結合感知玩具與電子書於兒童學習之互動設計 - 政大學術集成

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(1) . 國立政治大學數位內容碩士學位學程 Master's Program in Digital Content & Technologies National Chengchi University 碩士論文 Master's Thesis. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 結合感知玩具與電子書於兒童學習之互動設計 Designing a children's learning app with tangible toys. ‧ er. io. sit. y. Nat. n. al 研究生：曾韻如 Yun-Ju Tseng iv Ch. n engchi U. 指導教授：余能豪 Neng-Hao Yu 吳岳剛 Yueh-Gang Wu. 中華民國一百零一年七月 July 2012. . 2 .

(2) . 摘要近幾年平版電腦興起，觸控式平板之操作介面簡單直覺，學習曲線低，很適合小朋友來操作，已逐漸被使用在教育市場中。回顧教育學家所提出之學習理論，我們發現感官和四肢，是嬰幼兒時期主要的發展任務，也是幼兒智慧發展的根源，然而平板電腦缺乏實物的觸覺感知，平面的觸控體驗大幅限制了兒童的感官知能。因此本創作旨在針對 3~6 歲的小朋友，設計一套結合觸控平板之實體感知玩具（Tangible Toys），並延續福祿貝爾與蒙特梭利對於觸覺學習. 政治大. 的教育理論，實作兩種運用於平板與感知玩具的遊戲學習模式，提. 立. 供新型態的互動學習體驗。小朋友在本創作設計之遊戲學習過程中. ‧ 國. 學. 使用到手的操作與觸覺感知，藉由有趣的感官互動，增加小朋友的學習興趣。. ‧. 我們提出兩種英文單字的學習模式，並觀察與分析兒童使用感. y. Nat. io. sit. 知玩具在平板上的操作行為，作為未來「數位教具」與「平板」結. er. 合的參考依據，本創作所發展之技術亦可輔助觸控式平板發展多樣. n. a. v. l C 化之「數位教具」。綜合所述，本創作完成目標如下： ni. hengchi U. • 互動學習體驗：以感知玩具結合平板的互動形式帶給兒童新型態的互動學習體驗。 • 兒童探索學習：透過感知玩具刺激兒童的學習興趣，利用不同的玩偶讓兒童嘗試去探索關聯式的單字。 • 操作經驗分析：分析兒童對於感知玩具的使用經驗與操作，作為未來「數位教具」與「平板」結合的參考依據。. 關鍵字：數位教具、感知學習、遊戲學習、感知玩具、平板電腦. .

(3) . Abstract Touch-based tablets have grown extremely rapidly in recent years. Since the touch-based interface is simple, intuitive and easy to learn, touch-based tablets have been adopted quickly in the Education market. However, touch-based tablet lacks tangible and tactile feedback, thus it constrains children’s learning ability of sensations. In this paper, we aimed at 3~6 years old children and designed a children’s learning app with tangible toys on the tablet. By extending Frobel and Montessori’s tactile learning theory, we implemented two game-based learning. 政治大 We conducted the preliminary. applications with tangible toys to bring a novel interactive learning. 立. experience for children.. study of 4. ‧ 國. 學. kindergarten children. The result showed that children were interested in tangible toys and had more fun in the learning activities. Finally, our. ‧. capacitive tags can be used to design various forms of digital. y. sit. . Nat. manipulatives on the tablets.. n. al. er. io. keyword：digital manipulatives, tangible learning, game-based learning, tangible toy, tablet. . Ch. engchi. 3 . i Un. v.

(4) . 謝誌兩年前，懷抱著對互動領域的憧憬加入了數位內容大家庭。兩年後，帶著滿滿所學進入社會。在充實又愉快的研究過程中遇到了許許多多的貴人，才能讓這論文順利完成。首先要感謝的就是媽媽，因為有妳的支持以及不斷的加油打氣，給予我兩年繼續深造的機會，也讓我可以朝我的興趣邁進。再來感謝我所有的家人這兩年來不時的關心與鼓勵，因為妳們的支持才讓我研究生涯有繼續前進的力量。感謝余能豪老師一年多來的指導，過程中老師不斷將自己在人. 政治大. 機互動、使用者經驗、介面設計等經驗傾囊相授外，並經常教育我. 立. 研究的本質與學習比例拿捏，當初若沒有遇到老師，我想我可能還. ‧ 國. 學. 在黑暗中摸索未來的方向吧！而因為老師不厭其煩的修正、建議與指導，我才能順利完成此論文，非常謝謝您。再來感謝吳岳剛老師. ‧. 在學習的過程中給予無數的建議與想法，只為了讓我能順利撰寫論. y. Nat. io. sit. 文、完成碩士並邁入職場，非常謝謝您。特別感謝台科大梁容輝老. n. al. er. 師不吝的將感知物件等專業建議提供給我，讓我的論文能夠更上一層樓。. Ch. engchi. i Un. v. 最後，感謝所有數位內容的老師與同學們，我很榮幸成為數位內容的一員，因為進入數位內容的殿堂，讓我迷惘的人生有了不同的學習方向。因為有無數不同領域集結而成的數位內容，讓我研究所生涯變得更不一樣，除了提升了視野與經驗交流外，在這階段交的朋友更是一生難尋，大家彼此扶持、合作專業、一起前進、一起玩互動並創造我們共同的回憶，我將把這兩年的感動與所見所學帶到未來並成為我前進的力量，我愛數位內容，謝謝你們！. . 4 .

(5) . 目錄摘要 ...................................................................................................................................................... 2 英文摘要 ............................................................................................................................................. 3 目錄 ...................................................................................................................................................... 5 圖目錄 ................................................................................................................................................. 7 表目錄 ................................................................................................................................................. 9 第 1 章緒論 ................................................................................................................................ 10 1.1 研究背景與動機 ................................................................................................................................. 10 1.1.1 平板作為學習工具 ............................................................................................................... 10 1.1.2 . 手部操作對兒童的重要性 ................................................................................................. 11 . 1.1.3 . 遊戲學習對兒童成長的影響 ............................................................................................ 12 . 1.2 1.3 1.4 . 研究目的 ................................................................................................................................................ 13 研究問題 ................................................................................................................................................ 13 研究架構與流程 ................................................................................................................................. 14 . 立. 政治大. ‧ 國. 學. 第 2 章文獻探討 ....................................................................................................................... 15 2.1 教育學家理論 ...................................................................................................................................... 15 2.1.1 認知發展 ................................................................................................................................... 16 教育學家對兒童時期發展的見解 .................................................................................. 17 . 2.1.3 . 學習物件 ................................................................................................................................... 20 . ‧. 2.1.2 . y. sit. er. al. iv n C 電腦輔助感知學習 ............................................................................................................................ 32 hengchi U 平板學習類應用程式 ....................................................................................................................... 41 悅趣式學習 .............................................................................................................................. 30 . n. 2.2.3 2.3 2.4 2.5 . 遊戲學習與相關理論 .......................................................................................................... 29 . io. 2.2.2 . Nat. 2.2 遊戲學習 ................................................................................................................................................ 27 2.2.1 遊戲與探索行為 .................................................................................................................... 27 . 小結 .......................................................................................................................................................... 43 . 第 3 章作品設計 ....................................................................................................................... 45 3.1. 創作概念說明 ...................................................................................................................................... 45 3.2. 感知玩具設計 ...................................................................................................................................... 47 3.2.1 玩具設計 ................................................................................................................................... 47 3.2.2 . 玩具底座：底座感測程式 ................................................................................................. 48 . 3.3. 剪貼簿模式設計 ................................................................................................................................. 51 3.3.1 剪貼簿模式流程架構 .......................................................................................................... 51 3.3.2 . 剪貼簿模式內容設計 .......................................................................................................... 52 . 3.3.3 . 剪貼簿模式互動設計 .......................................................................................................... 53 . 3.4. 單字動畫模式設計 ............................................................................................................................ 57 3.4.1 單字動畫模式流程架構 ...................................................................................................... 58 . . 5 .

(6) . 3.4.2 . 單字動畫模式互動設計 ...................................................................................................... 59 . 第 4 章系統評估 ....................................................................................................................... 62 4.1 系統評估原型 ...................................................................................................................................... 62 4.2 評估方法與流程 ................................................................................................................................. 63 4.3 使用者回饋 ........................................................................................................................................... 66 4.4 訪談與結果 ........................................................................................................................................... 71 第 5 章結論與未來展望 ......................................................................................................... 72 5.1 限制 ......................................................................................................................................................... 72 5.2 結論與設計建議 ................................................................................................................................. 72 5.3 未來展望 ................................................................................................................................................ 76 參考文獻 .......................................................................................................................................... 79 附件 ................................................................................................................................................... 84 . 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. 6 . i Un. v.

