電機電子技術創造力測驗電腦輔助評分工具之建構與應用

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(1)國立臺灣師範大學工業教育學系碩士論文指導教授戴建耘博士. 電機電子技術創造力測驗電腦輔助評分工具之建構與應用 Construction and application of computer-assisted evaluation tool for testing electrical-electronic technology creativity. 研究生：徐明添撰. 中華民國九十九年一月. I.

(2) 摘要本研究之主要目的為電機電子技術創造力測驗，提供一套電腦化輔助評分工具，將研究工作分為系統功能需求分析、系統發展、程式撰寫、系統驗證等階段，並透過實際制定專家知識庫及規則庫、分析推理引擎來撰寫此一系統。研究方法以專家系統為理論基礎，分析電機電子技術創造力測驗，發展出一套具專家經驗電腦輔助評分系統。開發目的在簡化人工評分之繁瑣性、困難度及降低可能產生之誤差，同時提高評分結果的正確性及效率。研究數據發現自動計分在正確率方面，當樣本數為 100、200、300 份時人工評分結果會產生正確率高低不穩定現象，但本工具不受樣本增加的影響，仍維持 100%正確率。在執行時間上，當樣本數為 100、200、300 份時系統在與人工評分的執行時間效能比分別為 1:1,078（秒）、1:1,707 （秒）、1:1,825（秒）。答案分類功能在正確率上雖尚無法達到 100%，仍需人工介入修正其分類，但在處理時間上，比人工分類節省 82%/的時間。. 關鍵字：電機電子技術創造力、創造力評分指標、專家系統、電腦輔助. II.

(3) Abstract The main objective of this research is to test the creativity of electricalelectronic technology to provide a set of computer-assisted evaluation tool for dividing research tasks into stages of system function demand analysis, system development, program writing and system authentication as well as using physical establishment of expert knowledge database, rule base and analysis inference engine for writing the system. Research method will base on expert system as its theoretical foundation to analyze test conducted on electrical-electronic technology creativity in order to develop a set of computer-assisted evaluation system with expert experience. Development purpose will attempt to simplify complexities and difficulties of manual evaluation and decrease possible error while simultaneously raise evaluation accuracy and efficiency. Research statistic has discovered that in terms of automatic scoring, result from manual evaluation on 100, 200 and 300 sample copies has displayed instability in accuracy while herein mentioned tool has displayed of no effect with 100% accuracy. Execution time on evaluation of 100, 200 and 300 sample copies by herein mentioned tool and man are 1:1,078（second）、1:1,707 （second）、1:1,825（second）respectively. Although 100% accuracy on answer categorization has not yet been achieved and is still in need of manual interference for categorization correction, but in terms of process time, it can save 82% of the time taken up by manual categorization.. Keywords: creativity in electric and electronic technology, creativity test index, expert system, computer-assisted measurement. III.

(4) 謝. 誌. 對一直就讀私立技職學校的我而言，能夠考進師大就讀是實現自我理想的考驗，如今論文完成，更代表了已經通過了考驗，自己將更有自信和能力去面對未來的種種問題。本論文得以順利完成，首先要感謝指導教授載建耘教授，在學生就讀期間給予學業上及做人處事上的指導與關心。在口試期間，感謝饒達欽教授與葉榮木教授二位老師撥空校閱指導，細心審閱全文，並提供具體的寶貴建議，使本論文能更加充實與周密，謹此至上最誠摯的謝枕。感謝博士班賴慕回學長在論文撰寫期間多次給予具體建議與指正，感謝博士班陳宛非學姐給予的關心與支持。另外要感謝多媒體實驗室相處多年的計畫助理虹縈、珮茹和育華，以及實驗室學弟妹瑜陽、子豪、鈺佳、虹霓、嘉宏、曼婷、至翔、金中，感謝大家的陪伴與鼓勵。最要感謝的是我家人，給予全力的支援，讓我雖然一個人在台北不管是工作還是唸書，若感覺到孤獨或無助時，我都感受著家人的關心，令我得以有力量繼續去面對並解決問題。徐明添國立臺灣師範大學工業教育所中華民國九十九年一月. IV.

(5) 目錄中文摘要…………………………………………………………….…. Abstract…………………………………………………………………. 目錄…………………………………………………………………….. 表目錄…………………………………………………………………. 圖目錄………………………………………………………………….. Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅴ VI. 第一章緒論第一節研究背景與動機…………………………………………… 第二節研究目的與待答問題……………………………………… 第三節研究範圍與限制…………………………………………… 第四節名詞解釋…………………………………………………… 第五節研究方法與步驟……………………………………………. 1 4 5 6 7. 第二章文獻探討第一節專家系統…………………………………………………… 第二節子串比對演算法…………………………………………… 第三節中文斷詞……………………………………………………. 11 27 34. 第三章系統需求分析與設計第一節測驗試題分析……………………………………………… 第二節計分模組設計……………………………………………… 第三節答案分類模組設計………………………………………… 第四節系統發展環境………………………………………………. 36 55 69 87. 第四章系統執行與實施第一節系統執行…………………………………………………… 第二節系統驗證……………………………………………………. 89 99. 第五章結論與建議………………………………………………….... 111. 參考文獻……………………………………………………………….. 113. V.

(6) 表目錄表 2-1 表 3-1 表 3-2 表 3-3 表 3-4 表 3-5 表 3-6 表 3-7 表 3-8 表 3-9 表 3-10 表 3-11 表 3-12 表 4-1 表 4-2 表 4-3 表 4-4 表 4-5 表 4-6 表 4-7 表 4-8. 專家系統實驗中或使用中之工具…………………………… 實用性評分標準之依據……………………………………… 應試者答題資料表…………………………………………… 答案類別表…………………………………………………… 答案分類結果………………………………………………… 應試者答案編碼表…………………………………………… 部份答案之獨創力分數表…………………………………… 部份答案之實用性分數表…………………………………… 電機電子創造力測驗之答案類別及名稱…………………… 答案部份子類別表…………………………………………… 某位受測者答案表…………………………………………… 部份關鍵字表………………………………………………… 答案分類的的規則內容表示………………………………… 樣本數為 100 時計分模組與人工處理之正確率比較表……. 樣本數為 200 時計分模組與人工處理之正確率比較表……. 樣本數為 300 時計分模組與人工處理之正確率比較表……. 樣本數為 100 時計分模組與人工處理之作業時間比較表…. 樣本數為 200 時計分模組與人工處理之作業時間比較表…. 樣本數為 300 時計分模組與人工處理之作業時間比較表…. 電腦分類正確率表…………………………………………… 各答案類別電腦分類正確率………………………………… 表 4-9 電腦分類正確率 100%之答案類別……..………………………… 表 4-10 答案數量為 891 個電腦分類模組與人工分類之作業時間比較表…….…………………………………………………….... VI. 14 37 41 42 48 50 52 53 73 74 75 76 83 100 101 101 102 102 103 106 107 109 110.

