由於無所不在的學習環境(Ubiquitous Learning Environment)到目前為止尚未 被清楚定義，除了其基礎建設之外，是否有好的教學策略及合適的教學活動內容 也是值得討論的問題[25]。因此本研究嘗試以 Ubiquitous 科技以及二維條碼的應 用，建置教學歷程檔案記錄網站，並在「自然與生活科技」學習領域中指導學生 以行動載具，透過二維條碼自動連結到教學歷程檔案記錄網站，進行學習歷程紀 錄 ， 並 以 RSS (Really Simple Syndication) 的 技 術 來 實 現 STS (Science-Technology-Society)專題式合作學習模式，形成無所不在的 STS 合作學 習環境(Ubiquitous STS Collaborative Learning Environment)。據此，本研究設計出 合適的學習活動，讓學生善用資訊科技提升學習效率，以適應現代資訊科技社 會，進而掌握競爭之優勢來達成有效的無所不在學習。 本研究目的如下所列: (一) 建立教學歷程檔案記錄網站，利用行動載具功能，結合二維條碼技術，避 免冗長網址的輸入及搜尋時間，同時有效率地記錄教學歷程，並整合教學 資源，由教師引導學生主動學習與調適教學之需求，營造無所不在的學習 環境。
(二) 基於所建構的 Ubiquitous Learning Environment 和所設計的 STS 合作學習策 略，形成一個主題相關(Subject Related)的合作學習社群。
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貳. 文獻探討
文獻探討
文獻探討
文獻探討
一 一 一 一. Ubiquitous Learning在 1991 年，Mark Weiser 曾介紹無所不在(Ubiquitous)的計算，其理念是讓使 用者可以在任何地點與網際網路之間提供資訊與資源的交換，並且可以加強人們 和環境兩者之間資源的使用[46]。由於可攜式的數位學習輔具(包括 Tablet PC、 Pocket PC、PDA 或是任何可以承載數位資訊內容的輔具或裝置)日漸成熟，「無 所不在的運算」(Ubiquitous computing)的概念同時也被提出[45]。 行動數位學習意指著在任何地點、任何時間都可以利用資訊科技進行學習 [38]。為了支援數位學習模式，有些研究人員已經開始著手使用手提式的技術試 驗[39]。若能將日漸成熟的可攜式數位學習輔助工具結合於無所不在的運算的理 念，則隨時隨地皆可以進行學習。Ubiquitous learning 的理念就是將以上這些行 動載具科技與學習工具加以連結，用來構成一個可以在任何地點、任何時間都可 以數位學習的環境。 Ubiquitous learning 即無所不在的學習，意味著學習者雖然置身在真實世界 中，但由於無線網路、PDA、手機以及擴增實境(Augmented reality)等工具的使 用，仍然能隨時獲取網路世界的資訊，達成隨時隨地都可以學習的目的。而且若 是能搭配上智慧型物件的建置，將使得我們在每一時刻、每一地點，都能夠得到 當 下 所 需 的 知 識 和 協 助 [9] 。 無 所 不 在 的 學 習 之 主 要 特 性 有 : 持 續 性 (Permanency)、存取性(Accessibility)、立即性(Immediacy)、互動性(Interactivity)、 教學活動情境化(Situating of instructional activities)[18]。
性(一維)條碼，其資料容量甚小(約能儲存 15 個文數字)，以至於它在交易資料的 直接傳輸應用上受到了限制[27]，且一維條碼也因儲存量太小，僅能作為物品標 識，而不能描述物品。因此，一維條碼通常被應用為儲存資料庫的關鍵索引值 (key)[37]；它必須透過電腦網路和資料庫的連結以取得更多資訊，若離開了資料 庫，則一維條碼即會變得毫無意義可言，因此無法攜帶資料之缺點，使其應用範 圍受到了極大之限制。 為了解決「儲存量太少」、「需要網路及資料庫連結」等問題，促使了二維條 碼的發展及成長。就因二維條碼是由一維條碼的概念所發展出來，且是為了資料 收集自動化的目的所衍生成的技術，因此其優越性可完全取代一維條碼[10]。 Pavlidis et al. [36]指出有別於線條(一維)條碼使用條碼的粗細及黑白的線條 (Bar and Space)來將資訊編碼，二維條碼除了橫向粗細不一的黑白線條有其意義 外，縱向的黑點也承載著意義。由於上下左右的線條皆有意義，故可儲存的資料 量自然較大；另外二維條碼亦可利用圖像識別原理，採用幾何形狀及結構設計出 來。二維條碼除可儲存較大的資料量外，本身亦是一個小型檔案夾，可發揮「資 訊隨著產品走」、「分散式資料庫」、以及「Paper EDI」等資訊管理上的新觀念 [6,37]。黃慶祥[7]亦針對二維條碼之特性與一維條碼比較如下表(表 1): 表 1 二維條碼與一維條碼之特性比較 特性 特性 特性 特性 二維條碼二維條碼 二維條碼二維條碼 一維條碼一維條碼一維條碼一維條碼 儲存性 1100個文數字(含中文) 15文數字(不含中文) 安全性 可於編解碼時加上密碼 無，立刻可讀出 追蹤性 包含產品資訊，同產品一起攜帶 僅為關鍵字，須連結資料庫 抗損性 50%磨損者皆可讀出 無法順利讀出 備援性 可立即支援讀出完整資料 無 效益性 經傳真和影印後仍可使用 經傳真和影印後無法使用
