中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

題目：支援學習障礙診斷功能之數位內容延伸標準與工具 Development of TMML-Extension Standard and Tools to

Support Computer-Assisted Testing and Diagnosis

系 所 別：資訊工程學系碩士班 學號姓名：M09202032 李冠宏 指導教授：曾秋蓉 博士

中華民國 九十五 年 一 月

摘 要

以網際網路為基礎之數位學習方式，已被公認為二十一世紀的學習利器。網路線上 測驗在國內外已發展多年，並獲得令人滿意成果。由於各學術研究單位以及數位學習業 者所研發的線上測驗系統平台以及資料格式均不相同，造成試題資源間無法「共享」及

「再利用」，因而在試題庫的建立上必須耗費許多人力與物力。制定共同的試題標準供 數位學習產業遵循，可使試題資源得以共享，減輕試題庫建立的負擔，因而試題標準的 制定，已成為數位學習產業重要的議題之一。

目前國際標準組織對試題標準已有初步規範，然而現今所制定之試題標準只針對一 般試題屬性作規範，例如題型、答案選項等等。這些試題標準只能支援傳統的線上測驗，

在測驗之後只提供測驗成績，並無法根據測驗結果進行智慧型的學習診斷，以找出學生 的學習盲點。有鑑於智慧型學習診斷已是目前數位學習的重要研究發展之一，本研究即 針對各種不同的學習診斷方法，提供對應的數位學習標準；數位學習標準包括教材標準 延伸、試題標準延伸以及新增學習歷程標準可為智慧型學習診斷系統所用。如此一來，

線上測驗便能真正找出學生的學習障礙，協助學生達到更好的學習成效。為了使本論文 所提出之延伸標準更易於使用，本論文同時發展一套工具，以協助教師建立及分享符合 標準之試題文件。

關鍵字：網路教學、試題標準、SCORM、TMML

ABSTRACT

Web-based learning has attracted more and more attentions nowadays. In the past decade, many on-line tutoring and testing systems have been developed and achieved satisfactory results. However, as different data formats were employed in those existing systems, it is difficult to reuse or share the test banks; that is, lots of efforts have been made on creating redundant test banks. Consequently, it has become an important issue to define a test item standard such that the e-learning industries can follow accordingly.

Although some international organizations have proposed several standards for test items, only the features of traditional computerized tests were taken into consideration. For example, the parameters needed for diagnosing student learning problems, which will be very helpful to the development of an intelligent tutoring system, were missing. To cope with this problem, we attempt to extend the existing international standard for test item, so that the learning diagnosis issue is taken into account. Moreover, a set of tools to assist the teachers in editing test items to meet the extended standard is also presented.

Keywords: E-learning, Test item standard, SCORM, TMML

致 謝

研究所生活就將結束了，心中除了不捨也充滿了感謝！這兩年來感謝指導教授曾秋 蓉教授以及台南大學黃國禎教授熱心指導，讓我能完成這份論文，並且在學術研究的領 域上有長足的進展。這兩年來我從老師身上學到許多作學問的態度與方法；而每週在老 師辦公室裡的討論時間，我從心虛不知所措，到今日的迫不及待，這其中的改變，都要 歸功於老師耐心的教導與包容。而老師對於追求學問的態度及教學認真的精神，更是另 學生佩服。

此外，感謝交通大學曾憲雄教授，以及資料庫實驗室的所有工作夥伴，讓我在網路 教學的研究領域中，有更深入的瞭解。也感謝所有熱心協助我的教授以及朋友們，因著 您們熱心的協助，讓我能順利地完成這份論文。

在研究所這兩年的求學過程中，感謝系上所有老師的教導與栽培。謝謝實驗室的夥 伴─勝民、苑菁和學弟妹們，以及學長姐─鄧哥、志祥，因為有你們，讓我在學習的道 路上更加的順遂；也謝謝我的好友─瀞嫺、小強、龍王、雪碧、吳董、版主、鄧哥，在 我心情低落時給予我鼓勵與安慰，讓我能重新面對遭遇到的挫折與挑戰。

最後感謝我的父母，您們默默的支持與鼓勵，是我前進的最大動力。尤其這兩年來 雖然回到家的次數很少，但是您們總會常常打電話關心我的健康與學業狀況。而每次回 台南時候更預備了豐盛的餐點，這份體貼和關懷，我永遠不會忘記，除了感謝還是感 謝！！