(7) . 圖目錄圖 1 直覺的觸控介面可讓兒童輕易使用 ..................................................................... 10 圖 2 研究架構與流程 ....................................................................................................... 14 圖 3 十六到十九世紀教育學家對於兒童時期發展的觀點(Silber, 1960) ................. 19 圖 4 兒童 0~6 歲敏感期整理 ........................................................................................... 21 圖 5 蒙特梭利教具............................................................................................................ 21 圖 6 福祿貝爾的二十種恩物........................................................................................... 22 圖 7 三項教具設計方向與其歷史演進（本研究整理） ............................................ 26 圖 8 Hutt 針對幼兒玩新奇玩具所表現行為的圖說..................................................... 28 圖 9 任務指令：The Art of Imitation，學習到關於 Zacharias Jansen 發明複合式顯微鏡的歷史 ................................................................................................................ 30 圖 10 Eyetoy:EduKids 的數學遊戲介面 .......................................................................... 31 圖 11 Programmable Bricks 的感測溝通 .......................................................................... 33 圖 12 串珠的連結形式 ..................................................................................................... 33 圖 13 使用者組合可觸式三角形元件，元件連結啓動網頁說故事 ......................... 34 圖 14 StoryMat 兒童可在上面玩耍兼說故事 ................................................................ 34 圖 15 Zowie Smart Toys 電腦介面與角色之互動方式 ................................................ 35 圖 16 組合的立體模型與對應的電腦螢幕呈現 ........................................................... 35 圖 17 在 Jabberstamp 鑲嵌聲音紀錄器，讓兒童邊說故事邊畫畫 ............................ 36 圖 18 smart blocks 的立方體以及問題卡 ....................................................................... 36 圖 19 更新表面積數值 ..................................................................................................... 37 圖 20 NIKVision 桌面互動示意圖 .................................................................................. 37 圖 21 算術遊戲 .................................................................................................................. 37 圖 22 兒童根據畫面的情境畫出被截取圖案，並與畫面中的圖案互動 ................ 38 圖 23 上方：組合;下方：調整 ....................................................................................... 38 圖 24 觸控桌 NetLogo 介面與兒童們操作工具行為 ................................................... 39 圖 25 Portico tabletgotchi app ............................................................................................. 39 圖 26 具有各種形狀顏色的樂高玩具 ............................................................................ 47 圖 27 以樂高玩具拼湊出想像的大樹 ............................................................................ 47 圖 28 以樂高玩具拼湊出想像的兔子 ............................................................................ 48 圖 29 電容底座偵測圖示流程......................................................................................... 49 圖 30 電容底座（底座 01 ：大樹爺爺） ..................................................................... 50 圖 31 電容底座（底座 02：兔子媽媽） ...................................................................... 50 圖 32 剪貼簿模式操作流程圖......................................................................................... 52 圖 33 兔子媽媽與大樹爺爺在不同場景下有不同的朋友 (關聯式單字)................. 52 圖 34 兔子媽媽在草地的朋友......................................................................................... 53 圖 35 大樹爺爺在草地的朋友......................................................................................... 53 圖 36 兔子媽媽在院子內的朋友 .................................................................................... 54 圖 37 大樹爺爺在院子內的朋友 .................................................................................... 54 圖 38 將兔子媽媽出現的朋友拖拉至場景中 ............................................................... 55 圖 39 換上大樹爺爺，並將大樹爺爺的朋友拖拉至場景中 ..................................... 55 圖 40 點擊學習每個朋友的英文單字 ............................................................................ 56. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. 7 . i Un. v.

(8) . 圖 41 實體物件與虛擬動畫的連結度 ............................................................................ 57 圖 42 單字動畫模式操作流程圖 .................................................................................... 58 圖 43 觸發感知玩具的感應區......................................................................................... 59 圖 44 感知玩具放上後觸發的互動動畫........................................................................ 59 圖 45 消防車數位互動 ..................................................................................................... 60 圖 46 燈塔數位互動.......................................................................................................... 60 圖 47 公雞數位互動.......................................................................................................... 61 圖 48 系統設計評估流程 ................................................................................................. 65 圖 49 加入更詳細的操作說明......................................................................................... 67 圖 50 模仿虛擬世界的圖像 ............................................................................................. 69 圖 51 小男孩教小女孩操作互動 .................................................................................... 70 圖 52 旋轉與移動感知玩具示意圖 ................................................................................ 76 圖 53 感知玩具與平板的互動......................................................................................... 77. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. 8 . i Un. v.

(9) . 表目錄表 1 皮亞傑兒童認知發展階段表 .................................................................................. 16 表 2 蒙特梭利的兒童發展五階段表(M. Montessori, 1949) ......................................... 20 表 3 蒙特梭利、福祿貝爾、杜威之比較（本研究整理）........................................ 23 表 4 認知學派遊戲理論整理(Johnson, 1987) ............................................................... 29 表 5 平板電腦應用於教育類應用程式的清單 ............................................................. 42 表 6 兒童基本資料紀錄卡 ............................................................................................... 63 表 7 系統評估時間規劃 ................................................................................................... 64 表 8 兒童訪談問題............................................................................................................ 64. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. 9 . i Un. v.

(10) . 第1章緒論 1.1 研究背景與動機小時候，我們都曾有過拿到新玩具無比興奮的感覺。當拿到父母買的娃娃會迫不及待的想要開始玩扮家家酒或是找鄰居或親戚一起玩大富翁遊戲，亦或是拿到積木就開始享受堆疊積木建構房子的成就感，可以想像，小孩子對於玩具與遊戲的興趣常常大於制式化的學習，所以我們認為把遊戲的情境帶到學習裡面是很重要的。. 1.1.1 平板作為學習工具. 政治大他們以手指觸控、並感受平板電腦的視覺回饋，只需動動手指，小朋友就可以立近年來，平板電腦的興起，其直覺式的觸控介面讓小朋友更容易操作，. 從 9.7 吋的螢幕中體驗到各種軟體帶給他們的樂趣，再加上多點觸控與三軸感. ‧ 國. 學. 應等多元的感測方式，讓平板應用於教育與遊戲學習的可能性大幅提升。由此可見，未來教室與家庭不再是單純紙本教育的時代，在學習的過程中加入各類. ‧. 科技產品和互動元素，這對於開創小朋友的學習體驗與創造力將帶來很大的助. Nat. n. al. er. io. sit. y. 益。我們認為，科技的快速演進，正引領著多元載具學習時代的來臨。. Ch. engchi. i Un. v. 圖 1 直覺的觸控介面可讓兒童輕易使用. 平板電腦是一種小型、方便攜帶的個人電腦，以觸控式螢幕作為基本的輸入裝置。市面上的平板電腦琳琅滿目：Apple iPad、Samsung NP-Q1、Motorola Xoom、Samsung Galaxy Tab 10.1. 等等，而本研究將以平板電腦作為載具，並選. 擇市占率較高的 iPad 為主要討論對象。. . 10 .

(11) . 此外，平板內含的多媒體互動功能，更是帶來了全新的感官體驗。在 App Store 裡，清晰明確的軟體分類，給家長更快速且多元的 App 選擇。對於先進國家的家長與孩童來說，教育類別下的商業軟體五花八門，難以選擇，所以針對這部份，App store 還特別分出了教育類別的軟體，讓家長可以快速的從 App Store 中的軟體分類中找到適合自己孩子的軟體。其中包括「Apps for kids」、「Games for kids」、「School app」等針對孩童教育學習而設計的軟體，豐富多元的軟體內容設計為兒童的學習帶來許多的趣味，同時也為遊戲加入了學習價值。. 1.1.2 手部操作對兒童的重要性雖然平板的多功性，在孩子的教育上為家長帶來許多便利，透過簡便的. 政治大平板運用在教育上，對於孩童的學習發展仍有所限制，尤其是 3~6 歲的幼童，立. 觸控操作，以及視覺、聽覺等不同面向帶給孩童豐富的互動和感官回饋，然而. ‧ 國. 學. 正處於透過各種「手部」動作來探索、學習的成長階段，以觸覺感知世界的練習對他們的學習發展而言具有重要的幫助，而這部份正是平板所無法提供的。. ‧. 蒙特梭利是最早提出感官訓練學習的教育家。蒙特梭利主張孩子的早期教育應該以感官訓練為主，對於 3~6 歲的小孩，他們用感覺器官來探索與認識身邊的. y. Nat. sit. 世界，透過觸感、聽覺、視覺等等感官探索，並藉由行走、觸摸來獲得各種能. n. al. er. io. 力和技巧(Maria Montessori, 2003)。這樣的感覺訓練能夠讓孩子的感覺器官變得. i Un. v. 更加敏銳，能夠培養孩子專注力、意志力、觀察能力及判斷能力。在蒙特梭利. Ch. engchi. 的教育體系中，感官教育具有特別重要的地位，蒙氏指出「智能的培養首先依賴感覺，利用感覺蒐集事實，類別它們。」蒙特梭利博士還強調：「手是小孩最主要的老師」。學習必須專心，而讓小孩專心的最好方式是，使他將注意力專注在某一項用「雙手」操作的工作上(Wolf, 2009)。而另一位主張實物操作的教育學家福祿貝爾則提倡將實體物件應用於幼兒教育裡面，他設計了一系列（球、磚塊等）的物件，小孩子可以藉由玩這些物件（恩物 gift）的過程中學習到數字、形狀、大小、顏色等抽象元素，讓小朋友可以從具體操作中學習到抽象概念。所以本研究以「手部操作」的原則，將此概念結合到平板電腦的遊戲學習裡面，讓小朋友在操作平板電腦的過程中，藉由實體物件與平板電腦的溝通，使小朋友沈浸在遊戲學習的氛圍裡。. . 11 .