(7) 圖目錄圖 1-1 圖 2-1 圖 2-2 圖 2-3 圖 2-4 圖 2-5 圖 2-6 圖 2-7 圖 2-8 圖 2-9 圖 2-10 圖 2-11 圖 2-12 圖 2-13 圖 2-14 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3 圖 3-4 圖 3-5 圖 3-6 圖 3-7 圖 3-8 圖 3-9. 圖 3-10 圖 3-11 圖 3-12 圖 3-13 圖 3-14 圖 3-15 圖 3-16 圖 3-17 圖 3-18 圖 3-19 圖 3-20 圖 3-21. 研究步驟流程………………………………………………… 專家系統基本結構…………………………………………… 知識萃取的三種模式………………………………………… 語意網路表示法範例………………………………………… O-A-V 表示法範例…………………………………………... 知識庫建立方式……………………………………………… Knuth，Morris 和 Pratt 演算法：狀況一………………….. Knuth，Morris 和 Pratt 演算法：狀況二…………………… Knuth，Morris 和 Pratt 演算法：狀況三…………………… 運用『壞字元法則』之例子…………………………………… 運用『好字尾法則一』之例子………………………………… 運用『好字尾法則一』的基本概念…………………………… 運用『好字尾法則二』之例子……………………………… 運用『好字尾法則二』的基本概念…………………………… Brute-Force 演算法…………………………………………. 電機電子技術創造力測驗封面……………………………… 電機電子技術創造力測驗作答題本………………………… 測驗評分流程………………………………………………… 答案分類步驟………………………………………………… 發展中之計分模組架構圖…………………………………… 流暢力計分流程圖…………………………………………… 獨創力計分流程圖…………………………………………… 實用性計分流程圖…………………………………………… 變通力計算示意……………………………………………… 變通力計分模組流程圖……………………………………… 計算答案之獨創力分數流程圖……………………………… 常模完成之計分模組架構圖………………………………… 建立特徵關鍵字詞庫架構圖………………………………… 字詞剖析樹…………………………………………………… 字詞剖析作業流程…………………………………………… 答案類別編號 1 的 O-A-V 圖分析………………………… 答案類別編號 2 的 O-A-V 圖分析………………………….. 答案分類之Ｏ-A-V 圖分析 (一）…………………………… 答案分類之Ｏ-A-V 圖分析 (二）…………………………… 答案分類之Ｏ-A-V 圖分析 (三）…………………………… 答案分類之Ｏ-A-V 圖分析 (四）…………………………… VII. 10 16 19 21 22 24 28 28 29 30 30 31 31 32 33 38 39 40 46 56 58 60 62 64 65 67 68 69 70 72 77 78 79 80 81 82.

(8) 圖 4-1 圖 4-2 圖 4-3 圖 4-4 圖 4-5 圖 4-6 圖 4-7 圖 4-8 圖 4-9 圖 4-10 圖 4-11 圖 4-12 圖 4-13 圖 4-14 圖 4-15 圖 4-16. Excel 2003 巨集己停用警示畫面…………………………… 89 Excel 中設定巨集安全性選項………………………………. 90 計分模組執行畫面…………………………………………… 90 工作表”答案列表…………………………………………….. 91 流暢力計算…………………………………………………… 91 實用性計算…………………………………………………… 92 各答案獨創力分數計算……………………………………… 92 排序後的答案列表…………………………………………… 93 氣泡比對後的答案列表……………………………………… 93 答案分類模組畫面…………………………………………… 94 答案類別分析………………………………………………… 95 答案類別畫面………………………………………………… 95 人工檢查操作畫面…………………………………………… 96 修正電腦判斷答案類別結果………………………………… 97 新增特徵關鍵詞功能………………………………………… 97 新增關鍵詞庫畫面…………………………………………… 98 圖 4-17 計分模組與人工處理之正確率比較圖………………………… 103 圖 4-18 計分模組與人工處理之作業時間比較圖……………………… 104 圖 4-19 人工分類與電腦分類模組處理時間比較圖………………… 110. VIII.

(9) 第一章緒論第一節. 研究背景與動機. 教育目的在於引發學生行為改變，然而教師則經常利用測驗來評量學生學習後的行為改變，因此測驗在各學科中均扮演著重要的角色（林璟豐，2001），而試題是測驗的核心部份，不同的題型根據不同的功能及需求，可以達到不同的測驗的目的（郭生玉，2004）。在測驗題目的題型設計，Gronlund (1993）依據測驗題型的表現方式，將所有的題型歸納成選擇反應 (selected response）、供應反應 (supply response）、限制性實作 (restricted performance）及延伸性實作 (extended performance）等四大類。其中選擇反應型的題目主要包括是非題、選擇題及配合題等；供應反應型的題目主要包括了名詞解釋、填充題、問答題、論述題等。論述題有別於其它題型，這類題型可以測量受試者的記憶能力、組織. 能力或想法的啟發（葉連祺，2000），因此比選擇、是非和配合題等其它題型，不但能測量到學生較雜，較高層次的學習結果，還能測量到綜合、評鑑和創造等能力（李坤崇，1999）。依其作答條件的限制可以分為限制反應題 (restricted response type）和擴展反應題 (extended response type），前者是作答者需從提供的答案項中選出較適當者，評分者可以預先準備一份標準答案來評分，後者為需根據題幹說明，自行提出適當答案，作答者可以根據自己最佳的判斷組織答案，整合和評鑑自己認為適常的想法或觀念，因此在評分上很難去預先準備一份模擬答案 (Gronlund, 1993）。本研究中的電機電子技術創造力測驗，針對國中三年級自然科技領域學生及高中職電機 (子）科，測驗其擴散思考能力的表現，擴散思考能力 1.

(10) 是指一種自由產生的新觀念的思考方式，擴散性思考與創造力被視為雙胞胎（曾翊，2002），在本研究中該測驗用以測量擴散思考能力的指標又分為流暢力、變通力、獨創力、實用性等。由於測驗是採用開放性之紙筆測驗，紙筆測驗因為其施測程序簡單、實施成本低廉、不用特殊設備即可施測（何榮桂、郭再興、蘇建誠、陳麗如，1999），因此十分適合在進行創造力教學後在課堂上施予創造力測驗。作答者可以根據自己最佳的判斷組織答案，整合和評鑑自己認為適常的想法或觀念，因此屬於論述題中的擴展反應題。當評分者在批改擴展反應題型時，因為必須理解與判斷作答者的想法，因為相當耗費時間，而且在沒有對評分者充分訓練之下，對同一份試題的評分標準往往不一致；即使同一位評分者批改，在不同的時空狀態之下，也難保都難維持相同的評量標準（郭生玉，2000）。在評分機制上，若測驗題型為是非題及選擇題，所以在答案的比對上沒有太大的問題，只要答案符合標準答案的選項，系統就能自動判別答案為正確，在準確性上與教師手動批改相同；填空題的部份，林明達（1998）認為填充題的答案常有許多相同意義的詞彙可替換，因此電腦不易進行填充題的評分工作，因為許多測驗系統只做到答案比對，字詞稍有不合就會判別為錯誤。詹彥杰（2005）和陳俊宏（2004）提出使用CKIP 和資訊檢索技術，建立中文環境簡答題型的評分模式。資訊檢索的模式，根據Baeza-Yates 和 Ribeiro-Neto (1999）提出，有三種資料的比對模式，包括布林模式 (Boolean model）、向量模式 (vector space model）、機率模式 (probabilistic model）。其中布林模式是利用邏輯運算AND、OR、NOT 的運算子來比對資料的內容。其相似度只有1 和0，1 代表符合，0 代表不符合。簡單的說，比對的文件內容，要完全符合檢索詞才能取出，不符合則捨去。這樣的優 2.

(11) 點：簡單，清楚，速度快，對於答案符合標準答案的部份能快速的比對。但是缺口為答案與標準答案只要略有不符就會評為錯。現今電腦處理速度已足以應付大量與複雜的計算，而且愈來愈容易使用（洪新原、孫敏育、洪萬富，2002），如何利用人工智慧使用電腦能自動判斷如何去測驗及進行評量是值得研究的方向 (Mark, 1997)，何榮桂（1997）就指出配合電腦來發展與運用測驗是不可抗拒也是不同避免的趨勢。而應用人工智慧於批改論述題測驗的相關研究中，寫作自動評閱 (automated essay scoring, AES）為著名且成功的例子，但是在中文環境下，使用自動評分系統批閱論述及填充題的測驗題型並不容易（林明達， 1998），其發展因難的主因在於中文缺少缺英文效能良好的文法自動剖析工具，以及中文有英文有沒有的斷詞問題與中文句子定義模糊等難處（張道行、李嘉晃、譚克平，2006）。雖然要發展一個中文環境下的擴展反應型論述題的自動評分系統是相當困難的，但本研究的批改對象其答案比起作文要簡短許多，也不具作文中才有的段落連接及修辭技巧等評分的項目。因此嘗試以專家系統為理論基礎，並建立特徵關鍵詞庫來比對應試者答案，建構「電機電子技術創造力測驗」電腦化輔助評分工具，閱卷人員能以此一工具做為輔助評分工具，以減低人工閱卷可能產生的誤差及人力與時間的浪費，並提高評分結果的正確性及效率。. 3.