目 次

摘要...i

Abstract ...ii

致 謝...ii

目 次...iv

圖目錄...vii

表目錄...ix

第一章 概論 ...1

1.1 研究背景 ... 1

1.2 研究動機 ... 3

1.3 研究目的 ... 4

第二章 相關研究 ...6

2.1 國際標準發展現況 ... 6

2.1.1 Dublin Core ... 7

2.1.2 ARIADNE ... 8

2.1.3 IMS... 10

2.1.4 IEEE LTSC... 12

2.1.5 AICC之CMI... 13

2.1.6 SCORM ... 14

2.1.7 國際標準之比較 ... 16

2.2 教材標記語言 ... 17

2.2.1 教材標記語言之詮譯資料 ... 18

2.2.2 教材標記語言之試題標準組織架構 ... 20

2.3 以概念為基礎之學習障礙診斷方法 ... 22

2.4 布魯姆教育分類理論 ... 28

2.5 九年一貫能力指標 ... 32

第三章 支援學習障礙診斷功能之延伸標準制定 ...34

3.1 教材標準之延伸 ... 34

3.1.1 學習概念 ... 35

3.1.2 概念繼承關係 ... 37

3.2 試題標準之延伸 ... 38

3.2.1 基礎試題標準 ... 39

3.2.1.1 試題鑑別度 ... 43

3.2.1.2 試題難易度 ... 44

3.2.2 支援以概念為基礎之學習障礙診斷之試題延伸標準 ... 45

3.2.3 支援布魯姆教育分類法之試題延伸標準 ... 47

3.2.4 支援九年一貫能力指標之試題延伸標準 ... 49

3.3 學習歷程標準之延伸 ... 50

3.3.1 基礎學習歷程標準 ... 51

3.3.2 支援以概念為基礎之學習障礙診斷之學習歷程延伸標準 ... 54

3.3.2.1 補救學習路徑 ... 55

3.3.2.2 關鍵學習路徑 ... 57

3.3.2.3 學習障礙診斷結論 ... 58

3.3.3 支援布魯姆教育分類法之學習歷程延伸標準 ... 59

3.3.4 支援九年一貫能力指標之學習歷程延伸標準 ... 62

第四章 支援TMML學習診斷試題分享系統實作 ...64

4.1 系統架構 ... 64

4.2 系統環境 ... 65

4.3 功能展示 ... 66

4.3.1 建立教材延伸標準文件 ... 67

4.3.2 建立試題延伸標準文件 ... 70

4.3.3 學習歷程瀏覽 ... 75

第五章 結論與未來展望 ...78

參考文獻...79

圖目錄

圖1.1 網路教學系統平台與 TELD 系統關係圖 ...7

圖2.1 國際標準之歷史發展與關係...7

圖2.2ARIADNE系統架構...9

圖2.3ARIADNE之編輯工具...10

圖2.4ARIADNE與IMS提案IEEE ...13

圖2.5SCORM規格書架...15

圖2.6TMML基本架構圖...17

圖2.7TMML之完整組織架構圖...18

圖2.8 試題標準之互操作性...20

圖2.9 試題模塊與題組之間的關係...21

圖2.10 以概念順序關係描述課程結構...22

圖2.11 數學課程樹狀結構圖...23

圖2.12 概念關係圖 (1)...24

圖2.13 概念關係圖之數學課程範例一...24

圖2.15 概念關係圖(2) ...26

圖2.16BLOOM 認知領域關係表...30

圖2.17 認知領域教育目標分類圖...30

圖2.18BLOOM教育分類法新舊關係圖 ...31

圖3.1 延伸TMML教材標準架構圖 ...35

圖3.2 概念關係圖之數學課程範例二 ...38

圖3.3TMML試題延伸標準架構圖...39

圖3.4TMML試題文件組成架構...40

圖3.5 試題文件變數宣告...41

圖3.6 試題標準XML-SCHEMA描述文件...42

圖3.7TMML之學習歷程延伸標準架構...52

圖3.8 補救學習路徑範例...57

圖3.9 關鍵學習路徑範例...58

圖4.1TELD系統架構圖 ...64

圖4.2TELD系統首頁 ...66

圖4.3 匯入TMML教材文件...67

圖4.4TMML教材文件剖析及瀏覽功能...68

圖4.5 編輯教材延伸標準文件...68

圖4.6 匯出教材延伸標準文件 ...69

圖4.7 教材延伸標準文件格式 ...70

圖4.8 匯入TMML試題文件 ...71

圖4.9 指定教材延伸標準文件 ...71

圖4.10 試題文件剖析及瀏覽功能 ...72

圖4.11 編輯試題延伸標準文件介面...73

圖4.12 匯出試題延伸標準文件 ...74

圖4.13 試題延伸標準文件格式 ...75

