同時即可完成，當老師提供一個網站連結或數位檔案時，能一起規劃討論區、作業與心得版、測驗等，不僅自己教學時可以使用，也提供學生非同步補充學習與同儕互動交流。（2）完整的學習歷程紀錄，如同上述的課程規劃，可以掌握學生的參與歷程

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和表現。（3）課程包交流或模版套用，可以彼此分享交換自己製作的課程，加速知識分享與教學的效率。（4）以課程壓縮成檔案來匯出或是匯入，老師可以單機離線製作自己的網路課程，再將備份檔案傳至主機。最後，從（三）「介面設計的相對優勢」來看，其優勢如下列二點：：（1）經驗快速傳承，減少摸索受阻時間，大家使用同一種「語言」，自然可以將心力集中於教學上。（2）永續經營：模組化的交流，將吸引學界或自由軟體的志工開發更符合各校資訊環境的需求，開發新的模組，也促進更多學校使用網路平台的機會，教師能提供分享自己的教學檔案，以Moodle網路平台來說都能充分支援這些功能。基於以上所提及的 Moodle 網路平台優勢，本研究以此軟體作為我們數位學習的工作平台。在此，為方便教師編擬教材與使用，研究者所編列的工作模組主要有以下八類：（1）聊天室模組（2）小辭典模組（3）課

程模組（4）工作坊模組（5）問卷模組（6）SCORM（Sharable Content Object Reference Model）模組（7）討論區模組（8）測驗區模組。其中的最後三項，SCORM 模組、討論區模組、投票區模組與測驗區模組，為本研究中所架設的模組。二、數位學習元件隨著數位平台紛紛問世，為學習創造了另一種學習方式。張基成、呂益彰（2001）認為數位學習元件是網路教學的核心，教材的內容與呈現方式是數位學習成功的關鍵。既然數位學習元件是網路教學的核心，那麼數位學習元件具備有哪些特性，使之成為網路教學的核心呢？歐展嘉（Shally，2005）提出數位學習元件所具備的特性，如下六點：（1）具可重用性 (reusable)：在各個平台上，數位學習元件都可以被重複使用。（2）具可得性 (accessible)：可隨時隨地易於取得數位學習元件之內容，使用

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者可以利用任何電子載具來取得數位學習教材。（3）具恆久性(durable)：在網路技術不斷更新之際，數位學習元件與搭配的系統不須重新修改，如此的教材結構才能持續。（4）具互用性(interoperable)：數位學習元件可以在不同的平台上被操作(開發、修訂、使用、互動等)。（5）具可適性(adaptable)：依使用者不同之能力，可以提供適當及彈性的數位學習元件。（6）具可負擔性(affordable)：所提供的學習環境及內容必須是使用者可負擔起之經濟許可範圍。具有以上幾點特性的數位模組，可讓我們來判別什麼是所謂的「數位學習元件」。建立學習內容標準並將教材包裝成學習物件，可使教材有較佳的可利用性和可調適性(Rosenberg，樂為良譯，2001；蔡德錄，2003)。在「數位學習」導入學校教育的過程中，SCORM數位學習元件在數位學習佔有極重要的地位（許政穆，2002；游寶達、劉明宗，2002）。由於數位科技具有傳輸迅速準確與無限次重複使用之特性，網路更可以在快速發展下，達成即時性、互動性與自動化，在文字、圖表、聲光、影像效果下，能使學習資源更加豐富化、多元化與個別化（翁榮桐，2002）。因此，數位學習元件的普及化，勢必是未來數位學習的趨勢。數位學習要有效的進行就必須要有教材內容，運用教材庫對於學習物件「再組合機制」也實現了九年一貫課程的統整課程教材編輯的目標（蔡俊彥，2003）。因此數位學習的應用除了網路硬體的發展外，也必須發展出數位環境中教師資源整合的研究並找出適合數位學習的模式經驗，才能讓數位學習真正落實（王建華，2003）。由上述可知 Moodle 網路教學平台可以支援多種模組，包括最新 SCORM 數位學習元件、測驗區、投票區等等的運用，讓「數位學習」增加教學評量上的多元化，來達到數位學習的目摽與教學，也是本研究嘗

