人工智慧於數位行動學習之應用

Journal of Computer Science and Application, Vol.1, No.1, June 2005 , pp. 57-67

人工智慧於數位行動學習之應用

壹、前言

隨著科技的進步，人類學習的方法不在局限於口耳相傳，由於網路的興起， 讓很多人在網際網路上完成不同種類的工作。目前網際網路使用在教育的領域之 中，有各種的學習模式讓學習者變得容易，如今因為資訊的快速增加，我們必須 尋找一個能夠應付快速變遷的學習方法，為了提高學習的效率以及破除地方上的 限制，就以目前來說e-Learning 成為最好的學習方法之一。但是e-Learning 的 學習目前就局限於室內的課程，如果像是坐公車的時候，這種在室內以外的地方 學習，顯然就不是很方便了，或是在戶外教學像是博物館或是植物園等地方，傳 統上老師在室外無法使用黑板，都只能用口述的方法來指導學生，而學生也並不 是很方便的抄筆記，所以老師和學生如果都能夠有個教學溝通用的攜帶型機器， 就能夠解決這個問題，而其中也還可以加入群體學習，間接的產生討論群組[1]。 另外老師也可以利用小型的電子白板像是利用Mimio 裝置[2][3]，將白板的內容 傳送到PDA 上，讓學習者能夠更方便，而更能達到遠距教學、縮小城鄉差距的 目的。除此之外，由於使用PDA 不需要鍵盤和滑鼠，只需要一支觸控筆就可以 使用，所以對於殘障學習者也是即為方便[4]，這也就不須要為殘障學習者另外 再去訂做人機介面的工具(像是紅外線視動滑鼠)。所以歸納以上的構想，本研究 是希望讓學習者使用行動裝置，都能夠搭配著無線網路來進行數位學習(圖1)。 圖1 系統架構圖 目前行動學習這方面的研究在國外，像是歐洲的m-learning Project[5]和 MOBIlearn Project[6]等，都是在研究開發利用行動裝置來達到學習。

個統一的規格，這讓製作教材上還要考慮像是畫面的問題，所以可能會要做出好 多種版本的教材。 三、PDA PDA 體積和畫面上就介於手機和筆記型電腦之間，而且PDA 的畫面也不會 太小，並具有網路功能。PDA 使用上非常方便，操作上也非常容易，只需要一支 觸控筆就可以手寫來輸入文字，這讓學習者不須害怕不會輸入法的問題，而PDA 也有夜間背光顯示的功能，所以不論是在哪個地方，都能夠很方便的使用。PDA 還 可以和個人電腦相連接，這讓PDA 的資料能夠很方便的回存。就以功能來說，PDA 就像是小型的個人電腦，所以使用PDA 來進行行動學習似乎比較適當。不過以目 前的發展來看，把手機的通訊功能和PDA 的個人資訊管理整合在一起，相信在未 來是必定的趨勢。目前市面上已有類似的產品，像是PDA 手機和SmartPhone。PDA 手機就是將PDA 和手機結合在一起，兼具PDA 記事和手機的通訊功能，另一種 SmartPhone 是除了原有的手機操作特性外，並加入了像是Microsoft Windows Mobile、Linux 等這種「開放式的作業平台」，並且可依照自己的需求安裝軟體。 而在網路部份，筆記型電腦和PDA 多半是使用IEEE 802.11 無線網路技術 [9]來連上網路，手機則是使用GPRS。使用IEEE 802.11 無線網路技術傳輸速率 高且費用較低廉，而且在許多地方都有無線網路，像是許多的學校或是飛機場等 地方，但缺點是不可以在移動性較高的地方上使用像是在火車上，而傳輸距離也 不是很廣，像是IEEE 802.11g 可到達54Mbps，但傳輸距離短只有100 公尺。而 GPRS 傳輸距離大概可以到達10 公里，但速度約為144Kbps，而價格相對也較為 高。 所以歸納以上的優缺點，並且不侷限於地方上的學習， PDA 和手機算是最 佳學習平台的「行動裝置」。不過本研究就先以PDA 做為基本的學習平台，並從 這來開發想要設計的軟體，然後在慢慢的針對其他的學習平台，不過在將來也希 望能用嵌入式系統來開發專門使用於數位行動學習的機器，因為目前PDA 普通還 在一萬元左右，還算是有點高價位的產品，所以如果能做出一個專門為「行動學 習」的機器，不但能在機器上做專門學習用的功能(像是在按鈕上)，而且可對PDA 的缺點來最為改進，而不需要的元件也可以不用加入，量大的話還能降低機器的 價錢，所以在未來也會對嵌入式系統做為本研究之一。

參、學習教材的規劃與傳輸

目前行動裝置中，PDA 和手機的CPU 計算能力不像桌上型CPU 的計算能力 如此強大，這問題關係到處理「多媒體」的教材，所以我們可以讓一些執行程序 交給伺服器，這樣就可以降低行動裝置中CPU 的負擔。

上，因為畫面不大，所以在教材上就要有所特別，否則教材中的文字和圖片在顯 示上有可能無法達到預期想要的畫面，所以在一開始設計教材的時候，就必須有 比較特別的設計。而當我們使用Microsoft 的Internet Explorer 瀏覽器，許多 網站在個人電腦能完整的顯示，但在PDA 上的Internet Explorer 瀏覽器中，網 頁裡有許多地方會變形或是不見，而且有一些多媒體物件是不受支援的，就以台 灣YAHOO 網頁[10]為例，搜尋的輸入列不見了(圖2)，所以如果要以網頁來做為 學習教材，要以PDA 裡內建的Internet Explorer 瀏覽器來顯示學習教材就不是 很適合，所以行動學習軟體為自行撰寫的程式，這樣在軟體上也會比較容易達到 所想要的功能。

