中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

衛星影像輔助國民小學臺灣自然環境課程之 學習成效評估

Learning Effect Assessment Using Satellite Image-assisted Teaching Materials for Taiwan Natural Environment Course

in Elementary School

系 所 別：土木工程學系碩士班 學號姓名：M10104010 劉蕙禎 指導教授：陳莉 博士

中 華 民 國 103 年 8 月

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摘 要

本研究屬於實驗教學研究，主要目的為探討實施「衛星影像輔助教學教材」與「傳 統教學教材」於教導臺灣自然環境課程，對學生學習成效的影響。本研究利用衛星影 像設計國小五年級上學期社會學科的教學教材，將影像具體融入臺灣自然環境課程，

誘導學生學習興趣，加強學生地理空間概念認知，期提升其學習成效，並提供臺灣自 然環境課程具參考價值的教學策略。

本研究透過所設計之教學評量，蒐集實驗組學生與對照組學生分別以「衛星影像 輔助教材」及「傳統教學教材」授予臺灣自然環境課程的學習成效資料，利用教學評 量的測驗題將學習成效量化，進行統計分析包含獨立樣本 t 檢定、成對樣本 t 檢定、

交叉分析、變異數分析(ANOVA)等，探求兩組學生的學習結果差異，在同樣的授課 者、授課時數及相同的課程內容下，不同的教學教材對學生學習的影響，並驗證本研 究之研究假說。研究結果如下:

一、使用「衛星影像輔助教材」的實驗組學生與使用「傳統教學教材」的對照組 學生之學習成效有顯著差異，實驗組成績優良者為對照組的 2 倍。實驗組與 對照組學生原本具有的社會學科素質及教學評量前測成績並無顯著差異，但 經授課後，實驗組學生後測教學評量成績平均進步幅度優於對照組學生，顯 示「衛星影像輔助教材」對於「臺灣自然環境課程」的教授有相當的幫助，

對於學生的學習成效具加乘效果。

二、「衛星影像輔助教材」對學生於「臺灣自然環境課程」之學習成效有正面影響。

實驗組學生的學習成效高於對照組學生的學習成效 1.6 倍以上。

三、實驗組與對照組於「地理題型」之學習成效差異顯著，實驗組的學習成效優 於對照組；「一般題型」之學習成效兩組無顯著差異。

利用衛星影像特點設計「臺灣自然環境課程」的輔助教材，衛星影像可以呈現真 實臺灣地表風貌，也可以利用 3D 技術將臺灣島的影像立體化，對於地形種類豐富的 臺灣島可有良好的詮釋效果，對於學生學習臺灣地形有相當的助益，建議與地理學相 關之課程可利用衛星影像的特點來強化學生的學習意願與學習成效。

關鍵字:衛星影像輔助教材、臺灣自然環境課程、學習成效

ii

ABSTRACT

This study is to explore the learning effectiveness in implementation of the “satellite image-assisted teaching materials” and the “traditional teaching materials” in instructing the Taiwan natural environment course. In this study, satellite images were integrated into the fifth grade social science teaching materials to induct student interest in learning, enhance students' awareness of geospatial concepts, enhance their learning effectiveness, and to provide an important reference and teaching strategy in the natural environment course in Taiwan.

In this study, teaching evaluation were designed to collect performance data from the experimental group of students learning with the “satellite image-assisted teaching materials” and the control group of students with the “traditional teaching materials” in teaching Taiwan's natural environment course, quantifying the effectiveness by statistical analysis, including Independent -Sample t Test, Pair -Sample t Test, Chi-Square Test, analysis of variance (ANOVA), to explore the learning outcomes between the two groups, by the same instructors, the same teaching hours, and the same course content, the impact of different teaching materials for student learning, and to verify the hypotheses of this study. The results were as follows:

1. There are significant differences between student learning in the experimental group using “satellite image-assisted teaching materials” and the control group using

“traditional teaching materials” with 2 times of good performers in the experimental group. The former social sciences literacy and assessment test scores were not significantly different in the experimental and control group students, but the test score were higher in the experimental group of students after teaching the course, indicating the effectiveness of using the satellite image-assisted teaching materials in Taiwan's natural environment course.

2. There are positive impacts in using the “satellite image-assisted teaching materials” in Taiwan's natural environment course; the learning effectiveness was 1.6 times higher on the experimental group than that of the control group.

iii

3. There exist significant differences in the results of geographic questions between the experimental group and the control group, the learning effectiveness is better in the experimental group than the control group. However, there is no significant difference in general questions in the two groups.

The use of satellite imaging features to design teaching materials in Taiwan's natural environment courses can display the true land surface, as well as take advantage of the three-dimensional technology to render the stereoscopic view of Taiwan, and have a better interpretation of the wide variety of terrain and helpful in topography learning. It is recommended that the geography curriculum integrate with satellite imagery to strengthen the students' willingness to learn and learning effectiveness.

Keywords: satellite image-assisted teaching materials, Taiwan natural environment course,

iv

謝 誌

蒙恩師 陳莉博士二年半來不辭辛勞引領研究方向，在研究方針與治學態度上，

悉心教誨始克有成。在學期間，除了專業領域悉心指導之外，老師常提及大學之道不 僅止於傳道、授業、解惑，在處事思考邏輯上之委婉態度更重要，學生銘記在心。生 涯規劃上亦多所啟發，使學生受益良多，致以崇高之敬意。

感謝農業工程研究中心 譚組長智宏博士給予遙測地理資訊相關知識之啟蒙，且 於論文研究工作階段與農業工程研究中心 許香儀小姐，提供相關資訊及問題之解決，

使論文得以順遂完成，謹誌謝忱。

學生服務於新竹縣新湖國民小學， 柯校長幸宜先生時常鼓勵向學並蔚成同仁在 職進修風氣，研究期間， 吳系主任淵洵博士及系上 李錫霖博士與 楊朝平博士、 劉 俊杰博士等，於研究與觀念多方啟迪，謹致最誠摯謝意。

口試審查，亦蒙交通大學 葉教授克家、文化大學 葉教授惠中及 譚組長智宏博 士指導，三位先生不辭諸煩，斧論文之謬誤，指觀念之偏頗，使臻完備，感念於心。

父母親諄諄善誘、薰得善良，並無使匱乏，多方支持，方有今日之小成，恩同天 地！先生家盛忙於工作、博士學位學習及分擔家庭照料，生得以無後顧之憂，專心進 修，女若晴、兒聲曜均能體諒犧牲共處時間，親情是最堅定的支柱，深感欣慰。

