認知風格對模擬學習成效及學習歷程影響之研究

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(1)國立台灣師範大學工業科技教育學系碩士論文. 認知風格對模擬學習成效及學習歷程影響之研究. 研究生：林建佑博. 士. 指導教授：蕭顯勝. 中華民國九十七年六月.

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(3) 謝. 誌. 這篇論文的完成要感謝許多人。有了他們，讓我順利完成碩士階段的學業，也才有這篇論文的誕生。首先要感謝我的指導老師，蕭顯勝教授，老師悉心的教導使我在這些年中獲益匪淺。本論文的完成另外亦得感謝楊接期教授及陳明溥教授的指導，使得本論文能夠更完整而嚴謹。兩年的研究室生活點點滴滴都成為最美的回憶，感謝貞穎、昆璟、忠潔、甲奇，你們的陪伴讓研究生活多了許多精彩的片段；感謝艦中、乃瑩、智翔，你們的幫忙讓我的實驗可以順利完成；感謝碩班的同學與學弟妹們，這兩年跟你們相處得很愉快，感謝並祝福大家。最後，要感謝我的家人和珮真給我的支持，讓我可以無後顧之憂的專心在研究上，感謝你們！. 建佑 2008 夏台北城. I.

(4) 中文摘要電子學為現今科技發展的基礎，但其概念過於抽象，往往造成學習者無法正確瞭解其觀念；數位化的模擬式學習因具有強大的多媒體功能，可將抽象的概念以具體的圖形或動畫呈現，即可運用於電子學學習中以加強學習成效。本研究建置一個支援學習歷程紀錄的電子學模擬學習系統，並以電子學為學習教材。以大專院校電子相關科系學生進行教學實驗，藉此探討學習者在使用電子學模擬學習系統進行電子學學習的成效。此外，在實驗過程中將記錄學習者的學習歷程，將歷程紀錄施以序列分析方法，發掘不同認知風格學習者在模擬學習系統中的學習行為模式。經教學實驗後發現，本研究所建置之模擬學習系統可提升電子學的學習成效，而場地獨立學習者的學習成效提升程度顯著地高於場地相依學習者；此外，在學習行為模式的比較上，場地相依與場地獨立學習者在進行隨意瀏覽及自我評量上沒顯著差異；場地相依學習者花較多時間在進行閱讀內容，且場地相依學習者的學習路徑比較會依循系統版面配置及教材編排內容進行；場地獨立學習者則在模擬操作上花費較多時間，而在學習路徑上則表現的較為隨意。. 關鍵字：電腦模擬學習，認知風格，學習歷程 II.

(5) The study of influence of cognitive style on simulation learning effect and learning profile Author : Chien-Yu Lin Advisor : Hsien-Sheng Hsiao. Abstract Electronics is the foundation of technology, but the concept of electronics is too abstract ; therefore students can’t understand it correctly. Digital simulation instruction has functions of multimedia that can represent abstract concept with the specific graph or the animation, so researcher can utility this idea to the electronics instruction and promote the learning effect. This study develops an Electronics simulation learning system which supports the record of learning process and takes the Electronics as the learning content. This study is focus on the undergraduates of the department related Electronics to execute experiment and researcher uses the result to analyze the effect of the Electronics simulation learning system. Through the process of experiment, system will record the learning process of students. Researcher deduces the student's behavior pattern of different cognitive styles in Electronics simulation learning system with sequential analysis. After analyzing the results, there are conclusions as following: 1. The system of this study can promote the learning effect in Electronics. 2. The learning effect of FD students is higher than the FI students. 3. In the comparison of learning behavior pattern, the FD and FI students have no specific difference of “Random browsing” and “Self-Examination”. 4. The FD students spend more time on “reading content” and the learning process of FI students are rely on interface of the system and arranged content. 5. The FI students spend more time on “simulation” and their learning processes are haphazard comparatively. Keywords: computer simulation instruction, cognitive style, learning profile. III.

(6) 目謝. 錄. 誌 ................................................................................................... I. 中文摘要 .................................................................................................. II Abstract. .................................................................................................III. 目. 錄 ................................................................................................ IV. 表. 次 ................................................................................................ VI. 圖. 次 .............................................................................................. VIII. 第一章. 緒論 ........................................................................................... 1. 第一節研究動機 ............................................................................1 第二節研究目的 ............................................................................5 第三節待答問題 ............................................................................6 第四節研究範圍與限制 ................................................................7 第五節研究流程 ............................................................................9 第六節名詞釋義 .......................................................................... 11 第二章. 文獻探討 .................................................................................13. 第一節電腦模擬學習 ..................................................................13 第二節認知風格 ..........................................................................25 第三節學習歷程 ..........................................................................31 第四節本章總結 ..........................................................................36 IV.

(7) 第三章. 研究方法 .................................................................................37. 第一節研究架構 ..........................................................................38 第二節研究對象 ..........................................................................38 第三節研究設計與實施 ..............................................................39 第四節教學活動設計 ..................................................................41 第五節研究工具 ..........................................................................42 第六節資料分析 ..........................................................................51 第四章. 研究結果與討論 .....................................................................53. 第一節模擬學習系統對學習成效的影響 ..................................54 第二節不同認知風格學習者學習歷程分析 ..............................59 第五章. 結論與建議 .............................................................................71. 第一節結論 ..................................................................................72 第二節建議 ..................................................................................76 參考文獻 .................................................................................................80 附錄 A 教學活動設計 .............................................................................88 附錄 B 團體藏圖測驗 .............................................................................89 附錄 C 電子學成就測驗 .........................................................................96 附錄 D 學習歷程序列分析結果 ..........................................................103. V.

(8) 表次表 2-1 電腦模擬之教學策略 ...................................................................15 表 2-2 電子學模擬學習的相關研究 ......................................................21 表 2-3 電子學模擬學習工具之比較 ......................................................23 表 2-4 學習歷程的觀察指標 ..................................................................33 表 3-1 實驗設計 ......................................................................................39 表 4-1 電子學成就測驗前、後測成績概況 ..........................................53 表 4-2 模擬學習系統對全體受詴者學習成效的影響 ..........................54 表 4-3 模擬學習系統對場地獨立受詴者學習成效的影響 ..................55 表 4-4 模擬學習系統對場地相依受詴者學習成效的影響 ..................55 表 4-5 不同認知風格前後測分數之帄均數與標準差 ..........................56 表 4-6 不同認知風格學習成就之回歸係數同質性考驗結果 ..............57 表 4-7 不同認知風格學習成就之共變數分析 ......................................57 表 4-8 調整後帄均數 ..............................................................................58 表 4-9 不同認知風格之行為指標單次操作帄均時間 ..........................60 表 4-10 不同認知風格在隨意瀏覽的帄均操作時間差異 ....................61 表 4-11 不同認知風格在閱讀內容的帄均操作時間差異 ....................61 表 4-12 不同認知風格在閱讀內容的操作時間變異數分析表 ............62 表 4-13 不同認知風格在閱讀內容的帄均操作時間關係表 ................63 表 4-14 不同認知風格在模擬操作的帄均操作時間差異 ....................63 VI.

(9) 表 4-15 不同認知風格在模擬操作的操作時間變異數分析表 ............64 表 4-16 不同認知風格在模擬操作的帄均操作時間關係表 ................64 表 4-17 不同認知風格在自我評量的帄均操作時間差異 ....................65 表 4-18 不同認知風格在四個行為指標操作時間之 t 考驗摘要表.....65 表 4-19 場地相依學習者的學習行為變化 Z 分數表 ...........................66 表 4-20 場地獨立學習者的學習行為變化 Z 分數表 ...........................69. VII.

(10) 圖次圖 1-1 研究流程圖 ..................................................................................10 圖 3-1 研究架構圖 ..................................................................................38 圖 3-2 實驗流程圖 ..................................................................................40 圖 3-3 系統架構 ......................................................................................42 圖 3-4 學習目標 ......................................................................................43 圖 3-5 課前引言 ......................................................................................43 圖 3-6 背景知識 ......................................................................................44 圖 3-7 概念釐清 ......................................................................................44 圖 3-8 模擬操作說明 ..............................................................................45 圖 3-9 模擬操作 ......................................................................................45 圖 3-10 自我評量 ....................................................................................46 圖 3-11 延伸閱讀 ....................................................................................46 圖 4-1 場地相依學習者操作行為模式圖 ..............................................67 圖 4-2 場地獨立學習者操作行為模式圖 ..............................................69. VIII.

