具備即時診斷學習問題之 結構化查詢語言線上學習系統
The Development of an Online SQL Learning System with Automatic Checking Mechanism
系 所 別 學號姓名 指導教授
中 華 民
中 華 大 學 碩 士 論 文
具備即時診斷學習問題之 結構化查詢語言線上學習系統
The Development of an Online SQL Learning System with Automatic Checking Mechanism
別：資訊管理學系碩士班 學號姓名：M09710028 紀乃維 指導教授：應鳴雄 博士
民 國 九十九 年 八 結構化查詢語言線上學習系統
The Development of an Online SQL Learning System with Automatic Checking Mechanism
八 月
誌謝 誌謝 誌謝 誌謝
在這兩年研究所的生涯中，最要感謝指導教授應鳴雄教授，不僅在論文指導及撰 寫技巧上，不分晝夜、盡心盡力的教導，並且適時的提供解惑與協助，在日常生活中 也時常給予關懷，這份恩情，學生永生難忘。
也感謝口試老師，施雅月與張榮庭教授在百忙之中對於論文的審閱，並給予寶貴 建議，使得本論文更加完整嚴謹，特於此衷心的感謝。
也非常感謝貞淑老師、雅月老師、文智老師、美玉老師、之中老師等在論文研究 上的協助與支持，以及感謝專題生洪揚、虹蓉、家伶、曉玲在研究上大力的幫助，本 研究才得以順利完成，還要感謝學長姐紹軒、倫睿、羿君以及同學克圻、聖麟、安 勝、學駿、榮翔、秉翰、琮凱、毓潔、富鈞、弘霖等人在課業與研究上的幫助，另外 也感謝學弟妹彥菁、麗麗、浩軒、佳靈、來奇等人的支持與協助，也讓碩班生活增添 了許多的樂趣。
再者也感謝碩專班同學文風、維隆兩位大哥口試時的相助與關懷，以及感謝在研
究實驗期間所有配合實驗的同學，使得本研究能夠順利完成。
最後要感謝我的父母以及時常關心我的朋友，一路上有你們的關心、勉勵與支 持，才能讓我順利完成學業，在此謹以本文獻上由衷的感謝。
摘要 摘要 摘要 摘要
電子化學習（E-Learning）已隨著科技的發展成為資訊領域中的重要議題。目前 有關程式設計領域的線上學習平台系統通常僅能提供答案是否正確的判斷，而無法給 予錯誤時的知識引導，因而造成學習者只能自行嘗試找出正確答案，降低學習者的學 習效 率 。 本 研 究 嘗 試 透 過 自 動 化 詢 答 （ question answering ） 、 智 慧 型 代 理 人
（intelligent agents）、回饋機制（feedback）等技術，發展一套可以提供結構化查詢 語言（structured query language，SQL）實作演練及即時診斷學習問題的線上學習系 統（OSCLS）。本研究將針對一般線上學習系統與本研究之線上即時診斷學習系統進 行學習績效與系統效用的實證研究。經由實證結果顯示，不同的線上診斷機制學習系 統在學習績效與系統效用上是有顯著差異，證明本研究的線上即時診斷學習系統，不 但使學習者有較好的學習績效，對於系統效用方面也獲得良好的評價。
關鍵字 關鍵字 關鍵字
關鍵字：：：：電子化學習、智慧型代理人、自動化詢答、回饋機制、結構化查詢語言。
Abstract
With the development of technology, E-Learning has become an important issue in the field of information technology. Currently online learning platform related to programming designed field can only provide answer to see weather the determine is accurate, but it cannot provide a lead of information when making mistake. As a result, the learner only can attempt to find right answer by himself and this causes to reduce effective rate of learning.
This study attempts to Question Answering, Intelligent Agents and Feedback technologies, the development of an online SQL learning system with automatic checking mechanism
（OSCLS）. This study will aim to the empirical research of test results and effectiveness of system between the general online learning system and OSCLS. We can through the empirical research to show obvious difference at test results and effectiveness of system in difference online learning system to proving online learning system of this study, it not only has better effectiveness with learner, but also obtain nice evaluation with effectiveness of system .
Keywords: E-Learning, Question Answering, Intelligent Agents, Feedback, SQL.
目錄 目錄 目錄 目錄
誌謝 誌謝
誌謝誌謝 ... i
摘要摘要 摘要摘要 ... ii
Abstract ... iii
目錄目錄 目錄目錄 ... iv
圖目錄 圖目錄 圖目錄圖目錄 ... vii
表目錄表目錄 表目錄表目錄 ... viii
第一章 第一章 第一章 第一章 緒論緒論緒論緒論 ... 1
1.1 研究背景與動機 ... 1
1.2 研究目的 ... 3
1.3 研究流程 ... 4
1.4 研究範圍與限制 ... 5
1.5 論文架構 ... 6
第二章 第二章 第二章 第二章 文獻探討文獻探討文獻探討文獻探討 ... 8
2.1 電子化學習 ... 8
2.2 自動化詢答 ...11
2.3 智慧型代理人 ... 12
2.4 結構化查詢語言 ... 13
2.5 回饋機制 ... 15
2.6 自我效能 ... 17
2.7 資訊品質有用性 ... 19
2.8 相關研究現況 ... 21
第三章第三章 第三章第三章 研究方法與設計研究方法與設計研究方法與設計研究方法與設計 ... 22
3.1 系統設計 ... 22
3.1.1 先導實驗 ... 22
3.1.2 語法表與資料庫廠牌差異建立 ... 23
3.1.3 語法意圖組合建立 ... 25
3.1.4 語法指令代換規則建立 ... 27
3.1.5 系統架構 ... 30
3.2 診斷子系統運作流程 ... 35
3.2.1 語法剖析模組流程 ... 35
3.2.2 語意剖析模組流程 ... 37
3.2.3 輔助學習模組流程 ... 38
3.2.4 回饋訊息處理流程 ... 39
3.3 研究架構 ... 40
3.4 問卷設計 ... 42
3.4.1 系統效用 ... 42
3.4.2 程式設計自我效能 ... 43
3.5 研究假說 ... 43
3.6 實驗設計 ... 44
3.6.1 實驗樣本 ... 44
3.6.2 實驗流程 ... 44
3.6.3 實驗時程 ... 46
3.6.4 實驗資料分析方法 ... 46
第四章第四章 第四章第四章 系統實作與展示系統實作與展示系統實作與展示系統實作與展示 ... 48