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試的用意所在。参、數位學習的目標與教學在數位學習的目標上，孫春在（2000）綜合各種網路學習理論與經驗，歸納提出了四項未來網路教學的目標，作為學習網站設計的方向導引，合稱為 ASIA原則：一、主動學習(Active Learning)：以問題為核心，透過討論定出學習目標，以激發學習動機，問題設計應以開放式問題（沒有標準答案）為主，能刺激討論，利於學習氣氛營造。二、模擬學習(Simulative Learning)：強調與模擬工具之結合與模擬實驗之設計，及作中學之概念，透過與模擬工具之結合與模擬實驗之設計，讓網路上的學生也能由做中學，亦鼓勵讓學生自行設計實驗，驗證概念。三、互動學習(Interactive Learning)：引導學生收集素材，連結在網路上，互相參考。一種典型的作法是：透過結構式的專題設計促進小組合作，藉由社群共識的形成，讓學生建立有用的知識。四、累積學習 (Accumulative Learning) ：透過不斷的累積，學習的層次可以提升，同時提高知識的深度與品鑑的能力，網路學習環境能完整的個人化記錄學習歷程，對於提升學習效果有長期的效益。對學生來說，數位學習所提供的彈性學習是以學生為中心的教學和學習，鼓勵學生依靠自己的能力學習。對教師來說，在數位學習環境下由於是以學生為中心（student-centered）的參與式學習，所以教師也不單只是講解教材而是要能成為從旁協助指導學生學習的角色（于富雲，2003），以上兩位學者見解有類似的地方。由數位學習的普及性、便利性、教學方式多樣，增加教學時間的彈性、情境互動、學生角色改變等等，可知數位學習在教育上逐漸成為學習的新主流。在運用數位學習來配合教學方法裡，王建華（2003）認為數位學習是以

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網際網路為重要的發展因素，充分運用網路科技的教學。以下六種適用於數位學習系統操作的教學方法為：一、多元化教學：在教學過程中學生進行不同型態的分組學習，使教學型態更靈活。二、合作學習：藉網路互動的特性，讓參與者能跨越班級與班級的界限來合作學習。三、非同步學習：可以不同時間及地點來進行教學。數位學習的主要應用的模式分為非同步教學、同步教學、補教教學。其中非同步教學有：輔助教學、混合式教學、完全非同步教學等三類來教學活動的配合（鄭敬譯，2004）。四、網路主題式教學：具有行動研究性質，師生可以專題或問題導向的教學來進行討論研究。五、網路化學習歷程檔案系統：藉由網際網路的資料歷程檔案搜集與介面儲存，讓學習者可以自我反思努力學習後改變的實際情形。六、網路適性測驗（adaptive testing）：能評估受試者本身的某些狀態來決定測驗的程序是否就測驗難度、長度等順利進行。因此，在本研究的教學評量裡面，有教學績效的評估，來達到我們的數位學習的教學目標。肆、數位學習與性別近年來有關學童數位學習與性別文獻的研究，下列學者在不同對象間實施自然與生活科技領域後，認為數位學習與性別間沒有影響：一、李俊億、王子華、王瑋龍、黃世傑（2005）探究高一學生由數位學習來學習基礎生物之效益，發現不同性別的學習者在「生命世界的交互作用」單元中，其學習成效上沒有顯著差異。二、王子華、王國華、王瑋龍、黃世傑（2004）研究以不同選擇題式的形成性評量模式對於國中一年級學生網路學習效益的影響，發現不同形成性評量模式組的男女同學在網路教材「演化」與「消化」單元中，學習效益

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並無顯著差異。三、葉豔靜（2003）研究國中生由數位學習來學習生物之成效，發現不同男女同學在「以生物界分類「植物界」與「動物界」單元」中，其學習效益並無顯著差異。上述研究是針對國中生與高中生，運用網路及數位學習來進行自然與生活科技領域的課程，認為不同性別間的學習效益並無顯著不同。但是本研究所進行的奈米科技課程，是屬於新興的科技課程，而實施對象為國小學童，所以研究者想透過數位學習的方式來比較不同性別的學童間，在各單元學習成效是否與上述學者所做結果有所不同，作為未來的新興科技課程運用在數位學習時的參考。第二節閱讀的理論與發展當進入數位紀元後，各種科技進入大匯流時代。文學和圖象、動畫、多向文本乃至於互動界面也開始整合，文學、藝術、科技也進入一個界線模糊的空間，打破了學科間的分際，進入了科際整合的時代。本研究中的「閱讀學習」指的是以奈米科技教材為文本的教師導讀活動，讓學童能理解奈米科技，所使用的閱讀方法。以下針對閱讀的基礎概念、閱讀的相關研究分說明。壹、閱讀的基礎概念閱讀是一種複雜的歷程，包括識字、理解兩大部分。為了瞭解讀的整個歷程，因此我們首先就閱讀的意義、認知歷程來分析。一、閱讀的意義 Goodman（1998）認為「閱讀」是指「個體重新建構作者以印刷文字編碼訊息的歷程」。Hayes（1991）認為閱讀是一種對作者訊息的再