圖4.14 學習歷程參數瀏覽 ...76

表目錄

表2.1 國際標準文件資訊詮釋資料比較表...16

表2.2 概念分配表...25

表3.1 教材延伸標準－學習概念規格說明表 ...36

表3.2 概念編號表...36

表3.3 教材延伸標準－概念繼承關係規格說明表...37

表3.4 試題延伸標準－試題鑑別度規格說明表...43

表3.5 試題延伸標準－試題難易度規格說明表...44

表3.6 試題延伸標準－以概念為基礎之學習障礙診斷規格說明表...44

表3.7 試題延伸標準－支援布魯姆教育分類法規格說明表...47

表3.8 試題延伸標準－支援九年一貫能力指標規格說明表...49

表3.9 學習歷程延伸標準－概念學習狀況規格說明表...54

表3.10 學習歷程延伸標準－補救學習路徑規格說明表...56

表3.11 學習歷程延伸標準－關鍵學習路徑規格說明表...57

表3.12 學習歷程延伸標準－學習障礙診斷結論規格說明表...59

表3.13 學習歷程延伸標準－布魯姆教育分類法學習狀況規格說明表...60

表3.14 學習歷程延伸標準－九年一貫能力指標規格說明表...62

表4.1 TELD 軟硬體系統規格表...63

第一章 概論

以網際網路為基礎之數位學習方式乃是二十一世紀的學習利器。為了讓線上測驗的 試題資源得以共享，減輕建立試題庫的負擔，試題標準的制定已成為數位學習產業重要 的議題之一。傳統的試題標準只能支援傳統的線上測驗，在測驗之後只提供測驗成績，

並無法根據測驗結果進行智慧型的學習診斷，以找出學生的學習盲點。

為了支援更具前瞻性的智慧型學習診斷系統，本論文針對各種不同的學習診斷方 法，提供對應的數位學習標準；其中數位學習標準包含TMML 教材標準之延伸、TMML 試題標準之延伸以及新增學習歷程標準，能夠支援智慧型學習診斷系統所用。

本章將說明本篇論文的研究背景、動機及目的。1.1 節概略介紹目前數位學習標準 的發展現況以了解本論文之研究背景；1.2 節介紹本論文的研究動機；1.3 節介紹本論文 的研究目的。

1.1 研究背景

雖然目前網路線上測驗已發展多年，但是因為缺乏共通標準的規範，造成試題資 源間無法「共享」及「再利用」，因而在試題庫的建立上必須耗費許多人力與物力。因 而試題標準的制定，將有助於試題的流通，減輕試題庫建立的負擔。有鑑於此，目前一 些國際標準組織也開始著手對試題標準做規範，希望能達到此目的。

目前最廣為接受的數位學習標準乃是由國際標準組織SCORM(Shareable

Courseware Object Reference Model) [33][34][35][48][49][47][48][49][50][51][52][53][54]

[24]所制定的。SCORM 包含教學平台標準、教材標準、以及學習歷程標準…等等。其 中學習歷程乃是承襲CMI 所制定的標準來紀錄學生的學習歷程。早期 CMI 是一個國際 航空專業訓練組織，成立於1998 年，以 Boeing 和 Airbus 這兩家航空公司為首。CMI 組織成立的主要目的是替航空訓練課程制定一套標準，使不同廠商所製作出的訓練課程

可以彼此互通交換，賦予資源再利用(Reuse)及互操作性(Interoperability)的特性，節省在 訓練課程上的開銷。CMI 特別針對學生的學習歷程提出完整的標準規範，因而其學習歷 程標準成為許多國際標準組織參考及改進的對象。但目前TMML 1.5 版並無包含學習歷 程標準部份，因此本論文為發展支援學習診斷的數位學習延伸標準，在TMML 1.5 版中 提出學習歷程標準，學習歷程標準的部份也是在相容於CMI 學習歷程標準的前提下再 加以延伸。此外TMML 1.5 版教材標準，乃未考慮支援智慧型學習診斷系統，因此本論 文為發展支援學習診斷的數位學習延伸標準，提出教材延伸標準。

雖然SCORM 所制定的數位學習標準是目前最廣為接受的標準，然而 SCORM 對於 試題標準並沒有提出完整的規範。目前發展較為完整的試題標準，主要是由國際標準組 織IMS（Instructional Management System）[43][44]所制定的。IMS 是由產官學界所組成 的一個全球性組織。其制定試題標準的目的乃是為了在不同平台之間可以互相使用試題 或是教材，追蹤學習者的進度，並回報使用者的成效。

IMS 提出試題標準作為試題資源的規範，以期許解決獨享性之問題。但目前最新 2.0 版本只針對試題屬性作規範，例如題型、答案選項等等，並未考慮支援智慧型學習診斷 系統的需求。TMML 1.5[14][15][16][17][18][19]版試題標準乃是參考 IMS 2.0，未考慮支 援智慧型學習診斷系統之缺點也相對保留著。本論文針對各種不同的學習診斷方法的需 求，提出對應的數位學習延伸標準以支援智慧型學習診斷系統，使 TMML 標準的制定 更加完整及具前瞻性。