4.1 系統開發環境 ... 48
4.2 系統重要功能展示與說明 ... 49
4.2.1 使用 OSCLS 之功能展示 ... 49
4.2.2 使用一般線上學習系統之功能展示說明 ... 56
第五章 第五章 第五章 第五章 系統成效評估系統成效評估系統成效評估系統成效評估 ... 59
5.1 信度與效度分析 ... 59
5.2 先備知識之檢測 ... 59
5.3 線上診斷機制學習系統學習績效實證研究之資料分析 ... 60
5.4 線上診斷機制學習系統系統效用實證研究之資料分析 ... 63
5.5 線上即時診斷學習系統與現有線上學習系統之功能比較 ... 64
5.6 本研究之 OSCLS 與相關研究之功能比較 ... 65
第六章第六章 第六章第六章 結論與未來建議結論與未來建議結論與未來建議結論與未來建議 ... 66
6.1 結論 ... 66
6.2 研究建議 ... 68
6.2.1 對學習者級教授者的建議 ... 68
6.2.2 對後續研究者的建議 ... 69
參考文獻 參考文獻 參考文獻參考文獻 ... 70
附錄一附錄一 附錄一附錄一：：：：期末隨堂測驗評量題目期末隨堂測驗評量題目期末隨堂測驗評量題目期末隨堂測驗評量題目 ... 77
附錄二 附錄二 附錄二 附錄二：：：：系統效用問卷系統效用問卷系統效用問卷系統效用問卷 ... 79
附錄三附錄三 附錄三附錄三：：：：程式設計自我效能問卷程式設計自我效能問卷程式設計自我效能問卷程式設計自我效能問卷 ... 81
附錄 附錄 附錄 附錄四四四四：：：：各類各類各類各類語法規則判別流程語法規則判別流程語法規則判別流程語法規則判別流程 ... 82
圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄
圖 1.1 研究流程 ... 4
圖 1.2 論文架構 ... 7
圖 2.1 資訊系統成功模式 ... 20
圖 3.1 OSCLS 之系統架構圖 ... 31
圖 3.2 OSCLS 之診斷子系統架構圖 ... 34
圖 3.3 語法剖析模組之運作流程圖 ... 36
圖 3.4 語意剖析模組之運作流程圖 ... 37
圖 3.5 輔助學習模組之運作流程圖 ... 38
圖 3.6 回饋訊息處理流程圖 ... 39
圖 3.7 研究架構圖 ... 40
圖 3.8 實驗流程圖 ... 45
圖 4.1 OSCLS 環境架構圖 ... 48
圖 4.2 實驗組練習實作介面-語法正確時 ... 50
圖 4.3 實驗組練習實作介面-語法有誤時 ... 50
圖 4.4 實驗組題庫測驗介面-語法正確且符合需求 ... 51
圖 4.5 實驗組題庫測驗介面-語法不正確 ... 52
圖 4.6 實驗組題庫測驗介面-語法正確但不符合需求 ... 53
圖 4.7 實驗組題庫測驗介面-語法正確但意圖錯誤 ... 54
圖 4.8 實驗組題庫測驗介面-語法正確且符合需求系統給予較佳解 ... 55
圖 4.9 實驗組題庫測驗介面-輸入語法正確且符合需求但過於冗長的語法 ... 56
圖 4.10 實驗組題庫測驗介面-系統給予較佳語法建議 ... 56
圖 4.11 對照組-語法正確時 ... 57
圖 4.12 對照組-語法有誤時 ... 58
表目錄 表目錄 表目錄 表目錄
表 2.1 回饋時機比較表 ... 17
表 3.1 語法彙整表 ... 24
表 3.2 語法意圖概略組合表 ... 25
表 3.3 關聯式代數之符號定義 ... 27
表.3.4 推論規則之符號定義 ... 28
表 3.5 系統效用問項 ... 42
表 3.6 程式設計自我效能問項 ... 43
表 5.1 兩組實驗樣本先備知識之描述性統計量 ... 60
表 5.2 兩組實驗樣本先備知識之獨立樣本 T 檢定 ... 60
表 5.3 學習績效之變異數同質性檢定 ... 61
表 5.4 學習績效之組內迴歸係數同質性檢定 ... 61
表 5.5 線上診斷機制學習系統對於學習績效影響之共變數分析結果 ... 62
表 5.6 線上診斷機制學習系統對於系統效用之描述性統計量 ... 63
表 5.7 線上診斷機制學習系統對於系統效用之獨立樣本 T 檢定 ... 64
表 5.8 線上即時診斷學習系統相較於現有線上學習系統的功能特性分析表 ... 64
表 5.9 本研究之 OSCLS 與相關研究之功能比較表 ... 65
表 6.1 本研究假設檢定之結果彙整 ... 67
第一章 第一章
第一章 第一章 緒論 緒論 緒論 緒論
本章共分為五小節，包括研究背景與動機、研究目的、研究流程、研究範圍與 限制及論文架構，分別說明如下。
1.1 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機
教學的歷程包含訊息呈現、引導、練習與評量四個階段，在實際教學情境中，
教 師除 了 進 行 知 識 教 學 外 ， 常 需 設 計 各 種 練 習 活 動 讓 學 生 進 行 練 習 （ Alessi ＆ Trollip，1985）。現有的教育模式主要仍以教師指導或書本閱讀的方式來傳遞知 識，但有些技術性的知識是無法只靠記憶背誦就可以有良好的學習成效，必須藉由 實務演練的方式方法來吸取經驗或是增加熟練度；練習之功用在於強化所學的知識 或技能，期望透過反覆練習，養成學習者正確的反應，進而達成自發性學習（王文 琦，2001），甚至能夠增進學習者舉一反三的能力，有效的提昇學習成效。因此，
為獲得教學之成效，練習是整個教學歷程中不可或缺的一個重要階段。
近年來電腦科技的發展不但拉近了人與人之間的距離，也改變了知識傳遞的形 式與方法。電腦科技在教育上的影響，除了在教學上增加了有關電腦科學的範疇 外，也影響了整個教學的管理與運作。特別是當電腦與網路整合時，由於網路的資 訊流動快速特性，可以讓使用者快速取得知識，使學習知識不會再受時間、空間的 限制（曾振富，2001），也使知識的形式不再只限於書本上的文字，更讓全球人類 的知識及資訊得以即時傳播並分享，進而改變了「教」與「學」的型態，創造了一 個終身教育和學習的環境。在現階段教育改革中，資訊科技發展的最大衝擊是學習 方式與學習工具的改變（張一蕃，1997；Hodgins&Conner，2000），隨著趨勢，教 學與學習活動已經與資訊科技同步而行、緊密整合，而網路電子化教學，是當前教 育學者所認為最具有經濟效益和未來發展性的教學輔助媒體，尤其是需要實務演練 的教學科目更是能夠突顯其重要性，因此，網路電子化教學儼然已成為現代學習知
識的重要趨勢。
現今許多網路上的電子化教學系統都是以學習者為導向，而且大多是以課程數 位化為主（蕭淳豐，2001），將書本上的內容轉變成數位化或是以遊戲的方式去教 授課程，學生如果在學習過程中遭遇到困難，依然需要教師以人工解答的方式來解 決，若是學生眾多，不僅加重教師的負擔，等待協助的學生也會因為無法獲得立即 的解惑與協助而影響到學習成效（黃國禎等，2007）。現在的網路學習平台對於一 些需要實作演練的課程並未提供完整的學習內容與環境讓學習者充分使用。有效率 的學習，除了課程教材內容需要經過良好的設計，對於需要實作演練才能達到熟能 生巧的課程，教學者除了提供學習者練習的方法與觀念之外，還必須在學習者的練 習過程給予立即的回饋與幫助，並告知作法與操作方式是否正確。線上學習系統除 了提供一般性的教材資源外，更應該給予學習者有系統的練習指引及即時的解說回 饋，因此學習者在每一次的練習期間，線上學習系統除了給予學習者正確答案外，
也須提供更豐富的學習建議，讓學習者可以依照學習建議引導去找出其他可能的答 案或是方法，進一步提升學習者對於知識的活用能力。