(12) 第二節研究目的與待答問題壹、研究目的. 為迅速與正確地得到出受測者流暢力、變通力、獨創力、實用性等各創造力評分指標分數，研發一套適合電機電子技術創造力測驗之電腦輔助評分工具軟體，因此，本研究目的如下：一、分析電機電子技術創造力測驗創造力評分指標之評分方式二、規劃電機電子技術創造力測驗之電腦輔助評分工具架構。三、設計電機電子技術創造力測驗之電腦輔助評分工具。四、進行電機電子技術創造力測驗之電腦輔助評分工具之驗證. 貳、待答問題. 一、本研究所設計之「電機電子技術創造力測驗」創造力評分指標電腦輔助評分工具與傳統人工處理評分是否產生顯著差異。二、如何取得電機電子技術創造力評分指標與評分方式，並設計分類規則及評分之程式。. 4.

(13) 第三節研究範圍與限制. 壹、研究範圍. 一、本研究僅針對「電機電子技術創造力測驗」為研究藍本，開發其專屬電腦輔助評分工具。二、本研究採用微軟 (Microsoft）公司的 EXCEL2003 及 Visual Basic Application (VBA）技術為設計工具。. 貳、研究限制. 一、本研究所探討的電腦輔助評分工具，只適用於電機電子技術創造力測驗，故對其他創造力測驗之評分能力，無法全面探討。二、本研究的執行及發展平台為 Windows 視窗作業系統，其它作業系統僅提出可能的做法及架構。. 5.

(14) 第四節名詞解釋. 一、電機電子技術創造力測驗是由國立臺灣師範大學工業教育學系徐昊杲教授所發展，主要以國三至高中職二年級的學生為測驗對象，並以電蚊拍為主題，採開放性文字填答方式，測量受試者在流暢力、變通力、實用性及獨創力等。評分指標之得分情形（徐昊杲、賴慕回、陳德貴、詹博元、張天民，2008）. 二、專家系統使用人類專家的知識與電腦相結合，模仿專家推理思考的過程用以解決專門性或特定的問題，它可讓一些非專門人員在使用該系統後，確實讓問題獲得改進及解決，通常使用資料庫來建構並儲存人類專家完整的知識及解決問題的過程，通常用於解決專門或獨特性的問題或提高生產效率及製程。. 三、人工智慧利用電腦或科學方式來達成仿效人類智慧，以進行一些簡單且反覆性的活動，通常使用電腦來模擬人類的想法及推理過程，使期望達成之目標快速且有效的完成，通常用於解決科學性或廣泛且單純性的問題。. 四、電腦輔助評分電腦具有人類專家的智慧，評分程序可以是精確且自動化，免去人工評定或計分的方式耗時費力，且不容易產生人為的誤差。. 6.

(15) 第五節研究方法與步驟壹、研究方法為達到預定之研究目的，本研究採用的方法如下。一、文獻探討：（一）對專家系統的架構進行了解，尋找有關知識庫的建立模式，以及專家系統如何進行推理。（二）對字串比對理論進行了解，該測驗中答案的皆屬文字格式無法直接運算，藉由字串比對將讓答案轉變數字格式以進行計分運算工作。（三）對中文斷詞方法進行了解，用以擷取答案中的關鍵詞，並建立特徵關鍵詞庫。. 二、系統發展法：以系統發展由上而下 (top-down）的方法作系統分析與規劃，以由下而上 (bottom-up）的方式循序漸進作各子系統的建置與開發，其工作流程分為系統需求分析與規劃、系統設計與驗證等階段。. 7.

(16) 貳、研究步驟為達到前述之研究目的，玆列出研究流程（如圖 1-1）分述如下： 1、確定研究主題：為設計一套可協助電機電子創造力測驗的評分工具，由於一個中文環境下的擴展反應型論述題的自動評分系統是相當困難的，但本研究的批改對象答案比起作文要簡短許多，所以擬嘗試以專家系統的推理法則與中文斷詞等技術，建立一套專為電機電子創造力測驗的輔助評分工具。 2、文獻探討：根據研究主題，對專家系統的定義及主要架構蒐集相關資料及知識，深入了解專家系統中知識庫及推理引擎的運作方式與建構過程。對字串比對演算法進行了解，以作為答案分類時與知識庫中的特徵關鍵詞比對時的技術。對中文斷詞的主要技術進行了解，以決定研究中如何擷取答案中的關鍵字做為特徵關鍵字庫的詞庫來源。 3、需求分析：電子電機創造力測驗，為一種創造力測驗。對測驗方式、評分流程、等一一進行分析。分析該測驗中之四項創造力指標為流暢力、獨創力、變通力、實用性等的計方公式為何。以及其應試者的答案如何進行答案分類及編碼，了解其中的分類規則。擷取相關知識，並加以分析，確定設計方法，並建立系統架構。. 8.

(17) 4、系統建置與發展：以 Microsoft 的 Excel 為評分工具的設計平台，運用統計函數與 VBA 技術進行系統建置。依需求分析之結果，將輔助評分工具分為二大模組。一為計分模組，主要是依流暢力、獨創力、變通力、實用性等的評分公式進行程式設計，主要功能為計算四項創造力指標的分數。二為答案分類模組，依在需求分析中了解到的答案分類規則與分類過程，轉換為專家系統的知識庫與推理規則。其中以中文斷詞技術對答案擷取關鍵詞，做為特徵關鍵詞庫的關鍵詞來源。 5、系統驗證與資料分析：對建置的計分模組與答案分類模組進行正確率的驗證，以及處理時間的比較。其中正確率驗證將計分模組與答案分類模組的計算結果請電機電子的專家進行正確率與錯誤率的驗證，並將結果與人工評分的結算結果進行比較，以了解本工具的計分正確率是否比人工處理來的準確。另外針對處理時間將計分模組與答案分類模組處理時間與人工處理時間比較，以了解處理時間是否比人工更有效率，是否可有效的節省評分的時間。 6、結論與建議：歸納及總結本研究所得之結果，在結論上本研究專為電機電子創造力測驗設計的輔助評分工具，在計分與答案分類上的確比人工處理來的有效率。在建議上未來可以對其它與電機電子創造力測驗相似的之測驗進行分析與設計，可將本研究的設計模式擴展至其它的測驗中。. 9.

(18) 確定研究主題. 文獻探討. 需求分析. 系統建置與發展. 系統驗證與資料分析. 結論與建議. 10.

(19) 第二章文獻探討第一節專家系統壹、專家系統定義人工智慧自1960 年代研究形成後，由於對於人工智慧的期望與目標太高，及當時相關的科技支援不足，發展幾乎停頓，但在專家系統領域卻有顯著的成果展現，發展至今專家系統已成為人工智慧領域中最受重視的研究領域 (李家祺譯，1987）。專家系統 (expert system, ES）在人工智慧的應用甚廣，何謂專家系統? 許多專家學者分別給予下述的定義：學者Feigenhaum 與Weiss 和 Kulikowski 將專家系統定義如下 (Waterman , 1986）：一、Feigenhaum定義：為了特定需要，透過知識及推理程序，來解決以相當的人類知識才能解決的問題之智慧型電腦程式。二、Weiss 與Kulikowski定義：依據專家思考推理方式所發展的電腦. 程式，能解決那些需要專家才能解決的複雜問題，而且結果與專家所解的相同。. Feigenbaum 則定義專家系統是一電腦系統，而具有人類專家水準以執行特別領域內之工作 (姚步慎，1991）。鄒開其與徐揚（1993）認為專家系統必須具有從專家那裏獲得的知識，以十分複雜的現實問題為對象，具有和專家同等的處理能力」。 Adedeji 與 Badiru ( 1992）定義：專家系統就是一個具備互動功能以電腦為基礎的決策工具，使用者基於從專家所獲得的知識，藉著事實及試誤. 11.