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建（reconstructing）及利用書頁上印刷的字以建構（constructing），Sawyer （1991）認為閱讀是讀者自身有意義的活動，會受到閱讀目的、讀者的先備知識、興趣以及能力的影響（引自鄭宇樑，1998）。目前普遍被接受的定義乃將閱讀視為互動的歷程-閱讀者的知識與文章的訊息產生互動，詳細的定義如下：「閱讀是一種發展性的、互動的整體過程，它是一種合併個人語言知識的過程，而且非語言的內外在因素會對其產生正面與負面的影響。」，其中內在因素包括：普通智力、特定的發展性障礙、對閱讀的興趣或態度；外在因素包括教學和情境的因素，例如：閱讀者的物理環境、教學計畫、師生互動（吳麗寬，2000）。綜合以上學者的論點，我們可以歸納出閱讀是閱讀者自身主動的運用先備知識及個人經驗，透過字義理解、預測推論、監控及檢視自己對文章內容的理解，是一種努力追求意義的過程。二、閱讀的認知歷程除了可以從定義上了解什麼是閱讀之外，部分學者從認知歷程來說明閱讀。曾世傑（1996）分為：字形處理、聽覺詞彙、聲母判斷、韻母判斷、聲調判斷、音碼提取效率、短期記憶中的聲韻轉錄、工作記憶及詞界處理等九個成分。Hyde & Bizer（1989）認為歷程有四個特徵分別為：閱讀是整體的歷程（holistic process）、閱讀是互動的歷程（interaction process）、閱讀是建構的歷程（constructive process）、閱讀是策略的歷程（strategic process）。Gagne, E. D, Yekovich & Yekovich（1993）指出閱讀

歷程有四個階段為：解碼（decoding）、字義的理解（literal comprehension）、

推論理解（inferential comprehension）、理解監控（comprehension monitoring）四個階段。

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者本身的先備知識，和文章的訊息等相互統整及互動，才能建構出文章的意義。貳、閱讀的相關研究閱讀的最終目的就是要了解文章的意義，所以閱讀就是要獲得理解，與教育上又息息相關，所以基於本研究中與閱讀與有相關的部份，可分為閱讀與性別、閱讀與數位學習二方面來說明：一、閱讀與性別的相關研究近年來有關學童閱讀與性別相關的研究，下列學者針對國小高年級學童，研究其閱讀學習中不同性別間的閱讀理解能力、閱讀態度、閱讀動機等等的角度，其結果如下：（一）陳美鳳（2004）在探究台北國小六年級學童閱讀科學普及讀物教學對閱讀理解能力與自然科學習成就之影響中發現，閱讀科學普及讀物對男童的閱讀理解能力、自然科學習成就有顯著提昇的作用；而閱讀策略教學能提升女童之自然科學習成就，但是在閱讀理解能力則未達顯著差異。此外，在科普讀物閱讀態度上，閱讀教學對男童閱讀科學普及讀物的態度有提昇的作用，在經過教學之後，男童與女童在閱讀態度上並無顯著差異。（二）謝美寶（2002）以高雄縣公立國小六年級的學生為對象，採用問卷調查法，研究學生閱讀態度、家庭閱讀環境與閱讀理解能力關係，發現女生的閱讀態度優於男生；就地區而言，都市地區為最佳，山地地區則最差，而不同性別之國小學生其閱讀理解能力沒有顯著差異。（三）陳明彥（2002）研究國小四年級與六年級學童的語言能力、閱讀理解能力與寫作表現關係，發現以研究者自編「閱讀理解測驗」及「國

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民小國語文成就測驗」施測後所得結果，六年級學童閱讀理解能力優於四年級學童；女生優於男生。（四）方子華（2003）以高雄市公立國小六年級的學生為研究對象，採用問卷調查法，研究學生家庭閱讀活動、學校閱讀環境與閱讀動機，發現女生的家庭閱讀活動較男生為佳，且女生的閱讀動機是高於男生的。綜合上述，以閱讀理解能力來說，陳美鳳認為對男童有顯著提昇的作用，但謝美寶認為並無差異，陳明彥則是認為女生優於男生。在閱讀態度來看，陳美鳳認為對男童閱讀態度有提昇的作用，謝美寶則認為女生的閱讀態度是優於男生的。在閱讀動機來說女生的閱讀動機是高於男生的。由於閱讀理解、閱讀動機、閱讀態度等都會影響學生的學習成效，又因為本研究的奈米科技課程是屬於新興的科技，所以我們也將研究性別是否會影響在奈米科技課程中的閱讀學習組之學習成效。二、閱讀與數位學習的相關研究數位化的閱讀文本是一種整合多種媒材的「新文類」，這種新文類相對於傳統不論從創作形式、呈現及表達方式、閱讀、傳播方面，都發生了突破性的影響，以下就以數位媒材的閱讀方式、電子書的音訊媒體特質、電子化媒材的教育價值來說明：（一）數位媒材的閱讀方式：必須在電視、電腦、光碟機或利用網路來進行閱讀，因此電子媒材得仰賴硬體設備，一旦硬體設備不足或使用者不會操作便會造成閱讀困擾。但電子媒材與紙本書相比，其具有高容量、易保存的特質（李心緻、鍾孰捐，2000）。不像紙本書易受水漬、蟲咬等損害，不易保存。電子媒材同時提供讀者更大的便