本研究是以結構化查詢語言（structured query language，SQL）當作線上即時診 斷學習系統的知識內容，結構化查詢語言的學習不能單單只靠著將語法規則記熟就 可以有良好的學習成效，而必須透過反覆練習，來提升對語法使用的熟練度，也可 以提升對於語法活用的能力。在某個資料查詢的需求下，SQL 的程式解法可能不只 一種而已。但是，現今大部分的 SQL 線上學習系統的練習方式大多只能在學習者輸 入程式指令後，系統判斷執行結果是否達成題目要求。換言之，如果學習者輸入的 SQL 指令正確，系統當然會回應正確的結果，若是輸入的 SQL 指令不正確，所得到 的系統回應可能是一堆錯誤訊息代碼而已。有些較好的 SQL 教學網站會給予學習者 一些回饋訊息，但是所給予的回饋訊息太過於複雜，這些錯誤訊息代碼或是回饋訊 息對學習者來說，有時並非是學習者直接想要的，甚至可能毫無助益，此時學習者 便容易發生學習障礙及學習挫折的問題。為了解決上述問題，本研究應用自動化詢
答（question answering）、智慧型代理人（intelligent agents）等概念技術發展一個具 備即時診斷的線上 SQL 學習系統（Online SQL Checking Learning System），簡稱為 OSCLS。
OSCLS 是一種具備即時診斷學習問題的結構化查詢語言線上學習系統，此學習 系統可以在學習者進行 SQL 語法練習的過程中提供引導學習的輔助，當學習者在練 習 SQL 語法的過程中發生語法錯誤，OSCLS 會給予適當回饋訊息，指出發生語法 錯誤可能的原因並給予相關的教材連結供學習者複習，藉此引導學習者往正確方向 學習並能快速找出符合題意的答案內容，省卻了盲目摸索的時間，使學習者能有效 的提升學習成效。
因此本研究將嘗試透過實證研究的方式，分析使用「一般線上學習系統」與本 研究發展的「線上即時診斷學習系統」，在課堂學習績效上的差異，本研究也將進一 步探討學習者對於實驗期間所使用的線上學習系統的系統效用評價。
1.2 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的
基於前一節的研究背景與動機，為了解決學習者於線上學習過程中可能碰到的 問題，本研究的主要目的歸納為以下五點：
應用自動化詢答（question answering）、智慧型代理人（intelligent agents）等概 念技術，提出一個具備即時診斷 SQL 學習問題的線上學習系統（OSCLS）。
一、探討自動診斷 SQL 語法的內容剖析機制方法，並發展 SQL 語法指令間的轉換 法則，以期能針對學習者容易發生錯誤及混淆的觀念，讓系統可以即時提出釋 義及範例說明。
二、提供有助於學習的回饋資訊，不再只是單一的提供學習者對或錯，而以正確的 觀念引導學習者得到最終的解答。
三、藉由本研究的 SQL 實作演練平台系統，提高學習者在學習 SQL 上的學習成 效。
四、探討「一般線上學習系統」與本研究發展的「OSCLS」，在學習績效上的差異，
以及對於線上學習系統的系統效用評價。
1.3 研究流程 研究流程 研究流程 研究流程
本研究依據所關注的研究問題，進行相關研究之探討，進而提出一個系統架 構，再經由系統設計建置一個雛形系統，最後再進行一般線上學習系統與 OSCLS 的 成效比較。
本研究之研究流程可分為十個階段，如圖 1.1 所示，其內容分別敘述如下：
圖 1.1 研究流程
一、擬定研究目標：瞭解研究背景以決定本研究題目，並確立所要探討的研究問題 與目的。
二、語法學習問題的蒐集：為了瞭解學習者在學習 SQL 語法時會產生哪些學習問題 造成學習阻礙，必須先蒐集學習者在一般線上學習系統練習 SQL 語法時所發生 的問題，並探討學習者在實際練習過程中可能需要的協助，以便後續建置系統 能根據這些需求提供協助。
三、相關研究探討：根據所要探討之問題與目的進行相關文獻探討，做為後續研究 之理論基礎。
四、語法意圖剖析範圍設計：由於資料庫廠牌眾多，所提供的語法不盡相同，為了 使 OSCLS 能夠提供學習者進行語法練習並給予回饋訊息，因此本研究根據各大 專院校資訊相關學系開設資料庫管理課程所使用之教科書，先將語法範圍確 立。
五、 雛型系統設計：為了使 OSCLS 能夠提供學習者進行語法練習並給予回饋訊 息，本研究設計出雛型系統之架構。
六、 雛型系統建立：根據雛型系統架構，蒐集相關資料進行建置，並針對在線上學 習系統進行 SQL 語法練習中常見問題內容進行測試。
七、 問卷設計：根據相關研究探討及本研究系統功能特性，設計程式設計自我效能 問卷量表及系統效用問卷量表。
八、 實驗設計：規劃實驗的程序及細節，並設計實驗任務內容，以進行「一般線上 學習系統」與本研究發展的「OSCLS」之實證研究。
九、 實驗與資料蒐集：正式進行實驗流程並蒐集實驗結果資料。
十、 資料分析與論文撰寫：將實驗數據進行資料分析，並根據分析後資料作為論文 系統成效評估之依據。
1.4 研究範圍 研究範圍 研究範圍 研究範圍與限制 與限制 與限制 與限制
本研究的研究範圍與限制可大略歸納成以下三點：
一、本研究所探討的是已具備資料庫基本理論與觀念，例如 ER Model、資料庫關聯 表等觀念，準備接受 SQL 訓練之學生的使用，因此，在使用本系統之前，受測 學生都必須先具備 ER Model、資料庫關聯表等基本理論與觀念，因為本系統主 要是提供具備資料庫基本觀念，準備進行 SQL 訓練的學習者為主。
二、本研究系統主要是解決學習者在進行 SQL 語法練習時會發生的學習障礙問題，
由系統提供回饋訊息輔助學習者導向正確之學習方向，因此本研究之 OSCLS 僅 能提供關於 SQL 語法方面的知識內容。
三、由於資料庫廠牌眾多，且所提供之語法不盡相同，為配合課程教學且避免造成 學習者學習上的困擾，本研究根據各大專院校資訊相關學系所教授資料庫管理 課程所採用之教科書，將其中有關於教授 SQL 語法之內容，配合本研究的實驗 課程進行彙整，而成為本研究之 OSCLS 所提供的 SQL 語法練習範圍。
1.5 論文架構 論文架構 論文架構 論文架構
本論文的架構如圖 1.2 所示，主要共分為六個章節，分別敘述如下：
第一章為「緒論」，簡單描述研究背景與動機、研究目的、研究流程、研究範圍 與限制以及論文架構。
第二章為「文獻探討」，主要是以本研究目的為出發點，對於本研究相關之文獻 加以整理與探討，包括了電子化學習、自動化詢答、智慧型代理人、結構化查詢語 言、回饋機制、自我效能、資訊品質及相關研究現況等，以作為系統設計及研究變 數的依據，最後綜合文獻結果而作為本研究之理論基礎。
第三章為「研究方法與設計」，主要詳細描述本研究之研究方法，包括系統設 計、研究架構、變數設計、研究假說及實驗設計等內容進行描述與說明。
第四章為「系統實作與展示」，主要針對本研究的系統環境、系統架構、系統重
要功能展示與說明進行詳細描述。
第五章為「系統成效評估」，針對一般線上學習系統與本研究 OSCLS 進行學習 績效與系統效用比較分析，驗證本研究 OSCLS 是否優於一般線上學習系統。
第六章為「結論與未來建議」，總結本研究的研究成果，並針對未來可能的研究 方向提出一個指引與展望。
圖 1.2 論文架構
第二章 第二章
第二章 第二章 文獻探討 文獻探討 文獻探討 文獻探討
本研究希望藉由文獻探討的歸納思索，做為建立研究架構與系統架構的理論基 礎。因此在建立研究架構與系統架構前，必須先對電子化學習、自動化詢答、智慧 型代理人、結構化查詢語言、回饋機制、自我效能、資訊品質及相關研究現況等主 題之文獻進行概念性探討。
2.1 電子化學習 電子化學習 電子化學習 電子化學習
過去傳統教學的模式，大多以教師為教學的主體，進行知識的傳授，學生是被 動的知識接受者，即大部分教學過程是教師講授、學生聽講。為了達成教學目標，
教師以講述的方式來說明教學的內容，教學過後指定學生練習作業，過程中學生只 是強迫記憶所學的內容，獨自進行練習，並不知道自己的學習缺點為何（張世忠，
1997）。隨著資訊科技的日新月異，電腦在教學上已扮演一個重要的角色，電腦的互
動性高，且具有即時效果，十分符合個別學習的特性，電腦應用在教學上，能使教 學環境多元化，增加學生學習動機與學習成就，達到更好的教學效果。
1990 年底網際網路快速興起後，由於資訊科技的快速進步，網際網路迅速普 及，引領我們進入一個新的知識經濟時代。網路方便易用的特性提供我們一個新的 資訊流通管道，知識經濟環境的特質是大量新知識的產生、個人技術迅速落伍，由 於知識汰舊換新的速度快，如何加速每個人的學習效率、提昇學習成效成為一大課 題，其中利用資訊科技的協助以增進學習者的成效成為近幾年來的學習新風貌，網 路科技逐漸被應用在教育，從早期的電腦輔助教學（computer aided instruction，
