行動擴增實境融入國小能源教育設計發展

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(1)國立臺灣師範大學圖文傳播學系碩士論文. 行動擴增實境融入國小能源教育設計發展 Applying Mobile Augmented Reality on Elementary School’s Energy Education. 研究生：賴美君指導教授：王健華. 中華民國 104 年 8 月. 教授.

(2) 摘要我國的能源教育是由經濟部能源局以委辦計畫的方式主導推動，以國小學校教師及學生為對象，舉辦各式推廣活動，其中對於教師而言，最需要的是提供能源教育相關教學資源。目前在能源教學活動當中，最吸引學生的是「動手做」的能源教具實作課程，如：太陽能車、手搖發電裝置等；然而，此類課程需要教師於上課前花費心力選定教具的主題並備妥零件及工具，且讓學生組裝、操作教具也會佔用正式課堂的時間。為解決上述問題，同時兼顧能吸引並提升學生學習興趣的目的，本研究運用擴增實境搭配行動載具（平板電腦），以ADDIE為研究架構，採用主題式課程統整模式發展設計教學活動，並完成能源教育融入式教案，使教師能於自然與生活科技正式課程單元中搭配實施。本研究完成教案後，邀請教學現場之國小學校教師進行試教課程，由參與的師生提供相關回饋意見，再經由專家會議確認教案內容；此外，研究者亦實際於一所兼具能源教育與資訊教育特色之國小學校進行擴增實境能源教學活動，以便能直接瞭解學生真實的反應。上述教學活動實施的結果，整體而言教學效果、學生反應良好，成功引起學生學習能源主題的興趣，而師生亦普遍認同以平板電腦操作擴增實境活動有助於對學習內容的瞭解。. 關鍵字：行動擴增實境、國小能源教育、ADDIE、課程統整. i.

(3) Abstract Currently in Taiwan, one of the most attractive ways to teach the concept of “energy” for elementary school students is using interactive teaching aids, such as toy cars powered by solar energy. Students pay more attention to interactive aids, so as to stimulate their learning motivations toward learning subjects. Unfortunately, to assemble physical teaching aids have been found to be so time-consuming that was difficult to be embedded in a regular lesson unit. Taking the advantage of mixing virtual images onto the real objects, an augmented reality (AR) learning aid does not need to take much time to assemble the physical parts, therefore considered to be an alternative for aiding elementary students in learning energy concepts. This study assumes that applying AR techniques in teaching energy concepts would be more efficient for both teachers and students. In this study, we developed an energy saving learning unit that is closely related to students’ daily lives to verify our assumption. We used “Aurasma”, a free APP for creating interactive AR, to design the AR-facilitated learning module, which is able to help students identify preset electrical appliances in the classroom and show their power consumption and carbon emissions. Finally, we practically implemented our mobile AR learning module in elementary schools and resulted as follows: I.. The course implemented our mobile AR learning module successfully brought out students’ good learning performance and aroused their learning motivations.. II. Both teachers and students agreed that our mobile AR learning module is helpful in understanding energy concepts.. Keywords: mobile augmented reality, energy education, ADDIE. ii.

(4) 目錄摘要................................................................................................................................. i Abstract ..........................................................................................................................ii 目錄.............................................................................................................................. iii 圖表目錄........................................................................................................................ v 第一章緒論................................................................................................................ 1 第一節. 研究背景與動機 ........................................................................................ 1. 第二節. 研究目的與待答問題 ................................................................................ 6. 第三節. 名詞解釋 .................................................................................................... 7. 第四節. 研究範圍與限制 ........................................................................................ 8. 第二章文獻探討...................................................................................................... 10 第一節. 我國國小能源教育發展與現況 .............................................................. 10. 第二節. 教具運用於能源教學 .............................................................................. 12. 第三節. 擴增實境運用於能源教學 ...................................................................... 13. 第四節. 課程統整 .................................................................................................. 16. 第五節. ADDIE ..................................................................................................... 18. 第三章研究方法...................................................................................................... 20 第一節. 研究架構 .................................................................................................. 20. 第二節. 研究流程 .................................................................................................. 21. 第三節. 研究對象 .................................................................................................. 24. 第四節. APP 模組與教案設計 ............................................................................. 25. 第五節. 研究工具 .................................................................................................. 28. 第六節. 資料處理與分析 ...................................................................................... 30. 第四章研究結果...................................................................................................... 31 第一節. 分析 .......................................................................................................... 31. 第二節. 設計 .......................................................................................................... 36. 第三節. 發展 .......................................................................................................... 38 iii.

(5) 第四節. 實施 .......................................................................................................... 46. 第五節. 評估 .......................................................................................................... 50. 第五章結論與建議.................................................................................................. 60 第一節. 結論 .......................................................................................................... 60. 第二節. 建議 .......................................................................................................... 61. 參考文獻...................................................................................................................... 64 附錄一、能源教育融入式教案撰寫規劃（27 主題）............................................. 68 附錄二、能源教育融入式教案規劃（16 主題）..................................................... 77 附錄三、能源教育融入式教案－使用電器的二氧化碳排放量.............................. 86 附錄四、試教教案之教師回饋問卷.......................................................................... 99 附錄五、參與試教教案課程之學生回饋問卷........................................................ 102 附錄六、參與正式實施行動擴增實境融入能源教學之學生回饋問卷................ 103. iv.

(6) 圖表目錄圖 1-1. 各式動手做能源教育教具 ............................................................................. 5. 圖 3-1. 研究架構 ....................................................................................................... 20. 圖 3-2. 研究流程 ....................................................................................................... 21. 圖 3-3. 行動擴增實境 APP 模組之構想 .................................................................. 27. 圖 4-1. 「觸發照片」－辦公室內的桌上型電腦 ................................................... 38. 圖 4-2. 擴增/延伸資訊影片－電腦於使用中的二氧化碳排放量 .......................... 38. 圖 4-3 Aurasma 網站首頁 ........................................................................................ 39 圖 4-4 Aurasma 帳號申請 ........................................................................................ 39 圖 4-5. 登入網站後頁面 ........................................................................................... 40. 圖 4-6. 點選正中間上傳「觸發照片」圖檔 ........................................................... 40. 圖 4-7. 從電腦選取「觸發照片」圖檔 ................................................................... 41. 圖 4-8. 完成上傳「觸發照片」圖檔 ....................................................................... 41. 圖 4-9. 上傳擴增/延伸資訊檔案 .............................................................................. 42. 圖 4-10 調整擴增/延伸資訊檔案之大小、位置、邊框顏色 .................................. 42 圖 4-11 完成「存檔」的訊息畫面 ........................................................................... 43 圖 4-12 完成「公開發佈」的訊息畫面 ................................................................... 43 圖 4-13 以行動載具下載 Aurasma 應用程式 ........................................................... 44 圖 4-14 開啟行動載具 Aurasma 應用程式後之頁面 ............................................... 44 圖 4-15 將行動載具對準待辨識物品 ....................................................................... 45 圖 4-16 行動載具螢幕呈現之擴增實境畫面 ........................................................... 45 圖 4-17 研究者以簡報進行教學 ............................................................................... 48 圖 4-18 實施行動擴增實境能源教學活動 ............................................................... 48 圖 4-19 學生操作行動擴增實境 APP 模組 .............................................................. 48 圖 4-20 學生搭配學習單題目操作平板電腦 ........................................................... 49 v.

(7) 圖 4-21 行動擴增實境 APP 模組正確感應後之畫面 .............................................. 49 圖 4-22 學生填寫回饋問卷 ....................................................................................... 50. 表 2-1. 經濟部能源局推動能源教育主要目標 ....................................................... 10. 表 2-2. 課程統整的模式 ........................................................................................... 17. 表 3-1. 研究時程 ....................................................................................................... 23. 表 3-2. 各式擴增實境應用程式之功能 ................................................................... 25. 表 3-3. 教案格式內容 ............................................................................................... 28. 表 4-1. 三版本國小高年級自然與生活科技領域教科書單元 ............................... 31. 表 4-2. 國小能源教育能力指標（第三年段） ....................................................... 35. 表 4-3. 參與試教課程及參與正式實施課程之學生回饋問卷題目對照 ............... 47. 表 4-4. 正式實施之學生學習單答對比例 ............................................................... 49. 表 4-5. 試教學校基本資料 ....................................................................................... 51. 表 4-6. 教師試教回饋問卷結果－教案內容規劃之適切性 ................................... 51. 表 4-7. 教師試教回饋問卷結果－教案試教情形 ................................................... 52. 表 4-8. 教師試教回饋問卷結果－整體滿意度 ....................................................... 53. 表 4-9. 參與試教學生回饋問卷結果 ....................................................................... 54. 表 4-10 正式實施學生回饋問卷結果 ....................................................................... 58. vi.