圖2 左圖紅色部份為PDA 上的Internet Explorer 讀取網頁錯誤情形。右圖為自 行修改後沒有錯誤的網頁。

由於行動裝置的連線頻寬並沒有那麼大，所以如果使用者遇到檔案容量較 大時，這方面可利用該使用者的屬性來判斷是否合適於下載。在此應用人工智慧 中決策樹的觀念[11]，來讓使用者在使用行動裝置瀏覽時可以更為順暢，因此在 此自訂了使用者屬性表(表一)，依據表一中使用者的五種屬性及其各自的範例來 計算出Entropy 及Information Gain，可以建立出決策樹(圖3)。Entropy 及 InformationGain 公式如下：

Entropy S

( )

_v = −P₊log₂P₊−P₋log₂P₋ （1）

(

,

)

( )

V

( )

_V

V values

S

Gain S A Entropy S Entropy S S

∈

在本研究中建立的決策樹是依下列的方式所建立。從表一可看出有五種屬 性，每一種屬性有其各自的正、負範例，應用Entropy 的公式可以將每一種屬性 及範利的Entropy 值求出，利用所求出的Entropy 可計算出每種屬性的

圖3 決策樹範例

依上述的方法舉個例子來說明，在表一中建立了一百位的使用者及各使用 者五種屬性。從IP 位置(屬性一)來看，先計算出IP 位置(屬性一)及其下一百種 範例的Entropy，之後再利用求出的Entropy 可以求出IP 位置(屬性一)的

將五種Information Gain 比較其值的大小，找出最大的來當整棵決策樹的樹 根，在此圖中所求得最大的Information Gain 為最大檔案大小(屬性五)，因此 以該屬性當做整棵樹的樹根。接著以該屬性的範例來分類，可以分別對其餘四種 屬性的範例做出正、負範例的分類，再以分類出的範例依照上述方法求出哪一個 屬性的Information Gain 為最大，來當做新的樹根繼續往下建立。依照上述方 式可以找出該以哪個屬性當做樹根，假如有些屬性所分類出來的範例已經完全是 正範例或是負範例時，表示該分支的工作將停止，並且顯示出所表示的意義為是 或否。如此一來就可以將整棵決策樹建立出來。 另外行動裝置上所支援的多媒體檔案也不是很多，像是最常使用的 PowerPoint 就不支援，所以根據這些的問題，在教材上最好能做出類似 PowerPoint 的功能，並可以插入多媒體的物件，像是影片或是語音，而其中還 會參考SCORM (Sharable Content Object Reference Model) [12]規範中的架構， 以達到在將來在任何的開發系統或是數位教學平台上也能使用。基於以上的問 題，本研究也將學習教材這方面加入探討，撰寫製作在PDA 學習教材的程式，以 搭配本行動學習軟體。

肆、系統構想與實做

圖6 程式畫面: 課程下載

伍、未來與發展

以上是目前本研究所討論出的功能，不過還是會持續的測試和考量，再決 定是否有需要新增或是刪除其他功能。由於程式的開發還在初步階段，所以功能 上還有很多發揮的空間，像是即時課程在將來也可以將即時的課程的即時視訊加 入到系統中，另外還有「行動學習」網站的架設、數位教材開發系統發展、人工 智慧技術在課程的應用和使用嵌入式系統來開發學習平台等都是未來可以發展 的地方。在實做的部雖然還在初步階段，但對於想要在行動裝置上開發數位學習 者，也可作為相關應用的參考，並且在將來還可以和其他的網路教學系統互相結 合，來擴展數位學習的平台。

陸、參考文獻

[1] 譚孟華, “在PDA 環境下實做無線教學討論社群系統”, 國立成功大學工程科 學研究所碩士論文, 2004.

[2] A. Riera, D.L. Moreno, E. Sánchez, M. Lama and X. Vila, “A PDA-based Interface for a Computer Supported Educational System”, The 3rd IEEE

International Conference on Advanced Learning Technologies, pp. 12 – 16 , 2003

[3] http://www.mimio.com

[4] Kanamori, K.; Kobayashi, I.; ”Mobile Videophone and E-learning for Studentswith Physical Impairment”, The 2nd IEEE International Workshop on

Wirelessand Mobile Technologies in Education, pp.203 - 204, 2004

[6] The MOBILearn Project, http://www.mobilearn.org/

[7] Ching-Chao Lee, Chun-Yen Chang, Li-Der Chou and Ming-Yu Lee, “A Tour Guide System for Mobile Learning in Museums”, The 2nd IEEE International

Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education, pp. 195 – 196 ,2004

[8] Chia-Hsieh Wu, Chen-Chow Lee, Jui-Ming Chen, Li-Der Chou, Shih-Pang Ho,"Requirement Analysis and Implementation of Palm-based Multimedia MuseumGuide Systems", AINA 2004. 18th International Conference on

AdvancedInformation Networking and Applications, pp. 352 - 357, 2004

[9] 唐政, “802.11 無線區域網路通訊協定及應用”,文魁資訊圖書, 2003 [10] http://tw.yahoo.com/

[11]Stuart Russell, Peter Norvig, “Artificial Intelligence: A Modern Approach”,Prentice Hall, pp.531-544, 1995.