CAI）到應用電腦網路的數位學習（e-learning），當廉價的數位通訊方式來到，給予
數位學習取之不盡的教學資源（陳年興、楊錦潭，2006），更是拓展了資訊科技在教 育環境上的應用範圍與應用層次。
張隆慶（2008）認為 e-learning 即是「e 化的學習方式」，或稱之為數位學習
（digital learning，DL）。無論利用各種 e 化的工具，如教學錄音帶、影音光碟、電 子書、CAI 教材，或是將教材數位化放置在網路伺服器的網路學習方式來進行「e 化學習」，或是應用電腦及網路科技，在網際網路上建構的數位學習環境，進行「網 路教學」或「網路學習」，都是 e-learning 的進行方式。蔡德祿（2004）認為使用數 位媒介學習的方式，概稱為數位學習（e-learning）。數位學習就是學習者與教學者不 再受限於傳統面對面授課固定時間、地點的限制，可以隨時隨地透過網路進行互動 教學，學習者可以依自己的學習環境及狀態彈性的調整自己的學習進度；教學者亦 可視學習者的情況調整其教學進度，充分發揮有如一對一教學的實體效果。
楊家興（2000）認為網際網路與教學的結合應用有三種模式，第一種是結合網 際網路與傳統教室教學的「面授資源模式」。第二種是透過教學網站輔助，提供教學 資源，課程內容討論、消息發佈、重點提示等的「課業輔導模式」。第三種是所有的 教學程序、活動、成績評估等都是靠網路遠距教學完成的「線上教學模式」。
思科（Cisco）的總裁 John Chambers 認為：「e-learning 可以除去時空限制，並 創造一個讓人們、公司以及國家可以因需要而學習的機會」。這似乎也是大眾對於 e- learning 特色的看法。從學習資源之運用的角度來看，e-learning 的特點可大致整理 為下列幾項（游光昭，2003）：
一、無遠弗屆：利用網際網路或其他如 CD-ROM、Video 等電子媒體的幫助，可以 將學習的課程、知識與經驗透過各種電子通訊的管道，傳輸到世界各地來進行 學習的活動。
二、即時迅速：電子化的傳輸方式及學習入口網站的功能，使得學習者可以快速的 搜尋到學習的課程、知識與經驗；同時，課程規劃者也可以快速因應不同的學 習需求來作學習內容上的修改；並在學習評鑑的時候，能快速且確實地得到學 習者學習狀況等參考資訊。
三、個人化：學習者可依個人實際需求進行自我學習的選擇，對所需的技能知識及 經驗，挑選適當的課程內容；並依自己喜歡的學習方式，挑選合適的電子媒體 來進行學習。
四、成本效益：採用 e-learning 的初期，雖然會因建構及開發系統而產生龐大的支出 成本，但後續所帶來的效益卻可能是難以估計的。
五、創新動力的來源：學習者在應用 e-learning 時，透過相關的網際網路學習社群或 利用虛擬教室進行知識的傳遞與分享，將很容易因為互相學習的交流而激發出 新的創意。
六、培養批判思考、問題解決、寫作溝通與團隊合作的能力：e-learning 的學習方式 是影響學習成效的重要因素。合作學習是指以分組的方式學習，同一組內的成 員必須一起工作以達成共同的目標。在合作學習的過程中，學習者必須常常互 相分享他所獲得的學習內涵，這種將自己所學之內涵文字化的過程，更容易使 得新與舊的知識交互融合，並提昇新知識的應用層面。換言之，鼓勵學習者透 過共同的討論及思考的合作學習方式，使彼此的知識更能整合為一體。
七、學習歷程的追蹤管理：e-learning 可透過線上的評量來評鑑學習者的學習成效，
學習者在註冊之後，所有的練習記錄都將被保留，此將有助於追蹤學習者的學 習過程以及評量學習者的學習成果。
總結上述各種 e-learning 特點的探討結果，我們可以發現「以學習者為中心」和
「電子化的資訊科技傳輸方式」這兩個現象是 e-learning 與各式傳統教學最明顯的不 同之處。
本研究根據上述文獻建置一個線上即時診斷學習系統，其中包含練習平台、教 材展示、並可追蹤檢視學習歷程，期望透過此系統能提升學習者之學習成效。
2.2 自動化詢答 自動化詢答 自動化詢答 自動化詢答
自動化詢答是讓使用者可以使用日常生活中的語言來提出問題，並且能夠快速 獲得簡潔扼要的答案，並使答案所包含的解釋說明足以確認其正確性（Hirschman＆
Gaizauuskas，2001）。
魏智強（2006）認為詢答系統大致包含了以下三點特點：
一、使用者不被限制只能使用關鍵字詞進行檢索或是詢問，也可以使用自然語言。
二、利用資訊檢索（information retrieval，IR）與資訊擷取（information extraction，
IE）的相關技術，只將與檢索條件最為相關的部分選取出來，即可以獲得較為 接近使用者需求而且精簡的結果。
三、檢索完畢之後使用者不需要再從列出的相關資料中找出符合自己想要的資料。
詢答系統（question answering system，QA System）是利用關鍵詞比對或是利用 探討語意的方式去擷取答案，利用這種方式從文件中找出使用者可能想要的答案，
答案可能是單一詞，也可能是一長串的字元，與原來讓使用者檢視整篇文件相較之 下，詢答系統可以大幅減少使用者找尋資料的時間。語意分析的方式會比關鍵詞比 對的方式來得複雜，但是卻可以剖析出使用者實際想要問的問題，進而找出正確答 案。關鍵詞比對在未瞭解使用者語意的情況下，雖然也可以找到答案，但是常會找 到ㄧ堆無關的答案，使用者還需要耗費時間去做篩選。
在特定領域之中建置自動化詢答系統，由於事先已經可先預知使用者於這領域 中可能會詢問問題的方式，以及回覆內容的形式，因此就透過蒐集領域中詢問問題 內容進行詢答系統設計。Minock（2005）提出三個在特定領域中建置詢答系統應該 具備的條件，分別敘述如下：
一、須有範圍的限定：在特定範圍下，使用者才能知曉哪些事情可以問，若沒有範 圍限制，使用者就不知是否可以獲得想要的答案，而且使用者詢問問題都是有 其目的性，因此來源的知識就要定義的很清楚，而不是回覆一個模糊的答案給 使用者。
二、須有複雜性：在某些領域中，若簡單的問答列表即可滿足使用者需求，就不需 要耗費大量時間建置詢答系統，然而複雜性跟範圍限制是互相衝突的，換言之 如果複雜性越高，那麼限制的範圍可能會越寬廣，反之，範圍限制越狹窄，複 雜性相對的越低，因此這兩者之間需要取得一定的平衡。
三、須有實用性：建置詢答系統時實用性是重要的考量，若花費許多時間所建置的 詢答系統無人使用，這樣的詢答系統就毫無意義。而實用性必須考量到詢問的 風格及領域術語的用法。
2.3 智慧型代理人 智慧型代理人 智慧型代理人 智慧型代理人
在不同的學術著作及文獻裡，「智慧型代理人」有許許多多不同的名稱，包括智 慧 型 代 理 人 （ intelligent agents ）（ Hsu ， 1997 ） 軟 體 代 理 人 （ software agents ）
（Maes，1994）、自動代理人（autonomous agent）（Franklin＆Graesser，1996）等。
Sycara et al.（1996）認為智慧型代理人是一個電腦程式，它可以協助人類使用者執 行費力的資訊蒐集工作，它也可以是使用者的個人數位助理，提供對於特定工作的 個人化協助（Maes，1994），依照軟體工程人員所給予的功能，能幫助使用者達成 各種任務。簡單來說，智慧型代理人是一種能在使用者指定的環境下持續並自動執 行指令，而且能在不需使用者干預的情況下針對環境的改變自行做出適當的動作及 回應的軟體系統（許鈞南，2004）。智慧型代理人應具備反應力（reactivity）、主動 能力（proactiveness）及社交能力（social ability）（Wooldridge＆Jennings，1995）。
反應力（reactivity）是指智慧型代理人能夠認知到環境的變化，並採取適當的行動 以因應環境的改變（Johnson et al.，2000）；主動能力（proactiveness）是指智慧型代 理人能夠以採取符合自己的設計目標的活動，來顯示其行為是以目標為基礎的