(20) （heuristics）的方式來解決因難的決策問題。與人類專家相比，專家系統則具備了以下主要特性（薛理桂，1991）：一、不受時間限制：人類專家的工作時間有限，但專家系統是恆久，一旦開發完成，可隨時使用，並可二十四小時持續運作。二、操作成本低：人類專家稀少且昂貴，雖然專家系統的起步發展必須花一筆不小的經費，但日常操作的成本比起人類專家便宜許多。因此當專家不在或經濟上請專家不合算的情況下，利用專家系統仍能處理與專家相等水準的工作。三、易於傳遞及複製：專家與專家知識是稀有的資源，在知識密集的工作環境下，新進人員需要作相當多的訓練，而關鍵人物的知識隨著人事變動而不能儲存，傳遞起來亦是耗時費力。但專家系統則不然，它能輕易地將知識傳遞或複製。四、具有一致性：人類專家在判斷決策的結果常會因時或因人而異，而專家系統對於所處理的問題則具有一致性的輸出。五、可處理費時及複雜的問題：由於專家系統具有既定的知識庫與嚴謹的推理程序，因此往往比人類專家還能勝任一些執行起來較費時、複雜度較高的工作，如需要龐大計算量的問題。另外，若工作的內容重複性很高，專家系統尤其能比人類專家有更佳的表現。六、使用於特定領域：由於搜集知識庫建構以及推理規則建構有一定的困難，因此專家系統通常只使用於小範圍的特定知識領域。而當問題的知識牽涉較廣，或是沒有一定的處理程序時，就必須靠人類專家的智慧來處理。. 12.

(21) 專家系統依用途可分成下列幾類： (曾憲雄、黃國禎，2005）一、診斷系統，主要用於醫學及教學方面。醫學上用來輔助醫生進行診斷並進行治療，例如交通大學的急性疹鑑別診斷系統及腦瘤斷層掃描鑑別系統。教學上則用來協助教師判斷學生的學習障礙，例如暨南國際大學的智慧學習評量與診斷系統。二、解釋系統，從觀察的資料中進行分析及說明，包括化學分析、生物工程及電腦輔助教學等方面，例如暨南國際大學的線上智慧型虛擬助教系統。三、監督系統，主要用於農業、工程、軍事及線上分析方面，例如交通大學的智慧型網路異常偵測系統與水稻栽種專家系統，以及暨南國際大學的線上學習行為分析系統。四、偵錯系統，如程式偵錯、電話線路偵錯、電路板偵錯等。例如交通大學開發的電腦檢修專家系統。五、預測系統，可用於財經、地質、氣象、石油市場方面的預測，例如國內多所學校都曾提出預測股票市場發展的專家系統。六、設計系統，如計算機軟、硬體的設計系統，XCON，是由迪吉多電腦公司 (DEC）開發用來進行計算機系統配置的專家系統。它運用計算機配置的知識並依掳用戶的狀況及需要，選出最合適的系統組合。專家系統的用途廣泛，因此在國、內外都有不同領域的開發運用，其建置與發展工具繁多，適用於不同領域不同知識之專家系統建置。如表 2-1 所示。. 13.

(22) 表 2-1 專家系統實驗中或使用中之工具領域. 系統. 化學工業. DENDRAL. 教育用. GUIDON. 教育用. ITED. 醫學用. MYCIN. 醫學用. PUFF. 醫學用. AEA. 電腦系統. R1/XCON. 電腦系統. XSEL/XCON 系列. 說明/研究與開發機構解析大型光譜測試儀所生成之資料，並決定分子結構及其原子成分。HPP，史丹福大學。電腦輔助教學 (CAI）系統，可針對一系列的技術領域，提出問題並修正答案，以教導學生正確的技能。 HPP，史丹福大學。智慧型學習評量與診斷系統，可依學生測驗的結果診斷其學習障礙，並提供個人化的學習建議。暨南大學。一種已使用之醫學專家系統，可以診斷腦膜炎及血液傳染病症。HPP，史丹福大學一種醫學專家系統，可以分析病者的病況資料，辨認可能的肺部病症。HPP，史丹福大學。. 14. 急性出疹鑑別診斷系統，可以分析病者的病況資料，以辨認出可的出診疾病。其中最特別的是可診斷台灣近年來流行的登革熱。交通大學。已使用中之專家系統，用來配置 VAX 電腦系統。卡耐基梅隆大學及迪吉多公司。協助客戶選擇合適的電腦系統。迪吉多公司。.

(23) 領域. 系統. 說明/研究與開發機構. 通用工具. EMYCIN. 衍生自 MYCIN 的一種專家系統建置工具及推論機制，應用於許多領域。HPP，史丹福大學。. 通用工具. NEXPERT. 通用工具. OPS. 通用工具. TEIRESIAS. 通用工具. CLIPS. 通用工具. DRAMA. 資源探勘. PROSPECTOR. 一種專家系統建構工具及推論機制，可應用於許多領域。卡耐基梅隆大學。一種專家系統建構工具及推論機制，可應用於許多領域。已用於 R1 及 AIRPLAN 的建構。卡耐基梅隆大學。由 MYCIN 衍生出的知識擷取系統，可經由專家交談自動建立及修正知識庫。 HPP，史丹福大學。一種專家系統建構工具及推論機制，以 C 語言開發，提供原始程式供修改。美國太空總署。運用 NORM (new object-oriented rule-based model）物件導向的知識模型概念設計的專家系統建構工具及推論機制，提供模組化的模糊知識表示與推論功能。交通大學。一種專家系統，用以評估地下礦物可能儲藏地點。 SRI International Co.. 資料來源：曾憲雄與黃國禎 (2005） 15.

(24) 貳、專家系統結構. 郭耀煌與葉怡成 (1991）認為，一個典型的專家系統必須利用各種知識擷取 (knowledge acquisition ）管道獲取專家的領域知識 (domain knowledge），再以知識表示法 (knowledge representation）將人類知識轉存成知識庫，而在知識庫之上有一個具備邏輯推理能力的推論引擎，使用者經由使用者介面輸入欲查詢的事實 (facts），推理引擎將該事實與知識庫中的先備知識進行比照，做出建議性的推理和決策。專家系統是利用知識管理的概念，具有人類專家決策能力的電腦系統。專家系統的架構可分為四個主要部份如圖 2-1，包含知識庫 (knowledge base），推論引擎 (inference engine），使用者介面 (user interface），知識擷取介面 (knowledge acquisition interface）。以下對於四個主要部份加以說明：. 圖 2-1 專家系統基本結構. 16.

(25) 一、知識庫（knowledge-base）：知識庫系統的主要工作是搜集人類的知識，將之有系統地表達或模組化，使電腦可以進行推論、解決問題。知識庫中包含二種型態，一是知識本身，即對物質及概念作實體的分析，並確認彼此之間的關係，另一個則是人類專家所持有的經驗法則、判斷力與直覺。知識庫與傳統資料庫在資訊的組織、併入、執行等步驟與方法均有所不同，概括來說，知識庫所包含的是可做決策的知識，而傳統資料庫的內容則是未經處理過的資料，必須經由檢索、解釋等過程才能實際被應用 (Frederick , 1992）。二、推論引擎 (inference engine）：乃是應用特定且合乎邏輯的推理方法，以尋求合理的問題解答，它的過程類似人類專家，探求一個問題的推理過程，主要的推理功能是推論引擎到知識庫擷取事實，經過匹配後，找出滿足條件的法則，再從這些法則找出最合適的一條法則，執行生產新事實的運作，最後將新事實送回知識工作區內完成一次循環 (姚步慎，1991）。三、知識擷取介面 (knowledge acquisition interface）：建構知識庫的程序，一般稱為知識擷取，這也是大部份專家系統發展的瓶頸，也就是處理人類專家的專業知識，將其轉換成專家系統知識庫可以儲存的格式，而負責知識擷取工作的人，稱為知識工程師，除了透過與專家交談的管道外，還有相關的手冊、報告或資料。四、使用者介面 (user interface）：把使用者輸入的資料轉換成系統能解讀的語言，也是把系統內部資料轉換成使用者能解讀的語言，為一種在使用者與專家系統之間溝通的機制。. 17.