QR Code (Quick Response Code)是一種二維條碼[14]，其屬於矩陣類型 (Matrix)的二維符號條碼，QR Code 是一個被發展成能夠高速讀取、高速處理和 快速回應的二維符號條碼。QR Code 是由日本 Denso wave 於 1994 年九月所發展 出來，除以上主要特性外 [20]，進而考慮到能夠編碼中文、日文、韓文字元的 能力，其應將會有龐大的亞洲市場潛力。Soon [43]亦指出 QR Code 能容(偵)錯， 且有錯誤修正能力，所以即使被弄髒或受潮還是能夠被讀取， QR Code 的特色 詳見於下表(表 2): 表 2 QR Code 的特色 可儲存大量資料於小空間內； 條碼大小(size)
21 x 21 cells, 25 x 25 cells to 177 x 177 cells 例如: 當 15 cells (0.25mm/cell)被使用，空間的 需求為: 0.25mm x 105 = 26.25mm square (+4 cells for quiet zones)
Numeric: 最多 7366 字元(characters) Alphanumeric symbols: 最多 4464 字元 Binary (8 bits): 最多 3096 字元
類型及存量
Level 1: 接近 7%的條碼髒污或損毀 Level 2: 接近 15%的條碼髒污或損毀 Level 3: 接近 25%的條碼髒污或損毀 錯誤修正能力 Level 4: 接近 30%的條碼髒污或損毀 高速，全方位遠端讀取 (remote reading) 32 msec./100 char. 360 度全方位 耐久性強 最多當 30%的條碼區域髒污或損毀，資料仍可 回復 亞洲字元編碼能力 中文、日文、韓文和漢字 近年來因手機被廣泛的持用，尤其配合相機功能整合於手機，QR Code 已逐 漸且明顯的透過手機讀取使用[28]，QR Code 最顯著的優點，即為取代冗長 web 網址或大量資訊(如加強名片的個人資訊)的輸入，使用者可輕易地讀取 QR Code，立即使用或儲存資料[14]。本研究基於二維條碼自動連結網站、容錯和錯 誤修正等能力，利用 QR Code 讓使用者在任何學習環境中能快速連結到教學歷 程檔案記錄網站，進行學習歷程紀錄。 三 三 三 三. STS (Science-Technology-Society)教學教學教學教學 陳文典[5]指出，以學生日常生活中或社會上所發生之議題為主題，讓學生 自己主動設計解決問題的學習策略，教師則站在指導者的立場，指導學生學習； 學生在探討此主題的活動過程中，很自然地學到科學知識、科學方法和科學態 度，以上所述之觀念即為─ STS 教學。其中科學(S, Science)表示學習內容為科 學課程；技能(T, Technology)表示解決問題時所需使用到的相關技能與心智運作 能力；社會(S, Society)則表示探討的主題是與學生的生活或社會相關之議題[5]。 簡單而言，STS 教學即是設計一套以議題為中心，來引起學生的學習興趣，並 連結科學的概念與技能的教學活動[49]。其目的在培養具科學素養的現代公民 [2,42,47]。
參
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參. 系統實作
系統實作
系統實作
系統實作
本研究以國小高年級學生為研究對象，以開放原始碼軟體所設計的數位學習 平台為基礎，建構出教學歷程檔案記錄網站與內容聚合網站，做為 STS 專題式 合作學習的輔助平台。藉由自然科學主題探索與網路學習模式，學生可以利用行 動載具，透過二維條碼連結到教學歷程檔案記錄網站建立學習紀錄。教師也可利 用此架構在教學過程中引導學生學習，並且不斷累積教學資源與素材。本研究系 統架構如下圖(圖 1)所示: 圖 1 系統架構圖 一 一 一一. Ubiquitous Environment 與與與 e-Learning Server 與
教師先將相關學習活動之各 e-portfolio 網址編碼(Encode URL)成二維條碼 (2D Barcode)並附於學習環境中的各學習物件上，教師與學生可在教學活動現場 以行動載具(Handheld Device)的內建相機讀取(Read)二維條碼，透過無線網路 (Wireless)以瀏覽器(IE)自動連結到後端歷程記錄網站(e-portfolio)，進行資訊收集 與文字輸入，亦可利用相機拍攝圖片並上傳(Picture transform)，將學習內容分享 給其他同學。
技術做整合，並且透過 Aggregator 與其他相關學習資源(webs, Blogs, e-portfolio) 聚合，如此即形成一主題相關之學習社群(Subject Related Learning Communities)。 二
二 二
二. 數位學習平台數位學習平台數位學習平台 數位學習平台