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利性，也節省了保存書籍所需空間。（二）電子書的音訊媒體特質：李心緻等（2000）認為：音訊媒體包括配樂、旁白、音效等，適當的使用可加強劇情的衝擊力與真實感。曾愛玲（2004）以為：音訊媒體在電子書上的呈現效果不止可加強劇情的衝擊力與真實感，在教學的領域裡，練習旁白發音的正確性，配合劇情聲調的練習，背景音樂在情境效果的提升，更能增加學習的張力。（三）電子化媒材的教育價值：這幾年教育單位大量提倡資訊化的教材教法，各類相關研究結果紛紛支持數位化學習的優勢，列舉以下： 1.洪文瓊（1999）認為，電子化媒材的教育價值有以下幾點：（1）可促進學童「右腦革命」。（2）能滿足兒童的多元閱讀探索。（3）有助於兒童改變傳統的學習型態。（4）能增進兒童的邏輯思考。（5）網路傳輸互動，從而活絡自己的思考，強化自己的表達能力。（6）使教師有更豐富的教學資源。 2.根據吳淑琴（1999）指出電子童書的優點具有下列四項：（1）友善的使用介面，使兒童自如的進行閱讀活動。（2）原本靜態的文字因多媒體效果鮮活豐富起來。（3）隱藏於物件內的動畫、聲光為閱讀添增探索的樂趣。（4）人際互動模式允許兒童實際參與，進而更能投入閱讀活動。 3.王美蓉（2005）以網路後設進行英語後設認知閱讀策略訓練，肯定網路輔助後設認知訓練能增加閱讀策略之成效。 4.曾愛玲（2004）以指導學童製作電子書的研究結果顯示：（1）在閱讀能力方面，資訊科技能提供較快捷而豐富的資源，教師較容易實施全班共讀及深入閱讀活動。（2）藉由資訊科技的協助，學童可以

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在活動中透過聽與說的反覆練習及錄音及放音的立即回饋，提升聆聽及說話的能力。（3）在寫作方面，對於故事的後設語言與故事的後設認知知覺提升，透過教學的設計及延伸活動，學童的寫作能力提高，也對故作較有興趣。（4）學童喜歡使用電腦與網路學習，能將自己的作品作成多媒體，透過網路及光碟的方便性，擴大分享層面，刺激學童學習意願。由以上可知，利用電子或光學媒介為載體，並且以動畫、影像、聲音重現書籍內容或知識，必須使用特殊的電子機器才能閱讀；利用多種感官的閱讀方式等特性與學習功效，是紙本書所無法比擬的，但是無法像紙本書一樣，可以瀏覽書本的內容。一旦進入新的傳播時期，舊的媒介並不會因此被消滅，反而提供兩者之間彼此合作的機會（張錦華等譯， 1995；郭明志，1999；張子樟，1999）。從文獻閱讀中我們了解，資訊科技對未來世界的解構與建構正在進行中，一個人文、科技與自然交互影響的時代，電腦、網際網路已經全盤改變我們的生活面貌，利用網路查詢的習慣可能超過向傳統工具書或圖書館查詢的習慣，購物商店可能一半實體一半虛擬，人的接觸可能是只剩網路介面。但數位科技是工具與媒體，科技與各種學科的整合要能產生意義，必須仰賴學習內容的充實。在數位科技的衝擊下，整個知識學習似乎正在面臨一場巨變，不過無論如何，學習內容的本質是不變的。其中的價值評斷，恐怕不是目前電腦科技可代勞的。跟上國際化數位科技的腳步，同時把握學科的文本本身所欲表達的內容，謹慎面對學科本身學習的內涵，在突破過去平面的限制同時，建立網路上的多變與多元。綜合以上論述，本研究所採行的閱讀學習方式與上述學者所研究不同的地方，為本研究的閱讀學習方式是為了與數位學習方式的作為學習上的比較，而以教師課堂上來進行奈米文本的導讀活動，它是屬於比較傳統的閱讀方式，其學習