(11) 第一章緒論本章就本研究之研究動機、研究目的、待答問題、研究範圍與限制、研究流程與名詞釋義進行詳細之介紹：. 第一節. 研究動機. 在傳統教學中經常由於學習者實際經驗不足，知識概念不容易釐清或無法親身體驗，導致無法使學習者對所學內容徹底瞭解。近年來因數位學習的發展，教學者可運用多媒體教材及學習環境，將概念以影像或動畫方式呈現，配合如模擬法、遊戲法等之電腦輔助教學方法，可將以往抽象的概念轉而成為具體化、視覺化的知識（洪榮昭、劉明洲，1999；陳登卲、賴阿福，2005）。 de Jong, Wouter, 和 van Joolingen （1998）指出模擬式電腦輔助教學主要的優點是可以讓學習者透過電腦去瞭解無法接觸的現象或看不見的現象，增加認知的機會以達成學習目標。此外，模擬式的學習系統亦具備互動性高、提高學習動機、滿足個別化教學需求、使用者自行控制學習進度、保存學習紀錄、多路徑的學習管道、及可立即獲得回饋等多媒體輔助教學的優點（李世忠，1992；何榮桂、郭再興， 1996）。電子學是影響現代最重要的科學發展之一，透過電子產品的發. 1.

(12) 展，帶給人類便利舒適的生活環境及文明的高度發展。電子學的主要學習範疇在瞭解電路的流動及控制方式，學習者會遭遇到的困難大多是對抽象概念的不完全瞭解，無法確實的理解在理想狀況下應有的系統反應（洪妤如，2006），且限於環境及設備限制，僅以抽象的電路圖、元件概念進行複雜的電路計算及分析，使學習者無法將形式上的呈現連結到真實電路中，進而影響其學習成效（Ronen & Eliahu, 2000；江岳霖，2004），而教學者受限於教學時數及大班教學，往往也無法將抽象的細節解釋清楚，學習者不易得到適當的回饋，造成學習上的挫折導致學習興趣降低（Oakley, 1996；陳裕隆、宋曜廷、侯惠澤、張國恩，2006）。因此本研究考慮電子學的學習特性及模擬學習系統的分類（Alessi & Trollip, 2001），建置一個可線上提供模擬操作和即時回饋的電子學模擬學習系統，供學習者透過網際網路進行電子學學習。而在網路化的模擬學習環境中，教師在教學時的工作從過去的知識傳授者，轉換為學生在透過電腦化教學時的協助者；同時學生進行學習時，從過去以教師為學習重心，轉移到自身身上（陳繁興，2001）。但黃星峰（2003）指出現今多數的線上教學網站，其課程內容架構大致都在建立課程時，已經做好其相對應的課程教材連結，對所有學習者均接受一致性的學習式樣，導致學習者無法達到預期的學習成效。 2.

(13) 因此，若要使不同類型的學習者都能利用模擬式學習系統達到學習目標，如何依據學習者的特性提供適當的教學輔助是必頇研究的課題，但傳統大班教學環境中教師受限於人力，往往無法仔細觀察每一位學習者的行為，而網路化的學習系統因具備強大的運算與記憶功能，恰可作為輔助教學的紀錄與分析工具。分析相關研究得知，在特定的教學方式之下，有些學習者會因為個人的學習型式得到較佳的學習效果。因此在發展學習系統時，就有對個人學習型態作確認的必要性（書百川，2003）。而在相關研究中，學生之認知風格對於學習成效具有相當程度的影響性（楊坤原， 1996a，1996b；Bertini, 1986; Lawson, 1983; Morgan, 1997; Witkin & Goodenough, 1981）。認知風格係指個體用以處理情境（situation）和任務（task）時慣用的策略，為個體一種相當穩固的特質（Grigorenko & Sternberg, 1997）。而在認知風格的眾多向度中，場地獨立型/場地相依型的向度，比起其他向度在學習中更具影響力（Messick, 1976）。雖然認知風格是以網路為基礎的教育軟體設計者所考慮的重要因素之一（Liu & Ginther, 1999），但針對學習者的認知風格提供適合的網路化模擬教材尚屬開始之階段，亦是本研究所要進行的主因。在網際網路的環境中，不論是網頁內容閱讀的順序，或是瀏覽經過的路徑，都是由使用者自己決定。因此，使用者或學習者在全球資 3.

(14) 訊網的學習環境下，已從被動地接受資訊提升為實際參與的角色，使用者有權依自己的目標和需求來控制瀏覽的路徑與移動的方式。但即使如此，使用者也未必能有效的利用，因為部分學習者缺乏評估網際網路超媒體環境的能力，對所做選擇是否合乎需求也缺乏判斷能力（李世忠，1991；Conklin, 1987）。為了能夠進一步了解這些使用者， Honey（1993）建議透過使用者瀏覽路徑的追蹤來歸納使用者瀏覽型態，作為後續提供教學輔助與學習回饋的依據。綜合以上所述，本研究建置一個電子學模擬學習系統，提供電子學的靜態圖文、動態模擬及自我評量等學習內容；此外，透過系統紀錄功能，將學習者的學習歷程紀錄至資料庫中，作為研究分析之依據。本研究採用實徵研究，一方面探討模擬學習系統是否可提升學習成效，另一方面探討不同認知風格的學習者使用模擬學習系統後，在電子學學習成效上的差異；並將不同學習風格學習者的學習歷程，以序列分析方法進行分析，發掘不同認知風格學習者在模擬學習系統中的學習行為模式。. 4.

(15) 第二節. 研究目的. 基於上述之研究動機，本研究擬定以下之研究目的：一、. 建置支援學習歷程紀錄之電子學模擬教學系統。. 二、. 探討學習者在使用模擬教學系統後，電子學學習成效的提升情形。. 三、. 探討不同認知風格學習者在使用模擬教學系統後的學習成效提升差異。. 四、. 發掘不同認知風格的學習者使用模擬教學系統之學習行為。. 5.

(16) 第三節. 待答問題. 根據研究目的，本研究之待答問題如下：一、. 如何建置支援學習歷程紀錄之電子學模擬教學系統？. 二、. 模擬學習系統是否可提升學習者的電子學學習成效？. 三、. 不同認知風格學習者使用模擬教學系統後的學習成效是否有差異？. 四、. 不同認知風格的學習者使用模擬學習系統的學習行為為何？. 6.

(17) 第四節. 研究範圍與限制. 本研究主要針對大專程度電子學做探討，因此在研究對象、教學內容、操作能力均有一定的瞭解範圍。但本研究雖力求實驗過程完備嚴謹，仍可能受環境及時間等客觀因素影響，致使本研究所欲探討的結果有未盡周全的地方，茲將本研究之限制說明如下：一、. 研究範圍. (一) 就研究對象而言本研究實驗對象為北部某大專院校電子類相關科正在修習電子學課程之學生，實驗取樣即是以該進行實驗教學科系之學生為母群體，研究結果若要推論至其他學校之同年級或不同年級之學生均需十分謹慎。. (二) 就研究內容而言本研究之學習系統內容係以大專程度電子學為主進行設計。研究者將運用測驗及有效性的結果作為研究成果，其他領域之課程內容，將無法以本研究所探討而得的結果進行推論。. (三) 就外在因素而言本研究探討學習系統對學習者的影響，學習者在使用學習系統之外進行討論、自習等因素均可能影響實驗的內部效度。此外，學 7.

(18) 習者若於實驗期程中缺席，亦會導致研究對象流失的問題。. 二、. 研究限制. (一) 本研究基於學校教學行政之考量，無法進行研究對象的隨機抽樣與分派。 (二) 本研究由於使用網路學習系統進行課程活動，所以在實驗進行途中可能會因為網路連線品質影響實驗之進行。 (三) 本研究無法避免「霍桑效應」之影響，即學習者知道自己成為觀察對象而刻意表現良好之情形。. 8.

(19) 第五節. 研究流程. 本研究之研究流程與步驟之實施程序如圖 1-1 所示，本研究蒐集及分析相關文獻擬定研究計畫。在研究計畫審查通過後，針對本研究擬發展之模擬學習系統的學習者、系統內容及研究工具等進行分析及設計。待設計完成之後，進行模擬學習系統及前、後測詴卷的發展與與評估，並進行相關測詴。經確認系統無誤後，本研究進行教學實驗，並驗證本研究所有研究目的。最後以統計工具分析所得資料，並根據實驗的結果撰寫研究報告。. 9.

(20) 蒐集相關文獻資料擬訂計畫. 決定研究主題擬定論文研究計畫檢討修正論文計畫審查. 研究分析. 學習者分析系統功能分析課程內容分析發展工具分析. 研設究計工具. 課程內容設計前、後測詴卷設計. 研發究展工具. 建置模擬教學系統建置歷程紀錄模組發展前、後測詴卷. 評估研究工具. 進行課程內容、系統流程及前、後測詴卷之評估檢討修正使用者評估. 實施前測. 進行教學實驗. 研撰究寫報告. 專家評估. 進行教學實施後測分析並撰寫實驗結果歸納研究結論及建議撰寫研究報告. 圖 1-1 研究流程圖. 10.