（goal-directed behavior）；社交能力（social ability）則是說智慧型代理人能夠與其 他的代理人進行溝通，以達到其目標。
智慧型代理人有許多在網路教學平台中的應用，學習代理人則是其中一種，這 類的代理人強調「自動」的精神，而電腦的存在是要幫人類處理繁雜的事情。在線 上教學的環境中，如果能夠充分的運用電腦主動解決人類問題的能力，將能提供優 質的網路教學環境（林政斌，2001）。學習代理人可以分為下列基本形態（Tomoko
＆Toyohold，2000）。
一、個人代理人（personal agent）：是根據每個學習者的需求而去擷取不同的資訊。
網路學習的環境中，線上學習代理人應該負責將一些零散的的資訊蒐集起來，
例如，家庭作業、線上測驗等這些資訊，在學習者上線時，給予通知或是提 示。
二、輔助代理人（tutor agent）：是指當使用者請求幫助時，可以即時給予適當的幫 助。網路教學環境上，是一個完全自我的學習環境，學習者如果初次到一個新 的學習環境不一定可以馬上熟悉，剛開始使用的學習者可能會對線上學習平台 感到害怕、恐懼，如果線上學習代理人可以適時的給予協助，並且有效的引導 學習者正確的操作指示，可以有效降低學習者心裡的恐懼感或是陌生的感覺。
三、資訊代理人（information agent）：在網路上擷取更多的資訊，以提供給有需求 的使用者。
2.4 結構化查詢語言 結構化查詢語言 結構化查詢語言 結構化查詢語言
結構化查詢語言（structured query language，SQL）可以看成是關聯式代數與關 聯式計算的綜合體（曾守正、周韻寰，2007）。結構化查詢語言是一種操作關聯式資 料庫（relational data base：以下簡稱 RDB）的程式語言。RDB 是根據 1970 年 IBM 公司的 Codd 發表的「A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks」所產 生的（Codd，1970）。1974 年由 IBM 研究中心的 Chamblin 與 Boyce 發表作為 System R RDB 的操作語言－「SEQUEL」（Structured English QUEry Language）
（ Chamblin ＆ Boyce ， 1974 ）， 並 在 1976 年 進 行 功 能 改 良 後 發 表 了 SEQUEL2
（Chamblin et al.，1976）。不過因為 SEQUEL 的名稱已被其它公司註冊為商標了，
所以才變更為「SQL」這個名稱。
最早支援 SQL 的 RDB 產品為由 Relational Sofeware 公司（之後改名為 Oracle）
在 1979 年所販賣的 Oracle，之後 IBM 等各家資料庫公司也相繼發表了採用 SQL 的 RDB 產品。
因為被為數眾多的公司採用，所以實際上 SQL 已經被視為標準的查詢語言。不 過公司所實作的 SQL 上會有少許的差異。因此，開始了 SQL 的標準化運動。ANSI
（American National Standards Institute）在 1986 年、ISO（International Standards Organization）在 1987 年制定了最初的 SQL 規格（也稱為 SQL-86）。之後將此規格 補充、擴充之後，在 1992 年，ANSI/ISO 制定了通稱為 SQL-92（也稱為 SQL-2）的 規格。SQL-92 被許多的 RDB 產品採用，在目前也是被大多數的 RDB 產品所採用。
SQL 雖然是程式語言的一種，但是其與 C 語言及 JAVA 語言等不同，SQL 是以 操作 RDB 為目的的語言。SQL 與 C 語言及 JAVA 語言不同之處在於，SQL 在程式 中不記述處理的方法。C 語言及 JAVA 語言在取出資料時必須要在程式中指定使用 怎樣的方法來將資料取出才行。而對 SQL 來說，要在程式中指定哪一種對象的資 料，但是並不需要細部記述取出資料的方法。因此，SQL 稱為非程序語言，而 C 語 言及 JAVA 語言等則稱為程序語言。
SQL 由其名稱來說，會覺得是個只能查詢資料的語言，但實際上 SQL 也可以進 行資料的定義、控制資料庫等工作。SQL 有許多的指令，依操作 RDB 的種類來分 類，一般而言 SQL 都會提供以下三類的語法（曾守正、周韻寰，2007）。透過以下 三種語言的組合應用，可以有效率的操控 RDB。
一、資料定義語言（data definition language，DDL）：用來定義資料庫的物件；定義 儲存資料用的關聯表及參照資訊的視界時所使用的語言，例如，關聯表及關聯 表中所含有的屬性跟資料型態、整合限制條件等，以及與安全性相關的主體，
例如，登入帳號、資料庫使用者等。語法指令有 Create、Alter、Drop…等。
二、資料操縱語言（data manipulation language，DML）：用來處理資料庫中所含的 關聯表資料；進行取得資料、加入資料等時候所使用的語言，一般是使用 Insert、Delete、Update、Select 等語法指令來對關聯表進行新增、刪除、修改、
查詢。
三、資料控制語言（data control language，DCL）：用來控制資料庫物件的使用權限 與安全設定；進行有關資料庫的使用者管理、操作資料時所使用的語言，透過 Grant、Revoke 等語法進行授予、撤銷與拒絕使用者或各類角色的使用權限。例 如：「控制登入帳號的權限設定」以及「可否對關聯表做備份？」，控制資料庫 使用者「可否對關聯表進行新增、刪除、修改」等運算。
本研究因配合實驗課程教學，所採用之 SQL 語法版本以 SQL-92 為主，另以 系統設計採用之資料庫廠牌為輔，並彙整各大專院校資訊相關學系教授資料庫課 程之資料定義語言及資料操縱語言教科書內容為語法範圍。
2.5 回饋機制 回饋機制 回饋機制 回饋機制
回 饋 即 是 提 供 資 訊 與 學 習 者 交 流 ， 引 導 修 正 思 考 或 行 為 ， 藉 以 改善 學 習
（Shute，2008）。回饋是由代理人（agent）如老師、同學、書本、父母或自我經 驗 ， 提 供 資 訊引 導 學 習 表 現 （ performance ） 和 促 進 理 解 的 概 念 化 方 式
（conceptualization）。通常老師和父母可以提供正確性的資訊，而同儕可以提供改善 策略，書本可以提供詳盡的概念，父母還可提供鼓勵，因此學習者可以依據這些回 答去評 估 自 己 回 應 的 正 確 性 ， 所 以 回 饋 可 以 說 是 一 連 串 執 行 的 結 果
（Hattie&Timperley，2007）。Shute（2008）彙整各家論述提出回饋對認知歷程的機 制有下列三點。
一、標示期望學習目標與現在學習程度的落差。
二、減少認知負荷，特別是初學者或學習有困難者。
三、提供修整資訊，如修正不適當的任務策略、錯誤流程、迷失概念等。
回饋有兩個主要目的，當學習者回答時，讓學習者知道他的作答是正確或是錯 誤及當學習者答錯時，給予學習者適時的提示。（Roger，1977）。由此可知，回饋不 只是包含單純的對錯而已，Black＆Wiliam（1988） 認為回饋有兩種主要功能，一 為指導式回饋（directive feedback）：直接提供學習者需要修正或改變的資訊；二為 促進式回饋（facilitative feedback）：提供意見或指示給學生，幫助他們自己修正改 善或概念化學習。回饋是影響學習成效一個非常有力的因素，是促進學習成效和學 習動機的關鍵（Bangert-Drowns et al.，1991；Hattie&Timperley，2007），Moore＆
Smith（1964）研究發現回饋會影響學習者的學習成效，至少可以減少作答的時間。
Dempsey et al.（1993）則根據情境及回饋的資訊內容，將回饋分成無回饋（no feedback）、結果回饋知識（knowledge of results feedback，KR）、正確反應知識