研究生： 謹誌

民國 103 年 8 月 8 日於

中華大學土木工程學系研究所

v

目 錄

摘 要 ... i

ABSTRACT ... ii

謝 誌 ... iv

目 錄 ... v

表目錄 ... viiii

圖目錄 ... x

第一章 緒 論 ... 1

1.1 問題陳述與研究動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 2

1.3 研究假說與研究限制 ... 3

1.3.1 研究假說 ... 3

1.3.2 研究假設 ... 3

1.3.3 研究限制 ... 3

1.4 研究範圍與對象 ... 4

1.4.1 研究範圍 ... 4

1.4.2 研究對象 ... 4

1.5 研究流程 ... 5

第二章 文獻回顧 ... 6

2.1 遙感探測理論 ... 6

2.2 遙測教材設計 ... 10

2.3 教學評量方法 ... 12

第三章 研究設計 ... 17

3.1 研究架構與實驗設計 ... 17

vi

3.1.1 研究架構 ... 17

3.1.2 實驗設計 ... 18

3.2 衛星影像輔助教材設計與規劃 ... 19

3.2.1 第一單元 (嗨!臺灣你好) ... 19

3.2.2 第二單元(臺灣的自然環境) ... 23

3.3 教學評量設計 ... 28

3.3.1 評量設計原則與概念 ... 28

3.3.2 教學評量內容 ... 29

3.4 分析方法 ... 34

3.4.1 單一樣本的檢定（t Test）... 34

3.4.2 交叉分析（Chi-Square Test) ... 36

3.4.3 變異數分析(ANOVA) ... 38

3.5 實施程序 ... 40

第四章 研究結果與討論 ... 42

4.1 研究對象之社會學科素質條件 ... 42

4.1.1 實驗組與對照組學生素質評估 ... 42

4.1.2 學生個人素質對學習成效的影響 ... 44

4.1.3 小結 ... 45

4.2 衛星影像輔助教材的教學效益 ... 47

4.2.1 實驗組與對照組之學習成效 ... 47

4.2.2 實驗組與對照組學習成效比較分析 ... 51

4.2.3 小結 ... 57

4.3 「地理題型」與「一般題型」之學習成效 ... 59

4.3.1 實驗組與對照組於「地理題型」之學習成效 ... 59

4.3.2 實驗組與對照組於「一般題型」之學習成效 ... 64

vii

4.3.3 小結 ... 68

第五章 結論與建議 ... 71

5.1 結論 ... 71

5.2 建議 ... 73

參考文獻 ... 74

附 錄……… 78

viii

表目錄

表 1.1 研究分組人數統計表 ... 4

表 2.1 研究教材評估資料蒐集方法與量化分析比較表 ... 15

表 3.1 準實驗研究設計模式 ... 18

表 3.2 前測與後測評量命題重點 ... 29

表 3.3 完全隨機化設計的 ANOVA 表 ... 39

表 3.4 研究實施程序表 ... 40

表 4.1 研究對象之四年級社會學科平均成績描述性統計量 ... 43

表 4.2 研究對象社會學科素質之評估結果(獨立樣本 t 檢定) ... 43

表 4.3 學生個人社會學科素質與教學評量前測成績變異數分析(ANOVA)表 ... 45

表 4.4 學生個人社會學科素質與教學評量後測成績變異數分析(ANOVA)表 ... 45

表 4.5 實驗組前、後測教學評量成績之描述性統計量 ... 47

表 4.6 實驗組前、後測教學評量成績之分析結果(成對樣本 t 檢定) ... 48

表 4.7 對照組前、後測教學評量成績之描述性統計量 ... 49

表 4.8 對照組前、後測教學評量成績之分析結果(成對樣本 t 檢定) ... 50

表 4.9 實驗組與對照組之前測教學評量成績描述性統計量 ... 52

表 4.10 實驗組與對照組前測教學評量成績之分析結果(獨立樣本 t 檢定) ... 53

表 4.11 實驗組與對照組之成績進步幅度(分級)交叉表 ... 54

表 4.12 實驗組與對照組成績進步幅度分析(卡方檢定) ... 56

表 4.13 實驗組與對照組之後測教學評量成績描述性統計量 ... 56

表 4.14 實驗組與對照組前、後測教學評量成績分佈情形比較表 ... 57

表 4.15 實驗組與對照組前測_地理題型成績交叉分析(卡方檢定) ... 60

表 4.16 實驗組與對照組於前測_地理題型總得分描述性統計量表 ... 60

表 4.17 實驗組與對照組於前測_地理題型總得分(分級)交叉表 ... 61

表 4.18 實驗組與對照組後測_地理題型成績交叉分析(卡方檢定) ... 62

ix

表 4.19 實驗組與對照組於後測_地理題型總得分描述性統計量表 ... 62

表 4.20 實驗組與對照組與後測_地理題型總得分(分級)交叉表 ... 63

表 4.21 實驗組與對照組前測_一般題型成績交叉分析(卡方檢定) ... 65

表 4.22 實驗組與對照組於前測_一般題型總得分描述性統計量表 ... 65

表 4.23 實驗組與對照組於前測_一般題型總得分(分級)交叉表 ... 65

表 4.24 實驗組與對照組後測_一般題型成績交叉分析(卡方檢定) ... 66

表 4.25 實驗組與對照組於後測_一般題型總得分描述性統計量表 ... 67

表 4.26 實驗組與對照組於後測_一般題型總得分(分級)交叉表 ... 67

表 4.27 實驗組與對照組各類成績列表 ... 69

x

圖目錄

圖 1.1 研究流程圖 ... 5

圖 3.1 研究流程圖 ... 18

圖 3.2 衛星影像輔助教材第一單元設計內容 ... 20

圖 3.3 衛星影像輔助教材第一單元設計內容(續 1) ... 21

圖 3.4 衛星影像輔助教材第一單元設計內容(續 2) ... 22

圖 3.5 衛星影像輔助教材第一單元設計內容(續 3) ... 23

圖 3.6 衛星影像輔助教材第二單元設計內容 ... 24

圖 3.7 衛星影像輔助教材第二單元設計內容(續 1) ... 25

圖 3.8 衛星影像輔助教材第二單元設計內容(續 2) ... 26

圖 3.9 衛星影像輔助教材第二單元設計內容(續 3) ... 27

圖 3.10 評量設計概念圖 ... 28

圖 3.11 教學評量內容(前測) ... 30

圖 3.12 教學評量內容(前測_續) ... 31

圖 3.13 教學評量內容(後測) ... 32

圖 3.14 教學評量內容(後測_續) ... 33

圖 3.15 獨立樣本 t 檢定適用時機 ... 35

圖 3.16 相依樣本 t 檢定適用時機 ... 36

圖 3.17 交叉分(卡方檢定)析適用時機 ... 37

圖 3.18 變異數分析適用時機 (整理自(吳明隆、涂金堂，2008)) ... 39

圖 4.1 實驗組與對照組四年級下學期社會學科成績分佈情形 ... 44

圖 4.2 實驗組「前測教學評量」成績分佈情形 ... 48

圖 4.3 實驗組「後測教學評量」成績分佈情形 ... 49

圖 4.4 對照組「前測教學評量」成績分佈情形 ... 50

圖 4.5 對照組「後測教學評量」成績分佈情形 ... 51

xi

圖 4.6 實驗組與對照組「前測教學評量成績」分佈情形比較圖 ... 53

圖 4.7 對照組成績進步幅度分佈情形 ... 55

圖 4.8 實驗組成績進步幅度分佈情形 ... 55

圖 4.9 實驗組與對照組「成績進步幅度」比較圖 ... 56

圖 4.10 實驗組與對照組學習成效曲線圖 ... 58

圖 4.11 實驗組與對照組「前測_地理題型」得分情形比較圖 ... 61

圖 4.12 實驗組與對照組「後測_地理題型」得分情形比較圖 ... 64

圖 4.13 實驗組與對照組「前測_一般題型」得分情形比較圖 ... 66

圖 4.14 實驗組與對照組「後測_一般題型」得分情形比較圖 ... 68

圖 4.15 實驗組與對照組教學成效曲線圖 ... 70

1

第一章 緒 論

1.1 問題陳述與研究動機

台灣的地形地貌及水文現象，在國民小學自然環境課程，佔有重要篇幅，然而其 中許多現象需要透過大範圍的觀察，方能得到具體的概念。衛星遙測正是由高空向地 面觀測的主要工具，藉由空中的獨特視角可輔助地面觀察的不足。古人有「欲窮千里 目，更上一層樓」的感嘆，即說明想要看得更遠更廣，需要選擇一個高的位置。齊柏 林的紀錄影片「看見台灣」推出後引起台灣各界廣大的迴響，他正是以類似小鳥及雲 朵的高度，來觀察台灣的自然環境狀況，呈現許多平時不為人知的風光及人類對環境 的破壞，正如同電影中所描述的「看見台灣的美麗與哀愁」。

隨著資訊化工具的普及，一般民眾對衛星遙測影像資源接觸的機會大增，日常電 視新聞，報紙、網路媒體均可見到衛星影像或由衛星影像所衍生之報導，舉凡氣象報 告的衛星雲圖、颱風風災後土石崩塌影像、河川水質污染事件影像、海洋油輪漏油擱 淺事件報導等常出現在新聞畫面中，正可藉以引導國小高年級學生，正確的認知衛星 影像的功能與限制，並能進一步對台灣的自然環境有更深入的瞭解。

本研究旨在藉由衛星影像編撰與自然環境課程相關之輔助教材，對台灣的地理、

地形、河川、湖泊以及水文現象，提供更完整的觀察角度，並以衛星影像設計國小五 年級上學期社會學科的教學教材，將影像具體融入臺灣自然環境課程，誘導學生學習 興趣，加強學生地理空間概念認知，期提升其學習成效，並提供臺灣自然環境課程具 參考價值的教學策略。並透過所設計之教學評量，蒐集實驗組學生與對照組學生分別 以「衛星影像輔助教材」及「傳統教學教材」授予臺灣自然環境課程的學習成效資料，