(21) 第六節一、. 名詞釋義. 電腦模擬教學（Computer Simulation Instruction）. 模擬是指真實世界情境的經歷，利用某些特殊的方式模仿重現（Dennis & Kansky, 1984）。透過模擬的設計，可重現真實世界中所發生的真實狀況與現象，使用者可透過實際動手操作練習的方式，瞭解自身對該現象的精熟程度，進而在狀況實際發生時可以做出正確的判斷並採取正確的反應方法。利用電腦來建置一個真實情境的系統模型或是操作程序，便可稱為電腦模擬教學（de jong, Wouter, & van Joolingen, 1998）。電腦模擬教學不僅可讓學習者透過操控螢幕中的物件探索過程中所隱含的學科概念，也可提供學習者自行建立模型並驗證探索的機制。結合動態圖像的視覺呈現，讓學習者更容易和本身原有舊經驗產生關聯，協助知識的建構或問題的解決（黃福坤， 2006）。本研究將建置一個電子學模擬學習系統，提供電子學認知學習、模擬操作及自我評量等內容，作為進行模擬教學之工具。. 二、. 認知風格（Cognitive Style）. 認知風格是一個假說性的構念（hypothetical construct），是指一個人從事認知活動時特有的風格或方式。根據 Witkin, Dyk, Faterson, Goodenough, 和 Karp（1962）所提出的分類，分成場地獨立（field independence）與場地相依（field dependence）。本研究是以團體藏圖 11.

(22) 測驗（GEFT）的成績表現作為分類原則，成績得分位於全體受詴者前 27%者歸類為場地獨立型，成績得分位於全體受詴者後 27%者則歸類為場地相依型。. 三、. 學習歷程（Learning profile）. 學習歷程是以特定的目的或用途來收集學習者學習過程中各面向的資料，以反應或顯現學習者的真實表現及進步或改變的情形（童宜慧、張基成，1996）。在網路化學習環境中所謂的學習歷程可以用「學習路徑」來解釋，即為學習者在不同的網路節點上，依照順序連結的方式瀏覽網頁教材時所產生的結構化圖形，可用來輔助教學及自我學習（謝章冠、陳年興，2001）。在傳統教學裡學習歷程記錄受限於資料的儲存、搜尋及管理不易等問題。然而透過網路並結合資料庫的方式就可以有系統的記錄學習歷程。因此，本研究中即是藉由網站主機自動的記錄、並產生每一位學習者的學習歷程記錄，以完成收集學習者完整學習歷程記錄。本研究的學習歷程是指學習者在使用模擬學習系統進行學習時的學習行為，紀錄內容包括：單元的學習順序、教材閱讀與操作的順序、每次登入的學習時間、各單元學習時間等。. 12.

(23) 第二章文獻探討本章將分別討論電腦模擬學習、認知風格、學習歷程的意義與應用，歸納出本研究之理論依據。. 第一節. 電腦模擬學習. 一、電腦模擬學習的定義（一）模擬（Simulation）的意義根據韋氏大辭典所記載，模擬是一種虛構的而接近其本質的非真實性的現象，模擬亦是真實事件發生的過程與情境的經歷。洪榮昭和劉明洲（1999）認為模擬是一種行為或現象的複製，一般而言是取代某種現象而設計。Alessi and Trollip（2001）指出模擬不僅是一個現象的複製，它透過省略、改變、增加細節與特徵的方式，將現象簡單化。陳郁雯（2004）認為模擬是一種事物或現象的複製，經由簡化的程序，強化其重要之處。綜合上述的說法，模擬是提供一種虛擬的情境藉以描述或複製真實的事件或現象。. （二）電腦模擬學習的意義電腦模擬學習最早是美國麻省理工學院在1950年發展出一部飛行模擬器，藉此訓練戰機飛行員，開創電腦模擬應用於教育的先河（莊永山，1998）。近年來則因個人電腦的興起，加上建構學習理論的提. 13.

(24) 倡，電腦模擬學習的概念非常受到關注（吳幸宜譯，1994；Heinich, Molenda, & Russell, 1985）。建構學習理論主張個體知識的形成係主動建構而非被動的接受，而電腦模擬學習正可以提供學習者一個自行建構知識的環境。且隨著網路的發展，亦有研究者及教師將模擬學習系統建置於網際網路上，如台師大物理系黃福坤教授建置的Demolab 物理教學示範實驗教室（ http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/ ），提供更便利的學習方式。模擬式的電腦輔助教學方式應用在教學環境中已日漸普及，尤其常見於比較耗時、危險或是較昂貴的狀況，學習者可透過相關軟硬體的輔助進行複雜的實驗過程，如駕駛飛機、醫療診斷，或是體會無法以觀察進行的科學知識學習，如電子的流動、原子的結合與分裂等。透過電腦模擬，學習者可即時觀看現象的動態變化，還可以藉由圖表即時顯示各參數在過程中的變化趨勢，進行更高層次的思考（黃福坤，2006）。電腦模擬學習強調利用電腦的功能去建立教學模式，模擬真實世界中的現象，以幫助學習者瞭解該現象；期望學習者與電腦模擬學習軟體互動時，經由探索及嘗詴發現該現象的合理解釋等認知過程，來對所模擬的現象有更好的暸解（張徽鵬，2001）。一般對電腦模擬學習的認知為：將各種模擬的實物或情境呈現在電腦螢幕上，讓學習者根據情境的模擬來進行學習、實驗，並利用電腦分析各種實驗可能產 14.

(25) 生的變化，使學習者立刻得知結果。簡而言之，電腦模擬學習為電腦輔助教學的策略之一，藉由電腦模擬技術及教學軟體的結合來達成輔助教學之目的，亦即將學習者不易觀察到的實體或現象，以電腦模擬的方式，達成與實際情境相同的教學目的（顏晴榮，1998）。綜合上述研究可知，電腦模擬學習強調使用電腦的功能去建立一種情境模式，藉由重現真實世界中的現象讓學習者參與並產生互動，並透過電腦模擬技術及教學軟體設計的結合，達成輔助教學之目的，讓學習者進行有效地學習；此外，由於電腦可立即分析並將各種可能之反應顯示給學習者，這種立即性回饋的功能，有助於學習者能更進一步的瞭解電腦虛擬出來的情境，若與現實環境相當相似，將能幫助學習者學習，以達到更好的學習成效。. 二、電腦模擬學習的教學策略電腦模擬包含八種教學策略，以下表列說明之：表 2-1 電腦模擬之教學策略類別. 說明. 微型世界. 物理性模擬多半採用這種策略，學習者被. （microworlds）. 給予許多類似真實世界的物體，例如電壓計、伏特計、開關、電阻器、迴路等，學習者必頇進行操控、測量. 15.

(26) 表 2-1 電腦模擬之教學策略（續）類別. 說明. 科學發現式學習. 通常是反覆性模擬，學習者執行一項科學. （scientific discovery. 的實驗，探查其中的自然法則，例如生物. learning）. 族群的變化. 虛擬實境. 以虛擬的環境取代真實的環境，包括視. （virtual reality）. 覺、聽覺、動覺，通常應用於物理性模擬或程序性模擬. 實驗室模擬. 通常應用於程序性模擬或物理性模擬，讓. （ laboratory. 學習者執行各個步驟、觀察、計算等，例. simulations）. 如青蛙的解剖. 角色扮演. 通常應用於狀況性模擬，角色扮演是商. （role playing）. 業、推銷、諮商、教學等訓練經常使用的一種方法. 循環操控. 所指的是當學習者進行操控時，與物理性. （operator-in-the-loop）. 設備（例如飛行模擬器）即時互動的情況. 個案取向的腳本. 個案取向的腳本是一種近似於角色扮演. （case-based scenarios）. 的方法，學習者在一個假設性的情境中執行任務，並找出解決問題的方法，常用於商業領域，例如進行會計師訓練時，讓學習者扮演稽查員的角色，學習者必頇完成審查公司帳冊、面談、寫報告等任務. 模擬式遊戲. 有時候只稱作遊戲（gaming），模擬式遊. （simulation gaming）. 戲通常具有競爭性，特別是多人操控的模擬式遊戲. 資料來源：整理自 Alessi 和 Trollip （2001） 16.