(8) 第一章緒論本研究採用行動擴增實境（Mobile augmented reality）融入能源教育教學活動設計，並為方便國小教師能搭配正式課程實際於教學中實施，在完成的教案中提供可融入教科書單元之建議，以增進教師使用本教案之機會。以下章節分別敘述研究背景與動機、研究目的與待答問題、名詞解釋及研究範圍與限制。. 第一節研究背景與動機壹、研究背景一、我國推動能源教育之起源及內涵在全球各國對於節能減碳議題均十分重視的情形下，我國政府也加快腳步，將民國99年定為臺灣節能減碳元年，推動國家節能減碳總行動方案，設置行政院節能減碳推動會，號召經濟部、教育部、國科會等各部會加入，足見政府之重視。國際間對於能源政策與發展雖然各有不同的策略，但都能普遍認同的想法是希望讓每一個人都能把能源議題當作是「切身問題」，而若是想要開啟這樣一股原動力，除了「教育」以外無他，這就是能源教育的義務與核心價值（廖芳玲、商育滿，2005），由此可見能源教育的重要性。我國有關能源教育政策最早的起源，若以公文為準，來自於民國91年12月由經濟部與教育部會銜頒布之「加強中小學推動能源教育實施計畫」，在此實施計畫中，針對兩個部會及所屬單位在推動能源教育政策上的分工已詳加規劃，其中教育推廣的主要工作並非教育部主導，而是以經濟部能源局主導、各直轄市及縣市政府教育局處負責轉知所轄學校配合推動，因此能源局便以政府機關委辦計畫的方式，委託國立臺灣師範大學執行「輔導學校推動能源教育計畫」，持續以國小學校為主要對象，致力於學校能源教育之推廣。在至今（民國104年）已超過12年的期間中，我國國小能源、節能教育與宣導一直以來都是由非教育體系的主管機關－經濟部能源局所推動，雖然可仰賴能源局在能源專業領域的豐富資源，但也因為能源教育並未被教育部列入九年一貫 1.

(9) 課程大綱的「學習領域」學科項目中，如：語文、數學、社會、自然與生活科技等，也未被列為「重大議題」的項目中，如：性別平等教育、資訊教育、環境教育等，也就是對於學校在教學上來說，能源教育需要利用到額外的課堂時間才能進行，因此早期在學校的推動上是有困難的，我國的能源教育政策僅能透過委辦計畫持續地推廣、宣導，一點一滴地逐漸使越來越多的國小學校能落實實施。能源局以「輔導學校推動能源教育計畫」推動全國國小的能源教育，計畫所執行的工作項目主要以學校、教師及學生為推動對象進行規劃，內容包括(1)辦理各式各樣的推廣活動，如：能源教育學生學藝競賽、節能知識網路活動、教師教學觀摩或增能研習活動、創意教案競賽、能源教育成果展示等全國性的活動或競賽；(2)提供教師所需能源教育教學資源，如：編撰教材、提供教案、設計學習單、蒐集或開發能源主題教具等；(3)建置計畫官方網站－能源教育資訊網，以彙整各項能源教學資源、提供能源資訊與活動訊息等；以及，(4)於全國各直轄市及縣市各設置至少1所能源教育重點學校，共25所國小，作為地區性的能源教育推動中心學校。我國能源政策以開源、節流、效率化使用為目標，能源局推動此計畫長期宗旨便在於透過多元的競賽與活動，灌輸學校師生正確的能源價值觀，培養節約能源的習慣，進而希望能影響家庭、社區，並擴散至社會大眾，最終達到能源效率化使用的目的。二、能源教育相關教學資源之提供研究者自民國95年起擔任「輔導學校推動能源教育計畫」專任助理至今，在計畫的執行過程中，有較多機會與各縣市教育局處承辦人、各校校長、承辦主任、教師等對象頻繁接觸，清楚地瞭解到推動能源教育的優勢與劣勢，其中，對於真正在教學面要實施能源教育的教師們來說，最重要的且最需要的就是能源教育教學資源的提供。計畫能否在學校順利推動能源教育的關鍵因素包括以下幾個層面：(1)縣市教育局處長官或學校校長的態度（是否支持）、(2)學校行政主管及教學第一線教師推廣與教學實施的意願（是否有意願）、(3)相關經費（是否能獲經費補助）、 2.

(10) (4)現成的能源教育教材及教具（是否有提供的來源）等。由於對國小學校而言，此計畫並非教育部交辦之業務，因此早期在計畫團隊推廣各項活動時，較無法獲得行政體系由上而下的影響力量；其次，此計畫是以全國為推廣範圍，而總預算經費卻是有限的；因此，計畫中各項工作項目的規劃與執行，能著力的部分除了辦理活動以外，便在於盡可能提供學校能源教育相關教學資源，例如設計能源主題教案，或是提供讓教師能隨手即拾、簡便運用的教材與教具，對於教師實際於教學中實施，就能產生較高的動力與吸引力，也較能達到計畫預期將能源教育融入教學的目的。在計畫開發出教材或教具後，透過辦理教師增能研習活動，擴散、推廣給參與研習的來自不同學校的教師使用。研習中除規劃一般講課的課程，更安排能源教具實作課程，講師先講解教具的能源概念與原理，帶領參與教師組裝、操作，並讓他們瞭解如何將該能源主題教具的教學運用於課堂中，且為加強推廣，研習中所使用的教具零件都能提供參與教師帶回原學校推廣使用。在辦理研習活動時，均有針對參與的教師進行問卷調查，一方面是為了瞭解活動的滿意度，做為下次規劃的參考，另方面在問卷中也詢問教師對於影響推動能源教育有哪些因素的看法；依據100至102年度，各區域不同場次研習活動的調查結果（經濟部能源局， 2011，2012，2013），除去教育主管行政機關的態度、校方的立場及是否有經費補助等外在因素後，在「相關資訊的取得」、「充分的教學資源（教材、教具）」、「足夠的授課時數」、「教師本身的推廣意願」、「教師本身的專長」及「是否列入正式課綱或教材」等項目中，教師對於「充分的教學資源（教材、教具）」及「教師本身的推廣意願」認為「非常同意」及「同意」的比例為最多；其次是「相關資訊的取得」、「足夠的授課時數」及「教師本身的專長」；而「是否列入正式課綱或教材」則排最後；由此可知，要對能源教育推動有所助益，確實需要長期、持續提供教學資源，其次，由於國小每週的課程總時數是固定、有限的，因此，要讓教師講授並未列為正式課程學科項目的能源教育，是否有足夠的授課時間也會是他們考量的重點。 3.

(11) 基於上述緣由，計畫於103至104年的期程規劃編撰國小能源教育融入式教案，以便持續提供各校能源教育教學資源，本研究所發展的便是其中一件教案之設計。由於考量到能源教育並非正式課程的學科項目，且學校授課的時數有限，因此教案的設計發展是以不影響上課進度的情形下，讓教師能搭配正式課程既有內容而同步實施的能源教學活動設計，也就是將能源教育所要帶給學生的學習內涵，以近似無縫接軌的方式融入於正式課程當中。. 貳、研究動機一、能源教具實作課程之優缺點目前在能源教育的教學活動當中，除了傳統講述式的教學，許多教師還會運用能源議題相關影片、繪本故事書、時事新聞等搭配切入能源的主題，廖錦文、盧建余、石文傑（2007）由過去的研究中發現，在學校中，推動能源教育的教學者較著重於知識性的灌輸，常以課外讀物、補充教材的方式來呈現；其中，最能引發學生學習興趣的教學活動是可以「動手做」的能源教具實作課程，讓學生組裝、操作太陽能車、手搖發電裝置等（如圖1-1為研究者於參訪一些國小學校時所拍攝的能源主題教具），而由蔡振明（2013）所研發的蚱蜢式史特林引擎，即是一種令人驚奇的教具兼玩具，由於它動起來的樣子十分特殊，加深了學生的印象，能造成高峰經驗或心流經驗，進而增進學習成效。「動手做」的能源教具可讓學生「做中學」：在一邊組裝教具的同時，了解能源是怎麼運作的；且在操作當中，因為有會動、會發光或發出聲響的互動式效果，使得教具更吸引了學生的注意力；當學生感覺好玩、有趣，便可促進他們願意主動、進一步去了解學習的內涵。然而，想要在國小的課堂中安排這樣的教學活動，至少需要約一節課（40 分鐘）的時間由教師講解能源的原理及教具組裝、操作的步驟，再加上一節課讓學生親自動手去做，如此耗費時間的教學活動，往往較難以符合教師實際在教學面的需求，而是否能有足夠的授課時數影響了教師講授能源教育課程的意願。. 4.