（knowledge of the correct response，KCR）、詳細回饋（elaborated feedback），以及 再次嘗試回饋（try-again feedback）。
本研究僅探討 KCR 與 KR 兩種，KCR 是強調知識答案正確的獲得，KR 則是強 調知識的結果。KCR 主要重點是以提供學習者正確的答案或提示為主，也就是提供 增強學習者正確作答的能力，因此無論學習者答對或是答錯，此種回饋型式皆提供 與此答案知識相關的正確概念。KCR 在設計時所考慮的是學習者有可能錯誤的範 圍，當學習者作答錯誤時，給予學習者思考答案，而 KR 的應用則是對學習者的回 答給予「錯誤」或「正確」的訊息，這些訊息內容包括了一般常用的字意，假使學 習者答對了，給予特定的圖示，如綠色的打勾符號，代表「正確」，反之，紅色的打 叉符號代表「錯誤」。這些字意、圖形等訊息功能就是用來取悅或是惹怒學習者之學 習感受。
Dempsey＆Wager（1988）以電腦導向式的教學研究，依照回饋時間，將回饋區 分成立即回饋處理及延遲回饋處理，如表 2.1 所示。Anderson&Kosslyn（1984）的 研究指出，立即性回饋的好處是可以避免挫折，不像延遲性回饋會使學生變得沮 喪、不安。延遲性回饋是在課程結束之後提供學習者一些基本的評估資料，亦是學
習成就的回饋訊息。立即回饋對於課程觀念的初學者或是記憶性的材料會有較好的 效果，但要注意回饋的訊息若太過於冗長，可能會減緩學習者學習進度或浪費時 間，造成學習者失去耐心或興趣。
表 2.1 回饋時機比較表
回饋時間 立即回饋 延遲回饋
定義
在教學或測驗中，以電腦軟硬 體提供學習者或受測者快速回 應的正確資訊。
在教學或測驗中，以電腦軟硬 體 在 特 定 程 式控 制 的 時 間 之 後，提供學習者或受測者正確 資訊。
細分形式
1. 一題接著一題自動顯示 2. 由學習者控制
3. 依邏輯內容中斷 4. 每章節結束後 5. 由學習者自行中斷 6. 由特定時間控制
1. 一題接著一題自動顯示 2. 依邏輯內容中斷
3. 低 於 一 小 時 （ 於 每 章 節 之 後）
4. 介於 1~24 小時 5. 介於 1~7 天 6. 更延長的時間 7. 在下一章節之前 資料來源：Dempsey&Wager（1988）
根據上述回饋理論，針對本研究的研究動機與目的，本研究採用 KR 及 KCR 的 立即性回饋方式進行研究設計。
2.6 自我效能 自我效能 自我效能 自我效能
自我效能理論最早是由美國著名的社會心理學家 Bandura（1977）所提出的。
社會認知理論（social cognitive theory）（Bandura，1977，1986）在探討個人學習行 為 研 究 中 是 重 要 的理 論 基 礎 之 一 。 社 會 認 知 理 論 解 釋 人 類 的 行 為 是 根 據 行 為
（behavior）、人的因素（person）和環境因素（environment）間的交叉互動。依照 場合和行為的不同，這些相互依賴的因素所發揮的相互影響會有所相異。有時，環 境因素對行為具有強有力的作用；而另一些時候，人的因素是環境事件發展的調節 者。例如，有位學習者在嘗試學習程式語言時都沒有好的成果，這個失敗的經驗會 導致其自信心的降低。然而，當學習的環境有其他人可以提供行為之典範，並可以 使其從中觀察其他人的成功經驗時，對該位學習者的自信心的提升有相當大的助 益。
根據 Bandura（1986）的基本定義，自我效能是指個人對於自己去完成某一特 定工作的能力之自信心程度。換言之，當個人擁有較高的自我效能時，他將對自己 有更大的信心去完成某一項任務。此外，Bandura（1991）更進一步闡述：「人對於 自己本身效能的信念會影響他們所做的抱負（aspirations）、他們的選擇、投入多少 心力在一特定任務上，以及面對困難及挫折時能夠堅持多久。」自我效能乃是個人 相信自己在特殊情境下對特殊行為產生的一種能力感，也是個人的一種信念，即個 人有自信能夠做到期望中的表現水準之一種看法（Schunk，1988）。張春興（1991）
認為所謂自我效能指的是個人對自己從事某種工作所具有的能力，以及對該工作可 能做到的程度的一種主觀評價。這種肯定自我信念和期待的觀感，在不同的議題 中，皆能表現出其自我效能的信心程度，例如健康自我效能、網路自我效能、電腦 自我效能、遊戲自我效能等。
隨後發展出來的電腦自我效能（computer self-efficacy），則被定義為個人對其電 腦能力的判斷（Compeau&Higgins，1995）。過去許多自我效能的相關文獻中顯示，
自我效能及電腦自我效能與電腦焦慮、易用認知、電腦的使用、對結果的期望等有 顯 著 的 影 響 關 係 （ Coe ， 1992 ； Coffin&MacIntyre ， 1999 ； Compeau&Higgins ， 1995；Chen et al.，2001；Igbaria&Iivari，1995；Igbaria，1990）。
電腦自我效能是個人對於自己學習電腦與使用電腦能力的主觀判斷，並非實際 操作電腦的技巧（Compeau＆Higgins，1995），換言之，電腦自我效能所重視不是電
腦技能，如：格式化；而是個人主觀判斷自己使用電腦的能力，如：使用套裝軟體 完成一件工作。許多的研究都認為電腦自我效能與學習成績間有正向關係，電腦自 我效能越高的人，無論在學習成效、學習成就或工作績效上都會表現的比較好
（Tam，1996；Karsten＆Roth，1998；Igbaria＆Iivari，1995；Compeau＆Higgins，
1995；Wang＆Newlin，2002；黃郁雯，2003）。
根據上述文獻得知，自我效能係指自己去完成某一特定工作的能力之自信心程 度，因此，為了要探討程式自我效能是否會對 SQL 語法的學習造成影響，本研究編 修 Chen et al（2001）所提出的自我效能量表，並經由專家檢視後形成程式設計自我 效能量表，以此作為評量學習者之程式設計自我效能的依據。
2.7 資訊品質 資訊品質 資訊品質 資訊品質
本研究以上述文獻為基礎，發展出一個線上即時診斷學習系統，目的希望本研 究之 OSCLS 所提供的回饋訊息對學習者學習 SQL 語法有幫助，所以需要一個系統 效用評量指標來進行實證，以下進行資訊系統之資訊品質相關文獻探討。
DeLone＆McLean （1992）所提出的資訊系統成功模式（information systems
success model），其綜合了許多學者之研究，提出衡量資訊系統的成功模式的方法，
此模 式 包 含 了 六 大 構 面 ， 其 中 包 含 了 系 統 品 質 （ system quality ）、 資 訊 品 質
（information quality）、資訊系統使用（use）、使用者滿意度（user satisfaction）、個 人影響（individual impact）及組織影響（organizational impact），DeLone&McLean 認為系統品質與資訊品質將影響資訊系統的使用情況與使用者滿意度，資訊系統之 使用與使用者滿意度會對個人造成影響，進而對組織造成影響，如圖 2.1 所示，其 六大構面說明如下：
一、系統品質：對資訊系統處理能力之評估，包含反應時間、易於使用、易於學 習、可靠性、系統彈性等。
二、資訊品質：對於資訊系統輸出資訊之評估，包含正確性、通用性、可靠性、相 關性、適時性、有用性等。
三、資訊系統使用：對資訊系統實際使用之評估，包含使用頻率、使用動機、使用 程度、使用時間等。
四、使用者滿意度：使用者對於操作資訊系統後之評價，包含輸出資訊滿意度、軟 體滿意度、硬體滿意度等。
五、個人影響：資訊系統對於個人影響之因素包含使用者信任、決策分析品質、決 策效率、決策時間、工作績效、個人影響力等。
六、組織影響：資訊系統對於組織影響之因素包含盈利績效、組織效率、競爭優 勢、目標達成等。
資料來源：DeLone&McLean（1992）
圖 2.1 資訊系統成功模式
在資訊品質研究方面，Seddon＆Kiew（1994）將資訊品質定義為資訊系統所產 生的資訊具有時效性、正確性、攸關性、格式性。Rai et al.（2002）則將資訊品質定 義為資訊擁有符合使用者需求的內容性、正確性及格式。林東清（1995）提出以重 要性、相關性、有用性、可瞭解性、清楚性、正確性、精確性、精簡性、充足性、