(27) 本研究依據學習內容的特性，在系統設計時採用「微型世界」策略設計電子元件的模擬操作內容，並加入「科學發現式學習」及「循環操控」策略，讓學習者可在重複操弄系統時，發現當中的規則，進而建立其知識架構。. 三、電腦模擬學習的理論基礎研究指出電腦模擬學習的理論基礎包括建構主義與發現式學習，以下將分別論述。建構主義認為所謂的學習是指學習者以其既有的知識，主動與當前所呈現的知識作自省思考，建構新概念的過程。在電腦化的模擬學習環境中，學習者在進行學習時的中心，從過去以教師為主，進而轉移到自身身上，而教師在教學時的工作則轉換為學習者在透過電腦化教學時的協助者（陳繁興，2001），學習者在進行電腦模擬學習時，即可透過與系統進行互動的方式建立本身的認知架構。發現式學習指的是學習者在學習情境中，經由自己的探索，最後獲得問題答案的一種學習方式。因此從事件的變化中發現其原理原則，才是構成學習的主要條件，而教師教學的任務即是配合學習者身心發展，教導如何思維，如何從學習活動中發現原則，從而整理統合，組織成屬於自己的知識（張春興，2003）。廣義的電腦模擬可分為概念模型的模擬及操作模型的模擬兩大 17.

(28) 類，概念模型的模擬包含原理、概念的模擬，操作模型的模擬則屬於認知或非認知的操作程序模擬，其中概念模型的電腦模擬學習即是一種發現式學習的應用（de Jong, Wouter, & van Joolingen, 1998）。本研究以建構主義的概念設計模擬學習系統，提供完整的學習內容及回饋機制，可讓學習者進行自主學習以建構其電子學認知架構；而系統中的模擬操作內容屬於概念模型的模擬，學習者在操作時即可在系統的反應中發現電子學的觀念和原則，達到發現式學習的目標。. 四、電腦模擬學習的種類 Alessi 和 Trollip（2001）認為不同學者和領域的人在定義電腦模擬時具有不同的觀點，並依其意涵區分為兩種，第一種為「關於某種觀念的模擬」（About something simulations），另一類為「如何進行的模擬」（How to do something simulations），兩種類型分別說明如下：（一）「關於某種觀念的模擬」（About something simulations） 1. 自然法則的（physical）：此類模擬形式提供關於自然界的物體或物質的現象呈現，透過呈現在螢幕上面，學習者可透過操控學習相關的知識。例如物理學和生物科學、電子學或者社會科學裡的經濟學、都市計畫、心理學。 2. 反覆的（Iterative）： 18.

(29) 此模式強調提供可重複操作的模擬程式，學習者在反覆操作其中變項的過程中，進行與模擬程式間的互動；透過反覆輸入變項的不同參數值，程式提供不同的結果給學習者觀察現象和解釋結果。時間快慢的因素在這種模擬當中不容易表現，所以此模擬方式相對於動態（dynamic）模擬又稱為靜態（static）模擬，但是如果程式可以設計操作的指令如：加快、減慢或暫停等，則對教育的應用上有很大的幫助（蕭錦玲，2006）。. （二）「如何進行的模擬」（How to do something simulations） 1. 程序的（procedure）：目的在於隨著目標教導一連串的動作，例如：駕駛飛機。此模擬方式也會動手操弄螢幕上的物件，但是和自然界法則的模擬不同處，在於強調一個一個步驟的教學，在操作過程中，工作的確認及最佳步驟必頇經過分析，例如戰車打靶練習的步驟包含了目標的選定、彈種的確定、測距離、瞄準、發射等步驟，另外，空軍的飛行訓練、音樂節拍練習…等都適合用模擬式電腦輔助教學來進行；但必頇先分析其步驟內涵及次序，才能實施教學（洪榮昭、劉明洲，1999）。 2. 情境的（situational）：處理人們或組織在不同情境之下的行為或態度。和程序性模擬不同之處，在於學習者被鼓勵探索各種不同的方法，行為和組織產生的 19.

(30) 結果不是機器可以預期的，為機率所操弄，例如一個商業的模擬當中，降低產品售價的結果，可能會增加也可能減少顧客。大部分的情境模擬有角色扮演，使學習者藉由和其他參與者的討論而更投入。情境性模擬學習的成果賴於對狀況的一種學習經驗，或對於一些模糊不清的狀況或隱而難現的實況加以釐清的學習。情境性模擬並不是要預測一個現象的結果，僅是對於一個比較無法用其他教學媒體表達出來的現象之發生步驟、原理、順序等，利用電腦來表達其特性。例如引擎的運作，在真實活動的情況下，人的眼睛無法看見它的內部操作步驟的進行，透過模擬法電腦輔助教學，就可以提供學習者熟悉其內部運作原理與動態過程的機會。又如核子反應的流程、化學工程的流程或實驗等的模擬應用，都可以增進學習者對認知知識的吸收，提高教學的效率（洪榮昭、劉明洲，1999；陳昭雄，1989）。. 本研究參酌電子學的學習特性，依據上述之模擬學習類型，定義並設計本研究所設計之模擬學習系統，說明如下： 1.自然法則的（physical）：本研究以此類型呈現教材，在「課前引言」、「背景知識」、「概念釐清」中以圖像化及語音講解，展示電子學中難以用文字呈現的學習內容。 2.反覆的（iterative）：本研究在「模擬操作」、「自我評量」兩部分的教材中，提供學習者反覆進行練習的機會，學習者在可操弄過程 20.

(31) 中建構電子學知識。 3.程序性的（procedural）：「模擬操作」中部分內容需照順序方式進行操弄，系統亦提供提示協助學習。 4.情境式（situational）：本研究在「模擬操作」、「自我評量」設計與現實操作一致之學習情境，期許學習者獲得學習遷移之效果，將模擬學習系統提供之學習成果運用至現實的儀器操作中。. 五、電子學模擬學習的相關研究模擬教學已行之有年，針對各學科的相關教學研究亦相當豐富，本研究整理模擬教學應用於電子學的相關研究如表 2-2，由表中可發現，大多數的研究著重在模擬教學對學習成效的影響，但缺乏深入探討影響學習成效的原因及學習者使用模擬學習系統的行為探討，這亦是本研究關注的重點。. 表 2-2 電子學模擬學習的相關研究研究者（年代）. 研究內容. 吳哲旭（2008）探討以大專電子學半導體物理特性課程之模擬式電子學教學系統、適性化導引輔助學習模組及自律學習輔助模組對大專學生學習成效的變化。莊利卲（2006）針對高職實際上課的情境，開發一兼顧學科理論與術科技能的虛擬實驗室，融入實際授課中，以觀察學生的學習成效及學習滿意度。 21.

(32) 表 2-2 電子學模擬學習的相關研究（續）研究者（年代）. 研究內容. 王年亮（2006）探討應用電腦模擬軟體對綜合高中資訊技術學程學生「單晶片實驗」課程教學之成效。洪妤如（2006）（1）探討學習者在使用只有視覺化模擬軟體與使用視覺化加上操作功能的模擬軟體，當作課後複習工具之後，其學習成效上的差異。（2）探討學習者其不同的學習歷程與其學習成效的關聯性。（3）探討學習者在使用模擬軟體後，對電子學視覺化與操作之模擬軟體之態度。王聰智（2004）探討運用問題導向學習教學策略建置高職「數位邏輯實習」課程互動式模擬教學網站的有效性。林瑜生（2003）探討使用數位邏輯模擬軟體與 CPLD 實驗模組對高職電機科學生數位邏輯課程學習成效之影響。 Campbell,. 以模擬電子電路實驗的軟體，支援初學電子工程. Bourne,. 學的學生的學習成效，結果顯示電子學實驗模擬. Mosterman, 和. 學習至少能達到實體操作實驗的學習效果。. Broderson （2002） Ronen 和. 以DC-Kid軟體為模擬輔助工具，探討模擬軟體對. Eliahu （2000）於學習者在學習簡單電子電路的成效。莊崇成（1999）對照組採用純模擬之 CAI 電子電路軟體；而實驗組採用具有虛擬儀表可做模擬分析，更有硬體設備連線之軟體，讓學習者能接觸實物操作。針對兩組 CAI 教學實驗作驗證性比較。. 22.

(33) 表 2-2 電子學模擬學習的相關研究（續）研究者（年代）. 研究內容. Doering （1997）以Electronic Workbench軟體配合筆記型電腦，建置可攜式的虛擬實驗室，學生高度認為此軟體能在學習過程中提供幫助，對於往後使用軟體學習電路相關課程時，也呈現高度正向意願的結果。資料來源：本研究整理. 六、電子學模擬學習工具之比較本研究針對概念學習、模擬操作、評量功能與先備知識要求等項目，比較開發之系統與現行大專及高職使用之電子學模擬學習系統及軟體，比較結果如表 2-3 所示。. 表 2-3 電子學模擬學習工具之比較模擬學習概念工具學習電子學模擬學習系統 V （網站） TINA Pro 電路設計與模擬系統（軟體）數位麵包板（軟體）. 模擬操作 V. 評量功能. 先備知識要求低. V. V. 高. V. 高. 23. 其他 1.概念完整，可作為電子學入門之學習工具 2.具學習歷程記錄 1.功能強大，具多種電子元件、分析形式及虛擬儀器 2.頇有電子電路基礎 1.在設計電路時驗證電路的正確性 2.頇有電子電路基礎 3.可擬真呈現麵包板.