(26) 參、專家系統的運作專家系統的運作方式是由領域專家提供其知識與經驗，經由知識工程師的彙整及設計導入電腦系統以提供使用者解決該領域的各項問題，其運作方式如下（陳禹辰、歐陽崇榮，1989）：一、將領域專家的知識以專家系統所能存取、理解與推理的表現方式，轉換儲存至電腦系統中，而儲存知識部份即稱為知識庫。二、使用者在使用專家系統時，是透過文字、圖形、聲音等方式與專家系統進行交談，即由專家系統扮演領域專家的角色，和使用者之間進行一問一答的交談。三、專家系統運用邏輯推理的策略原則，根據使用者的問題與知識庫的內容推導出適當的解答。在專家系統發展過程中，最主要的部份是知識萃取、知識表示與知識推理 (knowledge inference），也是發展專家系統的關鍵所在 (郭耀煌、葉怡成，1991）。一、知識萃取：即是如何將專家的知識與經驗萃取出來，知識萃取的方法可分成：人際溝通方式、人機交談方式與機器學習方式等三種 (如圖 2-2）。. 18.

(27) 圖 2-2 知識萃取的三種模式 (郭耀煌、葉怡成，1991）. (一）人際溝通模式：知識萃取的工作以知識工程師為介面，透過知識工程師的主導，將專家的知識萃取出來。 (二）人機交談模式：知識萃取的動作以交談式知識萃取軟體為介面，透過此軟體將專家的知識萃取出來。 (三）機器學習模式（machine learning）：知識萃取的工作以機器學習軟體為介面，透過此軟體將專家的知識萃取出來。二、知識表達：是專家系統運用中最重要的一環，它是表達知識的一種最基本方法，在目前已知的方法中，最常見的有規則式 (production rules）表示法、邏輯與集合 (logic and sets）表示法、語意網路 (semantic nets）表示法、框架 (frames）表示法、劇本 (scripts）表示法、物件導向表示法 (object-oriented representation）等 (Giarratano & Riley, 1989）。其中「規則式表示法」是最符合人類思維模式，也是應用最廣的一種；其最主要特色是將人類知識描述成一條一條「如果□則□」的推論規則，以供推論引擎使用 (林信成， 2000）。. 19.

(28) (一). 規則式 (production rules）表示法 Donna Dufner 等 (1999）針對「專案管理顧問」專家系統提出其規則. 表示法為：. 上例框架中，規則編號為11，內容則以描述平日工作過度的定義，條件 (IF）則是執行過相關查核且 (AND, Logic 判別）平日超過7 小時的工時，則判別 (Then）為超時工作，並執行 (Do）將本項加入超時工作日清單的動作；專家系統的規則表示法，幾乎很少脫離「假如 (IF）」、「然後 (Then）」、「邏輯 (Logic）判別」及「執行 (Do）」等方面，有些文獻或許會以其它單字諸如：前題 (antecedent）…結論 (consequest）、條件 (condition）…反應 (action）等語句來構成，但亦不離開此一範圍。規則式表示法在知識的表示法中，最常被使用到，其原因是，這種表示方式簡單而容易被瞭解，尤其是對具有啟發式 (heuristic）關係的知識，更方便於此種方式表示；在程式語言的基本結構中，它屬於選擇結構的一種，廣泛且普遍的存在於各種程式語言的語法之中。. 20.

(29) (二）語意網路 (semantic nets）表示法語意網路是一種以箭頭及節點 (node）的圖形的方式，來表達單純概念的圖形表示法，語意網路認為人的知識是由各別的片段概念互相連接而成，它所構成的是一種緊密相連的網狀結構知識，可確實的表達個人對於單一概念上的認知，如圖2-3 所示 (Efraim Turban, 1992）。. 圖 2-3 語意網路表示法範例. 語意網路的另一個常見的應表達方式為目標－屬性－附值 (object-attribute-value, O-A-V）表示法，它是以樹狀結構的方式來表示相關事件，通常用於表達了某一物體 (object）存在的狀況，而此一物體具有外在與內在的特徵，如大小、形狀、顏色等，而這些特徵又具有各別之性質，例如有大小可能有：巨大、極大、中等、小、極小等描述，形狀有方形、 21.

(30) 圓形、橢圓等，依此方式以樹狀結構的方式展開，其表達如圖2-4 所示 (許覺良，1989）。. 圖 2-4. O-A-V 表示法範例. 以圖2-4 所表示的概念而言，可以很快的表示出某一物體的概念及特徵值，例如：冷氣機的形狀為長方形，若將此一例句進形分解，則可分成部份： 1. 冷氣機—目標物。 2. 形狀—冷氣機的屬性。 3. 長方形—冷氣機的屬性再加強說明。. 22.

(31) 三、知識推理：要讓專家系統能有人類專家一樣的能力，就必須要模擬專家的推理方式，專家系統有三種基本方式建立適合解決問題的推理機制，前向推理 (forward chaining）、後向推理 (backward chaining）與混合式 (hybrid）推理等。 (二) 前向推理 (forward chaining）：開始時首先由使用者輸入一些資訊，推論引擎再開始搜尋知識庫內的法則，以形成結論，當情況為真時，則執行該法則之行動。此推理方法又稱"資料驅動"法，它使用一般規則式系統常以少數的事實推論到許多可能結論，模擬專家收集已知資料，不管目標，直到問到結果產生，其推論方法如下： If A. Then B. If B. Then C. 已知：資料 A 正確結論：推論 C 存在 (三) 後向推理 (backward chaining）：先由假設結論為真開始，再以問問題的方式，以搜集與前提有關之資訊加以評估。又稱"目標驅動"法，乃模擬專家的行為，先假設一個最後目標已成立，然後再倒回去求證支持此目標的各種條件與資料是否皆成立，若是則推理完成，若否則再假設新目標。其作法如下： If A. Then B. If B. Then C. 已知：假設目標 C 存在求證：資料 A 是否正確. 23.

(32) 肆、專家系統的發展發展專家系統最主要的工作是在於建立知識庫，其建立方式如圖 2-5 所示。知識工程師首先與人類專家建立起對話以取得專家的知識，知識工程很明確地將知識編碼成知識庫，然後專家評估專家系統而且給知識工程師一些評論，這個步驟一直反覆進行直到專家認為系統的效能能夠符合要求。. 圖 2-5 知識庫建立方式 (柯燕輝，2001）. Turban (1998）認為專家系統建構之詳細流程，共可分為十個步驟，簡述如下：一、確認問題：專家系統發展的過程是從確認一個適當的問題開始，此步驟進行時間的長短乃是根據問題的等級與複雜度而定 (Dickinson, 1990）。二、選擇專家：專家的角色是提供在文件上沒有記錄的知識，對專業知識的需求愈多，則搜集的過程就愈長、愈複雜而且費用昂貴。三、選擇硬體及軟體：專家系統工具的功能包含各種表示知識能力以及諮詢引導，在原則上，工具之選擇是以各種知識表示方法與工具能夠配合為基礎 (Garcia , 1988）。四、知識搜集、表示及推論：被搜集的知識在電腦中以知識庫的形式表 24.

(33) 示出來，接著便進行知識表示及推論以取得解釋的能力。五、專家系統的原型適用於小型系統，它包含了表示在某種程度上可以快速推論的知識，以及在初步的基礎上產生專家系統主要的元件。六、效能評估、改善及確認：評估的工作是在模擬的環境中初步完成，評估會顯露出系統規則所沒有掌控的案例，結果新的規則被加入或是舊的規則被修改。七、評估使用者及訓練之接受度：即使專家系統經實驗證明比人類專家更為準確，但它並不一定代表系統能夠被使用者接受。八、設置系統：當專家系統的穩定度及品質到達一個可以接受的程度後，它便可以正式實際運用。九、發展文件、維護計劃及安全：發展文件及維護計劃是非常重要的，良好的文件及維護計劃可以提供較高品質的專家系統。十、系統發行：系統發展完成並且發行，提供全方位的專家系統。. 在人工智慧與專家系統的歷史上，最成功的語言是大家耳熟能詳的 LISP 及 Prolog，但大多數的專家系統並未發展到能掌握一個特殊問題的類別，而僅僅是以商務發展方向與領域專家作結合。對於專家系統工具的使用，張炳雄 (2003）大致將它分成下列四類：一、現有之套裝軟體，可應用於各個層面，例如：DRAMA、Visual rulestudio、Visual Prolog、Golden Common LISP Developer、 ALLEGROCL for windows 等。二、現有之套裝軟體，且僅應用於特殊層面，例如：Jin-Tan David Yang 與 Chin-Hong Lin (2002）於「以代理人為基礎建構教案之知識系統」 25.