本研究基於 LAMP (Linux, Apache, MySQL, & PHP)為系統基本環境，以 XOOPS (eXtensible Object Oriented Portal System)為架構，並以相關的 module 來 建構數位學習平台，隨著學校日常活動的進行，數位學習平台能將學習情境延伸 至家庭和社會，構成多重交互影響之學習環境[1,12]。
本研究之數位學習平台架構圖(圖 2)及主要功能如下:
圖 2 XOOPS E-learning Platform
(一) 權限控管模組: 基於維護個人隱私、課程秩序與系統安全的理由，本模組管 理使用者的帳號以及密碼。使用者依不同帳號與密碼登入後，系統自動授與 不同的操作與存取權限。 (二) 互動數位學習模組: 1. 個人學習類別/個人行事曆: 課程重要事項提醒與供個人安排學習計畫。個 人學習檔案: 結合數位學習系統所存取的個人學習檔案。學習記錄: 系統操 作記錄，可供進一步的教學研究分析。 2. 互動教學類別/課程公告: 課程重要事項公告。教學工具: 提供教學過程使 用到的相關工具。教材提供: 課程的文件、投影片、動態教學檔案、教學 影像、資源連結等。評量: 提供教師安排簡易線上評量功能。 3. 互動溝通類別/公佈欄: 系統一般的事項。公開討論: 公開討論的主題項 目。群組討論室: 依照群組所分的討論室。私人訊息: 使用者間私人訊息的 傳遞。線上即時討論室: 提供即時文字對談。 (三) 管理模組: 1. 環境設定: 系統界面與操作環境安排。 2. 個人帳號管理: 使用者帳號與權限管理。 3. 系統管理: 各類討論板與系統功能管理。 (四) 搜尋模組: 提供使用者做系統全文搜尋。 三 三 三 三. 教學歷程檔案記錄教學歷程檔案記錄教學歷程檔案記錄、教學歷程檔案記錄、、、內容聚合網站與學習社群內容聚合網站與學習社群內容聚合網站與學習社群內容聚合網站與學習社群
一 一 一
一. 教學架構教學架構教學架構 教學架構
4. 研究報告研究報告研究報告研究報告→→→→分享與討論分享與討論分享與討論分享與討論: 利用教學歷程檔案記錄互動流程「研究報告→分享與討論」步驟，(1)由教 師安排成果發表順序與成果發表情境(研究的議題和實際情境與工作相關，則安 排到相關實際情境，透過二維條碼進行互動發表)，(2)學生透過實際的情境，以 二維條碼進行研究成果發表，並將互動與討論意見記錄於歷程網站，(3)過程中 教師能透過二維條碼針對各組研究提出修改之建議，並引導後續討論的方向，(4) 透過「研究報告→分享與討論」步驟的互動歷程，可以不斷循環修正成果報告， 並將成果呈現於學習歷程檔案記錄網站上。
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伍. 研究結論與建議
研究結論與建議
研究結論與建議
研究結論與建議
一 一 一 一. 研究結論研究結論研究結論 研究結論 本研究採用二維條碼為無所不在的學習環境中學習資訊傳遞之媒介，使用者 輕易地藉由二維條碼的讀取，省去冗長網址的輸入及搜尋時間，並且自動連結到 教學歷程檔案記錄網站，隨時隨地進行學習歷程紀錄與互動，共同學習與解決問 題，並使學生聚焦於所設計的學習情境與活動中。 透過教學歷程檔案記錄的建立，使問題能有明確的檢核方向，並能清楚地檢 視與修正教學活動的目標與成效。且學生可透過歷程檔案記錄網站來記錄學生的 學習心得和知識創意的過程，並以內容同步與訊息交換技術來建構合作學習的環 境與激發學生的創造力，進而呈現出個人獨特與團體共同的見解與學習特色。教 師亦能透過二維條碼輕易地管理學生於學習物件之學習過程，並引導學生學習。 藉由本研究所建立教學歷程記錄網站，可使教師引導學生主動學習，並調適 教學之需求，並以 RSS 內容同步與訊息交換，連結其他教學相關的 Blog 或提供 RSS 服務的教學資源，幫助學生進行小組合作學習，依照研究設計之 STS 專題 式合作學習流程進行教學，在 STS 合作學習方案中利用無所不在的科技融入教 學與建構科學概念，以數位科技的互動機制形成一個主題相關廣大的合作學習社 群，達成最迅速有效的溝通與分享。 二 二 二 二. 研究建議與未來研究方向研究建議與未來研究方向研究建議與未來研究方向 研究建議與未來研究方向 針對本研究有以下三點建議與未來研究方向: (一) 受限於研究設備與經費，應針對異質性的各種行動載具軟硬體特性(例如 Tablet PC 和 PDA)，分別設計各種使用情境；以及異質性的各種智慧型物件 (如 RFID 和二維條碼)進行效益評估。 (二) 進行此教學策略之調查，針對使用的教師與學生以問卷或訪談等形式深入研 究，以利將來持續發展。