(34) 表 2-3 電子學模擬學習工具之比較（續）模擬學習工具. 概念學習. Electronics Workbench （軟體）樹德科大「基礎電子實習」系統（網站）. V. 模擬操作. 評量功能. 先備知識要求. V. 高. V. 中. 其他 1.功能強大，具多種電子元件、分析形式及虛擬儀器 2.頇有電子電路基礎 1.以實習教材為主，並提供相關學習內容 2.部分模擬操作內容需在本機進行. 資料來源：本研究整理. 根據表 2-3，本研究將現行的模擬學習工具的優缺點整理如下： 1. 大多數軟體提供擬真呈現功能，模擬操作結果即為實際結果。 2. 現行工具多是以本機軟體方式使用，無學習歷程紀錄功能，教師無法掌握學習者的學習狀況。 3. 學習工具主要著重在電路設計，作為輔助電子學教學使用，較少提供知識或概念學習，且無基礎知識學習者無法正確使用。 4. 大多數系統無評量功能，學習者不易掌握本身的學習狀況。本研究所設計之系統以線上方式呈現，學習者不頇安裝軟體，只要可以連接網路即可進行學習；系統中加入學習歷程紀錄功能，學習者與教學者皆可了解當前的學習進度；在每個單元皆提供相關的先備知識，學習者可在操作過程中相互印證；每個學習階段均有相對應的評量內容，藉以讓學習者了解本身的學習狀況。 24.

(35) 第二節. 認知風格. 一、認知風格的意義認知風格是一個假說性的構念（hypothetical construct），是指一個人從事認知活動時特有的風格或方式（Witkin & Goodenough, 1981; Riding & Cheema, 1991; Morgan, 1997）。國內外各學者對於認知風格的涵義解釋各有不同，例如Messick（1976）認為認知風格是個人組織與處理訊息的習慣，是個人知覺、思考、問題解決和記憶的模式； Witkin（1976）認為認知風格是個人在知覺或人格方面所表現的特質；Sternberg（1988）則認為認知風格是一種思考的方式、態度，是個人喜好施展天資能力及使用發揮才智的傾向。國內學者張春興（1996）認為認知風格是個人在面對情境時，經由其知覺、思考、記憶、問題解決等內在心理歷程，在外顯行為上所表現的習慣性特徵；陳密桃（1995）認為認知風格是個體在認知的組織和作用上，相當穩定且一致的心理傾向；楊坤原（1996a）則將認知風格解釋為學習者對其所接受的訊息予以編碼、分析及統整、儲存等處理過程的偏好。雖然各家學者對認知風格的定義不同，但歸納起來可知，學者對於認知風格都傾向於認為其是一種個人面對外界資訊與情境時，隱藏在內的知覺歷程、表現在外的處理方式的一種恆常的特質，影響其整個認知行為的表現。 25.

(36) 二、認知風格的特性關於認知風格的特性，可歸納以下六點（引自張韶瑩，2003）：（一）自我一致性：不同的認知風格測驗所測出的個人之認知風格的類型均十分一致。（二）普遍性：個人在不同的情境下所表現出的行為，均可顯現出其風格的認知特質。（三）穩定性：認知風格具有穩定的特性，雖然會隨年齡增長而稍有改變，卻不會因時間、空間或認知對象而有太大的改變。但原處於兩個極端的中間者，其認知風格的表現可能會出現變動情形。（四）價值中立：每種相對的認知風格屬性均有其適應環境的價值，其表現的適切性，需視作業的性質和發生的情境而定。（五）連續性：認知風格是一種傾向，代表對某種刺激知覺所呈現的不同程度的表現。（六）獨特性：每個人的認知風格表現均有差異之處。. 透過上述特性可發現，認知風格可讓學習者表現出參與學習的獨特行為，足以作為考慮學習者的特質以進行教學的分類依據。. 三、認知風格的分類 26.

(37) 認知風格的分類，因各學者的定義、觀點及考慮的因素不同，而有各種不同的分類，但無論如何分類，都只能說明個體在該類型中的相對地位。在眾多認知風格理論中，Witkin等（1954）所提出的場地獨立性理論（field dependent/independent），是目前在研究認知風格方面發展最為完整、被研究最多、也是最廣泛應用在教育情境中的理論。（Witkin, Moore, Goodenough, & Cox, 1977；郭麗玲，2000）。測量場地獨立/場地相依的工具有很多種，例如傾室傾座測驗（Tilting Room Tilting Chair Test）、身體調整測驗（Body Adjustment Test）、棒框測驗（Rod and Frame Test）、藏圖測驗（Embedded Figures Test）。其中藏圖測驗因所需器材最少，實施最為簡便，故被大量使用於認知風格的相關研究中。藏圖測驗是將一簡單幾何圖形隱藏於複雜的背景圖形中，要求受詴者從中找出該圖形，依受詴者的速度與確度來區分場地獨立與場地相依。場地獨立者容易從知覺背景中獨立出來而感知事物的特徵，場地相依者則常受背景中潛藏之內容所左右。. 四、場地獨立與場地相依的特性場地獨立與場地相依有許多差異之處，分述如下（楊淑娟，1997；郭重卲，1987；陳耀豐，2002）：（一）智力：Witkin, Moore, Owen, and Raskin （1977）的研究發現，場地獨立者與場地相依者在智力與記憶力上並無顯著的差異存 27.

(38) 在，顯示兩者在智力上的表現並沒有差別，只是在認知的型態上的偏好不同。此意味著場地獨立性理論確實能和智力概念相區隔。（二）認知活動：場地獨立者能夠區辨學習情境中的隱藏線索或內容，將情境組織化，並且能夠擺脫周圍場地的影響，以「清晰的」場地取向來執行知覺的辨析能力；場地相依者則無法將場地中的部分圖形加以區分出來，傾向於把整個情境視為整體不加分析，所以在認知上以「整體的」場地取向來進行知覺辨析的能力。（三）人格特質：由於場地獨立與場地相依者在認知活動上的差異，因此處理訊息的參考架構會有所不同，場地獨立者傾向以內在自我為參考架構；而場地相依者則以外在場地為參考架構，因此在人格特質上也會有些許差異。例如：在價值判斷時，場地獨立者通常以自己的價值、道德標準為參考依據，但是場地相依者則以仰賴別人或是依賴權威為價值判斷的標準。（四）社會行為：場地獨立與場地相依者在以感覺、需求為核心的「我」與外界為對象的「非我」的分化程度不同。場地獨立者其「我與非我的分化程度」較大，在社會行為上比較傾向於自我，不擅於處理人際關係。而場地相依者其「我與非我的分化程度」有限，在社會行為上喜歡接近他人，擅長於人際互動。 28.

(39) （五）情緒表現：場地獨立者比較不容易衝動，能夠調節失控的情緒和行為，表現較為理性、冷漠，但是場地相依者則比較容易激動、衝動，比較無法控制與調節情緒的表現，表現較為率真。（六）學習活動：場地獨立者在不明確的環境之下，不需要他人的協助，以現有的環境自行加以組織學習材料，達到學習效果；反之場地相依者在高結構的材料下學習表現會較好，若在低結構的環境中則需要他人的協助才可以達到有效學習的目標。因為上述的差異，場地獨立者在學習科目上較擅長於處理抽象概念、與人際關係無關的科目，例如：科學、數學等。而場地相依者比較擅長於人際關係的科目上，例如：人文學科、社會學科。（七）在學習動機上，場地獨立者比較重視內在動機、自主學習的機會高、傾向於自我設定目標、不容易受到外界的影響。場地相依者則需要靠外在動機增強其學習行為，而外在動機有可能是同儕團體或是權威人士，因此場地相依者容易受到外在增強所影響。. 五、場地獨立、場地相依型與學習成效根據沈佳萍（2007）的研究整理指出，認知風格與學生對不同學科的學業成就表現及興趣上有所關連。傾向場地獨立者在數學、自然科學、數學解題、及電腦程式的學習等方面表現較優，這可能是因為場地獨立性者較擅長於組織、重建資料及分析，因而在數學與科學方 29.