(34) 中，以XML 格式做為設定課程資料的Meta-data 及單元式的課程資料，進行產生本體論架構的代理人課程推薦教材教案之知識系統，它所使用到的工具為Protege-2000。三、以一般軟體開發工具來專案發展，且透過網路來推廣給各界使用，如Friedman-Hill (1997）所建置的瓜哇專家系統介面 (Java expert system shell, JESS）即屬於這一類的共享軟體。四、以一般軟體開發工具來專案發展，且僅應用於特殊層面：專為特定之目的而發展的專家系統，通常使用市面上可與資料庫或網站連結的軟體開發工具來發展，例如林孟郁 (2002）所建構的案例式推理專家系統即屬此類。本研究嘗試以擬以第四類的發展方式，即以一般軟體開發工具來專案發展，並了解電機電子專家進行評量時的評量方式與計分公式，之後依得到的評量方式建立前向推論的規則表提供答案轉換答案模組推論時的依據，另依了解到的計分公式建立各創造力指標計分程式。. 26.

(35) 第二節字串比對本研究所發展的電腦輔助評分系統中，有許多的技術必須使用到到文字的比對，以下就字串比對的文獻探討說明如下。字串搜尋各種演算法都是希望從長度為N 的本文（text）中，找出長度為M之樣式字串（pattern），通常本文就是一段文章，而樣式可能是某段文字，事實上字串的搜尋和樣式的比對（pattern matching）兩者息息相關 (張紹勛、蔡志敏，1994） Gusfield（1997）對關於字串比對之定義如下。定義：兩個字串T及P，長度分別是t及p，其中t≧p，在字串T中尋找所有字串P出現之處。壹、 Knuth，Morris 和Pratt 演算法由Knuth、Morris 和Pratt 三位學者在1970 年所發現的一種新字串搜尋法，演算法是經由對Brute-Force 演算法做一些技巧上的改良，即使在最壞的情況下，只需要N 次字元的比較。可能發生以下三個狀況 (劉名峰， 2005）。狀況一：字串的第一個字元在P 中沒有重複出現，如圖2-6所示，藍色框表示比對成功，紅色框表示比對失敗，P1＝a在字串P 中沒有重複出現，而P4與T4 發生比對失敗，則我們可以直接將P1 移至T4 的位置，重新比對。. 27.

(36) 圖2-6 Knuth，Morris 和Pratt 演算法：狀況一（修改自劉名峰，2005）. 狀況二：字串的第一個字元在P 已經比對成功的子字串中有重複出現，如圖2-7 所示， P1＝a＝P4，而在P5發生比對失敗，則我們可以將P1移至剛才P4 之處，重新比對。. 圖 2-7 Knuth，Morris 和 Pratt 演算法：狀況二（修改自劉名峰，2005）狀況三：在P 已經比對成功的子字串中有字首重複出現，如圖2-8所示，P1,2＝ P5,6，而P7發生比對失敗，則可以移動字首重複之處，做下一次的比對。. 28.

(37) 圖 2-8. Knuth，Morris 和 Pratt 演算法：狀況三（修改自劉名峰，2005）. 劉名峰（2005）指出KMP演算法係為從左至右搜尋，對欲比對的字串 P做事先處理，找出每個位置若發生比對失敗時可以移動的位置，使其減少比對次數。貳、 Boyer-Moore 演算法 Boyer-Moore 演算法是Boyer 和Moore（1997）所提出之演算法，，如同KMP 演算法一般，它也是先對字串P 做處理，訂出一些移動規則，而最大的不同之處為它是由字串P 的末端向左比對 (李長泰，2003）。 Boyer-Moore 演算法的法則敘述如下： (李長泰，2003；Boyer. Moore， 1997）一、壞字元法則：假設字串T與字串P分別在第7與第5個位置發生比對失敗，如圖2-9 所示，則我們在P5的左邊找是否有和T7一樣的字元（如P2，超過2個的話，取位置最大的），若有，則可將它移至剛才發生比對失敗之處（如將P2移至 T7），從新開始比對。. 29.

(38) 圖2-9 運用『壞字元法則』之例子 (修改自李長泰，2003）二、好字尾法則一：假設字串T與字串P分別在第7與第5個位置發生比對失敗，如圖2-10 所示，這時我們在P5的左邊找看看是否有一個子字串其字尾與T8,9一樣，且這個字尾的左邊一個字元（如P1）不等於P5，如有存在，則將剛才找到字尾移至和他一樣字尾之處（如T8,9），進行下一次比對。如圖2-11 所示為基本概念，若P在第j個位置發生失敗，我們能在Pj的左邊找到一最大位置 k，使得Pj,p為P1,k的一個字尾，且Pi≠Pj，則我們就可平移至重複字尾的地方，重新比對。. 圖2-10 運用『好字尾法則一』之例子 (修改自李長泰，2003）. 30.

(39) 圖2-11 運用『好字尾法則一』的基本概念 (修改自李長泰，2003）三、好字尾法則二：假設字串T與字串P分別在第7與第5個位置發生比對失敗，表示P6,9是比對成功的，如圖2-12 所示，則我們找看看是否有字串符合從P1當啟始位置而且是剛才已比對成功的子字串的字尾（如P1,2是P6,9的字尾），將它移至重複之處，重新比對。如圖2-13 所示為基本概念，若P在第j個位置發生失敗，我們能在Pj的左邊找到一最大位置k，使得P1,k為Pj,p的一個字尾，則我們就可平移至重複字尾的地方，重新比對。. 圖2-12 運用『好字尾法則二』之例子 (修改自李長泰，2003）. 31.

(40) 圖2-13 運用『好字尾法則二』的基本概念 (修改自李長泰，2003）. 施鴻德（2004）認為Boyer-Moore 演算法的主要洞察力是看出某些字元可以整個跳過。李長泰（2003）指出Boyer-Moore演算法是從P字串的末端由右至左比對，在比對字串前，先對P的每個位置其三個法則的值給計算出來，一旦發生比對失敗時，就可以參考而計算出下一次要比對的位置，節省比對次數。. 參、直接字串比對 Brute-Force演算法比對方法就是測試本文字串可能與樣式（pattern）字串的每個位置比對，以檢查是否比對成功。此種演算法如圖2-14所示。將字串T 與另一字串P 按照位置依次比對，若P 字串的每個字元其位置均比對成功，則輸出其比對成功之起始位置，否則就將字串P 移至字串T 的下一個位置再重新比對。. 32.

(41) 圖2-14 Brute-Force 演算法（修改自李長泰，2003）本研究在比對答案類別編碼時最多僅三個字碼，其中Brute-Force演算法較能提供本研究之需求且設計容易，故以Brute-Force演算法為基礎，將答案內容編碼歸類後，來發展答案轉換答案推論程式中關鍵字比對處理工作。. 33.

(42) 第三節中文斷詞. 針對中文的文章而言，進行分類之前，必須先要可以對中文進行斷詞的工作，以便於了解每一種類型的試題中所包含的關鍵字詞有哪些。然而在斷詞方面，中文比起印歐文字要困難許多。中文字與印歐文字的差別，主要在於斷詞的方式。以印歐語系而言，主要的特色是:（1）一個字. (Word）是由字母組. 成，字與字之間使用空白隔開；（2）一個英文字所代表的意義如果翻譯成中文，通常是數個中文字所構成的字詞。以中文字而言，主要的特色在於:（1）字與字之間緊密相連；(2) 有意義的詞中所包含的文字與介詞或副詞可能重複使用。中文文件大致上有下列幾種斷詞法，分別是：詞庫式斷詞法 (Chen & Kiu, 1992）、統計式斷詞法. ( Sproat, 1990）、混合式斷詞法. (Nie、Briscbois. & Ren, 1996）及基因演算斷詞法以下將分別對這些斷詞法作說明:. 一、詞庫式斷詞法為目前普遍使用的斷詞方法，其演算法相當直覺且實作容易。然而，斷詞的品質與詞庫大小有相當的關係。所以，必須時常對詞庫的內容加以維護，另外其他學者將詞庫斷詞法，輔以一些詞性的結構，發展出規則式斷詞法，提昇斷詞的品質。. 二、統計式斷詞法統計式斷詞法 (Sproat, 1990）乃參考一大型語料庫 (corpus）上的統計資訊，單純以鄰近字元同時出現頻率高低作為斷詞的依據。由於語料庫屬於領域相關 (domain dependent），不同語料庫間的統計資訊不適合互用。 34.