(12) 圖1-1. 各式動手做能源教育教具. 林清章、賴東彥和陳建州（2008）針對能源教育的內涵與實施方法進行相關研究，以問卷及深入訪談的方式得出幾點重要結論，其中指出了能源教學在實施前，可從時間、教材、彈性實施方式、評鑑、人員等方面予以規劃，顯示出授課時間的規劃以及教學的彈性實施之於能源教育教學的重要性；此外，該研究中亦提及實施能源教學之學校需要經費、設備、教材補充及教師進修與觀摩活動之配合，始能提昇效能，此部分便強調了提供教師相關的教學資源對於能源教育推動的重要性。本研究所要發展的即是採用能夠融入、搭配正式課程的能源教學活動設計，不佔用太多正式課程的時間，讓教師很輕易地就能實施於教學中。二、能源教具實作課程之備課問題實施能源教具實作課程尚有另一項對於教師來說較為困擾的問題，針對開發教具及教案，蕭德仁（2005）認為必須非常瞭解主題的特性及原理，才能製作讓學生對於該能源主題內涵一目瞭然又有趣的教具，也就是說，教師在上課前的教學準備中，將會產生與教具的選擇有關的困擾，包括了：(1)如何選擇合適的能源主題教具；(2)教具組裝的方式對於國小學生來說，是否難易度適中；以及(3) 教師需要花費額外的時間、心力及經費支出來準備足夠至少一個班級全體學生所要使用的教具零件及工具數量。. 5.

(13) 三、運用行動擴增實境設計教學活動之優勢在現今數位時代裡，平板電腦與智慧型手機逐漸普及，對於教師上課所需的教學準備來說，包括前面所提及的：器材、設備、零件、工具等，數位科技的載具確實是屬於較能隨手取得且容易取得的設備，再加上這些載具還具有輕便、可連至網路、不限教學實施地點等行動學習的優點，因此，本研究選擇將此工具運用於能源教學的活動設計中，來解決實作課程教具準備的困擾。本研究所發展的能源教育教學活動，設計了行動擴增實境APP模組，讓學生使用平板電腦進行操作，只要以拍攝模式擷取教室內既有現成的電器設備影像，經由APP感應後，便能立即呈現擴增之學習內容於載具的畫面上。我國自九年一貫課程實施後，其特色之一便是強調「統整」，主要是在考量教學時數有限、學校亦無法另闢一門新的學科進行教學之因素下，以「課程統整」的方式將其他學科的思維融入於正式學習領域之中（郭至和，2005），因此，本研究所設計之 APP教學活動內容亦將搭配合適的正式課程主題，一併進行教學，符合「課程統整」的概念，一方面不會耽誤教師正式課程的進度及授課時間，另方面也藉由數位科技的運用，使學生感到新奇、有趣，進而能夠引起他們對於能源相關議題的學習興趣，加強對於學習內容的印象。鄒壯翼、王燕超（2009）認為，擴增實境藉由虛擬與真實的結合，可以加強學習者對真實世界的認知及互動，使學習更具樂趣及效果，此部分即與運用動手做教具的課程相同，都有引發學生學習興趣的用意，而行動擴增實境APP模組則更進一步可以彌補、解決動手做教具課程需要較多授課時數，以及教師需要事先了解教具、準備足夠的零件與工具等教學準備的困擾。. 第二節研究目的與待答問題本研究使用行動載具擴增實境免費應用程式「Aurasma」發展行動擴增實境 APP模組，以此模組設計能源教育教學活動，且選擇貼近學生日常生活的「能源使用」素材作為教學主題，完成完整的教案，讓教師能夠帶領學生於課堂中，在 6.

(14) 教室內操作平板電腦即可完成此教學活動，以便提供有能源教育教學需求的教師於教學中實施。本研究之研究目的即為希望透過此行動擴增實境APP模組之能源教育教學活動設計，能提供教師合適的能源教育教案，以便融入於正式課程的教學實施，且期望此教學活動設計（行動擴增實境APP模組）能引起學生的學習興趣，依上述研究目的，待答問題如下： 1.. 本研究發展之行動擴增實境融入能源教育教案設計是否提供了教師合適的能源教育教案？ 1.1 對於進行教案試教的教師而言，此教案規劃的適切性如何？ 1.2 對於進行教案試教的教師而言，試教情形如何？ 1.3 對於進行教案試教的教師而言，整體滿意度如何？. 2.. 實施本研究發展之行動擴增實境融入能源教育教案設計是否能引起學生的學習興趣？ 2.1 對於參與試教課程的學生而言，整體滿意度如何？學生的意見為何？ 2.2 對於參與由研究者引導進行此教學活動（行動擴增實境APP模組）的學生而言，整體滿意度如何？學生的意見為何？. 第三節名詞解釋壹、行動擴增實境本研究之行動擴增實境是指運用行動載具（mobile device）的擴增實境技術（augmented reality），實施於教學活動的設計中，一方面對於教師而言，行動載具如智慧型手機、平板電腦等，屬於方便取材之設備，另方面可利用行動學習（mobile learning）不受限於空間、地點的優勢，隨時隨地都能進行教學活動。. 貳、課程統整在正式課程中，七大學習領域學科項目（語文、健康與體育、社會、藝術與人文、自然與生活科技、數學、綜合活動）於每週均有固定的授課時數，六大議題（兩性、環境教育、資訊、家政、人權、生涯發展）則是以融入於各學習領域 7.

(15) 相關議題內容的方式來進行教學，由於能源是環境的一部分，兩者之間息息相關，能源教育有部分的內涵雖然可被含括在環境教育之中，但能源教育並未被單獨列為一項學科，因此本研究所發展的教案即採用上述「課程統整」模式－將非正式課程學科項目的學習內涵融入於正式課程中，以促進教師於教學中落實實施。. 參、國小能源教育能力指標為使國小教師對於能源教育學習內涵有更精準的依循、根據，能源局委辦之「輔導學校推動能源教育計畫」於民國100至102年計畫期程中，發展完成「國小能源教育能力指標」（經濟部能源局，2014），培養學生在認知、情意、技能三方面的能力，並依據能源教育的核心理念共分為八項主題軸，包括：能源概念、能源使用、能源發展、能源意識、能源議題、公民責任、自我實現、行動參與，於主題軸下共有66項分段能力指標，「分段」指的是分為國小1至2年級、國小3 至4年級及國小5至6年級共三個年段。確立能源教育能力指標後，讓教師能更清楚地瞭解能源教育要教什麼以及要培養學生獲得什麼樣的能力，本研究即是於第三年段的能力指標中選擇合適的指標項目，用以發展教案。. 第四節研究範圍與限制壹、研究範圍一、教案內容範圍本研究選擇將能源教育融入、進行課程統整的正式課程學科為「自然與生活科技」，主要原因在於七大學習領域的學科中，「自然與生活科技」與「能源教育」所需要學生具備及培養的能力是較為相近的，有助於提昇可搭配融入於課程教學的時機。舉例來說，在「自然與生活科技」的能力指標中包含：「培養尊重生命、愛護環境的情操及善用科技與運用資訊等能力，並能實踐於日常生活中。」此能力指標與「國小能源教育能力指標」中的：「培養學生閱讀、蒐集並分享討論能源使用、節約能源之相關議題」以及「使學生除自我實現外，亦能落實於家庭生活實踐、參與學校及社會各相關活動」等能力指標所提及之內涵相近，因此 8.