利用教學評量的測驗題將學習成效量化，進行統計分析以驗證教材之成效。

2

1.2 研究目的

授課者使用的教學方法與教材內容足以影響學生的教學成效，對於教學者是一種 考驗與挑戰。本研究利用衛星影像設計國小五年級上學期社會學科的教學教材，期望 藉由衛星影像輔助教材教授臺灣自然環境課程，能提高學生學習成效，以下為本研究 之目的：

1.設計衛星影像輔助教材融入臺灣自然環境課程，誘導學生學習興趣，加強學生地 理空間概念認知，提升其學習成效，並提供臺灣自然環境課程具參考價值的教 學策略。

2.探討實施「衛星影像輔助教學教材」與「傳統教學教材」授予臺灣自然環境課程，

對學生學習成效的影響。

3.探討評量試題學生作答情形，期瞭解學生學習此單元的問題所在，以提供教學上 的改進與注意事項。

3

1.3 研究假說與研究限制

1.3.1 研究假說

1.使用「衛星影像輔助教材」的實驗組學生與使用「傳統教學教材」的對照組學生 之學習成效有顯著差異。

2.使用衛星影像輔助教材的實驗組學生，對於課程中「地理題型」之學習成效與對 照組學生有顯著差異。

3.衛星影像輔助教材對學生於臺灣自然環境課程之學習成效有正面影響。

1.3.2 研究假設

影響學生學習成效的因素，除課程的教材內容外，授課者的條件與狀態也是相當 重要的影響因素，本研究假設授課者的教學品質為均衡、不變的狀態。

1.3.3 研究限制

本研究所設計之衛星影像輔助教材乃針對國民小學五年級上學期社會學課第一 單元(嗨!臺灣你好)與第二單元(臺灣的自然環境)的教學輔助教材，以社會學科為衛星 影像融入地理教育之學科範疇，設計前述特定單元，學生之學習歷程與成果依學習議 題而產生獨特性，不能普遍化於所有學生所面臨的學生環境，不宜過度推論於其他學 科領域，但仍可作為進行地理相關教學單元教材設計時之參考。

4

1.4 研究範圍與對象

1.4.1 研究範圍

研究範圍為國小五年級上學期，社會學科主題第一單元(嗨!臺灣你好)與第二單元 (臺灣的自然環境)的內容，主要以課程內容可利用衛星影像具體化地理空間區位概念 的部分為主。社會學科主題第一單元(嗨!臺灣你好)與第二單元(臺灣的自然環境)於本 研究中將簡稱為「臺灣自然環境課程」。

1.4.2 研究對象

本研究採用「準實驗研究法」(quasi-experimental research)，研究對象為國民小學 五年級學生，以班級為單位採立意取樣(purposive sampling)，由進行實驗國民小學之 五年級班級中抽取兩個班，隨機分派一個班為實驗組，該組利用「衛星影像輔助教材」

進行臺灣自然環境課程教授；另一個班為對照組，以「傳統教學教材」進行臺灣自然 環境課程教授。詳細樣本人數如下表 1.1。

表 1.1 研究分組人數統計表

教學組別 男生人數 女生人數 總人數

實驗組 _{29 29 58}

對照組 _{28 28 56}

合計 _{57 57 114}

5

1.5 研究流程

本研究首先釐清研究問題並加以陳述分析，繼而闡述研究目的及假說，選定適當 之研究範圍與對象，規劃出研究內容與流程如下圖 1.1。

圖 1.1 研究流程圖

6

第二章 文獻回顧

以衛星影像輔助國小自然環境課程教材與學習需要瞭解衛星遙測基本理論、遙測 教材設計與教學評量方法等三方面相關背景，因此將前人研究與文獻回顧分為三部分 加以陳述，第一節為遙感探測理論回顧，第二節著重於遙測教材設計，第三節在於教 學評量方法。

2.1 遙感探測理論

遙感探測為透過儀器，不須與目標、地區及物體接觸，觀察地物的之光譜特性。

不同的物體，放射不同之電磁波，形成其光譜特性。依照其不同之光譜特性，可推測 觀測物本質並加以分析(Lillesand and Kiefer, 2000)。衛星影像具有光譜解析力(spectral resolution) 、空間解析力(spatial resolution)、時間解析力(temporal resolution)及輻射解 析力(radiometric resolution)等特性。其涵蓋面積廣、可收集的資料量大並具有多光譜 的特性與重複觀測之能力。目前遙測技術已廣泛應用到各個領域上，如土地開發，都 市規劃設計、環境監測、土地利用變遷分析、農業、國防、交通運輸、自然資源監測 調查等等，應用遙測技術監測調查大面積的自然資源已成為目前趨勢所在。近年來，

遙測科學所發展的分析技術及所提供的空間與光譜資訊，結合各類地理資訊系統(GIS) 構成一完整空間分析系統，普遍應用於對地形、環境的瞭解與資源管理及防災等面向，

以下略舉國內外使用遙測運用之相關研究。

戴德潤(1989)，利用 SPOT 衛星影像作中橫公路沿線附近大規模崩塌地辨認之研 究，針對崩塌地作影像之分類，並利用航空照片檢核自動分類之成效，使得影像能更 適合人眼判釋或導向自動分類, 以達到辨認崩塌地之目的。

李培芬(1996)，應用遙感探測和地理資訊系統於生態學，將遙測可以大尺度觀察 和地理資訊系統之資料特性兩者結合，可建立植物分布資料庫，生態上能劃定保留區，

對台灣生態保育採取以往不同之措施來加以保護。

鍾譯靚（2001）利用 Landsat 衛星影像執行土地利用分類，採用監督式和非監督 式分類方法之優缺點，將兩者合併使用，得出高精度之土地分類影像。

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許立達等(2001)，應用多期 SPOT 衛星遙測影像與地理資訊系統分析台北市東區、

南區和其相鄰之台北縣鄉鎮，自 1986 年至 2001 年地貌改變之時空分布形態及其影響 因子。研究成果顯示十五年間地貌變遷最大的地區為台北縣汐止市、新店市以及台北 市的文山區，開發強度和人口變化間亦有高度相關。

鄭錦桐等(2004)，應用航拍影像，選擇納莉風災前後影像 ，利用空中三角平差 方法製作出宜蘭縣大同鄉和南澳鄉之 DTM 模型，此方法可以估計出土石崩塌量，並 且可以了解受災之情形。

張政亮等(2005)，選擇福衛二號衛星影像結合地理資訊系統，分析桃芝颱風和敏 督利颱風在大甲溪中上游流域內崩壞地和環境災害之分布和變化，研究發現並非高度 越高、坡度越陡和雨量越大就會容易有崩塌地情形，而是必須有一定之門檻值才有正 相關性之存在。

陳俊仰(2006)，應用廬山地區航空影像，重建不同時期的正射處理及數值地形模 型，進行崩塌地的高程變異計算，得到土石變異量及其空間分佈的情況，評估土石變 遷之危害。

施國偉(2008)，針對枕頭山-卓蘭一帶階地，利用 40 公尺 DEM，配合五千分之一 航空照片與野外調查，並利用河流剖面與震測剖面結合，模擬地下構造與地形演育。

鄭錦桐等（2008），利用衛星影像監測四川汶川地震後堰塞湖之水位及其周圍崩 塌地範圍，藉此可掌握堰塞湖隻水位與面積變化，預防其潰堤所造成之傷害，以達防 災、救災之效。該研究以遙測技術快速評估堰塞湖天然壩之穩定性，Formosat-2 衛星 影像自動判釋完成之堰塞湖蓄水面積，並搭配 SRTM 之數值地形資訊及以 ASTER 衛 星(3S、3N 波段)製作完成之數值地形，可獲得北川唐家山堰塞湖天然壩蓄水範圍以 及壩高高程相關資訊，推估四川強震區中可能之總体崩塌土方，並以集水區為單位，

提前評估未來可能運移至下游之土砂量，並分析可能致災之風險性，以提前進行各項 防災規劃工作。

經濟部水利署利用航空影像製作數值地形模（DTM），並將 DTM 依據當地地形 及歷次颱風淹水範圍修正數值高程產生間隔１公尺高程之等水位線圖，藉由等水位線

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圖層與估算之淹水體積相互對應，可得每一高度下淹水深度之蓄水體積，以此為基礎 建立全流域不恆定流模式程式模組，則可依據溢堤地點與體積載入最適當的淹水範圍 圖於地理資訊展示系統中，供使用者作預報災情的參考依據。（經濟部水利署，2002）