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成效結果作為研究者的參考。第三節鷹架理論本研究所使用教學理論為鷹架理論，它源自於認知學派，經由維諾斯基（Vygotsky）奠定基礎，後來在網路教學中廣泛被使用，所以本節將鷹架理論的概念、鷹架理論的背景、鷹架理論在網路上的研究，依序說明如下：壹、鷹架理論的概念「鷹架」的基本概念是源自於蘇俄心理學家維諾斯基（Vygotsky）的學習理論，強調人類高層次的心理活動在社會互動過程中，起初是由透過他人的調整（other-regulation），即社會協商（social negotiation），而漸漸內化為自我調整（self-regulation）的過程，在教學上主張由教師採取一個暫時性的支持架構以協助學習者學習能力的發展，此種導引稱為「鷹架」。Vygotsky （1962）認為人類的認知發展過程是經由「內化」或「行動的遷移」，將社會意義及經驗轉變成個人內在的意義。他又將認知的發展分成二個層次：一、實際的發展層次（real level of development）：指個體能夠獨立解決問題的層次。二、潛在的發展層次（potential level of development），指需要他人（教師、同儕中較優秀者）引導或合作下才能解決問題的層次，在這兩個層次間的差距，則稱之為「近側發展區」（Vygotsky ,1978）。如圖 2-2-1所示，Vygotsky（1962）認為兒童原本具有學習潛在的發展層次，透過與人的互動在其近側發展區搭起鷹架，促進其潛在的能力發展到實際的發展層次，甚至達到更高的表現水準。此過程需經兒童與成人、或較優秀的同儕間，在環境互動中一起合作才能產生效果，此一理論到了七○年代才受到歐美教育與心理學者的重視，並在九○年代達到巔峰。

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圖 2-2-1 近側發展區資料來源：本研究整理「鷹架理論」是奠定於 Vygotsky 貼近發展區的概念，它具有三個重要概念：一、在貼近發展區裡，鷹架提供者（教師）和接受者（學生）之間的關係是互惠的，所謂互惠是指教師所提供的學習支持和學習者的互動回饋，應該是經由彼此協商所決定。二、學習責任應在過程中逐漸由教師轉移至學習者，而其轉移時機則視學習的實際狀況而定。三、在教師與學生間的溝通語言，是促進學習者反思與認知的橋樑（張菀珍，1997）。 Wood et al.（1976）也整理出六種鷹架在學習上所能提供的支援：一、引起學生參與。二、指出所學習事物的關鍵特徵。三、提供課程範例供學生觀摩學習。四、減輕學習時的負擔。五、進行學習活動管理方向。六、掌控學習過程的挫折。Bruner（1976）以「鷹架」的概念詮釋成人與兒童的互動中，由成人設計並採用有組織的對話，來刺激與引導兒童進行思考，使兒童思考能力及心理能力得以增長發揮，隨著學習活動持續，孩子能夠獲得較多

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的控制時，成人的參與就會從明確的指導，轉變成模糊的暗示或建議，直到最後孩子自己能夠在沒有任何幫忙的情況下，獨自完成學習活動。貳、鷹架理論的背景任何教學方法的發展都有其理論背景，鷹架理論乃由認知學派中衍生出的一種理論，在1970年代以後，建構主義的學習觀漸漸獲得重視，這與鷹架的形成也有關係，所以我們就認知理論與建構主義兩個方向來簡述：一、認知理論主要源自Piaget（1970）和Vygotsky（1962）等人的看法。他們認為學生在同儕合作互動的情境中，會有社會認知衝突的出現而導致認知不平衡的現象，在解決認知衝突的過程中，論證會被提出和修正，進而激發個人認知上的發展，也就是個人在環境中與人共同合作，在社會認知發生衝突時，會導致個人本身認知上的和諧，而這種狀況會使個人產生不同的觀點和另類思考，促使個人重新建構自己的知識（黃政傑， 1996）。二、有意義的社會建構則是Vygotsky所界定的高層次思考發展的中心理論，強調學習者的認知和社會發展背景相關的學習互動概念。Vygotsky提出「社會協商的辯證性對話」，其主要在於引導學習者發展語言是如何被反思或語言是如何與認知產生關聯。換句話說，只有在社會互動的情境中，學習才會發生。指導者的任務就是讓他們有充分的機會接觸各種資訊，提供豐富的教學情境與脈絡，使學習者能在學習中建立新知識並與舊觀念連結（楊振嘉，2000）。 Piaget與Vygotsky的理論，整理如下列的比較：（一）Piaget注重個體如何調適外在，藉此來建構知識，Vygotsky強調社會環境對個體所提供的發展。（二）Vygotsky強調社會過程對個體發展的影響，Piaget注重個體與社會環境