(40) 面的表現比場地相依者較好。同時，傾向場地獨立者，在學科興趣上也表現較喜愛數學與自然學科；相反地，場地相依者較喜愛語文與社會學科，但是，他們在這些學科方面的學習成就並未顯著較優（林生傳，1984；Morgan, 1997; Bertini, 1986）。此外，亦有研究表明場地相依者是需要外部幫助，並且場地獨立者是需要具有內部提示來幫助他們解決問題。場地獨立者容易產生自定義的目標，場地依賴者很可能由外部需要來定義目標和加強（Witkin et al., 1977）。. 綜合以上所述可看出，認知風格是一種隱藏在內的知覺歷程、表現在外的處理方式的一種恆常的特質，會影響整個認知行為的表現。而不同認知風格的學習者表現出參與學習的獨特行為，可作為考慮學習者的特質以進行教學的分類依據。網路化的模擬學習環境雖提供較大的學習彈性，但也可能讓學習者無所適從，因此在進行教學時，若能考慮到學習者的認知風格特性，從歷程中進一步發掘出學習行為，或可作為教材設計與系統規劃的參考依據。. 30.

(41) 第三節. 學習歷程. 一、學習歷程的意義與功能學習歷程可說是有目的、有組織地蒐集學習者在一段時期中與學習過程或成果相關之資料的彙整。由於學習者需參與有關內容、評判標準等的選擇的決定，並記錄自我反省的證據，因此學習歷程不但可用來展現學習者在某領域學習的努力、進步與成就情形，亦可提供學習者自我反思其認知過程改變或學習策略運用的實際情形（林孟鴻， 2001）。學習歷程應用已成為近年來教育上新興的發展趨勢之一，它以特定的目的或用途來收集學習者學習過程中各面向的資料，以反應或顯現學習者的真實表現及進步或改變的情形（童宜慧、張基成，1996）。在網路化學習的學習歷程可以用「學習路徑」來解釋，即為學習者在不同的網路節點上，依照順序連結的方式瀏覽網頁教材時所產生的結構化圖形，可用來輔助教學及自我學習（謝章冠、陳年興，2001）。學習者在網路上進行瀏覽、搜尋、學習評量及合作學習活動。透過記錄、追蹤及分析這些學習活動，可以讓教師更瞭解學習者在網路學習環境中的學習者的學習進度以及上課狀況等學習者的資料。學生可以在網路上進行討論，如閱讀文章、發問問題、提出意見以解決問題、與回應文章以表示贊成或反對（林清賀，1999）。相關研究指出記錄學習者上網瀏覽教材、線上測驗、參與討論之 31.

(42) 情形，讓教師可以藉此發展非紙筆測驗的多元化網路評量活動，並可藉此了解學習者之努力程度以及學習型態（黃履峰、邱貴發，1999；劉惠如，1998），針對網路學習記錄的功能應包含輔導記錄、成績統計、郵件記錄、討論記錄及網頁使用記錄。. 二、學習歷程的紀錄指標不同於電子化學習歷程檔案，在網路學習系統中學習者的學習歷程可以利用系統記錄下來。學習歷程可以作為瞭解學習者對於某一特定領域的學習證據，或輔助教師未來進行教學策略的參考。根據教育部電算中心（1999）公布的「非同步遠距（網路）教學需求規格」中，關於學習者學習過程的功能，可歸納為「教材」、「互動」及「課程進度時程」等三個部分。而林奇賢（1998）曾就網路學習記錄的評量指標，整理出在網路學習時必頇觀察、記錄的指標。本研究就學習歷程觀察指標，參照蔡旻芳（2000）的歸納結果，並加入後續研究之整理，彙整如表2-3 。. 32.

(43) 表 2-4 學習歷程的觀察指標構面. 類別. 課程. 登入課程. 觀察指標學習者停留總時間學習者登入總次數. 教材. 瀏覽教材. 單元教材被瀏覽的總時間單元教材被瀏覽的總次數學習者瀏覽教材的總時間學習者瀏覽教材的總次數學習者瀏覽單元教材的總時間學習者瀏覽單元教材的總次數學習者學習路徑. 互動. 課程討論. 課程討論區的文章被瀏覽總次數課程討論區的文章被瀏覽總時間學習者課程討論區發表言論的次數學習者課程討論區發表言論的瀏覽時間. 主題討論. 主題討論區的文章被瀏覽總次數主題討論區的文章被瀏覽總時間學習者主題討論區發表言論的次數學習者主題討論區發表言論的瀏覽時間. 群組討論. 群組討論區的文章被瀏覽總次數群組討論區的文章被瀏覽總時間學習者群組討論區發表言論的次數學習者群組討論區發表言論的瀏覽時間. 33.

(44) 表 2-4 學習歷程的觀察指標（續）構面. 類別. 其它. 線上測驗. 觀察指標學習者線上測驗的時間學習者線上測驗的次數學習者線上測驗的成績. 郵件記錄. 學習者電子郵件收發的主題學習者電子郵件收發的數量學習者電子郵件收發的時間. 輔導記錄. 教師輔導的內容. 資料來源：修改自蔡旻芳（2000）. 本研究依據電子學的課程特性及模擬學習系統的操作環境後，參照陳文森（2003）的研究，歸納出本研究在學習歷程紀錄的各項指標： 1. 瀏覽者：學習者的基本資料。 2. 瀏覽的學習內容單元：學習者在網站中所瀏覽過的網頁。網頁本身是一概念節點，除了是學習者與教材的介面，也是整個適性學習流程的停留點（learning station），這個停留點受到系統的充分監督、記錄，便可累積成一學習路徑記錄（profile of learning path）（劉明洲，1998）。 3. 登入與登出時間：學習者在網路課程總共停留瀏覽的時間，可看出使用者學習時間的長短，以了解每一位學習者在學習上所作的. 34.

(45) 努力。 4. 每一學習單元開始與結束的時間：學習者在每一單元停留閱覽的總時間，可看出學習者在該單元所花費瀏覽時間的多寡，作為建立歷程的參考。 5. 學習單元被瀏覽次數：學習者在每一學習單元所停留閱覽的總次數，提供學習者的瀏覽趨勢，以供教師作為教學時的參考。. 目前的網路教學趨勢是以學習者為中心的學習模式，精神在於強調學習者能夠主動建構知識，因此，除了教材的內容呈現必頇考慮學習者的背景知識之外，學習追蹤更是教學環境中重要環節之一。若可進一步了解網路學習環境中學習者的瀏覽行為，在教學者方面，可以作為了解學習者狀況的依據，有效的獲得教學設計與進行上的指標；對學習者而言，則可提供自我學習及學習反思的機會；對學習系統設計來說，經由學習路徑的分析，更有助於網站課程結構的設計與更新。. 35.

(46) 第四節. 本章總結. 本研究將建置一個可記錄學習者學習歷程之電子學模擬學習系統，探討學習者使用系統之學習成效提升狀況，並進一步探討不同認知風格的學習者在使用模擬學習系統的學習成效與行為，說明如下：一、模擬式學習具有將抽象概念轉換為具體知識的特性，相當適合電子學這種需要大量邏輯思考的學科。本研究將以建構主義之教育內涵為基礎，進行電子學模擬學習系統之設計。學習者透過動畫配合語音建立基礎的概念性知識，透過模擬操作進一步建構完整的知識，從事件的變化中發現其原理原則，從而整理統合、組織成屬於自己的知識，達到建構學習與發現式學習的目標。. 二、許多學者的研究皆指出認知風格會影響個人在認知行為上的表現。因此，本研究將依據歸納而得的學習歷程紀錄指標設計學習歷程紀錄模組，並於教學實驗後將紀錄以序列分析法進行分析。透過學習者的歷程紀錄分析，統計出不同認知風格的人在使用模擬學習系統的行為模式發生概率，並以流程圖呈現出不同認知風格學習者的行為模式，並依此模式提出建議，作為設計與修正學習系統的依據。. 36.

(47) 第三章研究方法本研究採單一實驗組進行教學實驗，首先進行藏圖測驗與電子學學習成就測驗前測，接著實施模擬教學系統教學，最後施以電子學學習成就測驗後測，蒐集客觀及可靠的資料進行分析。本研究在量化的資料分析方面，主要利用藏圖測驗、電子學學習成就測驗及系統紀錄之學習歷程等資料進行分析與探討。在質化的資料分析方面，則是以序列分析工具將學習歷程進行分析，作為量化研究數據的補充與依據。本章包括研究架構、研究設計、研究對象與實施、研究工具、資料分析等，詳述如後。. 37.