(43) 再者，統計式斷詞常受限於一接馬可夫模式 (first-order Markov Models），進一步擴充此模式會提高演算法的時間複雜度，所以大多只針對二字詞進行處理，三字詞如:「大賣場」、四字詞如「小額投資」等就無法有效擷取。. 三、混合式斷詞法混合式斷詞法為詞庫斷詞法及統計斷詞法整合，利用詞庫斷出不同組合的詞彙，然後利用詞彙的統計資訊，找出最佳的斷詞組合。此法乃需要大型的語料庫提供統計資訊。. 四、基因演算斷詞法基因演算法 (genetic algorithms）是在1975 年由John Holland 提出，其理論是基於達爾文物競天擇、適者生存，不適者淘汰的為基礎，所發展出來的最佳化搜尋演算法。在一個群體中，會因為環境的限制，適應力較好的個體會存活，而延續下一代，經由數代的演化，而逐步的得到許多可能解，甚至是最佳解。. 35.

(44) 第三章系統需求分析與設計. 在此階段對測驗進行了解，了解其評分項目為何，以及各個評分項目的評分方式為何與評分標準進行需求分析等。並確認系統發展時所需資源何時，來決定系統設計的方向。. 第一節測驗試題分析壹、試題的分析. 一、電機電子技術創造力測驗之評量指標：電機電子技術創造力測驗主要是在瞭解應試者在電機電技術創造力方面的表現，創造力指標共分為四個，分別是「流暢力」、「變通力」、「獨創力」、「實用性」等四項。二、電機電子技術創造力測驗之評分標準：該測驗主要是了解應試者在「流暢力」、「變通力」、「獨創力」、「實用性」表現的程度，四項創造力指標的評分標準並不相同，以下分別描述其評分標準： (一) 流暢力計分標準：流暢力分數的算法是把所有反應總數減去重複及無關反應的數目及得到流暢力分數（吳靜吉等，1998）。 (二) 獨創力評分標準：獨創力計分的概念依據是常態分配，也就是統計上的稀有次數（吳靜吉等，1998）。 (三) 變通力評分標準：變通力的分數是所有反應歸類後，計算不同類別的. 36.

(45) 總數（吳靜吉等，1998）。在電機電子技術創造力測驗中，總計有效的類別為 18 類，95 種答案，變通力係計算應試者有效答案中共跨了幾個類別。 (四) 實用性評分標準：實用性分數的評分方式，由該測驗發展研究團隊邀請電機電子領域專家及技術創造力測驗專家召開第一次專家會議，決議採用技術難易度及所需成本兩大向度作為實用性評分標準之依據，再製作出實用性分數表，其評分標準與方式如表 3-1 所示。並邀請電機電子領域專家召開第二次專家會議，針對 95 個答案作討論，決定其技術難易度及成本高低，以得到各答案的實用性分數。表 3-1 實用性評分標準之依據技術難易度低（L）技術難易度中（M）技術難易度高（H）低成本（L）. 3. 2. 1. 中成本（M）. 2. 1. 0. 高成本（H）. 1. 0. 0. 資料來源：徐昊杲等（2008）. 三、電機電子技術創造力測驗施測方式：. 該測驗是紙筆測驗，由施測人員對應試人員進行測驗指導與提示，施測時間為十分鐘，時間到停止再填寫答案並收回測驗卷。四、電機電子技術創造力測驗試題電機電子技術創造力測驗主要是開放性紙筆測驗，共分為二頁，第一頁是填寫受測人之個人基本資料如圖 3-1，第二頁右上方圖示為測驗題目，下方則為答案填寫區，如圖 3-2。 37.

(46) 圖 3-1 電機電子技術創造力測驗封面. 38.

(47) 圖 3-2 電機電子技術創造力測驗作答題本. 39.

(48) 貳、測驗之評分流程實施測驗之後，收回之測驗題本將進行評分，以瞭解應試者在四項創造力指標中的表現。其測驗評分流程如圖 3-3 分別為：答題資料輸入電腦、答案分類與編碼、製作答案獨創力分數表、計算各創造力指分數，以下分別對各個評分步驟說明：. 開. 始. 答案電子化. 答案分類. 製作獨創力反應細項分數表計算各創造力指標分數流暢力變通力獨創力實用性. 結. 束. 圖 3-3 測驗評分流程. 40.

(49) 一、答案電子化由於該測驗是之施測方式採用開放性之紙筆測驗，應試者完成測驗後，回收其測驗題本。測驗評分流程的第一個步驟就是將測驗作答內容，輸入電腦之中，製作應試者答題資料表，以便進行下一步驟的答案編碼與分類，表 3-2 為某位應試者所填寫的答題資料表表 3-2 應試者答題資料表答案编號. 答案內容. 答案 1. 可改變電壓變成電擊棒防身. 答案 2. 增加"加熱棒",可插入水中將水加熱. 答案 3. 紅外線收發器遙控家電產品. 答案 4. 連結保全系統適時發出警報. 答案 5. 增加 LED 燈以備停電照明. 答案 6. 錄音裝置. 答案 7. 溫度感知器,顯示即時溫度. 答案 8. 溼度感知器,顯示室內濕度. 答案 9. 高頻無線電. 答案 10. 記憶體與單晶片微電腦整合所有功能並顯示. 資料來源：本研究自行整理. 二、答案分類與編碼該測驗是之施測方式採用開放性測驗，在給予應試者一個題目後 (如電蚊拍），應試者作答即不受限制，完全依照自身所瞭解的電機電子技術與過去的所學過、看過的各種相關知識與經驗，去構思答案，如表 3-2 為應試者所填寫之答案。由於答案無法進行運算，所以必須把應試者所填寫的答案，進一步加以分類與編碼，分類與編碼的依據是以答案類別表 (如表 3-3）將答案加 41.

(50) 以分類編碼。答案類別表是該測驗在編製時由電機電子專家在專家會議中所訂定出來的，其類別分為 1~20 類，以數字表示其類別編號，其中 19 及 20 類是屬於無效答案。每一類別中又再分為數個細項，以英文字母 A 開始為其細項編號，其全部答案總數共有 101 項，有效答案答案數為 95 項，無效答案答案數為 6 個。表 3-3. 答案類別表第 1 類、【電源裝置】. 答案編碼. 答案內容. 1A. 太陽能充電. 1B. 動能轉電能發電 (手搖式發電、搖動式發電、動能轉電能、電磁感應發電）. 1C. 一般充電 (利用市電充電）. 1D. 提供小電力 (電源延長線、插座、小型儲電機）. 1E. 手機電池充電介面. 1F. 風力發電 (揮拍的風力發電）第 2 類、【發光裝置】. 2A. 殺菌光 (奈米殺菌光、紫外線光）. 2B. 照明功能 (發光、手電筒、LED 照明、燈泡、燈管）. 2C. 指示功能 (七彩燈、彩虹光、電量微弱、電源開啟時、LED 指示、警示燈、雷射筆、過熱警示）. 2D. 光源吸引 (蚊蟲功能捕蚊燈）. 2E. 光能殺紋 (雷射光、強光）第 3 類、【被動式感測裝置】. 3A. 感應蚊子的體溫. 3B. 偵測蚊子的聲音 (震動感應、拍翅頻率）. 3C. 感應蚊蟲的體型大小. 3D. 聲控功能 (用聲控開啟電源）. 3E. 壓力感測 (蚊子重量的感測）. 3F. 計數器. 3G. 觸碰功能 (用觸控或體溫開啟電源）. 42.