八十六年度教育學術研討會論文集, vol. 2, pp. 475-498, 1998. [2] 邱秀玲, “以 STS 教育實踐「生活科技課程」”, 台灣教育, vol. 575, pp. 45-51, 1998. [3] 張世璿, 國小 STS 教學中進行合作學習之行動研究, 花蓮師範學院國民教育 研究所碩士論文, 2001. [4] 許政穆、蘇雍智, “以 RFID 無線射頻識別技術建置無所不在數位學習環境”, 資訊科學應用期刊, vol. 2, no. 1, pp. 128-137, 六月, 2006. [5] 陳文典, “STS 理念下之教學策略” 物理教育, vol. 1, no. 2, pp. 85-95, 1997. [6] 黃信捷, “電子資料交換 EDI 在圖書出版與圖書館編目自動化之應用一以「二 維條碼」之應用談起, 圖書館管理學報, vol. 2, pp.73-88, 1996. [7] 黃慶祥, 資料自動收集與商業自動化, 台北: 松崗出版社, 1997. [8] 楊子奇、蔡佩珊、黃國禎, ”U-Learning 環境的建置與效益評估-以單晶 X 光 繞射研究人員培訓為例”, 2006年行動與無所不在數位學習研討會, pp. 1-11, 四月, 2006. [9] 鄒景平, “美國學習科技應用的新趨勢與啟示”, 台大教與學期刊電子報, vol. 31, Retrieved May 9, 2005 from http://edtech.ntu.edu.tw/epaper/931210/prof/prof_2.asp, 2005.
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Realizing the Ubiquitous STS Collaborative Learning
Environment: Using Handheld Devices with 2D-Barcode and
E-Learning Platform
Ruey-Ming Chao1, Ta-Sheng Lan2*, Jia-Nan Chang3, Joy Iong-Zong Cheng4
1
Department of Information Management Da-Yeh University
2
Department of Electrical Engineering Da-Yeh University
3
Department of Information Management Da-Yeh University
4
Department of Electrical Engineering Da-Yeh University
*
E-mail: pplan@anet.net.tw
Abstract
With the progress of information technologies in the recent years, the information implement is smaller and smaller in volume, but the function is stronger. Thereupon, the electronic learning environments have great change; because of the ubiquitous computing be proposed, so that the ubiquitous learning also be addressed. Nevertheless, the construction of ubiquitous learning environment definition is unclear at present and the suitable learning activities strategy is also difficult to be presented. Hence, this research tried to combine the applications of two dimensional barcode with convenient handheld devices and access in the devices to integrate teaching/learning activities and related resources in the campus constructed ubiquitous learning environment. Besides, designed STS cooperation and study the tactics in this research, utilize ubiquitous technology to incorporate teaching and constructing scientific concept in the scheme of STS Collaborative Learning to link the campus, family, and society. Finally, this research used interactive functions of electronic technologies to construct a subject related collaborative learning community to facilitate student learning efficiency in IT utilizing and achieve learning communicating and sharing rapidly and efficiently.
Keywords: Ubiquitous Learning, Handheld Device, Two Dimensional Barcode, STS