完整性、可靠性、即時性、適時性、客觀性等做為衡量資訊品質優劣的準則。
Knight&Burn （ 2005 ） 彙 整 了 許 多 文 獻 所 提 出 的 資 訊 品 質 標 準 ， 並 以 Wang&Strong（1996）所提出之定義將常見的資訊品質面向進行統整，而其中的有 用性之定義為資訊是可應用且有幫助的，與本研究所要探討之目的相符合，故本研
究採用 DeLone＆McLean（1992）所提出資訊系統成功模式之資訊品質構面中所包 含的有用性（usefulness）作為本研究系統效用之評量指標。
2.8 相關研究現況探討 相關研究現況探討 相關研究現況探討 相關研究現況探討
本研究為了要建置一個線上即時診斷 SQL 語法學習系統，必須先瞭解過去學者 對於相關研究的狀況，以下針對與本研究之相關研究進行探討。
Cumming（2010）曾針對 SQL 學習建置一個 SQLzoo 系統，此系統提供了 SQL 基本語法教學及提供 SQL Server、Oracle、MySQL、DB2、PostgreSQL 等多廠牌的 語法線上練習的功能，但是在學習回饋中，若是語法發生錯誤，會因選擇的資料庫 廠牌不同而提供簡易的提示或是複雜的錯誤訊息，也未能直接給予使用者錯誤在何 處的訊息及語法優化建議，使用者無法很容易的去瞭解回饋訊息所要表達的意思。
Russell＆Cumming（2004）也曾針對 SQL 學習建置一個 Database eLearning 系 統，此系統提供了資料庫教材及漸進式的 SQL 語法學習功能，但是在學習回饋中，
僅提供語法執行的正確率以及其它語法使用的相關數據，沒有提供使用者直接的錯 誤指正訊息，也沒有提供相關的教材連結，使用者僅能藉由回饋訊息所提供的數據 去猜測語法何處有誤，也無法有效的得到較佳的語法建議。
本研究經由以上學者之研究，將參考其中之優點及改善其缺點，並配合本研究 實驗課程進行研究設計，發展適合本研究的線上即時診斷 SQL 語法學習系統。
第三章 第三章
第三章 第三章 研究方法與設計 研究方法與設計 研究方法與設計 研究方法與設計
為了使學習者能即時改正練習 SQL 時的語法錯誤，並驗證一般線上學習系統與 本研究的 OSCLS 在成績表現及系統效用上是否有顯著的差異，因此將進行 OSCLS 的設計，最後再針對一般學習系統與本研究的 OSCLS 進行實證研究。本章共分為七 個部分，內容包括系統設計、研究架構、變數設計、系統效用之操作型定義、程式 設計自我效能之操作型定義、研究假說、實驗設計，分別說明如下。
3.1 系統設計 系統設計 系統設計 系統設計
本研究之系統設計原理主要是結合電子化學習、自動化詢答、智慧型代理人及 回饋機制等概念技術，期望學習者透過本研究之線上即時診斷學習系統，能夠有效 的輔助學習者學習 SQL 語法，進而提升使用者的學習成效。
3.1.1 先導實驗 先導實驗 先導實驗 先導實驗
為了掌握系統設計所需具備的語法分析規則與功能，本研究透過北部某大學資 管系與正式實驗不同樣本之 75 位正在修習資料庫課程的學生至一般的 SQL 練習網 站進行結構化查詢語言的上機實作練習，每位學生在平台中所練習的語法均被記 錄，練習時間為兩個月，最後一共蒐集到一萬九千筆以上的資料，這些資料經過整 理發現，學生練習過程最容易發生的學習問題有以下四類。
一、基本語法結構錯誤：會造成此種錯誤大多為輸入錯字，例如：SELECT 輸入成 SELET，或是語法結構不完整，例如：要做 SELECT 查詢卻沒有輸入 FROM 指 令。
二、語法意圖錯誤：許多學生輸入的指令是可執行，執行結果也正確，但是對應到 練習的題目去察看時發現學生所輸入的語法指令是硬湊產生的，輸入的語法的 涵義並非符合題目的意思。
三、回饋訊息造成之學習障礙：將蒐集的資料進行探討發現，學生輸入錯誤的語法 之後，由於練習平台僅提供語法正確與否的訊息，並無給予有助於學生學習的 回饋訊息，使學生雖然經過不斷的嘗試，但仍然無法解決語法問題，因而造成 學習障礙。
四、語法代換：對照著題目與學生輸入的語法發現，對於單一題目而言，這些符合 題目需求的語法答案會因為使用的語法指令不同而有所差異，所回答的語法長 度也不盡相同，有些符合題意需求的語法過於冗長，可以藉由其它語法指令進 行優化，減短其語法長度。
藉由以上四點瞭解到學生在練習 SQL 語法過程中會發生的學習問題，本研究將 針對上述問題進行後續的研究設計。
3.1.2 語法表與資料庫廠牌差異建立 語法表與資料庫廠牌差異建立 語法表與資料庫廠牌差異建立 語法表與資料庫廠牌差異建立
由於資料庫的廠牌眾多，每個廠牌提供的結構化查詢語言語法指令不但範圍廣 泛且語法指令也不盡相同，為了避免造成教學上的困擾，必須先制定線上學習系統 上結構化查詢語言語法指令的範圍，本研究的語法指令範圍來源參考一般大專院校 資訊相關學系教導資料庫管理時所採用的教科書，並將其中關於結構化查詢語言的語 法指令依照教學範圍進行彙整，將教學上會用到的語法建表，並將所有會用到的語 法指令規則進行統整，系統進行診斷時可以先從語法規則判別是否有語法錯誤的情 形。此外，除了本研究系統設計使用的資料庫廠牌語法之外，另外將與其他廠牌語 法有差異但是較為常用的語法建立在語法資料庫內，作為診斷時提供給學習者輔助 學習的資訊。
經過彙整後的語法範圍如表 3.1 所示，本研究也將依據這些語法進行後續的語 法語意組合及語法指令的代換規則。
表 3.1 語法彙整表
語法類型 語法名稱 可用指令
DDL
Create
Index View Table
Drop
Index View Table
Alter Table
Add Change
Drop Modify
Alter
DML
Insert Insert Into
Delete Delete
Update Update
Select
Sub-query Top Group by
Order by 合併運算 聚合函數
Union Intersect 資料來源：本研究整理
3.1.3 語法意圖組合建立 語法意圖組合建立 語法意圖組合建立 語法意圖組合建立
將建立好的語法表，依照會產生何種功能去組合，由於語法意圖組合種類繁 多，以下表 3.2 僅列出概略組合，診斷時可用來判斷學習者所輸入指令的意圖，藉 此方法診斷學習者所輸入的指令是否正確。
表 3.2 語法意圖概略組合表
語法名稱 語法規則概述 語法意圖
Create
Create … Index … 建立索引
Create … View …. 建立視界
Create … Table … 建立關聯表
Drop
Drop … Index … 移除索引
Drop … View … 移除視界
Drop … Table… 移除關聯表
Alter
Alter Table … Add… 新增綱要屬性
Alter Table … Drop … 移除綱要屬性
Alter Table … Change … 修改綱要屬性
Alter Table … Modify … 修改綱要屬性
Insert Insert Into … Values …
新增一筆資料至關 聯表
Delete Delete … [Where] …
從關聯表中刪除某 一筆資料
Update Update … Set … [Where]
從關聯表中更新某 一筆資料
Select Select … From …
從關聯表中查詢資 料
表 3.2 語法意圖概略組合表（續）
語法名稱 語法規則概述 語法意圖
Select
Select … From …Where …
從關聯表中依照某 些條件查詢資料
Select … From … Where… (Sub-query)
從關聯表中依照某 些條件配合子查詢 查詢資料
Select … From … Where…Group By…
從關聯表中依照某 些條件查詢資料並 進行分類
Select … From … Where…Group By…Having …
從關聯表中依照某 些條件查詢資料並 進行有條件的分類