本論文是以國立交通大學曾憲雄教授主持的國科會「網路教學系統平台與內容標準 化」整合型計畫為基礎，提出數位學習延伸標準以支援智慧型學習診斷系統。同時亦提 發展一套工具稱之為「支援TMML 學習障礙診斷試題分享系統」(TMML-Extension for Learning Diagnosis，簡稱 TELD)，其中網路教學系統平台與 TELD 系統關係圖如圖 1.1 所示：

圖1.1 網路教學系統平台與 TELD 系統關係圖

教師透過圖1.1 中 ICMM 模組進行知識擷取(Knowledge Capture )、知識表示 (Knowledge Representation)、知識組織(Knowledge organizer) 等步驟轉換後可完成教材 標準文件以及試題標準文件。然而其產出的相關教材以及試題文件，並無法支援學習障 礙診斷功能，因此必須透過TELD 系統，轉換成本論文教材延伸標準文件以及試題延伸 標準文件，使之得以支援學習障礙診斷功能。當智慧型學習診斷系統替學生進行診斷結 束時，產生相關的學習歷程檔案，此時即可透過TELD 讓學生解讀學習歷程檔案。

1.2 研究動機

傳統試題標準只能支援一般線上測驗，但是一般線上測驗卻無法根據測驗結果進行 智慧型的學習診斷，以找出學生的學習盲點。因此唯有智慧型學習診斷系統能夠真正幫 助學生克服學習障礙。智慧型學習診斷系統，能針對一份教材且此教材必須能夠支援學 習診斷系統，針對此份教材所出的試題進行診斷之。

有鑑於智慧型學習診斷已是目前數位學習的重要研究發展之一，不僅能真正找出學 生的學習障礙，且更能協助學生達到更好的學習成效。雖然TMML 目前參考 IMS 國際

標準組織提出試題標準作為試題資源的規範，同時也參考SCORM 國際標準組織提出教 材標準，但都並未考慮支援智慧型學習診斷系統的需求。且目前TMML 1.5 版並無包含 學習歷程標準部份，記錄學習診斷結果。

因此，為了能夠支援智慧型學習診斷系統，提出數位學習標準，其中包含教材延伸 標準、以及針對各種不同的學習診斷方法延伸試題標準，同時新增學習歷程，使TMML 標準的制定更加完整邁向國際化之外，更能支援智慧型學習診斷系統，幫助學生找出真 正學習的盲點，提升學習成效為研究動機，讓TMML 更具前瞻性。

1.3 研究目的

本論文所訂定之支援學習診斷之數位學習延伸標準的研究目的如下 1. 提出支援學 習診斷功能之教材延伸標準。2. 提出支援學習診斷功能之試題延伸標準。3.提出能夠支 援學習診斷功能之學習歷程標準，以便記錄診斷結果。4.建構試題編輯分享工具，支援 所制定之延伸標準。以下就針對這些重點加以簡述之。

1 提出支援學習障礙診斷功能之教材延伸標準：

目前 TMML1.5 版制定的教材標準只針對一般教材作規範，假設教師使用以 TMML 為基礎編輯教材，此份教材是無法利用智慧型學習診斷系統幫助學生。因此，根據支援 學習診斷的需求，本論文提出教材延伸標準，使 TMML 標準的制定更加完整。使用 TMML 教材標準加上本論文提出的教材延伸標準，以此教材所出的試題皆能進行診斷 之。

2 提出支援學習障礙診斷功能之試題延伸標準：

TMML1.5 版參考 IMS 規範試題標準之，但目前 IMS 制定的試題標準只針對一般 試題屬性作規範，例如題型、答案選項等等。這些試題標準只能支援傳統的線上測驗，

在測驗之後只提供測驗成績，並無法根據測驗結果進行智慧型學習診斷。因此，TMML1.5 自然就延續了無法支援學習診斷系統的缺點。本論文根據支援智慧型學習診斷的需求加

3 新增支援學習障礙診斷功能之學習歷程標準：

學習歷程標準主要功能是紀錄學生學習過程中的相關學習資訊，以及支援智慧型學 習診斷系統的診斷結論，且 SCORM 對學習歷程以提出完整的標準規範。但目前 TMML1.5 版卻缺乏規範學習歷程標準，因此本論文參考 SCORM 國際標準組織，在 TMML 中新增學習歷程標準。但是只有紀錄學生基本資料、測驗成績等資訊，是無法支 援智慧型學習診斷系統的診斷結論。本論文為發展支援學習診斷的數位學習延伸標準，