(12) . 1.1.3 遊戲學習對兒童成長的影響遊戲是兒童成長不可或缺的活動，兒童從遊戲過程中認識世界，並從中獲得成長，故遊戲之於兒童也是一種學習，而這種學習是兒童積極、主動、自發的，且不具固定的形式與規則。在遊戲的過程中，兒童獲得極大的自我實現感、愉快感與滿足感，所以遊戲是兒童成長過程中的最佳良伴(Wang, 95AD)。 Andy Anderson 說過一段話：「孩子沉醉在天真無邪的遊戲裡，透過遊戲，我們不但能夠促進感官的發展，同時也從行動當中體驗身體的美妙。而從遊戲經驗的感受中，孩子們獲得了發展上的助益，大人們也同時得到了啟發」。 Prensky 也說過，讓學習者處在充滿挑戰的學習環境，不僅讓學習者沈浸在遊戲. 政治大我們知道，遊戲應用於教育對小朋友來說，不但是感官上的促發，還強化了兒立的過程中還將其遊戲中的學習經驗帶入現實生活中(Prensky, 2007)。從過去研究. ‧ 國. 學. 童的學習動機與滿足感。. 而玩具是孩子成長過程的重要玩伴，每個玩具在不同階段扮演重要角色。. ‧. 從以前到現在，玩具的影子就曾出現在媒體或是生活中，最著名的例子就是皮克斯公司跟迪士尼於 1995 年合作推出與玩具有關的動畫長片「Toy Story 玩具總. y. Nat. n. al. er. io. 不會抹滅的回憶。. sit. 動員」，這意味著玩具在每個人心中從小建立起的份量，直到成年人也是一個. i Un. v. 本創作嘗試結合玩具、平板、觸覺與遊戲並針對 3~6 歲的小朋友，設計. Ch. engchi. 出一套在平板上操作的實體感知玩具（Tangible Toys）。希望小朋友在遊戲過程中使用到手的觸覺感知，結合平板電腦的各種感官互動，進行遊戲學習，達成新的學習體驗與效果。. . 12 .

(13) . 1.2 研究目的本創作以感知玩具為基礎，發展出感知玩具配合平板應用程式的教育遊戲，在學科學習的過程中融入遊戲的互動體驗，讓小朋友在與 App 互動的過程中，配合未知的互動想像，讓教學不再呆板無趣，並達到新的學習體驗與效果。以下三項是本研究三個主要研究元素： a. 互動體驗：利用實體感知玩具與平板電腦的結合達成新的互動學習體驗。 b. 教育：透過兒童熟悉的感知玩具，刺激兒童探索字母的延伸單字。 c. 遊戲：以遊戲學習的方式提升兒童的學習興趣。整理以上三點，本創作希望以遊戲的方式，讓兒童沈浸在遊戲的過程裡面，在實體感知玩具與平板電腦的結合下玩遊戲，兒童使用到手的觸覺感知並. 政治大進而刺激兒童的學習效果，並在學習的過程中給予兒童新的互動體驗，最後達立. 操作放在平板電腦上的玩具，藉由有趣的視覺與觸覺互動引發兒童的學習興趣，. ‧ 國. ‧. 1.3 研究問題. y. Nat. io. 感知玩具的結合是否能帶來新的學習體驗？. n. al. sit. 以教育來說，不同的互動模式帶來不同的學習體驗，而平板電腦與實體. er. •. 學. 成在遊戲中教育兒童的目的。. i n C U hengchi 式的單字與吸引兒童主動學習？. v. •. 以不同的感知玩具與新的學習體驗，來瞭解兒童是否會嘗試去探索關聯. •. 探討3~6歲的兒童操作感知玩具（Tangible Toy）結合平板（Tablet）的行為與互動經驗為何？以作為日後研究人員的參考。. . 13 .

(14) . 1.4 研究架構與流程. 本研究嘗試針對3~6歲的小朋友，設計出一套在平板上操作的實體感知玩具（Tangible Toys）。希望小朋友在遊戲過程中使用到手的觸覺感知，結合平板電腦的各種感官互動，進行遊戲學習，達成新的互動學習體驗。. 1. 探討感知玩具結合平板電腦是否達成新的學習體驗？ 2. 新的互動學習體驗是否吸引小朋友的主動學習？ 3. 分析兒童在感知玩具與平板間的使用行為。. 政治大. 1. 教育學家之學習物件與觸覺探討(ex:蒙特梭利...) 2. 以遊戲方式學習對小孩子的幫助(game-based learning) 3. 感知玩具與學習(tangible learning). 立. ‧. ‧ 國. 學. Nat. 剪貼簿模式（sketch book）. n. Ch. engchi. 圖 2 研究架構與流程. 14 . er. io. al. sit. 感知玩具設計（材質、顏色....）. i Un. 單字動畫模式（animation mode）. . y. 感知底座設計. v.

(15) . 第2章文獻探討本創作在探討感知玩具在平板電腦上的互動遊戲學習是否能達到新的學習體驗，並瞭解不同的感知玩具，是否會觸發兒童主動嘗試探索關聯式的單字，最後分析兒童操作感知玩具（Tangible Toy）於平板（Tablet）上的行為，以作為日後研究人員的參考資料。依據本創作的相關理論與背景資料將分成： •. 第一節教育學家理論：根據從古到今教育學家的學習理論，探討教育學家對於小孩學習發展的相關研究。. •. 第二節遊戲學習理論：探討小孩在遊戲的情境下的學習發展。. •. 第三節感知學習：延續教育學家對於小孩發展的相關研究，探討各種感知學習教具的應用。. •. 政治大. 第四節、第五節商業應用軟體案例與小結：分析各種在平板電腦上的應. 立. 用學習軟體與針對小孩學習發展的商業應用產品。. ‧ 國. 學 2.1 教育學家理論. ‧. 兒童時期被視為能力養成的重要階段(王克先, 1982)。針對人的發展，發. Nat. sit. y. 展心理學家將人生劃分為好幾個階段，主要集中在 2~12 歲之間，對於發展心理. er. io. 學家而言，兒童僅僅是人生的某一階段，但卻是人生發展重要的關鍵期。心理. al. iv n C 這個時期最適合學習某些行為，而兒童時期則被視為能力養成的關鍵時期。所 hengchi U n. 學上有個名詞叫關鍵期(critical period)，指一個人在發展過程中有特殊的時期，. 以，本節追溯從古到今教育學家的學習理論，探討教育學家對於兒童學習發展關鍵期間應給予的學習見解。. . 15 .