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互動和發展建構的過程。（三）Piaget認為認知的發展是經由「同化」、「調適」和「平衡」三個過程產生，Vygotsky則認為認知的發展是經由「內化」或「行動的遷移」將社會意義轉變為個人意義的過程。（四）Piaget與Vygotsky 的教與學概念架構在相同問題裡，但兩人的著重點不同，Piaget較偏向學習者的觀點，而Vygotsky則較偏向教學者的觀點（Vygotsky ,1962 ;Wertsch ,1985）。李岱芳（2001）指出在網路學習環境中，知識與概念是以文字、聲音、影像、圖形等多元化的內容呈現，利用超連結的技術，形成一個網狀的知識結構，學習者在知識結構中形成新的知識基模。而一個具有超連結架構的教學情境，不僅能讓學生在教師的協助下掌握學習進度，進而適當的調整其學習行為，並更能因個別差異，獲得教師不同的協助。學生透過瀏覽器自主的查閱自己想看的內容，主動的組織所學的知識，符合知識建構理論主動學習的精神（曾明勤，2002）。參、應用鷹架理論在網路學習的研究學者在近年來網路教學的文獻，運用鷹架理論融入網路教學中，針對不同的對象以及方法所得的結果，皆有不錯的學習成效，說明如下：一、李金龍和蘇育任（2005）以國小六年級為對象，利用鷹架理論在網路上進行「簡單機械」教學的教學，研究結果顯示鷹架理論運用於國小自然科「簡單機械」單元，在槓桿、輪軸、滑輪與動力傳送四部份皆具有成效。二、邱富宏和陳錦章（2001）以6位五專三年級學生為樣本，使用鷹架搭配融入認知策略學習，發現在學習後，學生在ASP語言課程的測驗分數獲得顯著進步；且訪談資料及各種學習歷程電腦記錄都顯示，此研究對學生學習程式語言確實有正面的影響。三、石如玉（2002）以「Web導向教學環境應用於國小六年級學童的研究」，

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利用訪談、意見調查表、網路系統記錄以及實際教學實施攝影中進行資料的蒐集，結果發現教師扮演輔助鷹架角色，配合多樣化的網路學習活動有助學生學習，並能增進師生互動。四、曾明勤（2002）以高雄第一科技大學資管碩士班的一般生、資管碩專班的在職生為教學實驗樣本，研究網際網路輔助建構式鷹架教學，採用實驗法，分析網際網路輔助之建構式鷹架教學模式，研究中發現建構式鷹架教學模式更能強化師生互動程度對學習效果的影響。五、李曉嵐（2004）以國北師多媒體導論碩士學分班 A、B 兩班為研究對象，以非同步遠距教學進行鷹架學習互動模式的研究，實施結果發現鷹架學習互動模式優於一般互動模式。由以上李金龍和蘇育任、邱富宏和陳錦章、石如玉、曾明勤、李曉嵐的研究中得知，鷹架理論在網路的運用上有很好的成效，值得本研究進行國小奈米科技課程上的參考。曾明勤（2002）也認為教師在網路學習環境中，可根據學習者的學習狀況來適時提供支撐學習的鷹架，這方式包括直接呈現相同的學習個案以供觀摩，或提供相關訊息以供分析歸納，讓學習者積極參與學習。邱富宏、陳錦章（2001）認為鷹架理論在電腦輔助學習的策略中的方式，可以在學習者解決問題時，開始以電腦例子示範解題方法，並呈現問題前面部份的步驟，最後保留一個步驟讓學習者練習，以提高學習的成就感和學習動機，之後漸漸減少電腦教學的工作負擔，慢慢讓學習者完全負起解題責任。本研究的教學設計理念是以學習者為中心，教師扮演教學輔助者的角色，參照以上前人的看法，採用鷹架的步驟如下：一、在學生學習中一開始除了老師親自課程示範外，並以教師影音教學互動網頁給予引導依序各單元課程教學流程範例。二、呈現各單元課程中所配合的模組的解題及回應範例，並以網頁呈現學習部份的步驟。三、最後保留的學習讓學童練習。四、在上述操作過程中當學生發

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問時老師給予操作上的詢問與輔導，讓學童自主性學習，慢慢減少對在學習過程中，對電腦教學者不斷提問的負擔，讓學童慢慢完全負起學習課程。第四節奈米科技的發展與概念最早在 1959 年，著名的物理學諾貝爾獎得主查德․費曼（Richard Feynman）談到「如果人類能夠在原子/分子尺度上加工材料和製造元件，我們將會有許多激動人心的新發現。」。隨後查德․費曼亦提出「往下還大有可為」（There s Plenty of

Room at the Bottom）的科技預言，他還舉例如：把二十四冊的百科全書寫在一根針頭上，以及幾個技術上的想法，如用幾個普通尺度來製造體積較小的工具，再以此工具製造體積更小的工具，如此縮小尺度的結果，最後就可以製造出體積更小的工具。費曼還提及「小尺度資訊紀錄能力」、「電腦小型化」、「原子的搬移能力」等等環環相扣的技術，預測到數十年後，才開始發展的關鍵技術。這個奈米夢想一直到 20 世紀，在 70 年代才由美國麻省理工學院（MIT）德雷克斯勒（Drexer）提倡出來，並展開奈米科技的相關研究，後來促成了 80 年代掃描穿透顯微鏡（STM）原子力顯微鏡（ATM）的發明以及微觀操縱技術的產生，並且成功解釋出超微粒子的某些特性，隨之而來的是 1990 年美國貝爾實驗室（Bell Laboratory）所推出驚世之作--「一個跳蚤般大小的奈米機器人」。同年 7 月美國巴爾的摩（Baltimore），舉辦了第一屆國際奈米科學技術會議和第五屆國際掃描穿透顯微學術會議，並決定出版「奈米技術」、「奈米結構材料」、「奈米生物學」等三種國際性專業期刊。1991 年奈米碳管被發現，2000 年美國總統柯林頓正式宣佈美國國家奈米技術計畫。從此，奈米科技成為全球矚目焦點，「奈米熱」終於成為各國競相投入巨資的熱門技術。以下就奈米科技的現階段發展、奈米概說、奈米科技教材分析介紹如下：