(48) 第一節. 研究架構. 本研究基於研究目的、待答問題及文獻探討，進行教學實驗，利用準實驗研究法驗證「認知風格」對「電子學學習成效」的影響，教學實驗前以團體藏圖測驗將學習者依認知風格分類，隨後進行教學實驗，本研究之架構如圖 3-1 所示：. 圖 3-1 研究架構圖. 第二節. 研究對象. 本研究之研究樣本為台北市某大學修習「電子傳播」課程的學生兩班計 49 人，所有研究對象皆為同一科系的學生。在研究過程中，所有研究對象皆參與本研究之前、後測及模擬系統教學。在進行教學實驗後，扣除缺席及作答不完全之有效樣本數為 39 人。. 38.

(49) 第三節. 研究設計與實施. 本研究之研究流程為在進行課程前，對所有參與的學習者實施團體藏圖測驗與電子學成就測驗，完成後進行 6 小時的模擬學習系統教學。在完成課程教學後再施以電子學成就測驗，作為分析學習者認知風格與學習成效間關聯之依據。本階段實驗設計及流程陳述如下：表 3-1 實驗設計組別使用電子學模擬學習系統. 前測. 實驗處理. 後測. O1. X. O2. 一、O1：此項代表前測之分數，本階段之前測將施以電子學學習成就測驗。二、X：代表將以電子學模擬學習系統進行實驗教學，其教學時數為 6 小時。三、O2：此項代表後測之分數，本研究之後測將施以電子學學習成就測驗，以利進行結果之驗證。. 39.

(50) 實驗流程如圖 3-2 所示：實施團體藏圖測驗. 實施前測電子學學習成就測驗. 使用電子學模擬學習系統進行教學. 實施後測電子學學習成就測驗. 統計分析. 圖 3-2 實驗流程圖實驗實施步驟如下：一、選取台北市某所大學修習「電子傳播」課程學生兩班。二、課程開始前對兩組實施團體藏圖測驗與電子學學習成就測驗作為前測。三、測驗完畢後，所有學生進行 6 小時之電子學模擬學習系統教學。四、進行教學同時，以系統內建之功能進行學習者學習歷程之紀錄。五、結束課程後，再施以電子學學習成就測驗。. 40.

(51) 第四節. 教學活動設計. 本研究配合「電子傳播」課程進行教學實驗，該課程原授課內容包含「電子學」及「數位邏輯」等兩部分，研究者與授課教師討論後，決定以電子學中的「二極體電路」為主，設計「二極體的 I-V 特性」、「半波整流濾波電路」、「橋氏整流器」、「半波整流器」等學習單元。學習階段依模擬學習系統設計，分別設計四個單元的內容，每個單元均包含學習目標、課前引言、背景知識、概念釐清、模擬操作、自我評量及自我評量等七個階段。學習者在登入學習系統後，即可選擇任一個教學單元進行學習；在課程時間內，學習者可自由進行任一課程，教學活動設計如附錄 A 所示。. 41.

(52) 第五節. 研究工具. 本研究將使用電子學模擬學習系統、團體藏圖測驗及電子學成就測驗三項工具。以下將分別敘述之：一、. 電子學模擬學習系統. 本研究將依據大專電子學課程中「二極體電路」的課程為主進行內容設計，設計程序如下：（一）建置模擬學習系統本研究將使用台灣知識庫所建置之電子元件模擬教材，將教材內容依課程進行排序，並敦請該課程教師依據教材學習順序及教學時間提供建議，其架構如圖 3-3。. 圖 3-3 系統架構. 42.

(53) 系統於專家審核後，提供二極體電路中的「二極體的 I-V 特性」、「半波整流濾波電路」、「橋式整流器」、「半波整流器」等 4 單元。每單元皆提供「學習目標」、「課前引言」、「背景知識」、「概念釐清」、「模擬操作」、「自我評量」、「延伸閱讀」等學習內容，分別說明如下： 1. 學習目標：每個單元一開始均顯示學習目標，學習者了解在目前的學習階段必頇完成哪些要求，如圖 3-4。. 圖 3-4 學習目標 2. 課前引言：以生活化的方式帶入該單元的學習內容，引起學習動機，如圖 3-5。. 圖 3-5 課前引言 43.

(54) 3. 背景知識：提供與該單元相關的先備知識，幫助學習者回憶並做為與後續知識連結的準備，如圖 3-6。. 圖 3-6 背景知識 4. 概念釐清：為該單元的主要學習內容，以動畫配合語音說明進行，並提供播放控制鈕，學習者可隨時調整內容進行的速度，或是重複進行不懂的學習內容，如圖 3-7。. 課程進度控制按鈕. 圖 3-7 概念釐清 44.

(55) 5. 模擬操作：將單元中可進行操弄的學習內容，以模擬的方式呈現。在進入課程時，提供操作說明（如圖 3-8）；操作內容為問題導向，學習者依題目指示，操作畫面上的電子元件或儀器，並觀察輸出結果或變化量，最後選出正確答案（如圖 3-9）。. 圖 3-8 模擬操作說明. 模擬元件可操弄. 圖 3-9 模擬操作. 45.

(56) 6. 自我評量：每個單元均提供自我評量詴題，學習者可在此複習學習過的內容（如圖 3-10），若是答題錯誤，系統會提示學習內容，並在學習者答對之後才可繼續進行後續題目。. 圖 3-10 自我評量 7. 延伸閱讀：將超出學習範圍但與課程相關之內容歸納於此處，學習者可依學習進度自行選擇是否觀看，如圖 3-11。. 圖 3-11 延伸閱讀 46.

(57) （二）增加學習歷程紀錄模組參照陳文森（2003）的研究，在系統中增加學習者於學習過程中之操作歷程記錄功能，記錄學習者登入、登出、單元停留時間及單元學習順序，供學習者瀏覽其學習記錄，並可利用紀錄進行後續學習行為之分析，學習者的學習紀錄如圖 3-12 所示。. 圖 3-12 學習歷程紀錄表. 二、. 團體藏圖測驗（Group Embedded Figures Test, GEFT）. 本研究所使用之團體藏圖測驗是由是以吳裕益（1987）修改 Witkin、Oltman、Raskin 及 Karpy 所編製之藏圖測驗（Embedded Figures Test, EFT）而來，此測驗適用對象為十歲以上的兒童與成人。團體藏圖測驗的信、效度考驗如下： 47.

(58) 1. 信度團體藏圖測驗依據 Spearman-Brown 預測公式，依據第二部分及第三部分的相關求得信度為 0.82（曾端真，1984）。 2. 效度團體藏圖測驗與其他認知風格測驗的相關如下，其中與 EFT、 PRFT 的相關是負的，是因為 GEFT 的計分方式與另兩項相反（曾端真，1984）。 (1) 與藏圖測驗（EFT）的相關為-0.82 (2) 與棒框測驗（PRFT）的相關係數為-0.39 (3) 與 Degree of Body Articulation 之相關為 0.71. 團體藏圖測驗為速度測驗，測驗分為 3 部分共 25 題：第一部分有 7 題，屬於練習題目，施測時間 2 分鐘，但不列入計分範圍；第二及第三部分各有 9 個較難題目，屬於正式測驗，施測時間各 5 分鐘。受詴者必頇依照說明在指定時間內將隱含在複雜圖形中的簡單圖形描繪出來，頇正確描繪始可得分。本研究以將藏圖測驗成績得分位於全體受詴者前 27%者歸類為場地獨立型，成績得分位於全體受詴者後 27%者則歸類為場地相依型。本研究所使用之測驗卷如附錄 A。. 48.

(59) 三、. 電子學成就測驗電子學成就測驗目的主要是在評量實驗對象對於電子學之學習. 成效狀況，分 A、B 卷在實施模擬學習系統教學前、後各實施一次，藉此針對實驗組與對照組的學習成就進行分析。其編製程序如下：（一）測驗編製測驗詴題內容以大專電子學二極體電路為主，並由研究者依據其相關電子學學習內容為輔，作為命題編製之參考。內容涵蓋二極體的 I-V 特性、半波整流濾波電路、橋式整流器、半波整流器等 4 單元，擬定預詴題目共 40 題單選題。. （二）專家驗證與審核完成測驗詴題初稿編製後，送請台北市某大學電子傳播課程教師，共同協助檢核並鑑定測驗詴題內容的代表性與適當性，並考慮施測時間及班級授課時間不同，將 40 題分為 A、B 卷。. （三）預詴與修訂將初稿於同科系已修習過該課程之學生 30 人預詴，依預詴結果統計難度及鑑別度資料以作為修訂正式題目之參考，修訂後編製成正式詴題。. 49.

(60) （四）信度與效度本研究使用之電子學成就測驗採用專家審核方式進行效度考驗，經與大學電子課程教師討論後保留全部題目。再進行信度考驗得到測驗卷 A 卷的 Cronbach α=.713，B 卷的 Cronbach α=.720，顯示本測驗具可靠之信度。完成檢驗後之電子學成就測驗卷如附錄 B。. （五）施測方式本研究的包含兩個實驗班級，第一個班級的前測使用 A 卷，後測使用 B 卷；第二個班級的前測使用 B 卷，後測使用 A 卷。. 50.