(16) . 2.1.1. 認知發展. 認知心理學，是研究思維發展的過程、規律與科學，隨著年齡的成長，不同時期的兒童也會有不一樣的思考行為與動作，所以當我們在設計學習物件時，我們必須針對各時期的認知發展給予最適合的學習物件。也就是說在探討教育學家對於學習物件的研究領域前，我們必須先瞭解關於兒童在認知心理學上的發展。瑞士的心理學家兼哲學家皮亞傑就曾在其著作《兒童心理學》將兒童分成幾個階段(Piaget,J. & Inhelder, 1962)：. 表 1 皮亞傑兒童認知發展階段表. 階段. 年齡. 立 0~2 歲. 感覺動作期. 治政特徵大 1. 感受外界刺激. ‧ 國. 學. 2. 本能性反射動作(王文科, 1983). （sensorimotor）. 2~7 歲. ‧. 前運思期. 3. 物體恆存概念(林美珍, 1996) 本研究著重在此階段的兒童發展特徵。 1. 不可逆：無法思考抽象符號的轉換，例如，a=b且a=c，他們無法聯想a=c這件事情。. n. al. er. io. sit. y. Nat. （preoperational）. Ch. i Un. v. 2. 知覺集中，中心化：只能從某一. engchi. 面向看事物，無法瞭解守恆概念，例如，不同形狀的容器，他們會認為都是不同體積的容器。. 具體運思期. 1. 具邏輯思考，但對於純粹語言或. 7~11 歲. （concrete. 抽象問題仍較難思考(王文科,. operations）. 1983) 2. 具可逆性. 形式運思期（formal. 1. 可假設、演繹. 11 後. 2. 可推理歸納. operations）. . 16 .

(17) . 針對皮亞傑將兒童認知階段的分類，本創作的兒童族群著重在「前運思期」的兒童為主，並整理出在此時期設計教學物件時應該注意的方向： a. 簡單抽象元素：此時期的兒童開始可以以抽象符號代表實物，也就是說，當我們在設計學習物件的時候可以加入簡單的抽象元素。 b. 設計與兒童相關的物件：此時期兒童的邏輯思考較偏重於與自己相關的事物上面，所以在設計教學物件時，不可偏重於冷門的象徵物件。 c. 不考慮可逆設計：在數學教學設計時，1+5=6，不等於他們瞭解6-5=1。. 2.1.2. 教育學家對兒童時期發展的見解. 從古到今，教育學家提出諸多利於兒童發展的見解，整理如下：. 2.1.2.1. 柯米紐斯（Amos Comenius , 1592-1670）. 政治大. 柯米紐斯的《大教育學》被史學家稱作教育體系內最早、最有體系的教. 立. 育學。柯米紐斯的教育方法倡導兒童在自然的狀態下學習，由淺入深的學習，. ‧ 國. 學. 且認為教學的過程中應該由實質具體內容到抽象的概念，也就是學習內容應該是具體的自然實物，人類的知識應儘量避免來自書本，應該從自然的觀察中獲. ‧. 得(Piaget,J. & Inhelder, 1962)。像是當我們學習自然界的單字，應結合外感官. y. Nat. （眼、耳、鼻、舌、手）與內感官（想像、常識、記憶），掌握合適的情境，. io. sit. 讓學習更有效果(賈馥茗、林逢祺、洪仁進、葉坤靈, 2003)。柯米紐斯的直觀教. n. al. er. 學，讓兒童藉由五種感官的探索與分析判斷，配合情境的加值，養成兒童獨立. i Un. v. 思考的能力，讓兒童在最自然的狀態下可以將抽象概念（例如：tree）與相對應. Ch. engchi. 的實物（例如：樹木）做連結，達到好的學習效果。. 2.1.2.2. 洛克（John Locke , 1632-1704）. 洛克為啓蒙前期的教育思想家，洛克《人類悟性論》中認為知識的獲得是由後天的經驗所得來的，他將兒童的心智（mind）比喻為「白板」(tabula rasa)，兒童的發展一切由環境決定，兒童的心智是可以被塑造的，所以教育的功能就是要在人類如白板的心靈中，不斷的增加知識，再以這些知識，擴充更多的經驗知識，進而累積知識，也就是知識從經驗中學習(Locke, 1693)。兒童的發展經過洛克類似於「環境論」與「經驗論」的詮釋可以看出，兒童的本質沒有好或是壞，他們的發展端看兒童的經驗與學習到的知識，所以教育成為兒. . 17 .

(18) . 童的重要課題，而在這之間，「環境」與「經驗」卻也是影響兒童發展過程的重要因素。. 2.1.2.3. 盧梭（Jean Jacques Rousseau , 1712-1788）. 18世紀的盧梭是自然主義教育思想的創始人，強調遵循自然法則的教育與民主思想。盧梭的《愛彌兒》教育提倡兒童在「自然中」與「體驗中」學習。其中一個著名的情境教學例子是：書中，愛彌兒不會辨別方向，有次教師把他帶到大森林裡，由他自己辨別方向，但愛彌兒找不到路，老師趁著這個教育時機跟他說：「中午的樹影朝北，應根據樹影辨別方向尋找回家的路。」這是利用大自然的情境，指導學生解決問題(Locke, 1693)。從盧梭的觀點我們可以看. 政治大止兒童觸碰新事物，而是應該在不論結果好壞的情況下，讓他們盡量嘗試，直立到，盧梭提倡兒童在「經驗」中學習，當兒童接觸到新事物，教育者不應該阻. ‧ 國. 裴斯塔洛齊（Johann Heinrich Pestalozzi , 1746-1827）. ‧. 2.1.2.4. 學. 到他們瞭解以及學到經驗為止。. y. Nat. 裴斯塔洛齊主張實物教學與感官學習， “ Thinks before words,concrete. io. sit. before abstract”，小朋友在感官察覺中學習，最後再進入到抽象概念(Pestalozzi,. n. al. er. 1803)。也就是說，他期望兒童透過自我感官的敏銳觀察，在兒童心中產生影像. i Un. v. 進而認識事物以及學習知識，也就是說教材的呈現必須由簡單逐漸地進入到困. Ch. engchi. 難，使兒童透過觀察統整其內心的經驗，最後找出教材中的共同元素以發現事物的原理原則，讓兒童在「經驗中」學習(韋志成, 1996)。對於教學，裴斯塔洛齊的教學方法著重於培養兒童感官察覺事物的能力，他將自然主義的理論應用到教學上，並強調兒童應在「經驗中」學習。除了感官教育外，裴斯塔洛齊還主張兒童在接觸事物時，應有三個基本能力：「數」（Number）、「形」（Form）、「語」（Language）(Heafford, 1969)。意思是，當兒童觀察到一群小動物時，應該說出那群小動物有幾隻，小動物的外型為何，應該如何形容那群小動物。目的是讓培養兒童思考與解決問題的能力，而不只是填鴨式的背誦課本。. . 18 .

(19) . 綜合十六到十九世紀教育學家對於兒童時期發展的見解來看（如下圖），教育學家普遍認為兒童發展的關鍵時期是學習的好時機，而在學習的關鍵時期，教育者應該注重的方向整理成三大類： a. 「自然學習」：與大自然接觸，跳脫書本的框架，例如在學習英文(apple) 抽象符號時，可以直接以實物對應到抽象符號，讓兒童將兩者有視覺上的連結。 b. 「經驗學習」：接觸大自然的過程中的體驗學習。 c. 「感官學習」：當兒童在接觸大自然時候，應善用感官並且與想像結合最後內化成兒童自己的知識。. 立. 柯米紐斯1592-1670. 政治大盧梭1712-1788. 裴斯塔洛齊1746-1827. ‧. ‧ 國. 學. 洛克1632-1704 1. 自然狀態下學習 1. 經驗論：知識為後 2. 感官學習天經驗學習而來 3. 抽象概念與實物的 2. 環境論：兒童心智結合發展由環境決定的. 1. 自然狀態下學習 2. 體驗學習. n. al. er. io. sit. y. Nat. 1. 感官學習 2. 經驗學習：接觸事物時，「數」、「形」、「語」的能力. Ch. engchi. i Un. v. 圖 3 十六到十九世紀教育學家對於兒童時期發展的觀點(Silber, 1960). . 19 .

(20) . 2.1.3. 學習物件（learning object）. 追溯教育的歷史，針對學習物件相關領域的研究，可就三大教育學家的理念延伸出三大數位學習物件的設計方向：福祿貝爾之立體建構、蒙特梭利之虛擬概念探索、杜威之角色扮演。. 2.1.3.1. 蒙特梭利（Montessori , 1870-1952）. 蒙特梭利理念有幾個重要的特點： a. 蒙特梭利將兒童的生長分成五發展階段(M. Montessori, 1949)：. 表 2 蒙特梭利的兒童發展五階段表(M. Montessori, 1949). 階段一. 出生～三歲. 嬰兒時期. 階段二. 三歲～六歲. (Infancy). 階段三. 六歲階段. 階段四. 六歲～九歲. 政治吸收性心智的有意識階段大. 立兒童期. 兒童想像力、創造力開始發展. ‧ 國. (Childhood). 各項學習能力的發展，對事物有辨識力. ‧. 九歲～十二歲. 有意識學習，非本能需求學習. n. al. er. io. sit. y. Nat. b. 敏感期學習：. 學. 階段五. 吸收性心智的無意識階段. i Un. v. 蒙特梭利發現兒童的敏感期集中在 0~6 歲吸收性心智時期，兒童敏感期. Ch. engchi. 為學習的最佳時機，在敏感時期，兒童對一切充滿熱情，每達成一項目標都顯示著他們力量的增強(Maria Montessori, 2003)，本創作將兒童敏感期整理如下圖，在這張圖中，我們發現小朋友的感官敏感時期是在 3~6 歲的年齡層，所以我們將此創作的年齡層定位在 3~6 歲的小朋友。. . 20 .