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壹、奈米科技的現階段發展目前世界各國也都陸續察覺到奈米科技的重要，因而持續投入大量的經費到此領域發展，如：美國、歐盟、日本皆逐年增加經費，2000年一月美國前總統柯林頓宣布「國家型奈米科技先導計畫」，以大幅增加奈米科技研發經費來宣示，美國欲在此一重要領域保持及取得領先的決心（呂世源，2002）。而台灣雖然知道重要性，但由於投入的時間、人才、資金等尚無法與外國相比，所以目前的奈米技術上仍無法迎頭趕上。因此，行政院2008年國家發展重點計畫將奈米科技列為優先考量，並斥資160億成立工研院奈米中心及「產業奈米技術應用促進會」、積極結合中科院等研發機構，成立「法人研發機構聯盟」，以期望帶動服務產業界的產值（潘文福，2004）。貳、奈米概說「奈米」一詞對於一般人來說是印象模糊的，所以我們以奈米的定義、奈米現象、奈米材料、奈米檢測工具、奈米科技在生活上的應用分別來說明：一、奈米的定義 nano是希臘字中「侏儒」的意思，若是以單位來使用就是十億分之一的單位，也就是十億分之一米的長度，簡記為nm。由表2-4-1中可以知道奈米與其他度量的單位換算關係，如：1微米（1μm）的單位可換算為1000奈米，1公釐（1mm）可換算為1000微米（1000μm），以此類推。而「奈」的發音是由「nano」的英文而來。奈米尺度，是以 1 到 100 奈米為範圍，當物質小到奈米尺度時，其物理、化學及生物性質是不一樣的。如表 2-4-2 中，可知宏觀物質到分子尺度的比較，如細菌為 1000 nm，原子與分子約為0.1 到 0.5 nm。由此可知，由奈米科技製作出來產品，逐漸會影響未來新的世界（龔健華，

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2002）。表2-4-1 奈米與其他度量的單位關係原單位欲換算單位 1公里（1Km） 1000米（1000m） 1米（1m） 100公分（100cm） 1公分（1cm） 10公釐（10mm） 1公釐（1mm） 1000微米（1000μm） 1微米（1μm） 1000奈米（1000 nm）資料來源：本表整理自龔健華（2002）表 2-4-2 宏觀物質到分子尺度的比較名稱尺寸（nm）多數植物細胞 25000 nm~50000 nm 人體紅血球/紅細胞 5000 nm ~ 27000 nm 細菌 1000 nm 病毒數百 nm 蛋白質數十 nm DNA 2 nm（螺距 3.4 nm）原子 / 分子 0.1~0.5 nm 資料來源：本表整理自葉安義（2004）葉安義（2004）引自美國國家奈米科技開創中心談到，所謂的奈米科技指的是奈米的「科學」和「技術」，就是在奈米尺度下進行對物質的操控，

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製作與了解材料結構中物理、化學性質與使用技術和儀器的研發。奈米科技包括：（一）研究介於約1~100奈米（nm）的原子、分子或聚分子的結構、現象、基本性質的相關科技；（二）創造或應用一些由於粒子小而具有特殊性質或功能的結構、設計、或系統；（三）操控原子大小的物質的能力（馬遠榮，2002）。二、奈米現象奈米現象是指在奈米尺度範圍內所產生的一些特殊現象，本研究中奈米科技課程的的奈米現象有蓮花效應、蝴蝶表面色澤效應、奈米磁體等，分別介紹如下：（一）蓮花效應主要是指蓮葉表面具有超疏水（ superhydrophobicity ）以及自潔（self-cleaning）的特性。由於蓮葉具有疏水、不吸水的表面，落在葉面上的雨水因表面張力的作用形成水珠時，水與葉面的接觸角會大於 140 度，如果葉面稍微傾斜，水珠就會滾離葉面，也會順便把一些灰塵顆粒帶走，達到自我潔淨的效果（蘇俊鐘，2003）。德國波昂大學的教授（Wilhelm Barthlott）等人，從 1970 年代開始，利用高倍率及高鑑別率的電子顯微鏡研究蓮葉的機理，最後發現蓮葉表面有著一層表面臘所組成的奈米結構，並受到氣流和光反射的影響，具有「高疏水性」使水滴不易沾附在蓮葉上（郭東瀛、葉吉田、廖駿偉和王季蘭， 2005）。由於表面的粗糙度，使液體所接觸的表面，不是完全只有葉面，而是一種混合界面──部分為葉面，部分為氣體。因為液滴與粗糙孔隙間的空氣無黏著濕潤的現象，因此接觸角變大，使水在蓮葉上的接觸角高達 160 度，水滴很難停留其上（徐世昌，2002）。蓮花的疏水性與自我潔淨的關係上，在「蓮花效應」(Lotus effect)