(16) 本教案規劃搭配融入於「自然與生活科技」課程中實施。二、行動擴增實境載具範圍本研究選擇運用之數位載具為平板電腦，主要取其螢幕顯示畫面較大的優勢，方便學生的操作，且在擴增實境APP模組感應後呈現擴增之學習內容時，能更易於學生瀏覽、獲取延伸訊息。三、研究對象範圍為考量到本教案所運用的行動載具教學活動設計，對於國小中、低年級的學生來說，可能會有使用或操作上的困難，因此本研究以國小高年級學生為主要對象，而教案中對照應用的能源教育能力指標，亦由第三年段（國小高年級）能力指標項目中選擇合適的指標項目進行設計發展。. 貳、研究限制一、取樣地區限制為使本研究所完成之教案，能真正符合教師實際教學需求，須由學校安排於正式課堂中進行試教，藉以獲取師生之回饋意見，因此，研究者於「輔導學校推動能源教育計畫」在全國22縣市共設置25所「能源教育重點學校」中進行邀約，可配合進行試教課程的縣市於北區、中區、南區、東區（含離島）每區各有1縣市（1所重點學校），分別為新竹市、雲林縣、屏東縣及澎湖縣，惟各區的縣市、學校之間仍可能有差異情形，此為本研究取樣地區之限制。二、參與人數限制研究者邀約前述4縣市學校分別安排於高年級1個班級進行教案之試教，平均每班約20位學生，共約80位學生，主要用以避免增加單一學校在安排試教課程上的困擾，此為本研究參與人數之限制。三、活動時間限制本研究所設計之教案主要目的在於將能源教育融入於正式課程中搭配實施，為避免佔用課堂時間或影響正式課程的進度，因此規劃設計之教案總教學活動時長為12分鐘，此為本研究活動時間之限制。 9.

(17) 第二章文獻探討本章分別針對我國能源教育發展與現況、能源教育教具的教學運用以及擴增實境運用於與能源教育內涵較為相近之教學相關文獻進行探討，以闡述運用行動擴增實境設計本教案教學活動之緣由與目的。. 第一節我國國小能源教育發展與現況我國實施能源教育，主要是因能源政策的推動，以落實全民的能源教育，提高能源素養，透過能源課程的規劃與相關議題及措施的宣教，進而能提高能源使用效率與達全民節約能源（陳瑞榮，2008）。能源教育起源於行政院民國85年7月公布之「臺灣地區能源政策」，其中將「推動教育宣導」列為六大政策項目之一，執行措施可再細分為學校教育及全民社會教育兩部分。學校教育的部分由經濟部能源委員會（現經濟部能源局前身）之「輔導學校推動能源教育計畫」進行推動，計畫之主要目標彙整如表2-1。而自民國91年由經濟部與教育部會銜函頒「加強中小學推動能源教育實施計畫」之後，便能更清楚我國各部會間在推動能源教育政策上的分工情形。表2-1 經濟部能源局推動能源教育主要目標面向. 執行策略. 目的. 一培養能源教育舉辦教師教學示範觀摩研習；師資舉辦能源教育創意教案競賽；培植輔導重點學校。. 有效培訓能源教育種子教師。. 二全面加強學生研發、提供教案與教具；學習能源教育學藝競賽；網路活動。. 幫助學生有效、快樂地學習，在動手操作的過程中，加深學習記憶與經. 三宣導正確能源透過各種媒介宣導。知識. 驗。政策宣導；達到宣揚與教化的功用。. 資料來源：彙整自經濟部能源局（2013）. 10.

(18) 「輔導學校推動能源教育計畫」主要以國小學校、教師及學生為推廣對象，透過教育行政系統，辦理各項活動，喚起學校對能源教育之重視；並為加強能源教育教學技巧及意願，協助發展相關教材、教具，希望藉此紮根能源教育、落實節約能源習慣。由表2-1可知，計畫以輔導推動學校實施能源教育為出發點，提昇教師能源素養、培育能源教育師資，同時也提供多元的能源教育活動與宣導，以培養學生正確的能源價值觀及節約能源習慣，並由以上面向衍生出能源教育推廣的策略，包括舉辦活動與競賽、規劃辦理教師增能研習、提供教材與教具、與媒體合作刊登成果報導或廣宣等。研究者在辦理相關活動的過程中，包括教師研習、教案競賽（此競賽之決審階段是由評審委員實際至各入選教師的學校，在課堂中旁聽實際教學情形、觀察師生互動，以進行評分），以及早期曾針對學生舉辦的能源科學營隊活動等，均能從中觀察，發現到無論對象是教師或學生，動手做的能源實作教具的確較能引起學習的興趣。然而，教育部訂定的九年一貫課程大綱在幾經修改、調整後，至今仍未將能源教育列為獨立學科或重大議題，因此現階段能源教育的實施僅能以與各學習領域相關課程結合的方式進行教學，此即為所謂的融入式的教學；如同在九年一貫的課程中，同樣是非獨立學科的資訊科技也是屬於融入式的教學，王全世（2000）認為，「資訊科技融入教學」就是將資訊科技融入於課程、教材與教學中，讓資訊科技成為師生一項不可或缺的教學或學習工具，使得資訊科技的使用成為教室中日常教學活動的一部分，並且能延伸地視資訊科技為一個方法（method）或一種程序（process），在任何時間、地點來尋找問題的解答。因此，能源教育應該且較適合採用融入式教學的方式，將非正式課程融入於正式課程中，如此可不佔用既有課程的教學時間，還能從正式課程中融入、灌輸學生其他非獨立學科的學習內涵。. 11.

(19) 第二節教具運用於能源教學一、能源教具實作課程學習效果佳「輔導學校推動能源教育計畫」為加強教師能源教育教學技巧及意願，協助開發能源教材、教具，並提供索取管道，希望藉此紮根能源教育、落實節約能源習慣。在推展能源教育的過程中，研究者發現，動手做的能源教具實作課程，對於師生來說，接受度都很高，這些活動包括了(1)教師研習活動：規劃不同能源主題的教具實作課程，課程中所組裝的教具、零件，均可讓參與教師帶回原任教的學校，以利後續教學推廣；(2)能源教育創意教案競賽：在教案徵選的辦法中，鼓勵參賽教師教案的設計要搭配動手做的能源教具或教學輔具的使用，以藉此達到與學生互動的作用，並期能產生良好的學習效果。教具實作課程之所以為目前能源教育教學最能引發國小學生學習興趣的教學活動，主要即在於它能讓學生「動手做」。以太陽能模型車為例，學生不僅能透過教師講述，瞭解太陽能發電運作的原理，還可以親自動手組裝模型車，完成後實際在太陽底下操作，使他們能真正「看見能量的轉換過程」－太陽的光能經由太陽能光電板吸收後轉換成電能，提供模型車動力。能夠運轉、發光或是發出聲響等具有互動式效果的教具，可使學生產生興趣，較能持續吸引學生的注意力，進而增進學習效果。二、教具互動式的效果能引起學生學習興趣 Huang、Chou、Yen 和 Bai（2012）開發一套創新的節能減碳課程，並以國小學生為對象進行教學實驗。兩組學生由教師施以同樣的教學內涵，不同的地方在於實驗組的學生有搭配使用可動手做、可操作的教具，讓此種有形的工具與學生產生互動，而對照組的學生則沒有使用教具。教學主要進行的過程是先由教師引導，讓學生發想、討論在日常生活中如何創造或節約能源，最後由學生上台報告他們所想出來的方法。研究結果顯示，很可能是因為樣本數不多的緣故，使得有無使用教具的兩組學生，在學習成效方面無顯著差異，且兩組學生對於能源的 12.