(21) . 2.5 4.5 3.5 0 1 1 0. 1. 2. 立. 治4 3 政大. 5. 6. 圖 4 兒童 0~6 歲敏感期整理. ‧ 國. 學. c. 具有吸收性心智(Maria Montessori, 1994)： 0~3 歲：無意識吸收性心智。. •. 3~6 歲：有意識吸收性心智。. ‧. •. sit. y. Nat. d. 注重感官與手部活動：. io. al. er. 成年人害怕孩童伸出小手觸碰家中的一切事物，一方面害怕孩童受傷，. n. 一方面害怕家裡被搞得很混亂，但家長的舉動卻也讓小孩的發展受到限制。. Ch. i Un. v. 「動手」是敏感期必須的，兒童在此時期努力「模仿」成年人動作(Maria. engchi. Montessori, 1994)。但兒童的「模仿」與鸚鵡模仿人類說話是不一樣的，兒童的「模仿」代表著一項建設性的活動，他「已經」知道自己要做什麼了，只是他想自己嘗試看看。所以，針對兒童想要操作任何事物的動作，蒙特梭利發展出一系列的「教具」，藉以訓練兒童的感官。. 圖 5 蒙特梭利教具. . 21 . age.

(22) . 2.1.3.2. 福祿貝爾（Froebel , 1782-1852）. 福祿貝爾為第一位創立幼稚園的人。福祿貝爾提倡實物操作，他設計出具有發展價值的玩具，並且取名為「恩物」 (gifts)，其設計恩物的目的在於，他看到兒童對於探索世界的衝動，福祿貝爾為了滿足兒童對於探索事物的行為，進而著手設計出一系列的玩具「恩物」，藉以發展兒童智能。恩物為總共有二十種，前十種為遊戲恩物，著重在遊戲部分；而後十種為手工恩物，主要引導小朋友創作。恩物就像玩遊戲或是作美勞，在操作恩物的過程中啟發小朋友的創造力。恩物的玩法很多，但都需遵從福祿貝爾所提出的兩種遊戲原則與三種表現形式，第一個遊戲原則如同於「必須將恩物的積木總數，使用在呈現出來的形體中，例如：第四種恩物小長方體有八個，其拼湊出來的形體，必須八個. 政治大造新的形體」；而表現形式包括「生活形式」、「美的形式」、「認識形式」，立長方體都用到」。第二個遊戲原則則是「盡可能從上一個拼湊的形體，發展塑. ‧ 國. 學. 所謂「生活形式」就是小孩將喜歡的積木堆積成自己喜歡的形式，而母親也可以利用「說故事」的方式，與兒童玩積木（例如，媽媽可以塑造拼湊的情境，. ‧. 說明現在媽媽需要吃飯囉，可以請小孩用積木幫我做一張椅子嗎？）。而所謂「美的形式」則是希望兒童在操作過程中可以依循著美的原則，像是對稱等等。. y. Nat. sit. 再來就是「認識形式」則是指兒童操作過程的學習與思考，例如：當兒童將八. n. al. er. io. 個正方體合在一起是一個整體，若把積木從中間分開則變成兩堆，也就是二的. i Un. v. 概念。藉由操作過程的刺激，讓兒童漸漸瞭解觀察積木的結構以及積木的表現. Ch. engchi. 內涵(Heiland, 1982)。現代許多市面販售的益智建構玩具，如樂高、拼圖、編織等，其實皆源自於 Froebel 恩物的概念(Zuckerman & Resnick, 2007)。. 圖 6 福祿貝爾的二十種恩物. . 22 .

(23) . 2.1.3.3. 杜威（Dewey , 1859-1952）. 「體驗學習」是杜威很著名的一個學習模式，他認為教育就是生活的一部份，我們藉由生活中的經驗不斷的重組，讓經驗形成判斷，最後變成我們自己的知識，這是一個不斷循環的過程(J. Dewey, 1938)。杜威的體驗式學習模式，到後來發展成所謂的「生活即教育」、「從做中學」等重要的理念，從做中學的意思是學習者應該從生活的經驗與活動中學習，也就是說教學模式可以依照學生校外的活動行為去設計。. 2.1.3.4. 蒙特梭利、福祿貝爾、杜威之比較. 從以上學習物件相關的教育學家來看，其共通點是提倡「操作」學習，而蒙特梭利與福祿貝爾雖然有發展出各自的教具，但其特色都不太一樣，本創. 政治大. 作整理三位教育學家的特色、教學理念與其發展出的教具整理如下表：. 立. 表 3 蒙特梭利、福祿貝爾、杜威之比較（本研究整理）. ‧ 國. 特色. 福祿貝爾. 杜威. 學. 蒙特梭利. 虛擬概念探索：數學建構 2D、3D 實體物角色扮演：由杜威提. ‧. 操作、幾何拼湊（組件：利用福祿貝爾所出「做中學」的教育. sit. y. Nat. 合、堆疊、觀察等設計的恩物，兒童可觀點在小孩的環境發. io. er. 等），非等同於樂高以思考與分解恩物，展出另一股風潮就是的建構實體真實世像是把積木堆疊成房「小孩形式的小世. n. al. Ch. i Un. v. 界，而是注重在觀察子的樣子 (Heiland, 界」，也就是大人社. engchi. 實體物件，探索嘗試 1982)。LEGO 就是其會的縮影 (Zuckerman 其實體物件代表的型中之一的延伸發展。. & Resnick, 2007)。. 態，例如：小朋友觀察長方形教具是另外一個長方形教具的幾分之幾，這過程中，小朋友會用眼觀察並用手實際比較看看。理念. 具體到抽象：以數學具體到抽象：對小朋生活即教育、從做中教具系列為例，其設友來說簡單的事物就學：幼稚園材料應與. . 23 .

(24) . 計原則在於，先讓兒是具體的事物，抽象真實世界相似，用實童理解具體的數的事物就是複雜的事物進行教學更好。因「量」操作，之後才物，兒童應該從具體為成年人對於實物與呈現抽象的數「字」事物的接觸去延伸出虛擬表徵物較為瞭符號計算。 (M. 抽象的思考 ( 黃光雄 , 解，所以可以很快的 Montessori, 1949). 1966)。. 知道兩者的關係，但孩童無法立即的連結實物與虛擬表徵物的關係，所以設計學習物件時應與真實世界. 政治大. 立. ‧ 國. 學. 該拿出真實物品蘋. ‧ y er. n. al. 恩物(gifts)：. sit. 提倡具體「操作」教具：. 「apple」時，老師應. 果。. io. 學習物件. 當兒童在學習英文. 果，告訴他們這是蘋. Nat. 相似性. 的物件相似。例如：. i Un. 杜威沒有設計學習物. v. 「非遊戲」，遊戲是強調「遊戲」對兒童件，但有發展成類似. Ch. engchi. 依照小朋友的方式進的重要性，需要成年角色扮演的遊戲，像行，而蒙特梭利比較人在旁陪同輔助。其是想兒童拿著穿成護像是「訓練」，有規 20 種恩物的順序為士制服的娃娃，他們範與紀律，需要成年體、面、線、點，其開始角色扮演成手中人在旁陪同輔助學習中恩物的第三到第六的玩偶，如同一個小教具。. 是積木類型，而福祿型社會一般貝爾認為操作恩物都 (Zuckerman & 需遵從兩種遊戲原則 Resnick, 2007)。與三種表現形式，藉由過程的解構、特徵. . 24 .