洪氾災害淹水區的界定，過往主要是依賴災後現場查核或是民眾提供之資料，正 確之災區範圍難以界定，若災區範圍分佈廣大，甚至有現場查核之困難。現今遙測科 技蓬勃發展，利用遙測影像空中俯視之優點，可快速的界定洪災範圍，並對災情發展 發揮監測之效。利用遙測影像判釋出洪犯災區後，除了可明確界定出淹水範圍，若再 進行影像土地利用分類或以土地利用圖、地籍圖、漁塭圖、DTM 等圖資，則可輔助 估算災害面積及農、漁損失量。遙測影像資料有航空照片、空載多光譜影像、衛星影 像及衛星雷達影像等。衛星雷達資料不受雲層與時間限制（白天、夜晚均可順利拍攝 影像，大雷雨例外），因此，災害過後若無法順利取得光學影像，可以雷達影像資料 輔助判釋災區。行政院農業委員會利用遙測料針對嘉義縣沿海東石、布袋沿海地區進 行海岸洪氾區域監測，並輔以 GIS 資料，判釋淹水災區範圍及量化災害損失。研究中 利用漁塭圖、土地利用圖以及水利灌區圖與 DTM 資料，藉此取得淹水區域的其他地 表資訊，如地表高程、土地使用是否為渠道或道路，或者為埤塘、漁塭等，以減少判 釋之誤差。並藉由衛星影像判釋淹水範圍，可提供災後快速掌握受災範圍與需提供救 災物資與重建之區域，提高災區救災之效率，並可對於未來災害防預提供警戒範圍參 考與該區相對地勢、地理位置資訊。（行政院農業委員會，1999）

地質災害（geological hazard）是環境災害的一種，係指受地質因素作用而危及到 人類生命與經濟活動的災害。台灣本島地質破碎且地形險峭，加上多雨多颱的氣候因 素影響，使山崩與土石流成為台灣坡地最常見的地質災害。張正亮等（2005）結合 Formosat-2 衛星影像與地理資訊系統（GIS）等資訊技術，分析 90 年桃芝颱風與 93 年敏督利颱風肆虐所造成 72 水災後，對大甲溪上游流域內崩塌地形等環境災害的分 部與變化情形。研究中結合 Formosat-2 衛影影像、GIS 資料、地質圖、數值地形模型

（Digital Terrain Model，DTM）資料分析，發現敏督利颱風後崩塌數量與面積急遽增 加，與桃芝颱風相較，重複崩塌區域達 86.7％，但崩塌數量增加一倍以上，崩塌面積 擴大 60.3％，其中谷關水庫以上之大甲溪主支流域崩壞增加最多。研究分析發現並非 海拔高度越高、坡度越陡、雨量越多就越容易產生崩塌，而是在一定的界檻值下才會

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有正相關的存在，此外，崩塌與地質的岩性、構造和人為開發等也有一定程度的關聯。

綜合上述成果有助於坡地潛勢危害地區的劃分與提供作為災害防治決策系統的參 考。

台灣地區水資源的供應有許多是由蓄留於山區之地表水及水庫蓄水來共同供應，

崩塌會破壞地表覆蓋並減低集水區涵養水源之功能，而崩塌所造成之土石會淤塞河道、

淤埋水庫、減短水庫使用的受命。黃漢淨（2008）以德基水庫集水區為分析單元利用 數位航照正射影像，從其中抽取崩塌地的空間資料，並從空間面向進行剖析，針對崩 塌地發生之地區與其自然環境的關係前提下提出探討，利用林務局農林航空測量所 2002 年之航照正射影像進行崩塌地位置數化，並以 40m×40m 數值地形模型所推導之 坡度、坡向、海拔高等地形因子及河流、道路、植生、地質等地文資料，運用地理資 訊系統（GIS），針對研究區內崩塌地的空間分布進行分析，並取得崩塌地之地文、地 形因子，探討崩塌之影響機制及運用 Logistic 二元迴歸的多因子統計方法推導分析崩 塌地潛感分布，能有助於掌握崩塌發生之空間資訊，可提供未來防、救災之參考。

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2.2 遙測教材設計

遙感探測對於國、高中乃至大學教學均有不同的應用，教育部於基礎地球科學科 數位教材發展教材單元內容暨教學活動設計教案中，將遙測知識應用於多個領域的學 習，提供從國小到大學不同的教材設計，包含太空遙測原理、從太空看環境變化、太 空遙測在天災的應用等多個主題，製作教學網站提供中學教師教學參考。例如「太空 遙測在天災的應用」教材單元，課程內容以莫拉克颱風時運用不同衛星拍攝之資料作 為引起動機或討論的開始，以動畫說明太空遙測之原理，簡報太空遙測在氣象、海溫、

地面影像、海面高度等各方面之運用，最後透過網路搜尋即時衛星影像，了解學校所 在地區之即時狀況。在「地面影像拍攝」單元，透過地面觀測衛星之運用，了解衛星 在地面影像上所扮演的角色。學習教材以影片方式介紹 Google Earth 說明衛星地面影 像之拍攝，同時介紹地面影像拍攝之用途與案例，如汶川地震或莫拉克風災之土石流 影像，以及福衛二號之地面影像與實際案例，例如南極冰棚之觀測。而「莫拉克颱風 衛星運用介紹」單元，以莫拉克颱風之衛星運用為例,引發高中學生對遙測及防災觀 念學習動機。學習教材以互動式問答將衛星雲圖種類、莫拉克颱風基本資料、福衛二 號衛星影像於風災前後在台東太麻里溪出海口三維影像、高雄縣桃源鄉土石流發生後 影像、小林村衛星影像等案例，解釋衛星影像於莫拉克颱風後之運用（教育部數位學 習入口網，2013）。

台灣師範大學地理學系及財團法人國家太空中心辦理「福衛二號衛星影像、GIS 技術應用於高中地理種子教師研習」活動，其目的在培養高中地理衛星影像與 GIS 技術的種子教師，以確立遙測與空間科技在高中地理科教學上的落實。民國九十七年 公布的「普通高級中學必修科目地理課程綱要」有多項涉及遙測與空間科技，如：第 一冊「通論地理」第二單元「地圖」的「遙測衛星影像」、第三單元的「地理資訊」，

第三年的環境議題與空間規劃的 GIS 技術，另外在「教具及有關教學設備」也提及衛 星影像、全球衛星定位系統、地理資訊軟體。課程內容涵蓋福衛二號影像與空間資訊 在高中地理課程教學應用、GIS 在高中人文與自然地理教學的應用、福衛二號影像與 鄉土地理教學、福衛二號影像與空間資訊應用於國土規劃的教學等。該研習活動除提 供遙測教學理論介紹外，並配合國家太空中心提供的福衛二號影像資源，從技術面介 紹遙測與空間科技的基本原理，並從應用面介紹遙測與空間科技在教學、教材製作和

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防災、區域規劃等各式的運用。讓高中地理種子教師透過原理與應用的理解，充分達 到得以執行 98 課綱教學內容的研習目的。（張國楨等，2008）

譚智宏(譚智宏、許香儀，2012) 以普通高級中學選修科目「應用地理」課程綱 要中，「水資源的分布及開發利用」與「洪患的預防及監測」二項主題的編定，將臺 灣水資源與防洪的重要性，透過實際案例編撰教材，使高中學生能瞭解水資源保育與 防洪的重要性。研究中主要利用福爾摩沙二號衛星(Formosat-2)，建構普通高級中學 地理課程綱要中之輔助教學內容，內容以水資源的分佈及開發利用及洪患的預防與監 測為主。將以過去執行之各項實際研究案例，搭配國內外相關研究及文獻，呈現福衛 二號衛星在水資源與洪患監測上的應用，提供中學教師於教學過程中具體佐證。

葉家棟（2012）在高中職海洋教育補充教材之發展研究報告中，以「具有原創性」、

「契合新訂課程綱要」、「以學生經驗為中心」的概念，研發高中職海洋教育融入式教 學所需的補充教材。報告中指出瞭解海洋中全球衛星定位（GPS）技術與衛星遙測的 應用是後期中等學校「海洋教育」科目之主要內容之一，應涵蓋於教材單元設計。