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一詞隨後產生，同時也擁有這個商標的專利權，不久蓮花效應就成了奈米科技最具代表性的名詞。然而同樣具有疏水性的表面，在細微結構上的水珠會吸附著灰塵顆粒滾動，而在光滑表面上，水珠能使顆粒移動的程度有限（蘇俊鐘，2003）。如圖 2-4-1，鵝與鴨的羽毛也是因為奈米現象，排列非常的整齊，毛與毛之間的縫隙為奈米尺寸，所以水分子無法穿透且非常通氣，因此鵝與鴨能在水中保持身體乾燥（何鎮揚、陳雅玲和廖家榮，2004）。圖 2-4-1鴨毛的奈米防水構造資料來源：自何鎮揚、陳雅玲和廖家榮（2004）整理重繪（二）蝴蝶表面色澤效應郭東瀛等人（2005）指出「蝴蝶表面色澤效應」指的是物體能夠在外表呈現出十分豔麗像彩虹的七彩顏色。如圖 2-4-2光子晶體結構的蝴蝶翅膀所示，蝴蝶翅膀的表面色澤，基本上是因為表面擁有俗稱蝴蝶鱗片的多層鱗次櫛比構造，每個鱗片是大小、厚薄及層間不等數百奈米級長寬的幾丁質與蛋白質組成，從側面看來就像看到一片聖誕樹林。

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蝴蝶翅膀的鱗片可反射部分顏色的光，並讓其餘顏色的光穿透。當光的夾角改變時，會反射不同頻率的光，所以翅膀顏色會隨觀看角度而改變，這說明蝴蝶的翅膀為何看起來如此五彩繽紛（呂宗昕， 2002）。圖 2-4-2具有光子晶體結構的蝴蝶翅膀資料來源：自呂宗昕（2002）整理重繪（三）奈米磁體很多動物的方向感絕佳，會自己找到回家的路，距離較短者有螞蟻及蜜蜂，千里跋涉則有鴿子和鮭魚等。在這些生物體內，都找到了奈米級磁性粒子的存在。這些奈米磁性粒子就是生物磁羅盤，其功用是感應地球磁場的細微差異，作為導航的依據，以找到回家的路。而在生物界所發現到一種磁性奈米細菌一般稱為感磁細菌（magnetotatic bacteria）可合成粒徑約 50-100nm 的磁性晶體，水的深淺、含氧量的多寡及地球磁場（在北半球，磁場不只是往北指，還向下指；在南半球則是向上指）也會影響到細菌內的微型羅盤，因而引導出磁感細菌的方向（廖達珊等人，2004）。（四）力學性質

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自然界中的奈米力學性質有兩種，分別為貝殼的硬度與壁虎的凡得瓦力，介紹如下： 1.貝殼的硬度郭東瀛等人（2005）引述美國學者艾克謝（Ilhan Aksay）在多年研究發現經由電子顯微鏡，發現鮑魚殼切面的構造，是由一片片 5 到 10 奈米的碳酸鈣堆疊，及有機的絲狀蛋白質黏著劑組成，其硬度異常堅硬並能耐磨損與侵蝕，是一般碳酸鈣的 3000 倍。一般來說，陶瓷材料通常呈脆性，但經由奈米超微顆粒壓製的陶瓷材料，具良好的韌性與延展性，如氟化鈣奈米材料，可在常溫下大幅彎曲不斷裂，人的牙齒組成也是由磷酸鈣等奈米材料構成，所以我們能運用複合奈米材料，改變材料的力學性質（鄭天喆和姚福燕，2004）。 2.壁虎的凡得瓦力凡得瓦力是一種非極性分子或原子之間因極化所產生的微小短暫的吸引力，須在數十奈米內才會發生作用，一隻圍繞壁虎腳趾皮瓣裡幾億根細微匙突的電荷，因與物體表面接觸時，與其表面的異電荷互相吸引，聯合起來產生產生很強的附著力（郭東瀛等，2005）。（五）特殊光學性質鄭天喆和姚福燕（2004）表示奈米粒子的粒徑約在 10~100 奈米間，小於光波的波長，特性上對光的吸收率很大，當黃金、鉑等金屬在超微顆粒時會呈現出黑色，尺寸愈小顏色卻愈黑。對光的反射率通常可低於 1%，因此可製造光熱及光電等轉換材料，將太陽能高效率地轉換為熱或電能。（六）特殊熱性質