(25) . 觀察，漸漸瞭解到積木的法則。從認知心理學家皮亞傑對於兒童認知發展的分類，我們可以知道在此認知發展階段的兒童發展情況，應避免設計出不適用於此階段的教學物件或是難度過高的教學物件。探討到十六至十八世紀的教育學家對於兒童發展關鍵期的觀點，普遍認為在「自然學習」（與大自然接觸，跳脫書本的框架）、「經驗學習」（接觸大自然的過程中的體驗學習）、「感官學習」（接觸大自然時候，將感官接收到的訊息內化成兒童自我的知識）這三大部份是後世教學設計領域應該著重的部份。. 政治大我們可以看到三個教育學家雖然都著重在兒童在學習時候應該實際操作物件，立. 到了提倡實際「操作」著名的三大教育學家蒙特梭利、福祿貝爾與杜威，. ‧ 國. 學. 但其理念是不相同的，蒙特梭利著重在概念上的操作與探索、福祿貝爾著重在物件建構的設計（讓兒童利用幾何物件建構實體世界的想像）而杜威雖然沒有. ‧. 專門的學習物件設計，但也發展成以角色扮演的遊戲形式，讓兒童在此遊戲模式中「體驗」到小型社會的運作模式，也就符合了杜威所謂的「體驗學習」、. y. Nat. sit. 「生活即教育」等理念。. n. al. er. io. 而從學習物件的發展可以看到，每個學習物件的發展都依循著以往教育. i Un. v. 學家對兒童發展的見解進而提出不同形式的學習方式（如下圖），從下圖我們. Ch. engchi. 可以看到裴斯塔洛齊、福祿貝爾、蒙特梭利、杜威接受到盧梭自然主義的影響，提倡自然體驗的感官學習，而福祿貝爾與蒙特梭利又受到裴斯塔洛齊提倡實物的經驗學習概念，並發展出不同方向的學習模式。. . 25 .

(26) . 虛擬概念探索. 建構2D、3D實體物件. 立. 角色扮演. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 圖 7 三項教具設計方向與其歷史演進（本研究整理）. sit. y. Nat. 依據了上圖的學習物件發展脈絡，本創作整理出三項教具設計原則：. io. er. a. 虛擬概念探索：蒙特梭利繼承福祿貝爾恩物的概念發展出教具，並將學習著重在「手」部操作學習物件的感官探索，所以我們認為數位教具亦. n. al. Ch. 能讓兒童學習虛擬概念探索的能力。. engchi. i Un. v. b. 建構2D、3D實體物件：福祿貝爾設計的恩物提倡抽象事物應藉由實物接觸來學習，也就是後來LEGO的發展概念，所以我們認為可以藉由建構實體物件的方式，讓兒童在建構的過程中學習。 c. 角色設計：依循著杜威體驗學習的理念，我們認為可以在學習中設定角色扮演的情境並且在角色設計部份著重在與兒童相關或有印象的角色來設計。並將以上三種教具的設計方式運用於本創作的感知玩具上面。. . 26 .

(27) . 2.2 遊戲學習（game-based learning）從古到今，人們對於遊戲的看法有褒有貶，韓愈在他的《進學解》中說過：「業精於勤，荒於嬉。行成於思，毀於隨. 」，所以遊戲對於許多人來說. 是有負面影響的。但隨著人類學術知識的發展，大家漸漸看重遊戲所帶來的正面意義，且開始認為藉由遊戲可以促進兒童的心理發展。例如：十八世紀的盧梭(Rousseau, 1762)在《愛彌爾：論教育》中提倡，不要把成人世界的不合理加諸於孩子身上，形成孩子的束縛，主張教育應該使兒童自然、充分的發展，並把遊戲視為高貴情操的表現。而杜威也提倡兒童應該「與現實接觸」、「從做中學」、「在遊戲中學習」等概念(John Dewey, 2001)。蒙特梭利博士則說過：. 政治大另外，福祿貝爾也主張，兒童的想像力遊戲是藉由對日常生活中曾接觸過的物立品有所記憶，進而從中衍生，接觸過的東西越自然，會讓兒童的想像性遊戲越「遊戲就是孩子的工作，因為他們可以在遊戲的過程中學習」(Britton, 1992)。. ‧ 國. 學. 有代表性，所以它提倡幼稚園的教材元素應與現實相似(John Dewey, 2001)。其實到蒙特梭利與福祿貝爾後，遊戲轉變成為達到教育目的而存在的工具，不單. ‧. 是作為純粹娛樂的目的。本節整理遊戲的特性與遊戲之於兒童發展出來的理論. Nat. sit er. 遊戲與探索行為. io. 2.2.1. y. 研究作為設計遊戲學習時的參考。. al. n. iv n C h e n g c1982)。對於兒童來說，其成長階段就生的經驗，並在探索的過程中學習(Eisner, hi U 遊戲對於孩子是一個理解世界的工具，他們在遊戲的過程中探索可能發. 是一個探索的過程，家長和老師無法將自身的知識直接傳授給幼兒，幼兒必須經由自己的探索來學習知識。兒童認知心理學家 Piaget 曾在《兒童真實的起源 The construction of Reality in the Child》一書表示，小孩在感覺運動期的探索行為特別明顯，而依據不同階段的感覺運動期，其特徵與探索的過程也不一樣(Jean, 1999)。所以，被大家認為整天哭鬧的嬰兒，其行為不僅是為了生存，還是一個不斷探索的過程，且在探索的過程中學習。然而，探索行為在我們長大成人的階段會受到家長一些訊息的影響，例如：家長對於孩童行為的喝止等，因而隱藏了小孩本身的探索行為(Zettl, 1973)。但對於小孩來說，探索是一個不斷持續的行為，直到我們長大成人，只是，隨著年齡的成長，這些探索行為會漸漸隱. . 27 .

(28) . 而不顯，但事實是我們喜歡探索、喜歡透過觸碰來認識新事物這件事仍是我們的本性，目的是瞭解與加深我們自身的經驗。 Hutt、Weisler 及 McCall 等學者認為遊戲與探索行為是類似的，因為兩者皆是沒有外在動機而引發的自動自發行為(Johnson, 1987)。Hutt 曾針對幼兒對新奇玩具的探索行為做圖示上的整理 (Hutt, 1971)。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 圖 8 Hutt 針對幼兒玩新奇玩具所表現行為的圖說 . Nat. sit. y. 上圖顯示了幼兒對新奇事物的行為兩階段，第一階段為探索階段，兒童. er. io. 行為較為有規律性，目的是瞭解一件新奇的事物。進入第二階段的遊戲行為，. al. 則變得難以捉摸且更為複雜，而遊戲階段往往接在探索階段的後面，他們會先. n. iv n C 經過探索的過程才開始操作玩具（遊戲），兒童在遊戲階段操弄物件以瞭解剛 hengchi U 接觸的物件並熟悉它 (Ellis, 1973)。這正好呼應了 Eisner 認為的遊戲可以幫助兒. 童理解世界，因為兒童的成長過程是一個不斷探索的過程，兒童在玩玩具前會先經過探索階段，探索後開始遊戲，這是一個循環，讓兒童藉由遊戲的探索過程中學習。. . 28 .

(29) . 2.2.2. 遊戲學習與相關理論. 追溯遊戲的發展，十七世紀的哲學思想家萊布尼茲（Gottfried Wilhelm Leibniz,1646~1716）在他所提出的教育思想中就曾指出，教學最重要的就是引發學生的興趣，並希望老師可以用具體的教材、或利用遊戲的形式來吸引學生學習 (Mayer, 1966)。遊戲相關理論可以分為古典學派與現代學派，古典學派源自 19 與 20 世紀初期，而現代學派則是 1920 年代後才發展，古典學派雖然各有缺失，但其影響力延伸到後期的現代學派的發展 (Johnson, 1987)。認知學派學者認為遊戲可以促進兒童的想像力與變通力(flexibility)，而從 Johnson 的整理可以看到關於認知學派學者對於遊戲的觀點（如下表），從下表可以看到，遊戲對於兒童來說. 政治大設計感知玩具結合平板的過程中，可以加入遊戲的元素，讓兒童在學習的過程立不僅可以增加創意，激發想法，還可以促進兒童的認知發展，所以我們認為在. Piaget. 觀點. y. 學者. 2~7 歲的前操作期孩童玩想. 重演化. 像性/裝扮遊戲，0~2 歲感覺. 論促成. 運思期的孩童則是玩熟練性. Piaget. 遊戲，因為感覺運思期的孩. 童的想像力. 的遊戲. 童不會玩想像虛構的遊戲。. 與變通力. 發展論. al. n. 認知學派學. io. Hall 的. 者認為遊戲. Ch. 可以促進兒. (flexibility). 1967. 。. 1972. er. 認知理論： 1962. sit. ‧ 國. 別. 時間. ‧. 理論. 表 4 認知學派遊戲理論整理(Johnson, 1987). Nat. 派. 學. 中更能激發其創造力與變通力。. engchi. i Un. v. Sutton-. 以. 認為遊戲可以幫助孩童打破. Smith. groos. 傳統心理聯想，在破關的過. 的演練. 程中，增加新的想法與創. 論為基. 意。. 礎. 認為遊戲的方法及過程比遊. Bruner. 戲結果重要。例如：遊戲設計的過關方式不只一種，就. . 29 .