(20) 製造來源及節能的方法等認知程度也無顯著差異；然而，較為特別的是，對於能源是如何運作的原理機制，則可從兩組學生所繪製的能源使用設計圖明顯看出，有使用教具的實驗組學生相較於沒有使用的對照組學生，有較為清楚的概念。舉例來說，假設實驗組及對照組兩組的學生都想設計利用行人行走時，踩壓地板的能量來發電，當他們在繪製設計圖的時候，沒使用過教具的學生會直接以箭頭的方式，畫出踩壓後產生電力的流程，而有組裝、操作過教具的學生就比較容易因為親自連接過電線的線路等過程，而能更精準、細緻地將其設計之所以能產生能源的實際原理（例如標示出正、負極電線迴路圖等）描繪出來。此研究指出，透過教學輔助工具（教具）的開發與實際操作，可建立學生學習興趣，讓他們樂在其中；而興趣，可以說是學生學習動機背後的驅動力。此外，在Kurnaz 和 Calik （2009）一份彙整許多能源教學方法文獻的研究中也提到類似的論點，他們認為運用傳統講述式以外的教學手法，更能有效增進學生的概念學習，且明顯地對於學生的學習經驗、學習動機及技能是有所幫助的。. 第三節擴增實境運用於能源教學一、擴增實境於現今之相關運用情形擴增實境（augmented reality）指的是一種融合真實世界與虛擬世界經驗的技術（Klopfer & Sheldon, 2010），它不僅將虛擬實境（virtual reality）與實境（reality）混合疊加在一起，甚至能與使用者產生互動（Yu, Jin, Luo, Lai, & Huang, 2010）。此技術由來已久，發展至今已有諸多新的科技樣貌。從早期需要使用穿戴式、頭戴式等較不便行動之設備、器材，才能呈現出擴增實境的效果，至近幾年擴增實境的應用程式已發展成可攜式（portable）的形式，且能廣泛地使用於行動載具上（Yuen, Yaoyuneyong, & Johnson, 2011），如智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦等，以輕便的裝置/載具即可達到相同效果。再者，影像擷取與辨識的技術亦有長足的進展，從早期的文字、QR Code等必須以某種「標籤」才能進行辨識，現今擴增實境的程式已發展至能夠直接辨識所擷取的影像（實物辨識），不需要 13.

(21) 再多一重步驟，即能立即透過程式的比對及判斷，很快地於載具的螢幕上呈現出擴增實境後的延伸畫面。擴增實境技術的運用層面，可見度比較高的包括廣告看板、電子商務、視聽娛樂等，到醫學、軍事、航空飛行上的模擬操作等運用，進而逐漸被使用在教育上。透過隨手可得的可攜式行動載具，此種數位科技有轉變學習模式的潛力（Klopfer & Kurt, 2008），能使學生隨時隨地都能進行學習，實現教育工作者「無所不在的學習」（ubiquitous learning）的夢想（Yuen, et al, 2011）。擴增實境於教育上的使用，「因其能突破空間、時間上的限制，十分適合應用於科學學習（廖詠年，2010）」。應用範圍包括有戶外的生態教學、博物館內的太陽系與運行軌道裝置、以及教室內的解剖模擬教學等，並依其實施的場所與課程，分別運用頭戴式、手持式、螢幕影視透視等不同擴增實境的顯示技術。而透過行動載具等科技產品的教學輔助，搭配設計具巧思的遊戲活動，能引發學生對該學科主題更多的興趣（Klopfer, Sheldon, Perry, & Chen, 2012）。二、擴增實境能提升學生學習興趣為了測試擴增實境技術的運用，是否能達到一些教育上的目的，Dunleavy、 Dede 和 Mitchell（2009）設計了尋找外星人蹤跡的教學活動：“Alien Contact!”，他們將學生分組，給予各種任務，讓學生使用筆記型電腦（handheld computer）搭配GPS的定位功能，搜集各種外星人可能出沒的線索。在長達一年的教學實驗活動之後，研究結果發現，為了「尋找外星人蹤跡」這個有趣的任務，學生們願意主動走出戶外去搜集資料，他們對於周遭環境的敏銳度及觀察力有顯著地提昇；且在找到資料之後，學生彼此間還會熱衷地討論及分享，對於團隊合作的機制也有所增進。然而，如果進一步分析、檢視學生們所搜集的資料，不難發現，學生對於判斷資料來源正確性與否的能力是較為缺乏的，也就是說，擴增實境的技術的確能有助於提昇學生的學習興趣，只是在教學活動的設計上，仍需要再詳加斟酌、納入更多「認知」層面（知識）的學習內容。. 14.

(22) 三、運用擴增實境於教學之範疇及應注意事項擴增實境在擷取影像、感應的時候，硬體及軟體往往容易發生問題而無法順利感應，這些問題包括網路連線的訊號不佳、光影的明暗與原先所設定不同而導致程式無法判別，因而無法於載具螢幕即時呈現擴增實境的畫面。為了解決這個問題，El Sayed、Zayed 和 Sharawy（2011）研發出紙卡辨識的擴增實境應用程式，並將之使用於教學活動中：“ARSC: Augmented reality student card”。此方法成功地將擴增實境應用程式執行及判斷的程序簡化，因此較容易感應並呈現出結果，且還可將完整程式直接安裝在行動載具上，如此即使沒有連線至網路仍可以使用，同時也降低了所需設備的成本。此研究結果發現：(1)10至17歲的學生對於此種教學方式的接受度最高；(2)此種擴增實境應用程式所帶來的對於視覺化能力的增進，證實有助於提昇學生的理解；(3)學生建議此技術運用於教育的範疇，以「科學與生物學」為最佳。 Chen（2006）比較了使用模型與應用擴增實境於化學教學課程上的差異。化學這門學科中有許多抽象、肉眼看不見的概念，經由模型或擴增實境技術的模擬，可使學生更易於理解。該研究結果顯示，部分學生表示喜歡新科技（擴增實境）所帶來的互動感，但仍有部分學生較偏好能觸摸得到的實體（模型），惟不可否認的是，擴增實境技術確實可以作為一種替代的形式，運用於教學中。三、運用擴增實境於教學之主題選擇 Klopfer 和 Sheldon（2010）認為，透過擴增實境的數位科技，使學生能看見他們周遭習以為常的世界以一種新的風貌呈現，且可以將實際的議題（例如能源的耗用）與學生所經歷過、既有的環境背景做連結，因此可以說，貼近生活經驗的能源教育教學活動設計，相信也較能夠融入學生的生活，進而影響學生，使他們能有產生實際行動的效果。舉例來說，首先讓學生了解電器的耗電量，再計算排放出多少二氧化碳，讓學生思考對環境所造成的影響以及可以怎麼做、如何節約能源，最終也許學生就能夠產生採取實際節能行動的意願。. 15.

(23) 四、本章前三節之小結綜整本章一至三節內容，首先，擴增實境技術適合應用於科學教育的學習，且與動手做的能源教具同樣都具有能為學生帶來互動式效果的優點，但它有更進一步的優勢是，當擴增實境運用於教學中，因為使用行動載具這樣取材便利的裝置，能夠彌補操作教具在授課時間上的不足之處；此外，若將行動擴增實境融入於能源教育教學設計，應該可以引起學生對於能源議題的興趣，增進他們主動學習的意願，而這即是運用此種教學方式最重要的用意所在。因此，本研究以行動擴增實境APP模組設計能源教育教學活動，取材貼近學生日常生活的能源主題，發展出能夠融入於正式課程中進行教學的能源教育教案。. 第四節課程統整談及將能源教育與國小正式課程的教學融入，本研究採取「課程統整」的模式，以融合「能源教育」與「自然與生活科技」兩類學習主題。在國中小義務教育階段，師長所希望帶給學生的學習主題是無法窮盡的，民國87年教育部頒布九年一貫課程大綱後，確立了國中小正式課程的學科項目包括語文、數學、社會、自然與生活科技等七大學習領域，每週有其各自固定的上課時數，而其他也相當重要的學習主題包括性別平等教育、資訊教育、環境教育等，教育部將之列為共六大議題，議題是以融入於正式課程的方式進行教學，以便不會佔用到正式課程的授課時間、不影響正式課程的進度，這就是之所以需要「課程統整」的理由及其所代表的概念；再者，九年一貫課程大綱有別於以往的課程規劃，最主要就在於它能夠加強跨學科之間的橫向聯繫，由於課程大綱的細項是以能力指標來撰寫，因此不難發現在不同學科（學習主題）間，可以找出相近或重疊的能力指標項目，也就是說，即使學科不同，某些希望能培養學生的能力是相同的，而此時正是進行「課程統整」最佳的切入時機，藉此將不同學科（學習主題）進行結合、整併。在九年一貫課程大綱發布前以及實施後的那段期間，前後陸續有許多針對不同學科課程統整模式的討論，彙整劉瑞圓（2001）所探討的幾種模式如表2-2。 16.