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2.3 教學評量方法

在各主題概念融入教材設計後，需搭配適當的教學評量方法，來評估此教材之效 用，多數相關研究均採用控制組與對照組施教，並以問卷或試卷以評定其成效。本研 究整理相關研究主題融入教材並執行教學評量之文獻如下：

柯倩玉(2008) 運用分析(Analysis)、設計(Design)、發展(Development)、實施 (Implementation)、評估(Evaluation)的 ADDIE 模式發展全球暖化數位教材，以協助國 小高年級學生認識全球暖化的概念，內容包含全球暖化與溫室效應、全球暖化的影響、

全球暖化因應之道。其研究中包含設計適合國小高年級學童學習的全球暖化數位教材、

評估此全球暖化數位教材適用性，探究全球暖化數位教材對高年級學童之學習成效。

教材完成後發佈至網站，且進行教學實驗，引導四所國小 396 位學生進行線上學習，

並實施成就測驗前、後測，及填寫評估量表。需求調查問卷、專家評估量表及學生評 估量表等研究工具取得量化資料以描述性統計、t 檢定及 K-S Z 檢定分析量化資料，

輔以訪談取得質性資料。研究結果顯示由需求調查問卷中得知教師們對於適合國小學 童學習之全球暖化數位教材需求性極高，並認為設計優良之全球暖化數位教材及網站，

將對教學有很大的助益。由評估結果中得知絕大多數教師認同於網站之教材內容設計、

畫面與介面的設計、學習評量的設計、互動性的設計、教學特性。由學生評估結果得 知多數學童認同於本網站之教材內容設計、畫面與介面設計、互動和評量設計、學習 特性。由全球暖化成就前、後測總分得知，學童在實驗後對於全球暖化概念有明顯的 進步；且學童在教學實驗後具高度之全球暖化態度。

陳秋蘭（2012）對新北市國小五年級學童以互動式網路系統，進行學習氣候變遷 議題教學，設計氣候變遷網路教學及學習評量。研究對象為國小五年級 6 個班級的學 童，其中三個班級為實驗組，另外三個班級為控制組，共計 151 名學生，在實驗前後 分別實施前測和後測。研究分析工具包括：「學童氣候變遷訪談」、「教師對氣候變遷 教學需求訪談」、「教師對互動式多媒體氣候變遷教學需求問卷」、「學童氣候變遷學習 認知成就測驗」、「學童氣候變遷態度量表」、「網路教學使用系統態度量表」，教學時 皆授以相同內容的氣候變遷課程，實驗組採學生為中心開放式探索；控制組則採教師 中心結構式探索。本研究教學後，對各問卷以描述性統計、t 檢定、變異數分析的統

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計方法和學生評估量表等研究工具取得量化數據，比較因教學時採用不同的教學方式 有無學習成效和態度之差異。研究結果發現由教師需求調查問卷中得知，以互動式多 媒體教學系統進行氣候變遷教學的需求性極高，並認為設計優良之互動式多媒體教學 對教學有很大的助益。經由學生評估結果得知多數學童認同，以網路教學系統，進行 學習氣候變遷議題教學之教材內容設計、透過圖片或文字上的提示，可提升其專注力，

加深印象。網路教學發展設計教材對學習有效果，且確實具有正向影響之效果。學童 喜歡有動畫遊戲類型的網站，容易記得大部分的內容；使用網站學習可以增加對氣候 變遷相關的知識；學童對透過網站教學學習氣候變遷很感興趣。根據研究結果得知，

以網路教學系統發展設計進行教學成效，以教師中心和以學生中心兩種教學法進行教 學，比較兩者在學習成效有顯著的差異。在應用網路教學後，實驗組在「氣候變遷認 知測驗」優於控制組，且達顯著差異；實驗組在「氣候變遷態度量表」優於控制組，

且達顯著差異。在網路教學系統的看法，得到大部分學生之認同，能有效引起學生的 學習動機，並增進學習效果，也符合此階段學生的操作與認知能力。畫面設計與操作 畫面切換有良好的引導效果；可依個別的學習速度適性化呈現，可產生適度的提示作 用。

WebQuest 是運用網路資源做主題探索學習的策略，教師不但可以善用網路資源 於課堂活動中，還可以透過網路提供給學生真實世界的視野，拓展學生書本外的生活 經驗，不僅提高學生的學習動機，更增加了學生學習思考能力(鄭詩穎，2005)。張玉 茹(2012) 對國中學生以 WebQuest 教學探討對防災教育實施學習成效與防災素養之影 響，研究採用準實驗研究法，以屏東縣某國中八年級 61 名學生為研究對象，分為實 驗組（31 人）與對照組（30 人），進行三個單元包含地震災害、颱洪及坡地災害的實 驗教學。實驗組以 WebQuest 進行防災教育，對照組則採用傳統教學。在教學實驗裡，

不同的教學方法為自變項，探討 WebQuest 教學與傳統教學對學生立即學習成效及學 習成效保留上的影響。於各單元教學結束後，實驗組和控制組學生立即進行學習成效 測驗，並以社會領域教學成就測驗之段考成績來控制兩組在學習前的差異。實驗教學 結束後，實驗組學生再施以防災素養量表、學習滿意度問卷、WebQuest 學習意見調 查。就兩組進行描述性統計、成對樣本 t 檢定、單一樣本 t 檢定與單因子共變數分析。

研究結果顯示實驗組學生在立即學習成效上與控制組學生有顯著差異，在學習成效的 保留效果與控制組學生有顯著差異。在防災素養上，實驗組學生於防災知識、態度及

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技能上表現佳。在學習滿意度上，實驗組學生對教學方式、學習品質、學習互動、學 習評量與學習心得上呈顯著滿意。在 WebQuest 學習意見上，實驗組學生對教學網頁 設計、WebQuest 結構、學習活動心得與小組合作學習上高度肯定。

吳聲欣（2008）為瞭解空間認知在地理教學應用的實際成效，選出各年級的兩班，

分為實驗和對照班，分別進行兩次的認知圖繪製，以分析認知圖的八項指標，對學生 兩次繪製的認知圖分析，以篩選學生之空間認知特性。而後將空間認知特性轉化成教 學原則，進行實驗班的教案撰寫；對照班教案則未參考學生的空間認知的轉化原則。

依地理教學評量原則和單元教學目標來設計兩班的評量卷，教學結果的分析進行相依 樣本 t 檢定，求證此次成績和平日成績的差異程度。研究發現七年級、八年級空間認 知特性相近，八年級更呈現學生會依賴較簡單的地圖和照片來認知空間。九年級空間 認知特性與七、八年級不同處在於會選擇經濟發達區作為繪製認知圖的定錨點，且會 優先選擇明顯地標為定錨點。空間認知特性應用在區域地理教材組織，評量分數的分 析顯示，七年級的成效最大，八年級成效次之，九年級的成效不顯著。問卷的整理則 歸納出各年級地理教學原則，以作為國中區域地理教學的參考。

林心怡（2010）以台北縣國中一年級兩班共七十二位學生，探討英語歌曲教學對 國中生英語聽力之影響，研究對象分為實驗組接受英語歌曲教學歷時十四週，而控制 組接受傳統聽力教學。研究過程含聽力前後測及問卷共歷時十六週，資料蒐集方法包 括全民英檢初級聽力測驗、英語歌曲教學評量問卷和英語歌曲，量化數據以描述性統 計、t 檢定及頻率分析，據以探討學生對英語歌曲教學的反應。研究結果發現實施英 語歌曲教學，對於國中生的英語聽力理解有顯著效果。在認知觀點上，國中生認為英 語歌曲教學有助於英語學習；在情意觀點上，覺得經過英語歌曲教學，變得較有信心 完成聽力活動；在技能觀點上表示願意花更多時間練習英語聽力而取得較好的聽力測 驗成績。整體而言，國中生對於英語歌曲教學有正面學習態度。

游崑豪（2011）對所任教之國小三年級 59 位學生，實施電子白板融入國語、數 學、社會科教學，建構國小三年級學童學科基礎能力，採取行動研究與問卷調查方法，

以高雄市四維國小教師、家長及三年級學生為對象，確立建構學童國語、數學、社會 基礎能力需要性及有效教學策略之研究問題，規劃教學方案與實施教學；透過教學札 記、觀察紀錄、學習評量及評鑑省思，及學生學習調查表、動機及滿意度調查表、各