(30) . 呼應了孩童可以在破解遊戲的過程中找出好幾種玩法，對應日後日常生活的經驗。 1976. Vygotsky. 認為遊戲可以直接促進兒童的認知發展，而孩童若是沒有看到具體事物則無法瞭解它們。. 2.2.3. 悅趣式學習（digital game-based learning）. 政治大（Serious Game）的分支之一。嚴肅遊戲顧名思義，指的是遊戲並非以娛樂為目立悅趣式學習最早由 2001 年由普林斯基學者提出，悅趣式學習為嚴肅遊戲. ‧ 國. 學. 的，而是將遊戲應用於其他領域，像是軍事、文化、教育等等(Abt, 1970)。普林斯基學者出版之 Digital Game-Based Learning 曾提出，悅趣化學習是指將學習與. ‧. 互動性的遊戲結合，兼具從「玩」中學的概念，讓使用者在遊戲式的學習環境中達到學習效果(Prensky, 2007) 。依循著悅趣式學習的理念，以數位化遊戲來幫. y. Nat. sit. 助學習變得越來越普遍，如：. er. io. 《History of Biology》是一款電腦遊戲，遊戲目的在於期望玩家在遊戲過. al. n. iv n C hengchi U 解決問題，不同玩家有不同的解決方式，但依然可以破解遊戲。. 程中學習生物學的起源與歷史，玩家根據遊戲的任務探索 3D 空間中的線索並. 圖 9 任務指令：The Art of Imitation，學習到關於 Zacharias Jansen 發明複合式顯微鏡的歷史. . 30 .

(31) . 2004 年 Sony 開發出早期體感遊戲 EyeToy，EyeToy 使用 USB 攝影機，拍下玩家與背景並傳輸到 PS2，進而比對前後動作差異而判斷玩家動作，最後結果顯示在遊戲上。韓國 SCEK 公司利用 PS2 EyeToy 攝影機開發出兼具兒童教育與娛樂的《EyeToy：EduKids》，遊戲過程中，利用 EyeToy 攝影機辨識玩家動作的方式操作遊戲，玩家可以看到自己的影像在畫面中，並操作畫面中的元件，透過玩家操作的過程中達到教育的目的。. 立. 政治大. ‧ 國. 學圖 10 Eyetoy:EduKids 的數學遊戲介面. ‧. 從這些案例我們可以看到，悅趣化學習應用於教育的領域很廣泛，範圍. sit. y. Nat. 涵蓋英文、數學、歷史，甚至是生物學，也間接發現其學習的工具也開始擴展. io. al. er. 到不同裝置的應用，從傳統 PC、NDSL 到 EyeToy 等。但悅趣式學習主要還是偏. n. 向以電腦螢幕遊戲為主的學習模式，在教學的設計上較缺乏觸覺上的感官遊戲. Ch. i Un. v. 學習形式以及對於物件的探索行為，而後面我們將介紹到以數位教具為主的學習形式。. engchi. 本節以遊戲的觀點出發，探討在學習的過程中加入遊戲的元素，對於兒童學習效果的影響。並整理出遊戲的探索行為對於兒童學習成長有所幫助，而遊戲的過程中具有感官上的回饋，讓兒童在遊戲學習的過程中不呆板且有新鮮感。教學者能將遊戲應用於教學上，學生必能在輕鬆的心情下，從遊戲的過程中學習更多的知識。因此我們認為，遊戲學習是許多家長、老師或是教學設計者應該參考的方式。. . 31 .

(32) . 2.3 電腦輔助感知學習（tangible learning） TUI（Tangible User Interface）的觀點最早是在 1997 年由 Ishii 提出的， Ishii 表示，使用者透過實體物件當作電腦輸入裝置，並藉由人類的操作行為（操作物件），將實體世界的東西與鑲嵌著數位資訊的感知物件（Tangible object）連結，強化合作與學習。這種互動方式可延伸把感知物件當成教學的輔具，並透過感知學習（Tangible Learning）讓兒童獲得新的學習體驗。 Piaget 說過電腦、滑鼠、鍵盤並不能給與孩子們類似於團體活動、運動... 等的基本訓練，因為對於 3~6 歲的孩子們來說，團體活動與手部操作是非常重要的(Piaget, 1963)。在 Carolyn Olivier 的 Learning to learn 一書提到，藉由多感官學習可以讓學習者快速瞭解並記住學習內容。多感官教學包括了視覺、聽覺與. 政治大. 觸覺學習，由於感官與感官之間會互相傳遞與接收，同時不同感官之間又會彼. 立. 此互相加強，當不同感官都用到了，學習者更能了解並記住學習內容(Bowler,. ‧ 國. 學. 1996)。三種感官相輔相成，耳朵接收聽訊並傳到大腦，並將聽到的聲音與看到的影像連結起來，並且區辨它們，最後眼、耳、手合作，兒童一面看、一面學，. ‧. 讓學習經由感官與肌肉的操作過程中達到動作記憶（motor memory）的目的。. y. Nat. 過去十幾年，針對小朋友發展的學習工具越來越多，可觸式介面（TUI）. io. sit. 帶給小朋友的是更自然更直覺的互動，且可觸式介面可作為支援電腦與學習的. n. al. er. 工具之一，讓學習者透過與可觸式介面的互動，達到多感官學習的效果(Ishii &. Ch. i Un. v. Ullmer, 1997)。像 Resnick 於 1998 年介紹到數位教具（Digital Manipulatives），主. engchi. 張數位教具是一個新的教育工具(Mitchel Resnick et al., 1998)。數位教具在讓兒童在學習的過程中觀察教具的變化、在兒童腦中產生視覺連結與聽覺辨識（例如：物件發出的聲音與物件本身的影像連結）、並且組織物件與物件的關係，最重要的是，數位教具在操作探索過程中與感官教育中的觸覺學習相似，讓小朋友在直覺性的觸覺操作中學習，形成新的學習模式。而研究感知學習的專家們在設計數位教具時，會依循許多教育學家的傳統教具設計原則。例如：Resnick 提出許多與數位教具相關的研究都來自於福祿貝爾的教育理念。後面我們將介紹到數位教具的相關案例，可以發現，越來越多與數位教具有關的研究開始依循教育界的理念，把科技與教育理念結合並形成現代的新科技產物。. . 32 .

(33) . 以下再延伸介紹幾個數位教具的相關案例： Crickets 讓孩子使用視覺化程式語言控制自己組合的樂高機器人。而 Programmable Bricks 是一個樂高磚塊拼成的機械小生物，這製作出來的機械小生物可以彼此溝通與互動，溝通的原因來自於感測器（馬達、光、聲音），感測器接收資訊讓兩個機械生物彼此傳遞消息。Crickets 與 Programmable Bricks 讓小朋友在建構玩玩具的過程中學習(M. Resnick, Martin, Sargent, & Silverman, 1996)。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 11 Programmable Bricks 的感測溝通. Beads 概念來自於小孩喜歡把許多顏色的珠子串在一起變成七彩繽紛的. ‧. 項鏈與手鐲。每個串珠裡面有 LED 與微處理器，串珠與串珠間在相鄰時會有簡. sit. y. Nat. 單的連結回饋。藉由不同的串聯方式，會有不同的 LED 反應。Beads 讓孩子在. io. er. 分散的元件與臨時反應的拼湊中激發小孩的思考與創意(M. Resnick, Martin, Sargent, & Silverman, 1996)。. n. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 12 串珠的連結形式. Resnick 提到，操作物件的概念最早追溯回 Pestalozzi，Pestalozzi 提倡孩童在自然的狀況下經由感覺與實體物件的接觸中學習，而福祿貝爾與蒙特梭利皆繼承了 Pestalozzi 的觀念發展出各自的教具，Resnick 依循著以上幾位教育學. . 33 .