(24) 表2-2 課程統整的模式提出學者 Clark（1986）. 模式. 說明. 統整教育模式. 主要在聯結學習者的四項心智功能，思考、感受、感官與直覺。以科目的整合和主題目的設計為主要設計型式。利用輪形設計整合科際間的課程。此10種方式分為三種類型：單一學科內的整合、跨學科間的統整、學習者心智內的統整。. Jacobs（1989）科際整合單元模式 Palmer（1991）課程聯結模式 Fogarty（1991）提出10種統整方式. Drake（1992）. 故事模式. 強調故事是一種學習方式，可運用於各年齡層的學習者，以探究不同的主題。結合大腦研究、教學策略及課程發展，並主要以年為單位設計課程主題。. Kovalik（1993）統整主題教學模式. 資料來源：劉瑞圓（2001）。「課程統整與科技教育」。科學教育，238，17。由表2-2可看出，課程統整雖有諸多不同的模式，例如主題式的統整、連結相同心智功能的統整及學科間的統整等，然而，無論採用何種模式，可以發現重點其實在於許多東西的概念，其本質上便是跨學科的，例如吳曉盈（2013）設計的音樂劇課程，由於此種課程本身就能涵蓋音樂、表演藝術、視覺藝術等內涵，因而能從重疊的概念中找尋一項主題進行課程統整。此外，在許多相關研究中，可將與本研究所要發展的教案有關的研究歸納為兩類型，一種是將數位科技融入於教學活動設計的：資訊科技教育融入教學，例如盧秀琴、石佩真、蔡春微（2006）將繪本故事製成電子書融入於自然與生活科技課程中，張政義（2008）以E化的方式將奈米科技主題融入於自然與生活科技中，孫光天、林勇成（2003）則是以網路虛擬實驗室融入自然科的課程中；另一種是將非正式課程學科內容融入於正式課程中的：主題式課程統整，例如蔡明昌、吳瓊洳（2004）提出了將生命教育融入綜合活動領域合適的主題及方法，何仕仁、黃台珠（2003）將921集集大地震的議題與數學領域進行主題式課程統整並設計教材，陳育淳（2006）由性別議題中選定主題融入於藝術教育課程中。 17.

(25) 本文於緒論之研究範圍曾提及，能源教育所要培養學生的能力與自然與生活科技領域是較為相近的，適合進行課程統整，因此本研究依本節所述之課程統整模式發展教案，首先分析國小自然與生活科技教科書的單元，從中選擇與能源教育近似的主題，進行主題式課程統整，再依據ADDIE模式發展行動擴增實境融入能源教學活動之設計，最後完成能源教育教案。. 第五節 ADDIE ADDIE模式為一個完整的教學設計經常運用之流程架構，其內涵與應具備的項目內容彙整說明如下（Davis, 2013）：一、分析（analysis）：分析、瞭解學習者的學習需求，確認想讓學習者學到的內容，且必須清楚教學目標與學習目標是有所區別的。完成此階段就能對整個教學設計產生藍圖，並能指引接下來的步驟。二、設計（design）：此階段將依教學策略確立教學的活動及評估方式，包括選擇合適的教學輔具、搭配使用，以促成更好的學習經驗。三、發展（development）：此階段將完成建置教學內涵，包括進行預試，藉以調整、修改設計之內容。四、實施（implementation）：此階段為正式實施教學活動，藉以瞭解實際教學時，教師可能遇到的情形及學生的反應。五、評估（evaluation）：此階段可包含兩部分的評量，一部分是教學中的學習情形，另部分是教學後的學習結果。在黃文良、黃琮聖和王貳瑞（2013）針對高職學校節能減碳教育課程規劃的研究中，即採用ADDIE模式設計其中一部分的教學活動。在此模式的架構下，於分析階段，他們分別針對學習對象（高職學生、可使用電腦網路的環境）、學習目標（認知、情意、技能面均設有目標）及教學內容（包括三大主題：地球現況與溫室效應、能源與節能減碳、永續發展與二氧化碳）均作分析後，完成了教學的內容，而各學習階段也搭配設計不同的評量方式，包括有學習單、紙本測驗 18.

(26) 卷、線上測驗等，之後實際於某高職一年級某班級進行為期一學期的教學課程；在最後的評估階段，除了課堂中學生的測驗成績作為評估的項目之外，他們也實施前、後測並分析結果，且全部的課程結束後亦進行滿意度問卷調查，以上即為完整的ADDIE流程，而由於本研究之主要內涵在於「發展國小能源教育教案」，因此將依據教案、教學設計所經常使用之ADDIE模式發展。. 19.

(27) 第三章研究方法本研究依據ADDIE模式發展行動擴增實境融入國小能源教育教學活動，並以課程統整模式完成能源教育融入式教案，本章將依序陳述研究方法與架構、研究流程、研究對象、研究工具發展、資料處理與分析等內容。. 第一節研究架構本研究依ADDIE模式發展研究架構，其中於分析階段採用主題式課程統整模式，以整併非正式學科之能源教育及正式學科學習領域之自然與生活科技課程內容，最後發展出行動擴增實境教學活動及完整之能源教育融入式教案，研究架構如圖3-1。. 分析. 分析能源教育能力指標項目. 分析自然與生活科技教科書單元. 主題式課程統整. 圖3-1. 設計. 發展行動擴增實境能源教學活動設計. 發展. 發展完成能源教育融入式教案. 實施. 正式實施（實施行動擴增實境能源教學活動）. 評估. 評估本研究所發展教學活動之效果. 研究架構. 20.

(28) 第二節研究流程本研究首先分析教學及學習者之需求，以主題式課程統整模式，由現行教科書之單元內容比對能源教育能力指標項目，選定合適發展教案之主題，接著蒐集相關文獻，瞭解能源教育現況及擴增實境應用於能源教學情形，發展設計行動擴增實境融入能源教學活動，完成之教案邀請學校試教，以瞭解教師及學生回饋情形，並經專家檢視後確認教案。此外，研究者亦於一所國小實際實施本研究所發展之行動擴增實境能源教學活動，以瞭解學生的真實反應，最後依試教及實際實施結果回答本研究之待答問題，研究流程如圖3-2。分析能源指標及自然與生活科技教科書單元分析選定合適之教案主題（主題式課程統整）蒐集相關文獻，設計行動擴增實境能源教學活動. 設計設計並完成教案及試教回饋問卷邀請學校試教，回收回饋問卷後進行統計分析發展依試教意見調整教案內容，經專家檢視後確認教案. 圖3-2. 實施. 研究者引導學生實施行動擴增實境能源教學活動. 評估. 依試教及實施情形評估本研究發展教學活動之效果. 研究流程 21.

(29) 本研究之流程參考ADDIE模式，說明如下：一、分析：本研究所發展的是行動擴增實境融入國小能源教育設計，並完成一份可於國小正式課程中搭配實施之能源教育教案，依ADDIE模式的第一步為分析階段，此部分的「分析」指的是需求分析，也就是須考量教學者或是學習者對於此教案發展之相關需求。於文獻探討章節有關能源教育推動現況之內容曾提及，在能源局委辦計畫執行過程中，由於能源教育並非正式課程學科項目，沒有固定的授課時數，以融入式（課程統整）的方式將能源教育課程與正式課程整併，對於國小教師而言，較不會影響原本正式課程應有的進度，因此，為使本研究所發展之教案能讓教師易於在正式課程中融入能源教育、符合教學者的需求，採用主題式課程統整模式，分析目前通行於各國小學校三家出版社（南一、康軒、翰林）版本的高年級自然與生活科技教科書所有單元，並比對能源教育能力指標的項目，從中選定合適主題。此外，關於學習者需求的部分，由於「能源」的許多內涵對於國小學生而言較偏向抽象概念，在文獻探討章節中亦提及，本研究所運用之擴增實境技術能將虛擬事物與學生真實經驗或背景做結合，因此本研究選定之教學主題，以能與學生日常生活連結之能源使用為挑選方向，以便能符合學習者需求。二、設計：教學主題確立後，蒐集能源教育推展現況、能源教具運用於教學及擴增實境運用於能源教學等相關文獻，據以設計搭配行動載具使用之擴增實境能源教學活動，最後完成完整的能源教育教案，並針對將進行試教課程之教師及學生設計試教回饋問卷。三、發展：為檢視完成教案之信效度，邀請能源局「輔導學校推動能源教育計畫」所設置之能源教育重點學校進行試教，全國各縣市至少各設置有1所重點學校、共25 校，研究者從中邀約願意配合試教的學校共4校，提供完整教案、教師與學生回饋問卷，由各校教師安排融入於課程中實施，最後根據師生回饋問卷統計分析結 22.