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科學習前後評量表、觀察檢核表、學生自我評量表、學習滿意度問卷等研究工具與資 料蒐集方法，評估教學方案實施成效，結果顯示實施電子白板教學對國小三年級學生 的學習動機有顯著提升，學習滿意度也有顯著提升，學習績效對國語、社會的成績有 正向影響，對數學成績則無顯著影響。

綜合上述各主題融入教學，常見評量教學成效之方法可整理成如表 2.1，評 估資料蒐集方法多由專家評估量表、學生評估量表、素養量表、學習滿意度問卷等獲 得，量化分析方法則為描述性統計、t 檢定、變數分析、K-S 檢定等來表達研究主題 融入教材後的成效。

表 2.1 研究教材評估資料蒐集方法與量化分析比較表

研究主題 研究對象 研究工具與

資料蒐集方法 量化分析方法 參考文獻 全球暖化數位教材 396 位 國 小

學生

專家評估量表、學生 評估量表

t 檢定、K-S 檢 定、Z 檢定

柯 倩 玉

（2008）

氣候變遷網路教學 151 位 國 小 五年級學生

需求訪談、態度量表 描述性統計、t 檢定、變異數分 析

陳 秋 蘭

（2012）

防災教育與防災素養 61 位國中八 年級學生

防災素養量表、學習 滿 意 度 問 卷 、 WebQuest 學 習 意 見 調查

描述性統計、成 對樣本 t 檢定、

單 一 樣 本 t 檢 定、單因子共變 數分析

張 玉 茹 (2012)

電子白板融入國語、

數學、社會科教學

59 位國小三 年級學生

學生學習調查表、動 機及滿意度調查表、

各 科 學 習 前 後 評 量 表、觀察檢核表、學 生自我評量表、學習 滿意度問卷

描述性統計、t 檢定

游 崑 豪

（2011）

英語歌曲教學 72 位國中一 全民英檢初級聽力測 描述性統計、t 林 心 怡

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年級學生 驗、英語歌曲教學評 量問卷

檢 定 及 頻 率 分 析

（2010）

空間認知特性 10 位 國 中 七、八、九年 級學生

認知圖繪製、八項指 標

描述性統計、t 檢定

吳 聲 欣

（2008）

資料來源：本研究整理

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第三章 研究設計

本研究屬於實驗教學研究，主要目的為探討實施「衛星影像輔助教學教材」與「傳 統教學教材」授予臺灣自然環境課程，對學生學習成效的影響。茲分為研究概念與架 構、衛星影像輔助教材設計與規劃、學習評量設計、分析方法、實施程序等五個小節 說明本研究設計與執行方法。

3.1 研究架構與實驗設計

授課者使用的教學方法與教材內容足以影響學生的教學成效，對於教學者是一種 考驗與挑戰。本研究以相同的教學課程、教學者、教學時間下，探討不同的教學教材 內容對於學生學習成效的影響，茲將本研究架構與實驗設計說明如下。

3.1.1 研究架構

本研究利用衛星影像設計國小五年級上學期社會學科的教學教材，期望藉由衛星 影像輔助教材教授臺灣自然環境課程，能提高學生學習成效，依據研究目的，本研究 之研究架構如圖 3.1，研究架構中各變項內涵說明如下。

1.自變項:本研究的自變項為「組別」，分別為施予「衛星影像輔助教材」進行臺灣 自然環境課程教授的實驗組與施予「傳統教學教材」進行臺灣自然環境 課程教授的對照組。

2.依變項:本研究的依變項為學生的「學習成效」，學習成效的評估是以授課前、後 實施的前測與後測的結果為依據。

3.控制變項:

(1)教學時間:實驗組與對照組的學習節數相同，兩組皆為 4 週。

(2)教學內容:皆為國民小學五年級上學期社會學課第一單元(嗨!臺灣你好)與第二單 元(臺灣的自然環境)。

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(3)教師教學素養:由同一授課老師授課，將教學品質的誤差降到最低。

(4)學生同質性:實驗組與對照組學生皆為國小五年級學生。

圖 3.1 研究流程圖

3.1.2 實驗設計

本研究採用「準實驗研究法」(quasi-experimental research)，教學實驗設計如表 3.1，主要是分別對實驗組與對照組學生進行實驗處理前的前測與其後的後測，藉由 實驗處理前後的測驗結果差異，評估兩組學生使用不同教學教材是否產生學習成效上 的差異。研析相同課程內容、授課者、授課時數等條件下，授課教材內容差異的影響 性，並於最後提出結論與建議，期可提升學生學習成效，並提供臺灣自然環境課程具 參考價值的教學策略。。

表 3.1 準實驗研究設計模式

教學組別 前測 實驗處理 後測

實驗組

O

X

O

對照組

X

X1:實驗組施予「衛星影像輔助教材」進行臺灣自然環境課程教授，以班級教學方式實施。

X2:對照組施予「傳統教學教材」進行臺灣自然環境課程教授，以班級教學方式實施。

O1:對選定之實驗組與對照組學生班級分別進行課程教授前之「臺灣自然環境知識」測驗。

O2: 對實驗組與對照組學生班級進行「臺灣自然環境課程」學習成效測驗。

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3.2 衛星影像輔助教材設計與規劃

透過國民小學五年級社會學科主題第一單元(嗨!臺灣你好)與第二單元(臺灣的自 然環境)之綱要分析，進行衛星影像輔助教材的設計與規劃，教材的資材主要是利用 Google Earth 的影像所製作，衛星影像輔助教材設計重點與規劃成果分為兩個部分說 明。

衛星影像輔助教材內容的設計主要依據下列三項原則:

1.滿足學生的學習動機:影響學生學習的因素包含成就動機與認同動機，因此設計 衛星影像輔助教材內容時能以滿足且增強學生的學習動機為重要原則。

2.多元化設計:由於「臺灣自然環境課程」著重於學生對臺灣的地理環境認識，因 此在衛星影像輔助教材內容設計上能以不同的方式，不同的角度來規劃與設計，

使教學過程更多元化且具趣味性。

3.符合課程教學原則:衛星影像輔助教材的設計最大的目的就是邀學生學習臺灣自 然環境知識，因此在衛星影像輔助教材設計上應與臺灣自然環境課程內容符 合。

3.2.1 第一單元 (嗨!臺灣你好)

本單元的學習重點為:

1.認識臺灣島的地理位置。

2.欣賞臺灣島地理位置特色。

3.認識臺灣島形成過程。

根據課程綱要分析與單元學習重點，教材設計結果如圖 3.2~圖 3.5 所示。教材內 容的 1-1 至 1-12 張投影片是利用 Google Earth 的地球影像，從宇宙的角度看地球，進 而尋找臺灣的位置，更進一步指出學生所就讀學校的位置，以及從高空俯瞰自己的學 校，是何種樣貌。藉此引起學生的注意力，並且瞭解臺灣在世界上的地理位置。教材 內容的 1-13 至 1-14 張投影片則是更加具體的提出臺灣與其他國家及五大洲、三大洋

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的相對位置，加深學生的印象。

教材內容的 1-15 至 1-18 張投影片則是藉由社會課本的板塊分佈圖與全世界的衛 星影像畫面的差異，讓學生能夠更加具體的瞭解板塊分佈於地球的真實樣貌，臺灣位 於歐亞板塊與菲律賓海板塊的真實樣貌，並且利用 3D 立體影像說明板塊推擠使臺灣 產生造山運動，使文字的敘述更加生動且有趣的呈現。

教材內容的 1-19 至 1-20 張投影片則是說明臺灣肥沃的沖積平原的形成原因，藉 由衛星影像，從不同的角度看臺灣的沖積平原，呈現河川由高山沿勢而下，沖積平原 由河流沖積而成的樣貌。以蘭陽平原(宜蘭平原)為例子，由衛星影像 3D 立體影像，

顯現出沖積平原的地形起伏及其樣貌，河川由高山而下到海岸，形成平原的原理。

教材內容的 1-21 張投影片則是顯現臺灣於東亞的地理位置，以及臺灣與相鄰國 家的區位關係，藉以解釋臺灣於軍事戰略、生物遷徙的重要性；發產觀光、航運、漁 業的優勢。

圖 3.2 衛星影像輔助教材第一單元設計內容

21

圖 3.3 衛星影像輔助教材第一單元設計內容(續 1)

22

圖 3.4 衛星影像輔助教材第一單元設計內容(續 2)