Select … From … Where…Order By …
從關聯表中依照某 些條件查詢資料並 進行排序
Select TOP… From … Where…Order By …
從關聯表中依照某 些條件查詢資料並 進行排序，找出前 幾列資料
Select … From … Where…Group By…Order By…
從關聯表中依照某 些條件查詢資料並 進行分類及排序 資料來源：本研究整理
3.1.4 語法指令代換規則建立 語法指令代換規則建立 語法指令代換規則建立 語法指令代換規則建立
結構化查詢語言有許多的語法組合可以產生完全相同的結果，例如資料庫的關 聯式代數中有結合律、交換律、分配律等特性可以運用，透過這些規則可以將一個 查詢指令組合轉換成另一個結果完全相同的查詢指令組合，此部分的語法指令代換 規則可用於查詢最佳化的處理運算，並提供給學習者作為輔助學習的資訊。
為了提供給學習者較好的語法學習建議，本研究所建構的診斷系統中有設置推 論機制，當學習者所輸入的語法經過語法剖析模組及語意剖析模組確認無誤之後，
再經由本推論機制分析是否需要提供較佳解答給學習者，以下將介紹本推論機制的 規則。
為了分析學習者輸入的語法，本推論機制的規則將使用資料庫中的關聯式代數 來作為分析的工具，分析的步驟如下。
一、將學習者輸入的語法轉換成關聯式代數。
二、將轉換好的關聯式代數與推論機制中的規則作比對，判斷是否有符合的推論規 則。
三、若有符合之規則，則將關聯式代數代換成較佳的語法，再將其轉換成 SQL 語 法，傳送至訊息彙整模組；若無符合之規則，則不提供較佳語法建議傳至訊息 彙整模組。
資料庫關聯式代數有結合律、交換律、分配律等三種特性，本研究之代換規則 將依照下列特性進行推論，表 3.3 為關聯式代數的符號定義。
表 3.3 關聯式代數之符號定義
定義名稱 表示符號
關聯表名稱 Ri，i=1,...,n
合併條件 p，q
條件式 Ci，i=1,…,n
選擇運算符號 σ
合併運算
表 3.3 關聯式代數之符號定義（續）
定義名稱 表示符號
聯集運算 ∪
交集運算 ∩
乘積運算 ×
一、結合律（associativity）
1. （R1∪R2）∪R3＝R1∪（R2∪R3） 2. （R1×R2）×R3＝R1×（R2×R3） 3. （R1 ∩ R2）∩R3＝R1 ∩（R2∩R3）
4. （R1 p R2） q R3＝R1 p（R2 q R3） 二、交換律（commutativity）
1. R1∩R2＝R2∩R1
2. R1∪R2＝R2∪R1
3. R1×R2＝R2×R1
4. R1 R2＝R2 R1
三、分配律（distributivity）
1. σC1 AND C2（R1）＝σC1（R1）∩σC2（R1） 2. σC1 OR C2（R1）＝σC1（R1）∪σC2（R1） 3. σnot（C1）（R1）＝R1－σC1（R1）
表 3.4 推論規則之符號定義
定義名稱 表示符號
屬性名稱 ai，i=1,…,n
屬性清單 list，list={a1,a2,…,an} 關聯表名稱 Ri，i=1,…,n
條件式 Ci，i=1,…,n
條件值 χ
根據先導實驗所整理出的資訊及上述所提到關聯式代數的結合律、交換律、分 配律等特性，符號定義如表 3.4 所示，本推論機制所提供的代換規則有以下五種類 別。
一、OR 指令與聯集之間的代換
例：SELECT list FROM R1 WHERE C1 OR C2。
＝SELECT list FROM R1 WHERE C1 UNION SELECT list FROM R1 WHERE C2。
轉換成關聯式代數 Πlist（σC1 OR C2（R1））。
＝Πlist（σC1（R1））∪Πlist（σC2（R1））。 二、AND 指令與交集之間的代換
例：SELECT list FROM R1 WHERE C1 AND C2。
＝SELECT list FROM R1 WHERE C1 INTERSECT SELECT list FROM R1
WHERE C2。
＝SELECT list FROM R1 WHERE C1 EXCEPT （SELECT list FROM R1 WHERE C1 EXCEPT（SELECT list FROM R1 WHERE C2））。
＝SELECT list FROM R1 WHERE C2 EXCEPT （SELECT list FROM R1 WHERE C2 EXCEPT（SELECT list FROM R1 WHERE C1））。
轉換成關聯式代數
Πlist（σC1 AND C2（R1））。
＝Πlist（σC1（R1））∩Πlist（σC2（R1））。
＝Πlist（σC1（R1））－（Πlist（σC1（R1））－Πlist（σC2（R1）））。
＝Πlist（σC2（R1））－（Πlist（σC2（R1））－Πlist（σC1（R1）））。 三、ORDER BY 指令與聚合函數中的 MAX 及 MIN 函式的代換
由於 ORDER BY 與 TOP 指令在關聯式代數裡沒有符號，本推論機制自行定義 符號如下。
ORDER BY 或 ORDER BY ASC：↑
ORDER BY DESC：↓
TOP ＃ ：「T＃」
例：SELECT list FROM R1 WHERE a1＝（SELECT MAX（a1）FROM R1）。
＝SELECT TOP 1 list FROM R1 ORDER BY a1 DESC。
轉換成關聯式代數
Πlist（σa1＝（ℑ MAX a1（R1））（R1））。
＝Πlist（「T1」↑a1（R1））。
例：SELECT list FROM R1 WHERE a1＝（SELECT MIN（a1）FROM R1）。
＝SELECT TOP 1 list FROM R1 ORDER BY a1。 轉換成關聯式代數
Πlist（σa1＝（ℑ MIN a1（R1））（R1））。
＝Πlist（「T1」↓a1（R1））。 四、IN 指令與＝之間的代換
例：SELECT list FROM R1 WHERE a1＝χ。
＝SELECT list FROM R1 WHERE a1 IN（SELECT a1 FROM R1 WHERE a1＝ χ）。
轉換成關聯式代數 Πlist（σa1＝χ（R1））。
＝Πlist（σa1＝（Πa1（σa1= χ（R1）））（R1））。 五、NOT IN 指令與＜＞之間的代換
例：SELECT list FROM R1 WHERE a1＜＞χ。
＝SELECT listFROM R1 WHERE a1 NOT IN（SELECT a1 FROM R1 WHERE a1＝ χ）。
轉換成關聯式代數 Πlist（σa1＜＞χ（R1））。
＝Πlist（σa1＝χ（R1））－Πa1（σa1＝χ（R1））。
3.1.5 系統架構 系統架構 系統架構 系統架構
本研究提出一個結構化查詢語言線上學習及診斷系統架構，如圖 3.1 所示。
圖 3.1 OSCLS 之系統架構圖
圖 3.1 的系統架構包含使用者及管理者操作介面、語法練習、學習歷程、題庫 測驗、教材、學習歷程分析、診斷子系統等，相關元件內容說明如下：
一、使用者操作介面：此介面提供學習者註冊、登入以及修改個人資料，也提供學 習者進行語法練習、題庫測驗、查看教材及學習歷程等功能，作為一個學習者 與系統之間互動的橋樑。
二、語法練習模組：此模組主要是提供學習者自由練習語法指令，並將練習的結果 及回饋訊息一併記錄至學習歷程資料庫。學習者在此模組輸入語法，可以藉由 診斷子系統剖析後所產生的回饋訊息，不僅可瞭解所輸入的語法是否正確，還 能夠得到針對此次所輸入的語法之學習建議，讓學習者將從教材模組中所學習 到的語法指令在此模組得以驗證。
三、語法管理模組：此模組包含了語法查詢、語法新增、語法刪除與修改等功能。
1. 語法查詢功能提供管理者查詢目前語法資料庫中語法指令所包含的範圍及使 用狀態，並顯示各個分類的語法指令資訊。
2. 語法新增功能具備基本編輯語法的能力，將各個分類的語法指令建立至語法 資料庫中。
3. 語法刪除與修改功能則具有基本修改語法的能力，以提供管理者執行語法的 修改或是刪除不適當的語法指令。