在學習歷程標準的部份也是在相容於 SCORM 學習歷程標準的前提下加以延伸，使 TMML 標準的制定更加完整。

4建構支援試題標準分享工具：

本論文提出支援學習診斷之數位學習延伸標準，為了能夠支援所提出的數位學習延 伸標準。本論文建構一套支援數位學習延伸標準的工具，供使用者建立試題延伸標準文 件以及教材延伸標準文件。

第二章 相關研究

本章將針對本篇論文的相關研究加以說明。2.1 節介紹各國際標準組織及其所制定 之數位學習標準概況，並做比較以了解目前數位學習標準制定的盲點。由於本論文乃是 針對國內所制定的數位學習標準「教材標記語言」（Teaching Material Markup Language, 簡稱 TMML）[31][32]在教材標準以及試題標準的部份加以延伸，以及新增學習歷程標 準，因此2.2 節將先介紹 TMML 之整體架構。接下來的 2.3 節到 2.5 節將會介紹三種可 鑑別學生能力以進行學習障礙診斷的方法：2.3 節介紹以概念為基礎之學習障礙診斷方 法；2.4 節介紹布魯姆教育分類理論；2.5 節介紹國內教育部所制定的九年一貫能力指標。

本論文將分別制定適當的標準來支援此三種學習障礙的診斷方式。

2.1 國際標準發展現況

教材資源溝通上的問題，可藉由建立共通的驗證DTD 或 XML Schema 標準來解決。

然而要為某個領域制訂所謂的標準，必須具有與國際標準的相容性，以及符合實際需求 才能成為遵循的典範。目前國際上針對學習資源規格的制訂，已有許多單位提出相關的 辦法。其中最為大家所接受的有都柏林核心集（Dublin Core）、ARIADNE（Alliance of remote instructional authoring and distributed networks for Europe）、IMS（Instructional Management System）、AICC 之 CMI（Computer Management Instruction）、IEEE LTSC

（L\earning Technology Standards Committee）、SCORM（Shareable courseware object reference model）等等。每個標準的由來背後皆有其來源起由與歷史背景，圖 2.1 表示國 際標準之歷史起源與彼此之相互關係。

圖2. 1 國際標準之歷史發展與關係

本節中將會依照所提出的年份，一一詳細介紹各個國際標準，最後會做一個國際標 準間的比較。 2.1.1 小節介紹都柏林核心集，其可說是試題標準還未形成前的雛型。2.1.2 小節介紹ARIADNE，其主要特色為建立了試題編輯系統。2.1.3 小節介紹正式提出試題 標準的IMS。2.1.4 小節介紹與 IMS 共同提出詮釋資料集來描述試題資源的 IEEE LTSC。

2.1.5 小節介紹 CMI 標準，其為學習歷程標準形成前的雛型。2.1.6 小節介紹集各國際組 織制定標準之優點為一身的SCORM，其為目前國際間最受認可的標準。最後 2.1.7 小節 針對相關國際標準做個整體的分析比較。

2.1.1 Dublin Core

1995 年 3 月，國際圖書館電腦中心（OCLC）與 National Center for Supercomputing Applications（NCSA）共同研擬出都柏林核心集（Dublin Core）[42]。目的為了加強加 強資訊檢索系統的功能，在於希望建立一套描述網路上電子文件特徵的方法。都柏林核 心集所處理之對象，將限於「類文件物件」（Document-Like Objects，簡稱 DLO）。DLO

之定義為可用類似描述傳統印刷文字媒體方式，加以描述的電子檔案。詮釋資料集

（Metadata set）[41]是一種用來描述跨領域資源資訊的標準。

都柏林核心集不是在詳細描述該資源，主要用以幫助使用者查檢網路資源。因為都 柏林核心集之目標在於發展一個簡單有彈性，且各種專業人員皆可輕易了解與使用之資 料描述格式。所以其只規範了在大部分情況下，必須提及的資料特性。都柏林核心集規 範了描述網路資源時，最少須具備的15 個項目，而這 15 個項目都是可選擇、可重覆及 可延伸的。分別是：資源名稱(Title)、資源內容的主要作者(Creator)、資源內容的主題或 關鍵詞(Subject)、資源內容的整體描述 (Description)、資源的提供者(Publisher)、對資源 內容有所貢獻者(Contributors)、日期(Date)、資源內容的類型(Type)、資源型態(Format)、