(30) 果，從中瞭解信度，並依據試教教師所提供的意見修改、調整教案，再經由專家檢視，確立專家效度，最後發展完成此教案。四、實施：在本研究發展完成之能源教育教案中，行動擴增實境融入能源教學活動是由研究者所設計，因此由研究者實際帶領學生進行此教學活動，從中瞭解學生真實的反應，同樣地也在教學活動後讓參與學生提供回饋意見。另由於研究者本身不具有國小教師身分，因此僅實施「行動擴增實境能源教學活動」的部分，不會進行正式課程單元的授課，給學生的回饋問卷與試教的學生問卷，在題目的設計上也會有所調整。五、評估：透過教案的試教以及實際實施行動擴增實境融入能源教學活動的情形，從回饋問卷中進行統計分析，依據師生的意見評估本研究所發展之教學活動效果，並回答本研究之待答問題。依上述流程，本研究各項時程如表3-1。表3-1 研究時程 103 年時程項目分析. 分析指標及教科書單元選定教學主題. 設計. 蒐集、彙整相關文獻設計行動擴增實境能源教學活動設計教案、回饋問卷. 發展. 邀約學校、進行試教問卷統計分析調整、修正教案專家檢視、確認教案. 實施評估. 邀約學校、實際實施行動擴增實境能源教學活動論文撰寫、完成結論與建議 23. 4月 6月8月. 104 年 10 12 2月4月6月月月.

(31) 第三節研究對象本研究之研究對象如下：一、進行教案試教課程之對象本研究完成之能源教育融入式教案邀請能源局「輔導學校推動能源教育計畫」所設置之能源教育重點學校搭配正式課程進行融入教學之試教，並由試教教師及參與課程之學生協助填寫課程回饋問卷。在25所重點學校中，經研究者邀約確認，其中有4所學校願意配合安排1次試教課程，由於配合融入教學時機已設定為高年級自然與生活科技課程單元，試教教師以該校自然科任教師為主，參與試教之學生為隨機選定之高年級1班全體學生為對象。教學環境為該校一般教室，教學時間為正式課堂的時間，1節課為40分鐘，其中12分鐘進行本教案之教學活動。二、由研究者實施行動擴增實境教學活動之對象研究者由能源局「輔導學校推動能源教育計畫」所辦理各項活動當中，隨機聯絡參與計畫相關活動較為頻繁之學校，邀約到其中1所新北市的國小願意協助實施行動擴增實境能源教學活動。該校一方面長期推動能源教育，學校本身設有能源教室、各項能源設施，教師亦自行發展能源教育相關課程，更設有學生社團－能源社，另方面以資訊科技融入教學也是該校的重要特色之一，校內配置足夠的平板電腦能提供學生進行認識校園QR Code闖關活動，教師亦設計了運用該設備所進行的教學活動，因此研究者便以此校能源社的全體社團成員為對象，實施本研究所發展之行動擴增實境能源教學活動。教學環境為能源社團使用之能源教室，教學時間為社團課的時間，該校該節課為30分鐘，其中12分鐘實施本活動。三、研究者研究者自民國95年起擔任能源局「輔導學校推動能源教育計畫」專任助理至今，能源教育雖非原本之專業領域，然而在長期工作環境耳濡目染之中，對於能源教育所要推動的內涵，與環境教育、環保、水資源等議題之分際較一般人是更為清楚的，也因此促使研究者發展有助於能源教育推廣之教學活動設計。 24.

(32) 第四節. APP模組與教案設計. 本研究運用擴增實境設計能源主題教學活動，並以此教學活動為核心完成一份可於國小正式課程搭配使用之能源教育融入式教案，以下分別敘述行動擴增實境APP模組與教案之發展設計。一、行動擴增實境APP模組在網路上可搜尋到許多擴增實境的應用程式，能用以自製擴增實境效果，而各家廠商開發的應用程式所提供的功能不盡相同，使用者是否需要具備撰寫程式語言的能力也各異，彙整如下表：表3-2 各式擴增實境應用程式之功能應用程式名稱. 擴增實境辨識方式. 操作及使用. 程式語言能力. 費用. ARToolKit, D’Fusion, FLARToolKit, Vuforia, Unity 3D. 安裝軟體後，須自行建置3D 圖卡辨識模型，進行2D介面設計、互動程式設計、音效設計及互動整合程式設計，須撰寫程式以建置擴增實境效果。. 均須具備，其 D’Fusion 中Vuforia只及Unity 須具備初階 3D須付費能力，但操作介面複雜. Aurasma. 各項設定介面簡單、易操作，能讓未具備程式語言能力者運用此應用程式自製擴增實境效果。. 不須具備. DAQRI, Metaio creator （搭配Junaio APP使用）. 於官網圖庫挑選圖檔及背景 QR Code （也可以自行準備圖檔），設定擴增實境效果，完成後會自動產生QR Code，印於紙上即可使用；DAQRI較常用於名片上的擴增實境效. 實物辨識. 免費. DAQRI不須免費具備，Metaio creator須具備初階能力. 果，Metaio creator則還可搭配定位的設定。 Layar. 於官網製作擴增實境效果，使用時畫面會掃描圖像、文字或QR Code，另可標記定. 圖像、文字或QR Code. 不須具備. 須付費（可免費試用）（續下頁）. 25.

(33) 應用程式. 擴增實境. 程式語言. 辨識方式. 能力. Quiver（搭配 Colar APP使用）. 於官網下載圖片並列印後，圖卡辨識自行著色，使用時以行動載具安裝Colar APP，2D圖像就能在螢幕上變成3D，且顏色會隨著個別使用者不同的著色而改變。. 不須具備. 基本款圖片可免費下載. Zooburst. 可自製擴增實境立體有聲書，能自行編輯內文、加入圖片、錄音、配音等。. 不須具備. 免費. 名稱. 操作及使用. 費用. 位、增加網址超連結，還具有可與其他建立者互動之社群功能。. 圖卡辨識. 在表3-2中，本研究所運用的擴增實境應用程式為「Aurasma」，用以設計能源教育教學活動，此應用程式（APP）使用行動載具（如智慧型手機、平板電腦等）即可免費下載安裝，它提供一個網路版自行創作擴增實境內容的平台，介面簡單，操作容易，使用者不需要具備程式語言撰寫的能力就能製作並產生擴增實境的效果；此外，「Aurasma」與其他需要透過辨識標籤（例如QR Code即為其中一種）來呈現擴增實境效果的APP有所不同之處在於它可以直接辨識現實生活中真實物件本身，也就是說「真實物件」即為它的「辨識標籤」，當使用者透過行動載具擷取物件影像，載具的螢幕上便會同步呈現真實的物件與實際上並不存在的圖片或影像，將真實環境與虛擬物件合成，此種擴增實境不會完全取代真實物件，「擴增實境出現在使用者的面前，是虛擬與實體在同一個空間共存，讓使用者同時感知真實世界與虛擬世界（卓詠欽、王健華，2008）」，用以提供更多延伸的資訊。本研究發展行動擴增實境APP模組的構想包含兩個層面，一方面是有關使用此APP模組的環境（地點），另一方面是有關運用行動擴增實境在能源教育方面、教學題材的選擇。由於要在正式課程中進行能源教學，不宜佔用過多授課時間， 26.