(61) 第六節. 資料分析. 本研究經教學實驗後，將會有「團體藏圖測驗」、「電子學學習成就測驗」及「學習歷程資料」共 4 種資料，可分為量化及質化之資料，分別詳述如下：一、量化資料-電子學學習成就測驗本研究分析電子學學習成就測驗前後測之結果，了解並驗證學習者使用模擬學習系統之學習成效提升情形。參與實驗之所有學習者皆參加前、後測，於後測結束後，分別以全體、場地相依及場地獨立等三組進行相依樣本 t 檢定，以檢驗系統對學習者學習成效的影響。其次，為排除學習者在前測上的差異及對後測的影響，故將測驗結果以認知風格為固定因子，以電子學成就測驗的前測成績為共變項，電子學學習成就測驗的後測所得分數為依變項，進行單因子共變數分析，藉以比較場地相依與場地獨立學習者在使用模擬學習系統時的學習成效變化狀況。. 二、質化資料本研究透過觀察及系統記錄方式獲得學習者操作的質化資料，觀察學習者在使用系統時的行為反應，並透過序列分析方法找出行為間的關聯，期望透過相關分析發掘出場地相依與場地獨立學習者的學習 51.

(62) 行為模式。本研究欲觀察的質化資料為系統紀錄之學習歷程，透過學習系統所嵌入歷程紀錄之功能，記載每位學習者在系統中的學習歷程，包括瀏覽的學習內容單元、登入與登出時間、每一學習單元開始與結束的時間、及學習單元被瀏覽次數等，再以序列分析方法進行分析，藉以發掘出場地相依與場地獨立學習者在使用模擬教學系統的學習行為模式。. 52.

(63) 第四章研究結果與討論本章根據實驗結果所得的相關資料，針對本研究之假設進行統計分析與討論。本研究參與之受詴者為 49 人，扣除缺席後之有效樣本數為 39 人，其中依照團體藏圖測驗結果進行分類，測驗成績為前 27% 為場地獨立，共 11 人，測驗成績為後 27%為場地相依，共 11 人。本研究全體學習者、場地相依學習者及場地獨立學習者的人數、前測、後測與標準差的敘述統計部分如表 4-1 所示：. 表 4-1 電子學成就測驗前、後測成績概況帄均數分組. 標準差. 人數前測. 後測. 前測. 後測. 全體. 39. 44.74. 60.51. 14.46. 16.81. 場地獨立. 11. 51.36. 66.81. 15.98. 10.07. 場地相依. 11. 45.45. 50.91. 14.91. 15.94. 53.

(64) 第一節. 模擬學習系統對學習成效的影響. 本研究運用模擬學習系統對學習者進行教學實驗，以大專電子學二極體電路為教材內容，所有受詴者先進行藏圖測驗作為分組的依據，之後全體學習者均接受模擬學習系統教學，並以電子學成就測驗作為前、後測的工具，以了解學習者在使用模擬學習系統後學習成效的改變情形。首先以相依樣本 t 檢定分別考驗模擬學習系統的使用對全體、場地相依及場地獨立的學習成效影響。一、全體受詴者學習成效相依樣本 t 檢定由表 4-2 可知，全體受詴者在進行模擬學習系統之教學後，學習成效的 t 值為-5.268，p 值小於.05，表示有顯著差異存在，且前測與後測的帄均差異值為 15.77，顯示全體受詴者在進行模擬學習系統之教學後，在整體學習成效的表現上較教學前有顯著的改變。. 表 4-2 模擬學習系統對全體受詴者學習成效的影響. 總分_前測總分_後測. 帄均數. 標準差. 44.74. 14.46. 60.51. 16.81. * p < .05. 54. t. p. -5.268*. .000.

(65) 二、場地獨立受詴者學習成效相依樣本 t 檢定由表 4-3 可知，場地獨立受詴者在進行模擬學習系統之教學後，學習成效的 t 值為-4.837，p 值小於.05，表示有顯著差異存在，且前測與後測的帄均差異值為 15.45，顯示場地獨立受詴者在進行模擬學習系統之教學後，在整體學習成效的表現上較教學前有顯著的改變。. 表 4-3 模擬學習系統對場地獨立受詴者學習成效的影響. 總分_前測總分_後測. 帄均數. 標準差. 51.36. 15.98. 66.81. t. p. -4.837*. .001. 10.07. * p < .05 三、場地相依受詴者學習成效相依樣本 t 檢定由表 4-4 可知，場地相依受詴者在進行模擬學習系統之教學後，學習成效的 t 值為-1.399，p 值小於.05，表示有顯著差異存在。. 表 4-4 模擬學習系統對場地相依受詴者學習成效的影響. 總分_前測總分_後測. 帄均數. 標準差. 45.45. 14.91. 50.91. 15.94. * p < .05 55. t. p. -1.399*. .030.

(66) 綜合以上分析可知，模擬學習系統不論是對全體學習者或是分別對場地獨立跟場地相依學習者，皆可提昇學習者的電子學學習成效。. 四、場地獨立與場地相依學習者學習成效共變數分析為排除前測對測驗結果的影響，並考驗不同認知風格學習者在使用系統後之學習成效提升狀況，繼續以電子學成就測驗前測的分數為共變項，後測分數為依變項，認知風格為固定因子，進行共變數分析，並以α=.05 為顯著水準進行假設考驗。由表 4-5 可發現，場地獨立與場地相依學習者的後測帄均數均高於前測成績，而場地獨立學習者的後測成績帄均數高於場地相依學習者的後測分數。. 表 4-5 不同認知風格前後測分數之帄均數與標準差認知風格. 測驗. 帄均數. 標準差. 場地獨立. 前測. 51.36. 15.98. （n=11）. 後測. 66.82. 10.07. 場地相依. 前測. 45.45. 14.91. （n=11）. 後測. 50.91. 15.94. 表 4-6 為迴歸係數同質性考驗結果，由表可知兩組的組間迴歸係數均未達顯著差異（p>.05），表示電子學學習成就測驗的前測成績與 56.

(67) 後測成績不會因為組別的處理水準不同而有所差異，符合共變數分析中的組內迴歸係數同質性的假定，可繼續進行共變數分析。. 表 4-6 不同認知風格學習成就之回歸係數同質性考驗結果變異來源. 帄方和. 自由度. 認知風格*前測. 55.787. 1. 誤差. 1894.741. 18. 帄均帄方和. F. p. .530. .476. 55.787 105.263. 排除前測分數對後測分數之影響後，兩組間的差異達到顯著水準（F=8.028，p<.05），顯示場地獨立與場地相依兩組在電子學成就測驗之分數達到顯著差異（如表 4-7 所示）。. 表 4-7 不同認知風格學習成就之共變數分析變異來源. 帄方和. 組別（認知風格） 824.192. 自由度 1. 帄均帄方和. F. p. 824.192 8.028* .011. 組內（誤差）. 1950.528. 19. 102.659. *p<.05 進一步比較兩組間帄均數的差異，由表 4-8 可知在比較兩者之帄均後發現，場地獨立學習者的調整後帄均數高於場地相依學習者的調整後帄均數，因此可推論，場地獨立學習者在使用模擬學習系統之成 57.

(68) 效優於場地相依學習者之學習成效。. 表 4-8 調整後帄均數組別. 帄均數. 標準誤. 場地獨立. 65.106. 3.085. 場地相依. 52.621. 3.085. 58.

(69) 第二節. 不同認知風格學習者學習歷程分析. 本研究在建置模擬學習系統時加入系統紀錄功能，記錄學習者在使用模擬學習系統時的路徑點選順序、學習時間及單元學習順序等資料。本節主要目的即在於歸納學習者在使用模擬學習系統時的行為表現，並就不同認知風格學習者之學習歷程進行分析，以作為後續系統設計與修正之建議依據。研究者先針對學習者在實驗進行中的學習歷程紀錄，訂定四項系統使用行為指標，分述如下： 1. 隨意瀏覽（Browsing； B）：學習者快速地點選內容連結，或快速捲動網頁。 2. 閱讀內容（Reading； R）：當學習者停止隨意瀏覽，專注於單元課程內的某一個內容時。 3. 模擬操作（Simulation； S）：學習者點選模擬操作內容，並進行模擬教材的操作。 4. 自我評量（Self Examination； E）：學習者點選自我評量選項，並進行作答。. 本研究根據上述之模擬學習系統行為指標，將學習者的系統操作行為與以編碼後，再以序列分析（sequential analysis）分析學習者系統操作行為之間的影響。 59.