資源的參照識別碼(Identifier)、資源參考的來源(Source)、資源所使用的語言(Language)、

相關資源的關連性(Relation)、內容或資源的涵蓋範圍(Coverage)、資源內容的版權歸屬 (Rights)。

都柏林核心集主要著重於資源的資訊的發掘上，所以對於網路學習資源內部的組成 並不重視。因此也缺乏試題標準的相關制定，但日後都柏林核心集其中的詮釋資料

（Metadata）將會演變成收納於 IMS 組織中，其可說算是試題標準還沒形成前的雛型。

2.1.2 ARIADNE

1996 年，ARIADNE [38]是由歐洲聯盟委員會在教育與進修部門的「資訊協會技術」

（IST）專案所提出的。ARIADNE 的初步目標在於促進大學和財團法人電子化教材的共 享與再利用。為了達成這個目的，ARIADNE 建立了一個全歐域的分散式教學文件庫

（Knowledge Pool System，簡稱 KPS）[39]。KPS 的最關鍵的特色在於詮釋資料的構成，

並且考量了近來的研究成果，開發與IEEE LTSC LOM 標準一致的編輯工具參考圖 2.2。

區域性知識

庫 本地端知識

私人知識庫 庫

圖2. 2 ARIADNE 系統架構

ARIADNE 提供一個完整的網路學習平台以及許多編輯工具來幫助教師編輯教學文 件，而在教材的儲存與交換上，ARIADNE 建構了一個大型的分散式系統：分散式教學 文件庫（Knowledge Pool System，簡稱 KPS）作為教材資料庫，並藉由 ARIADNE 的工 具來達到教材管理和資料交換與再使用(Reuse)之目的。在教材編輯上，ARIADNE 把教 學文件分為兩種：現用的文件（Active Document）與說明文件（Expositive Documents）。

前者可讓使用者與電腦產生互動，如模擬，實驗 (Simulator)、自我評估練習

（Auto-evaluation)等等。後者則是比較單純的接收性知識，例如：文字、圖形…。將編 輯好的文件經由教授產生目錄驗證工具（Pedagogic Header Generator）的工具來產生一 類似標頭檔的資料後，接著存入系統中。其網路學習系統架構與編輯工具（Authoring Tools）如圖 2.3 所示

中央知識庫 本地端知識

庫

私人知識庫

區域性知識 庫 教師

編輯者

研究員 單獨學習者 基本知識庫

課堂學生

職能訓練中心

說明的文件 模擬編寫工具 問卷編寫工具 評估編寫工具 教學法的

超文件產 生器

語音剪輯 產生器

現用的文件

教授產生目錄 驗證工具

學習者介面

課程編輯 知識聯合系統

圖2. 3 ARIADNE 之編輯工具

ARIADNE 詮釋資料[40]共分為六大類：資源本身資訊的描述（General）、資源語意 描述（Semantics of the Resource）、教學上的屬性（edagogical Attributes）、技術特性

（Technical Characteristics）、使用條件（Condition for Use）、再詮釋資料Meta-Metadata）， ARIADNE 提出了試題展示系統的想法，並且實作出一個試題編輯與管理的系統，然而 ARIADNE 對支援智慧型診斷系統卻並未列入考量。

2.1.3 IMS

1997 年（Instructional Management System，IMS）在年國際學習教育建設倡議（National Learning Infrastructure Initiative）的IMS專案問世。IMS原先是教學管理系統（Instructional Management Systems，IMS）的縮寫，後來在 2000 年一月成為IMS全球學習聯盟中非盈 利的機構。

IMS 初步關注到多個企業之間，分散式學習資產之技術規格，在於定義與維護上 的需求。目的是為了在不同的平台之間可以互相使用教材，追蹤學習者的進度，回報使 用者的成效，交換學生的紀錄而發展出來的一種開放性規格。IMS 組成涵蓋了官方的代

性與互相流通性的學習商品與服務。

IMS 為 LOM 的創始者，有鑑於 LOM 在實行上的一些困難處，IMS 仍繼續對 LOM 進行修改，並交由IEEE LTSC 審定。IMS 主要針對 IEEE 組織下 LTSC 委員會所訂定學 習元件的Metadata，提出表達教材組合模型使用的對應與建議，可以形成基本教材庫，

提供教材發展者搜尋取用已存在的適當教材。提供一致性命名法則訂定MetaData 標準，

使學習教材可以自我定義，以便於教學系統內部運作及教學教材的分享，及在不同的平 台進行搜尋與檢索。IMS 有非常多的規格書以下將一一介紹：

„ IMS 企業規格書（Enterprise Specification）：針對管理的應用程式和那些需要 分享學習者、課程、效能..等的服務，跨平台作業系統、使用者介面等。

„ IMS 內容和封裝規格書（Content & Packaging Specification）：使產生的教材能 在各種學習系統使用，而且能重複使用的內容物件。