(51) 表 3-3. 答案類別表(續) 第 4 類、【主動式感測裝置】. 4A. 紅外線. 4B. 超音波. 4C. 雷達. 4D. 衛星搜尋. 4E. 電磁感應. 4F. 聲納感測距離）第 5 類、【電力調整裝置】. 5A. 改變電壓或電流增加線圈匝數. 5B. 防身電擊棒、電人、防色狼. 5C. 電擊小昆蟲 (小強、蟑螂、蝴蝶、蒼蠅、蛾）. 5D. 電擊小動物 (老鼠、飛禽）. 5E. 電擊小爬蟲 (壁虎、蜥蜴）. 5F. 電擊小魚第 6 類、【小功率發熱裝置】. 6A. 熱能吸引蚊子功能. 6B. 熱能殺死蚊子功能. 6C. 保暖或保溫 (*小暖爐、*小電熱器）*註：沒有加「小」或「迷你」就歸為 20 類大功率家電. 6D. 保利龍切割機第 7 類、【省電裝置】. 7A. 導電性 (提升電阻降）. 7B. 省電功能. 7C. 自動斷電功能第 8 類、【聲音裝置或聲頻裝置】. 8A. 按下開關後，發出音效. 8B. 電蚊子後，發出音效. 8C. 蚊子靠近時發出音效. 8D. 發出聲音 (聲頻、聲波、電波、頻率、音波、超音波）以吸引蚊蟲. 8E. 發出聲音 (聲頻、聲波、電波、頻率、音波、超音波）嚇走或干擾蚊蟲. 8F. 聲音減弱 (消除ㄆ一ㄚ的聲音、聲音小一點）. 8G. 發出聲音嚇阻人或動物、發出聲音求救. 8H. 發出聲音提示電力狀態. 43.

(52) 表 3-3. 答案類別表(續) 第 9 類、【電子控制裝置】. 8A. 微電腦 (控制單晶片）. 8B. 半導體裝置 (積體電路、IC、晶片）. 8C. 人工智慧 (AI）第 10 類、【時間裝置】. 10A. 時鐘 (手錶）. 10B. 鬧鐘 (定時）. 10C. 碼錶 (倒數計時、計時器）第 11 類、【顯示裝置】. 11A. 影像 (液晶螢幕）. 11B. 電量顯示. 11C. 溫度計 (溫度顯示、溼度顯示、熱度顯示）第 12 類、【通訊裝置】. 12A. 一般通訊裝置 (行動電話、大哥大、手機、電話、對講機、無線電、PDA）. 12B. 衛星導航 (GPS）. 12C. 呼叫器 (B.B.CALL）第 13 類、【迷你家電裝置】. 13A. 吸塵器. 13B. 風扇 (電扇、電風扇）. 13C. 刮鬍刀. 13D. 按摩棒. 13E. 刮毛球機. 13F. 小型抽風 (機抽風、吸風、吸蚊子）. 13G. 電療第 14 類、【迷你電子裝置】. 14A. mp3 (播放音樂、ipod）. 14B. 麥克風. 14C. 喇叭 (擴音器）. 14D. 照相機 (數位相機）. 14E. 驗電器 (驗電筆）. 14F. 廣播 (收音機）. 14G. 錄放音機 (錄音筆）. 44.

(53) 表 3-3. 答案類別表(續). 14H. 計算機. 14I. 遙控器. 14J. 遊戲機 (ps.psp.gb）. 14K. 計步器. 14L. mp4. 14M. 音量計 (分貝計）. 14N. 空氣品質偵測器. 14O. 反偷拍感應器. 14P. 滑鼠. 14Q. 驗鈔機 (驗鈔筆）第 15 類、【靜電裝置】. 15A. 靜電感應吸蚊子. 15B. 靜電吸塵 (靜電除塵）. 15C. 靜電吸毛球. 15D. 抗靜電功能第 16 類、【安全裝置】. 16A. 防觸電 (防電擊、安全按鈕、防觸電警鈴）. 16B. 過電流保護 (加裝保險絲、漏電、電流過大自動斷電、遇水自動斷電）. 16C. 過熱保護. 16D. 感應人體體溫在人體體溫溫度下不會導電第 17 類、【防盜裝置】. 17A. 指紋辨識. 17B. 電子式密碼鎖 (按鍵鎖）. 17C. 聲控鎖第 18 類、【磁力裝置】. 18A. 電蚊拍網有磁力. 18B. 金屬探測. 18C. 指南針第 19 類、【與電機電子無關之答案】. 19A. 語意不清例如：僅寫殺菌氣味、除臭、清潔，未描述殺菌氣味除臭、清潔的方式. 19B. 與電子電機無關例如：當作網球拍、烤肉網、改變外型、改變大小、打火機。. 45.

(54) 表 3-3. 答案類別表(續) 第 20 類、【與電機電子有關之答案】. 20A. 語意不清例如：靜電、自動搜尋、自動補蚊、發電機、自動分解、自動清掃。. 20B. 不合電學原理例如：避雷針、αβ射線、手溫發電、超音波殺蚊、聲波殺蚊、電磁波殺蚊、紅外線殺蚊、電磁波吸引蚊子、電磁波干擾蚊子大功率或電力產品例如：燙頭髮、烤肉、煮東西、電磁爐、電視、TV、擴大器、. 20C. 音響、暖爐、點煙器、電腦、燒掉蚊蟲屍體、測速器。現有功能例如：改裝鹼性電池、改裝充電電池。. 20D. 資料來源：徐昊旲等 (2008）. 二、答案分類步驟答案轉換答案步驟為對照答案類別表 (如表 3-3）判斷答案是 1~20 類中之何項答案類別，下一步再從該項類別之細項中判斷答案為何。其步驟如圖 3-4 如示：答案. 答案類別大項. 答案類別細項. 答案類別編碼. 文字答案. 判斷類別. 判斷細項. 答案碥碼. 圖 3-4 答案分類步驟. 以表 3-2 應試者答題資料表應試者所填寫的答案為演算範例：範例 1：答案「可改變電壓變成電擊棒防身」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 5 類、【電力調整裝置】」，從第 5 類中再比對其中答案內容後是屬於「防身電擊棒」這一項，所以這個答案的答案為「5B」。範例 2：答案「增加"加熱棒",可插入水中將水加熱」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 20 類、【與電機電子有關之答案】」，在第 20 類中再比對其中答案內容後後是屬於「大功率或電力產品」這一項，所以這個答案答案為「20C」。. 46.

(55) 範例 3：答案「當紅外線收發器遙控家電產品」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 4 類、【主動式感測裝置】」，在第 4 類中再比對其中答案內容後是屬於「紅外線」這一項，所以」這個答案答案為「4A」。範例 4：答案「連結保全系統適時發出警報」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 20 類、【與電機電子有關之答案】」，從第 20 類中再比對其中答案內容後是屬於「語意不清」這一項，所以這個答案的答案為「20A」。範例 5：答案「增加 LED 燈以備停電照明」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 2 類、【發光裝置】」，在第 2 類中再比對其中答案內容後後是屬於「照明功能」這一項，所以這個答案答案為「2B」。範例 6：答案「錄音裝置」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 14 類、【迷你電子裝置】」，在第 14 類中再比對其中答案內容後是屬於「錄放音機」這一項，所以這個答案答案為「14G」。範例 7：答案「溫度感知器,顯示即時溫度」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 20 類、【與電機電子有關之答案】」，從第 20 類中再比對其中答案內容後是屬於「語意不清」這一項，所以這個答案的答案為「20A」。範例 8：答案「溼度感知器,顯示室內濕度」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 11 類、【顯示裝置】」，在第 11 類中再比對其中答案內容後後是屬於「溫度計 (溫度顯示、溼度顯示、熱度顯示）」這一項，所以這個答案答案為「11C」。範例 9：答案「高頻無線電」在對照表 3-3 答案類別表後，是屬於「第 12 類、【通訊裝置】」，在第 12 類中再比對其中答案內容後是屬於「一般通訊裝置 (行動電話、大哥大、手機、電話、對講機、無線電、PDA）」這一項，所以這個答案答案為「12A」。. 47.