(34) . 家的理念，期望發展出一系列的產品，且產品與產品間還可互動，而兒童就可使用身邊的事物探索與活動。. 圖 13 使用者組合可觸式三角形元件，元件連結啓動網頁說故事. Triangles 是一系列可以組合成 2D 或 3D 的三角版說故事元件。每個三角板會做連結，並且對應到螢幕中的畫面。當與網頁連結時，三角板與三角板上的圖片組合起來的圖片會在網頁上出現角色說故事的畫面，例如：三角板 a 與. 政治大. 三角板 b 組合起來是完整的烏龜(Gorbet & Orth, 1998)。. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 14 StoryMat 兒童可在上面玩耍兼說故事. Ryokai and Cassell 開發了一個合作說故事的玩具地毯。StoryMat 讓小孩可以在地毯上的任何一個地點說故事並提供小孩一個可以紀錄以及播放他們自己對於角色敘述聲音的巨大繡花玩具地毯。StoryMat 藉由合作說故事的方式，給予小朋友創造力的發想，像是一個房子根據他們每個兒童不同的生活經驗，有人覺得是糖果屋，有人覺得是自己溫暖的家 (Ryokai & Cassell, 1999) 。. . 34 .

(35) . 圖 15 Zowie Smart Toys 電腦介面與角色之互動方式. Zowie Smart Toys 是一款結合 CD-ROM 與電腦連線的玩具遊戲。當小朋友在玩的時候，操作的不是滑鼠與鍵盤，而是附在光碟旁邊的玩具島嶼與角色，. 政治大腦軟體給與的探險指令(Shwe, 立 1999)。. 小朋友看到螢幕的探險指令與變化然後用玩具操作玩具島嶼的小人並且完成電. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 16 組合的立體模型與對應的電腦螢幕呈現. Active Cube 是一個以立體四方型為基底，讓使用者在真實世界中組合 3D 造型，而在電腦螢幕呈現的 3D 虛擬模型對應的是手中組合好的模型。此外，軟體會捕捉使用者建立的 3D 模型並對應呈現與電腦資料庫相似的 3D 模型，像是使用者在現實世界建立類似於飛機的造型，那電腦螢幕呈現的即是對應的 3D 飛機模型，而使用者也可以跟畫面中的 3D 立體飛機互動(Watanabe, Itoh, Kitamura, Kishino, & Kikuchi, 2005)。. . 35 .

(36) . 圖 17 在 Jabberstamp 鑲嵌聲音紀錄器，讓兒童邊說故事邊畫畫. Jabberstamp 是一個利用兩個可互相搭配的小工具，讓 4~8 歲的兒童藉由這兩個工具畫圖與說故事。小朋友可以在畫面中畫一個圖案，然後使用工具在圖上做記號並紀錄聲音。當小朋友用另一項工具「小號」時，可以播放剛剛紀. 政治大. 錄的聲音且再說一次剛剛紀錄的故事。經由兒童自己習慣的工具，讓兒童多元. 立. 複雜且難以表達的思考模式呈現在圖畫與聲音紀錄中(Raffle, Vaucelle, & Wang,. ‧. ‧ 國. 學. 2007)。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 18 smart blocks 的立方體以及問題卡. Smart Blocks 是一個帶有蒙特梭利概念的教具，分成「探索模式（exploration mode）」與「問題模式（question mode）」，提供的是利用「實體」物件操作來學習關於數字的「抽象」概念。Smart Blocks 會給兒童一個關於體積與面積的數學問題卡片，然後在立體四方形持續建構的過程中給予兒童立即性的回饋，也就是說，讓兒童在建構 3D 實體物件的過程中學習數學。例. . 36 .

(37) . 如，當兒童用他們設計的圓柱型釘子連結兩個立方體時，他會立即更新其面積與表面積的塊數（如下圖）(Girouard et al., 2007)。. 圖 19 更新表面積數值. 立. 政治大. er. io. sit. y. ‧. ‧ 國. 學. Nat. 圖 20 NIKVision 桌面互動示意圖. NIKVision 是一個互動觸控桌搭配一系列適合 3~6 歲小朋友的玩具遊戲。. n. al. Ch. i Un. v. NIKVision 根據 Ishii 提出的「Token」、「Fiducial」與「Token+Constraint」等. engchi. 概念，將 NIKVision 的遊戲分為三類，且依據類型的不同，設計出符合各類型的玩具遊戲(Marco, Cerezo, & Baldassarri, 2010)： a. Token toys：將 NIKVision 桌面用於算術，根據畫面呈現的簡單加減法問題，將正確的 token 數量放置於畫面中回答問題。. 圖 21 算術遊戲. . 37 .

(38) . b. Fiducial toys ：兒童根據情境的展現，將內心的想像畫於紙上， NIKVision 將紙上的圖案截取下來讓兒童可以用手與畫面中的視覺呈現圖互動（拖拉、點擊...）。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 22 兒童根據畫面的情境畫出被截取圖案，並與畫面中的圖案互動. c. Token constrained toys：將 token 限制在某區塊操作，並將其分為組合. ‧. (associative)與操作(manipulative)，組合的遊戲代表是調整各種節奏變化. n. al. er. io. sit. y. Nat. 的 token，而操作的遊戲代表是藉由操作 token 的滑桿調整聲音大小。. Ch. engchi. i Un. 圖 23 上方：組合;下方：調整. . 38 . v.

(39) . 政治大「It’s just a toolbar 」是一個以微軟多點觸控桌當作平台，讓 4 個小學生立圖 24 觸控桌 NetLogo 介面與兒童們操作工具行為. ‧ 國. 學. 藉由此平台操作科學模型程式遊戲「NetLogo」，「It’s just a toolbar 」將不同功能的工具鑲嵌在感知方塊內部形成放在觸控桌上給兒童抓取的控制物件，讓. ‧. 圍繞在觸控桌四周的兒童藉由此感知工具解決其衝突行為，並達到訓練兒童「合作」行為的目的(Olson, Wilensky, & Horn, 2011)。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 25 Portico tabletgotchi app. Portico 是一個平板與感知物件互動的系統，使用了兩個攝影機偵測物件形狀的方式讓感知物件可以放置在螢幕上，或是讓感知物件在平板四周移動而即時影響平板螢幕上的變化。上圖就是其中一種應用程式叫做「tabletgotchi」，是一個斑馬外型的感知物件在螢幕附近以及上方互動的形式，例如，它可以將. . 39 .

(40) . 斑馬放置在螢幕右下角吃他的蘿蔔或是躺在對畫框下方呈現睡覺姿勢，畫面中的對畫框就會出現斑馬的夢境(Avrahami & Wobbrock, 2011)。從傳統的教學工具紙、筆、黑板到與電腦相關的學習載具（滑鼠、鍵盤、螢幕），研究人員探討到數位化工具對於兒童的學習效果似乎還缺少了許多學習上的必要元素。尤其是「抽象概念」的學習，許多研究提倡以「實體物件操作」的概念做為「抽象概念」的學習方法之一，且發現若是在操作的過程中加入「立即反饋」的元素給學習者，會給予學習者較高的學習效果，所以 Resnick 的 Beads 等作品、smart blocks、Portical 皆參考到教育學家的理念，讓操作物件與科技結合，使用到科技直覺的操作回饋，學習到各種抽象的概念，像是數學、視覺移動、生物習性等等。. 政治大入「實體物件操作」並將「實體物件操作」做妥善規劃，且專著於「眼」與立所以，從以上的研究中，我們可以看到，許多關於數位教具的設計常加. ‧ 國. 學. 「手」的搭配。而不同目的的數位教具分別有其欲達成的學習效果，像是說故事（storytelling）、建構能力（construction）、探索能力（exploration）、合作等。 Resnick 提出的. Beads 、 Crickets 與. ‧. 行為練習（ collaboration ）. Programmable Bricks，讓我們知道數位教具內涵著不同於傳統教具的學習效果，. y. Nat. sit. 在 Beads 在操作的過程中，經過眼與手來觀察串珠光的流動情況，學習者可以. n. al. er. io. 學習觀察關於「逐步情境（emergent phenomena）」變化的部份，讓學習者搭配. i Un. v. 「眼」的觀察與「手」的操作達到實體物件的操作學習。. Ch. engchi. 科技的進步，數位教具也有進一步的發展，研究者將數位教具加入各種設備的應用，像是將感知物件（tangible object）與電腦結合的 Active Cube，讓學習者可以透過螢幕達到立即的視覺反饋（visual feedback），並將抽象的物體藉由影像來呈現虛擬世界的表徵物，進而快速的連結抽象的概念與學習者手中實體物件的關係。而將感知物件（ tangible object ）與觸控桌（ multi-touch 表）結合的 NIKVision，給予學習者的不只是視覺反饋（visual feedback），而是多元化的學習模式，同一個觸控桌裝置，加上各類型的表徵物（token）設計，卻達到不同的學習效果。除了結合不同設備帶給學習者更直覺且多元的反饋之外，研究人員也漸漸注意到設計給「兒童」的學習物件造型（例如：角色設計部份）在某些方面. . 40 .