„ IMS 問題和測試規格書（Question & Test Specification）：紀錄可分享測試項目

（test items）和其他跨越不同平台之評估工具的需要項目。IMS 的問題與測試 互操作性(Question & Test Interoperability, 簡稱 QTI) [23]描述了試題基本架構，

QTI 是以 XML 語言定義其資料模型。

„ IMS 學習者個人資料規格書（Learner Profiles Specification）：描述如何組織學 習者資料，便於讓學習系統能更適切的回應每個使用者特定的需求。

„ IMS 能力定義規格書（Reusable Competency Definition Specification）：用來 描述、參考和交換能力認證上的主要特性。

„ IMS 建議序列規格書（Simple Sequencing Specification）：用來描述教學物件 如何編排以及如何呈現給學習者。

„ IMS 學習活動設計規格書（Learning Design Specification）：讓內容或課程編 輯者，用來描述學習的腳本和互動關係。

„ IMS 數位智庫規格書（Digital Repositories Specification）：用來整合線上學習 活動的相關資訊。

IMS 提出試題標準作為試題資源的規範，以期許解決獨享性之問題。但目前最新 2.0 版本只針對試題屬性作規範，例如題型、答案選項等等，並未考慮支援智慧型學習診斷 系統的需求。爲了不與國際間標準失去接軌，本論文參考IMS 將 TMML 之試題標準，

根據支援智慧型學習診斷的需求加以延伸。

2.1.4 IEEE LTSC

1998 年，當 IMS 組織成立的同時，國家科學標準機構（National Institute for Standards and Technology，簡稱 NIST）和 IEEE LTSC 小組也正在探討制訂有關教學教材的相關標 準。後來NIST 和 IMS 的努力成果互相結合，而且 IMS 也開始跟 ARIADNE 合作。IMS 和ARIADNE 共同向國際電氣和電子工程師協會（IEEE）提案，此提案草稿就是現今 IEEE Learning Object Metadata（LOM）的基礎文件。

IEEE 成立了一個學習技術標準委員會（Learning Technology Standard Committee, IEEE LTSC，簡稱 IEEE）[45][46]，LTSC 組織著手發展有關標準的研究工作，現已形成 了IEEE 標準體系，其致力於推動教學軟體、工具、開發、維護、與內容的標準。LTSC 有多個工作小組，其中Learning Object Metadata（LOM）工作小組負責內容標準的制定，

其標準藍圖是以IMS 為基礎加以修飾而成。

LOM 目標是希望藉由此標準的完善，可以讓學習者、教學者和系統軟體更能有效 快速進行搜尋、評估以及資源獲得與使用。一份符合LOM 架構文件必須滿足四個條件：

1. 文件中必須至少含有一個 LOM 所定義的元素。

2. 所有的詮釋資料（Metadata）元素都只能用來描述規格表中所定義的功能，而不

3. 詮釋資料（Metadata）中元素的值及結構必須遵守規格所定義的架構。

4. 如果詮釋資料（Metadata）中包含括充的結構，那麼這些結構並不能取代 LOM

LOM 定義了一組專門用來描述學習資源的元素，這些元素是由 IMS 所提案的詮釋 資料（Metadata），所以內容與 IMS 中的詮釋資料（Metadata）定義相同，如圖 2.4

IEEE IMS

ARIADNE

圖2. 4 ARIADNE 與 IMS 提案 IEEE

ARIADNE 和 IMS 的詮釋資料集也整合在 IEEE 中，然而對於無法支援智慧型學習 診斷系統的缺點也相對地保留下來了。

2.1.5 AICC 之 CMI

1998 年，AICC（Aviation Industry Computer-Based Training Committee）[36]，是 一個國際航空專業訓練的組織，由Boeing 和 Airbus 這兩家航空公司為首。AICC 發展了 航空工業中，電腦輔助訓練和其他相關技術上發展、傳送、評估的指引。主要發展目標 為以下幾點：

1.

2.

AICC 以此目標出發，替航空訓練的課程制定了一套標準，根據這套標準可以使不 同廠商所製作出的訓練課程可以彼此互通交換。賦予教材再利用（Reuse）及互操作性，

節省在訓練課程上的開銷。AICC 組織中的資訊管理介紹（Computer Management Instruction，簡稱 CMI）[37]指引中，針對教材加以定義，規範一個課程的課、章包含教 學指令集合，為20 至 50 分鐘的學習課程。其中資料模型中定義教材物件為一個最小基