23

圖 3.5 衛星影像輔助教材第一單元設計內容(續 3)

3.2.2 第二單元(臺灣的自然環境)

本單元的學習重點為:

1.認識臺灣主要的地形及特殊地理景觀。

2.認識臺灣的海岸地形與島嶼。

3.了解臺灣氣候的特色及對生活的影響。

4.了解臺灣河川的特性及其生活的關係。

5.探討臺灣河流生態保育與生活關係。

根據課程綱要分析與單元學習重點，教材設計結果如圖 3.6~圖 3.9 所示。教材內 容的 2-1 至 2-20 張投影片是利用衛星影像的 3D 立體影像，對臺灣五大地形:山地、

丘陵、台地、平原、盆地的樣貌進行呈現與說明，透過 3D 衛星影像，可於畫面上展 現出地形的真正樣貌，讓學生對於各種地形的起伏與相對的關係更能具體的掌握。

教材內容的 2-21 至 2-22 張投影片是呈現臺灣本島的海岸地形與各類海岸地形的 分佈位置，使學生能夠藉由圖像瞭解臺灣海岸的地貌與分佈，並且利用衛星影像的

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3D 效果顯現岬灣地形與地勢。

教材內容的 2-21 至 2-22 張投影片是將臺灣的水資源分佈情形與水資源資訊由文 字轉為區位圖像，加深學生的印象。

圖 3.6 衛星影像輔助教材第二單元設計內容

25

圖 3.7 衛星影像輔助教材第二單元設計內容(續 1)

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圖 3.8 衛星影像輔助教材第二單元設計內容(續 2)

27

圖 3.9 衛星影像輔助教材第二單元設計內容(續 3)

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3.3 教學評量設計

「臺灣自然環境課程」的學習重點總共有八項，因此在教學評量試題的編製上，

是以「臺灣自然環境課程」的學習重點是否達到為主。本研究所設計之教學評量主要 目的為幫助授課教師透過所設計之教學評量，用以評估「臺灣自然環境課程」利用衛 星影像輔助教材後，受課的學生對於課程主體內容是否更加瞭解，更能掌握課程內容 標的物之相關地理位置及其地理特性。透過本研究所設計的前測與後測教學評量，評 估學生的學習成效，分析比較利用兩種不同的教學教材的教學成效差異。

3.3.1 評量設計原則與概念

本評量之設計目的主要為瞭解使用「衛星影像輔助教材」的效用有多少，對於學 生學習「臺灣自然環境課程」是否有幫助，設計概念如圖 3.10 所示。評量設計的重 要原則為:「相同的臺灣自然環境知識概念，以不同的方式測試學生的認知」。

圖 3.10 評量設計概念圖

29

3.3.2 教學評量內容

教學評量分為前測與後測，可分別針對已利用「衛星影像輔助教材」上課的學生 及以「傳統教學教材」上課的學生進行測驗，藉此瞭解輔助教材的使用是否對學生的 學習有所幫助。

教學評量的內容依循評量設計的重要原則「相同的臺灣自然環境知識概念，以不 同的方式測試學生的認知」，因此前測教學評量與後測教學評量的內容精神是相同的，

僅以不同的問題方式來評估學生的學習成效，教學評量的命題重點整理如下表 3.2，

題目類型分為是非題、選擇題及填充題三大題型，配分方式則為 36 分、36 分及 28 分，總計 100 分。教學評量的設計如圖 3.11~圖 3.14。

表 3.2 前測與後測評量命題重點

題型

前測 後測

命題重點 題 項 命題重點 題 項

是非題 (配分:36 分)

臺灣五大地形 1、3、5、7 臺灣五大地形 1、3、5、7

板塊運動 2 板塊運動 2

海岸與島嶼 4 海岸與島嶼 4

臺灣地理位置 6 臺灣地理位置 6

水資源 8、9 水資源 8、9

氣候 10、11、12 氣候 10、11、12

選擇題 (配分:36 分)

臺灣五大地形 1、2、4、8、9 臺灣五大地形 1、2、4、8、9

臺灣地理位置 3 臺灣地理位置 3

經緯度概念 5 經緯度概念 5

板塊運動 6、7 板塊運動 6、7

水資源 10、11 水資源 10、11

氣候 12 氣候 12

填充題 (配分:28 分)

海岸地形 1 海岸地形 1

山脈 2 山脈 2

地形 3 地形 3

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圖 3.11 教學評量內容(前測)

31

圖 3.12 教學評量內容(前測_續)

32

圖 3.13 教學評量內容(後測)

33

圖 3.14 教學評量內容(後測_續)

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3.4 分析方法

依據本研究之研究假說，考量本研究樣本資料類型，將採「獨立樣本 t 檢定

（One-Sample t Test）」、「成對樣本 t 檢定（Pair-Sample t Test）」、「交叉分析（Chi-Square Test)」及「變異數分析(ANOVA)」等統計方法，以達研究目，提供臺灣自然環境課 程具參考價值的教學策略。茲將各方法簡述如下。

3.4.1 單一樣本的檢定（t Test）

單一樣本的檢定通常使用於母體平均數是否有差異的檢定，又根據自變數與依變 數的性質不同，方法上也有所差異，可分為「獨立樣本 t 檢定（Independent -Sample t Test）」及「成對樣本 t 檢定（Pair-Sample t Test）」。此類方法通常用於實驗前與實驗 後之資料比較，訓練前與訓練後之比較等，其基本理論如下。

單一樣本，假設檢定如下:

:  

:

其中μ1是(X1，X2，….，Xn)的母體平均值，μ2是(Y1，Y2，….，Yn)的母體平 均值。

1.當σ已知時

√

(3.1) 其中μ、σ分別為原母體平均值與標準差，N 為樣本大小。

2. 當σ未知時

當變異數量σ²未知時，以樣本標準差 S²來估計σ²，t

√

(3.2)

其中 N 為樣本數，S ^∑ (3.3)

其中 N-1 為自由度(degree of freedom ,d.f.)，透過自由度 v= N-1 的 t 分配進行檢定，

35

顯著水平為α，如此查得的 t 值做 tα，如果|t|> tα，則否定假設H : µ µ ，若不然，

則不能否定假設H : µ µ ，即接受H : µ µ 。

1.獨立樣本 t 檢定（Independent-Sample t Test）

獨立樣本 t 檢定（Independent -Sample t Test）的適用時機為自變項均為間斷變數 (類別尺度、順序尺度)，且為二分變數；依變項為連續變數(等距尺度、等比尺度)，

受試樣本的群體不同。適用時機如圖 3.15。圖中 a1、a2 兩個組別是個別獨立的，彼 此不受影響，所用的方法是獨立樣本(independent sample)的 t 檢驗法，其目的在檢驗 二個獨立樣本母群體平均數的差異情形(吳明隆、涂金堂，2008)。例如可用於檢視教 授「臺灣自然環境課程」後，對照組與實驗組在「地理題型」的後測教學評量試題的 教學成效是否有差異。

圖 3.15 獨立樣本 t 檢定適用時機 (整理自(吳明隆、涂金堂，2008))

2.成對樣本 t 檢定（Pair-Sample t Test）

成對樣本 t 檢定（Pair -Sample t Test）的適用時機為同一組受試者在兩次測驗成 績之差異情形，前後二次之數據資料均為連續變項，成對樣本也稱為相依樣本或受試 者內設計的 t 檢定。在相依樣本中，受試者是同一組受試者，此即為重複量數設計法 (吳明隆、涂金堂，2008)。適用時機如圖 3.16。於本研究可適用於實驗組學生前測教 學評量與後測教學評量成績是否有差異，進步的幅度評估。

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圖 3.16 相依樣本 t 檢定適用時機 (整理自(吳明隆、涂金堂，2008))

3.4.2 交叉分析（Chi-Square Test)

1.理論概要

交叉分析又稱卡方檢定(χ 檢定)，卡方分配可用來做為有關單一常態母體變異數 的區間估計和假設檢定。其假設檢定為:

H : σ σ   H : σ σ

只要由常態母體隨機抽取大小為 n 的樣本，則此統計量為:

x    (3.4) 是自由度 n-1 的卡方分配（Chi-Square Test)，其中 是樣本變異數， 為母體變 異數。其分子是對樣本離散程度的一種度量，分母σ是正常情況下的母體標準差。其 中:

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s ^∑ (3.5)

x為樣本平均數，n=樣本大小。

當由常態分配母體抽出一樣本大小 n 的簡單隨機樣本，單母體變異數的區間估計 值為:

σ (3.6)

此處，x 值屬於自由度為n 1的卡方分配且信賴係數為1 α。x 值太大或太小 都 說 明 母 體 標 準 差 的 改 變 ， 可 由x 表查出上界x 和下界x ， 若x x 或 x x ，則認為母體標準差有顯著的變化，即σ σ ，x 表中自由度為 n-1，n 為 樣本數。

2.適用時機

適用時機為自變項均為間斷變數(類別尺度、順序尺度)，且為二分變數以上；依 變項為間斷變數(類別尺度、順序尺度)，且為二分變數以上，適用時機如圖 3.17。於 本研究可適用於不同組別的學生其地理題型得分落點的差異評估。

圖 3.17 交叉分(卡方檢定)析適用時機

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3.4.3 變異數分析(ANOVA)

1.理論概要

變異數分析(ANOVA)是種統計方法用來決定是否兩個或更多母體平均數是否相 等。當分析從完全隨機化設計所得的資料，檢定的假設如下:

H : µ µ µ  

H : 並非所有母體平均數皆相等

其中µ

第 個母體平均數

變異數分析需計算母體變異數 的兩個獨立估計值，由實驗設計觀點， 的「樣 本間估計值」稱之為處理均方(mean square due to treatments)且記為 MSTR，其亦稱為 處理間均方(mean square between treatments；MSB)。計算 MSTR 的公式如下:

MSTR ^∑ (3.7)

上式分子為處理平方和(sum of square due to treatments)，且記為 SSTR。分母 1 代表 SSTR 的自由度。 為第 個母體的樣本平均數， 為總平均數。

第二個σ 的估計值是依據每一樣本或處理內樣本觀察值的變異而定。此為母體變 異數的「樣本內估計值」，稱為誤差均方(mean square due to error)，記為 MSE，計算 公式如下:

MSE ^∑ (3.8)

上式分子為誤差平方和(sum of square due to error)，且記為 SSE。分母 代表 SSE 的自由度。

假設上述虛無假設為真且 ANOVA 的假設是確實的，MSTR/MSE 的抽樣分配是 分子自由度等於 1，分母自由度等於 的 F 分配。假如 k 個母體平均數不相

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等，MSTR/MSE 會偏高是因為 MSTR 高估了σ 。因此，假如 MSTR/MSE 的值比從分 子自由度 1，分母自由度 的 F 分配還大，則拒絕H ，並非所有母體平均數 皆相等的結論。完全隨機化設計的ANOVA表如表 3.3。

表 3.3 完全隨機化設計的 ANOVA 表

變異來源 平方和 自由度 均方

F

處理 SSTR 1 MSTR

1

誤差 SSE MSE

合計 SST 1

2.適用時機

適用時機為自變項均為間斷變數(類別尺度、順序尺度)，且為三分變數以上；依 變項為連續變數(等距尺度、等比尺度)，受試樣本的群體不同。適用時機如圖 3.18。

於本研究可適用於實驗組與對照組學生的四年級社會學科平均成績與後測成績是否 有相關。

圖 3.18 變異數分析適用時機 (整理自(吳明隆、涂金堂，2008))

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3.5 實施程序

本研究實施流程分為以下五個階段，實施程序如表 3.4 所示。

表 3.4 研究實施程序表

實施步驟 實施時間 工作項目

一、準備階段 102 年 5 月 1 日至 102 年 8 月 31 日

1. 蒐集、閱讀相關文獻 2. 擬定計畫

3. 確定實驗對象

4. 分析課程內容、編寫教案

5. 進行「以衛星影像輔助臺灣自然環境課 程(小學五年級上學期社會課第一單元 與第二單元)」教學設計，及建置輔助教 材內容投影片。

6. 設計與編製「臺灣自然環境課程」前測 與後測教學評量

二、前測階段 102 年 9 月 9 日至 102 年 9 月 13 日

1. 針對選定之實驗組與對照組學生班級分 別進行課程教授前之「臺灣自然環境知 識」測驗。

2. 蒐集實驗組與對照組學生之四年級社會 學科平均成績，以作為學生社會學科素 質之依據。

三、教學實驗階段 102 年 9 月 16 日至 102 年 10 月 11 日

1. 實驗組實施「衛星影像輔助教材」進行

「臺灣自然環境課程」授課。

2. 對照組以「傳統教學教材」進行「臺灣 自然環境課程」授課。

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四、後測階段 102 年 10 月 21 日至 102 年 10 月 25 日

針對實驗組與對照組學生班級進行「臺灣 自然環境課程」學習成效測驗。

五、資料分析 102 年 10 月 26 日至 102 年 12 月 31 日

1. 分析兩組學生在「臺灣自然環境課程」

學習成效上的差異。

2. 分析兩組學生其原本的社會學科素質與 學習成效的關係。

3. 分析兩組學生有無實施「以衛星影像輔 助臺灣自然環境課程」之臺灣地理(地 形、地勢、區位)課程部份學習成效是否 有差異。

4. 撰寫研究報告。

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第四章 研究結果與討論

透過本研究所設計之教學評量，蒐集實驗組學生與對照組學生分別以「衛星影像 輔助教材」及「傳統教學教材」授予「臺灣自然環境課程」的學習成效資料，透過教 學評量的測驗題項將學習成效量化，進行統計分析，探求兩組學生的學習結果差異，

在同樣的授課者、授課時數及相同的課程內容下，不同的教學教材對學生學習的影響，

並驗證本研究之研究假說。

4.1 研究對象之社會學科素質條件

本研究為使研究結果更加客觀，對實驗組 56 名學生與對照組 56 名學生進行其本 身社會科學素養評估。參與本研究之實驗組學生共有 58 名，其中 2 名之四年級下學 期社會科成績並未取得，故僅以取得資料之實驗組 56 名學生為樣本進行社會學科素 質評估。研究對象之社會學科素質評估是以研究對象之四年級下學期社會學科平均成 績為評估依據，評估過程與結果如下。

4.1.1 實驗組與對照組學生素質評估

本研究隨機選擇新湖國小五年級 2 個班級為研究對象，探討實施「衛星影像輔助 教學教材」與「傳統教學教材」授予臺灣自然環境課程，對學生學習成效的影響。本 研究為降低研究誤差，因此針對兩組研究對象進行「社會學科素質」檢定，評估兩組 學生的社會學科素質是否有差異，評估結果顯示，實驗組與對照組學生的社會學科素 質並無差異。表 4.2 為研究對象社會學科素質進行獨立樣本 t 檢定（Independent -Sample t Test）的結果，p 值為 0.9268 大於 0.05，因此接受虛無假設，即實驗組與對照組的 四年級下學期社會學科平均成績並無差異，兩組學生間的社會學科素質並無差異，本 教學研究的實驗組學生與對照組學生間學習素養起點相同，研究對象適於進行此教學 實驗。本研究根據兩組學生前測教學評量成績之平均數、標準差、最大值及最小值等 描述性統計量，將四年級下學期社會學科成績予以分級，藉此比較兩組學生成績分佈 與差異情形，圖 4.1 為兩組學生四年級下學期社會學科成績分佈情形，兩組學生的成 績分佈情形非常相近，兩組成績皆主要分佈於「80-89 分」與「90 分以上」兩級。

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表 4.1 研究對象之四年級社會學科平均成績描述性統計量

項目 學生組別 個數 平均數 標準差 平均數的標準誤 四年級下學期

社會學科平均成績

對照組 56 89.75 9.45 1.26 實驗組 56 89.14 8.39 1.12

表 4.2 研究對象社會學科素質之評估結果(獨立樣本 t 檢定)

項 目

變異數相等 的 Levene

檢定

平均數相等的 t 檢定

F 檢 定

顯著

性 t

自由 度

顯著 性 (雙尾)

平均 差異

標準 誤差 異

差異的 95%

信賴區間 下界 上界

四年級 下學期 社會科 平均成

績

假設 變異 數相 等

0.0085 0.9268 0.3595 110 0.7199 0.6071 1.6887 -2.7395 3.9538

不假 設變 異數 相等

- - 0.3595 108.4628 0.7199 0.6071 1.6887 -2.7400 3.9543