(34) 因此為了減少師生移動至戶外的時間，使用行動擴增實境的教學地點便設定為教室內，如此還能減少在戶外使用擴增實境可能會隨著光影變化導致程式辨識不佳而影響教學的情形。而在能源教育教學題材的部分，固然是運用如擴增實境這樣的數位科技，但「重要的不是科技（技術）本身，而是科技能為學習環境帶來什麼樣的附加價值（Dunleavy, et al, 2009）。」因此，能源教育要教什麼？此教學內涵、主題的選擇便十分重要。由於擴增實境技術在處理的是於現實生活中疊加進虛擬的物件，最佳的題材就是以生活周遭常見的能源使用作為主題，例如電器用品的用電、二氧化碳排放量等，研究者所選擇的是以教室內常見的電器用品來製作行動擴增實境APP模組，設計能源教學活動，讓學生使用行動載具擷取教室內既有電器用品的影像，經由擴增實境的程式感應及判斷，最後於載具螢幕上呈現出擴增實境的延伸畫面，如圖3-3。. 圖3-3. 訊息輸入 (影像擷取). •. 學生使用行動載具以動態攝影模式拍攝教室內的電器用品畫面。. 程式判斷. •. 程式自動判斷該畫面。. 訊息輸出 (擴增實境效果). •. 學生看到行動載具螢幕同時呈現電器用品及延伸訊息的畫面。. 行動擴增實境APP模組之構想. 二、能源教育融入式教案完成行動擴增實境APP模組後，發展、設計能源教學活動，並完成完整的教案，教案的呈現能讓一般教師更容易參考、使用。能源局｢輔導學校推動能源教育計畫｣發展可供國小高年級搭配正式課程實施之能源教育融入式教案，已有既定教案格式，本研究所發展的教案便依該格式撰寫（表3-3），內容包含(1)教案基本資料，如：教案名稱、此教案所運用的能源教育能力指標項目、搭配自然與生活科技的能力指標項目、建議融入於教科書之單元名稱、教學融入的時間等， 27.

(35) 其中，能源教學融入於正式課程中的時間以12至15分鐘為限；(2)教學準備：詳述教師進行此教案所需的準備事項，包括工具、軟硬體設備等說明；(3)教學活動的內容：包括「引導」、「活動」、「總結」，教師於正式課程中適合融入的時機進行簡短的「引導」後，讓學生操作行動擴增實境能源教學「活動」，最後「總結」，提點學生此教學活動所要傳達的學習重點；(4)參考資料、學習單。表3-3 教案格式內容項目 1.教案基本資料. 備註. (1)名稱國小高年級自然與生活科技領域。 12-15分鐘為原則。. (2)融入領域 (3)教學時間 (4)設計理念、教學目標 (5)能源教育能力指標 (6)教育部自然與生活科技學習領域能力指標 (7)建議融入時機. 標出與教案相關的自然與生活科技學習領域能力指標。標出教科書可融入之版本及單元建議。詳述教學所須使用之設備、材料、器材、工具等清單，或學生須具有. 2.教學準備. 之先備知識說明。 3.教學活動內容 4.其他. (1)引導 (2)活動 (3)總結 (1)參考資料 (2)學習單. 第五節研究工具本研究發展行動擴增實境融入國小能源教育設計，完成能源教育教案，再邀請學校進行試教課程，以達一定之信效度，因此研究工具包括(1)試教教案之教師回饋問卷、(2)參與試教教案課程之學生回饋問卷、以及(3)參與正式實施行動擴增實境融入能源教學活動（操作行動擴增實境APP模組）之學生回饋問卷，分別說明如下： 28.

(36) 一、試教教案之教師回饋問卷教師回饋問卷主要針對試教之教師設計，內容及問卷題目包括四個部分：試教學校基本資料、教案內容規劃之適切性、教案試教情形及整體滿意度，其中有關教案的內容，題目包括針對教學時間、能力指標、教學準備、教學活動等，詢問教師各項規劃是否適切；有關教學試教情形的題目則詢問教師包括教案內容的難易度、規劃之教學輔具的難易度、學習單的難易度、是否能引起學生學習興趣等；所有題目就每一個項目一一詢問教師的同意程度，於統計時分別由5至1註記代表非常同意、同意、普通、不同意到非常不同意，而如果填答不同意或非常不同意者，由該教師另外於開放式欄位留下相關意見，以供後續教案修正參照。二、參與試教教案課程之學生回饋問卷學生回饋問卷主要針對參與試教課程之學生設計，內容為整體滿意度的面向，題目包括上課內容的難易度、對於上課的內容是否感覺有趣、學習單內容的難易度、對於學習單的設計是否感覺有趣，最後以開放式的問題讓學生自由填答對於課程的意見與想法。三、參與正式實施行動擴增實境融入能源教學（操作行動擴增實境APP模組）之學生回饋問卷由於試教教案是由研究者所邀請的國小教師進行課程，正式實施的部分主要是為了實際於現場瞭解學生對於本研究所發展之行動擴增實境APP模組的反應，由研究者引導學生進行此教學活動，因此在學生回饋問卷的題目設計有些微調整，與參與試教課程的學生問卷相同的部分是對於上課內容及學習單是否覺得有趣以及難易度如何，有差異的部分是在正式實施時，研究者在教學活動引導的部分是以簡報、傳統口述的方式進行，因此增加詢問學生對於教師使用簡報上課的想法，以對比使用平板電腦（操作行動擴增實境APP模組）二者間的差異。. 29.

(37) 第六節資料處理與分析資料的處理與分析分為兩大部分，一是在教案試教課程後所回收的教師與學生回饋問卷，另一是由研究者實施行動擴增實境能源教學活動後所回收的學生回饋問卷，所有題目均採5點量表，每一個題目分別依序由5至1表示非常同意、同意、普通、不同意到非常不同意，再以各題之平均數進行敘述式統計，最後透過問卷統計分析結果，回答本研究之待答問題： 1.. 本研究發展之行動擴增實境融入能源教育教案設計是否提供了教師合適的能源教育教案？ 1.1 對於進行教案試教的教師而言，此教案規劃的適切性如何？ 1.2 對於進行教案試教的教師而言，試教情形如何？ 1.3 對於進行教案試教的教師而言，整體滿意度如何？. 2.. 實施本研究發展之行動擴增實境融入能源教育教案設計是否能引起學生的學習興趣？ 2.1 對於參與試教課程的學生而言，整體滿意度如何？學生的意見為何？ 2.2 對於參與由研究者引導進行此教學活動（行動擴增實境APP模組）的學生而言，整體滿意度如何？學生的意見為何？本研究以行動擴增實境融入能源教學活動為核心，發展完成國小能源教育融. 入式教案，為達此教案一定之信效度，在信度的部分，由教案試教後教師回饋問卷結果計算Cronbachα係數，以檢視內部一致性信度；而在效度的部分採專家效度，於教案試教完成後，先依據試教教師所提供的回饋意見調整、修正教案，再經專家會議檢視，最後確認教案內容。. 30.

(38) 第四章研究結果本章依研究流程之規劃，分別敘述分析、設計、發展、實施、評估等階段之研究過程及結果。. 第一節分析本研究發展行動擴增實境融入國小能源教育教案設計，首先分析教學者需求，由於對於國小教師而言，較傾向將能源教育以融入於正式課程的方式進行教學，較不會佔用太多課程的時間，因此本研究教案之設計便採用課程統整模式中之主題式課程統整，將國小自然與生活科技課程單元及能源教育能力指標內涵進行彙整，再從中選定涵蓋此兩種學科之能源教學主題。為使日後教師方便運用，本研究彙整、分析目前通行於各校之三種版本（分別由南一、康軒及翰林三家出版社發行）高年級自然與生活科技領域教科書內容，由研究者以能源教育能力指標為依據，判斷在102學年度三版本教科書所有單元中，羅列出與能源有關的內容，共計36個相關的單元，如表4-1。表4-1 三版本國小高年級自然與生活科技領域教科書單元版單元本編號. 年級. 南一. 1. 5上. 2. 5上. 3. 5下. 4. 5下. 單元/次單元/次次單元. 與能源相關內容. 1太陽提到太陽能熱水器、太陽能路活動2四季日升日落的變化燈。 2-2不同季節日照對生活的影響 4聲音的探討介紹電話的由來。活動3噪音對生活的影響人物傳記－聲音傳千里－貝爾 3水溶液的特質科學DIY－橡皮筋動力車 3水溶液的性質活動3水溶液的導電性. 31. 利用彈力讓物體動起來。提到電路、導電、LED、乾電池。（續下頁）.