本學習訓練的單位或教學指令群集，具獨立性，擁有結構化教材目標，在網頁客戶端操 作並提供學習系統追蹤。

CMI 提供一組標準的資料元件，定義學習資源的狀態等資訊，提供教材物件與學習 管理系統（Learning Management System, 簡稱 LMS）溝通機制。LMS 必須在每次學生 連上系統時，維護所需資料元件的狀態，學習教材物件也是透過這些事先定義的資料元 件與不同教學系統溝通。CMI 特別針對學生的學習歷程提出完整的標準規範，因而其學 習歷程標準成為許多國際標準組織參考及改進的對象。本論文為發展支援學習診斷的數 位學習延伸標準，在學習歷程標準的部份也是在相容於CMI 學習歷程標準的前提下加 以延伸。

2.1.6 SCORM

SCORM（Sharable Content Object Reference Model）為 21 世紀目前大家最廣為接受 的標準。為了發展推動電子學習元件的國際標準─SCORM（Sharable Content Object Reference Model），美國國防部主導分散式學習主導計畫，主要目的在於提供課程元件 撰寫準則可再利用與再共享。SCORM 針對教學物件提出了網頁基礎的學習內容聚合模 型（Content Aggregation Model，簡稱 CAM）[54]和執行環境（Run-Time Environment，

簡稱RTE）[53]，而且 SCORM 採用了多方的標準，來達到網路學習特性的廣泛適用性。

SCORM 透過與業界、政府機構、學術單位的合作持續地更新以及擴張。同時參考 許多國際組織AICC、IMS、IEEE、ARIADNE 和其他標準，建立一個獨特的參考模型。

SCORM 影響的層面極廣，涵蓋了教材的管理系統、內容編輯系統、教學設計者、內容 提供者、訓練提供者…等等。

SCORM 將各個參考到的標準視為分別的「手冊」，後續的版本以類似加入新手冊的 方式擴增，目前SCORM 2004 新版中將這些標準分為四本「手冊」如圖 2.5。

圖2. 5 SCORM 規格書架

手冊一：SCORM概論（The SCORM Overview）SCORM基本原理和其他部分包含的技 術規格和指引方針之總結，包含ADL提議的概論。

手冊二：SCORM內容聚合模型（The SCORM Content Aggregation Model）這部分應該是 教材開材者較關心的部分，描述如何製作與封裝符合SCORM的學習資源。包含 將資源加以識別、聚合到結構化學習內容的指導方針。還描述了學習內容的術 語表，其中描述了SCORM的內容封裝（Content Packaging），SCORM本身是以 IEEE LOM規格為基礎，並且參考了IMS的學習資源詮釋資料資訊。。

手冊三：SCORM執行環境（The SCORM Run-Time Environment）這部分則是系統供應 商注意的焦點，說明符合SCORM的平台所需要支援的機制。包含網路環境中內 容展開、彼此溝通、追蹤的指導方針。此外本手冊也採用了AICC針對網路資料 元素制定的資料模型。

手冊四：SCORM學習元件順序規範（The SCORM Sequencing and Navigationt）Sequencing rules是SCORM 2004中的重點，讓獨立的學習元件串連起來。教學設計師可以 將教學策略透過Sequencing rule融入數位教材設計之中。對於教材製作廠商而言

可以說是一則以喜一則以憂，喜的是SCORM 2004在加入了Sequencing rule之 後，藉由教學設計師可以將教學方法加入教材之中，如反覆練習(retry)、隨機 出題(randomization)等。憂的是目前SCORM 2004雖加入名為”IMS Simple Sequencing”的規範於其中，但事實上並不簡單(simple)，要做一門符合SCORM 2004的教材需要相當多的程式技術及對標準的了解。

SCORM 所制定的數位學習標準是目前最廣為接受的標準，且將 CMI 針對學生的學 習歷程提出完整的標準規範整合成SCORM 的一部分，然而 SCORM 對於試題標準卻並 沒有提出完整的規範。目前發展較為完整的試題標準，主要乃是由國際標準組織IMS 所制定的。

2.1.7 國際標準之比較

將這些國際間著名的國際標準規格加以歸納後如表2.1：

表2. 1 國際標準文件資訊詮釋資料比較表

標準名稱 文件描述資料 教材標準制定 試題標準制定 學習歷程制定

AICC

Dublin Core

ARIADNE

IMS

IEEE LTSC

SCORM

TMML

從表2.1 中可以發現這些國際標準組織都是針對整份教材文件或教學課程的一般資 訊制定標準。除了IMS 及 TMML 對試題標準有初步的描述之外，以及 SCORM(Shareable Courseware Object Reference Model)標準及 AICC 有支援記錄學生之學習歷程標準外，其 他國際標準對試題標準及學習歷程都沒有再加以描述解析。

因此本論文針對TMML 之教材標準及試題標準根據支援智慧型學習診斷的需求加 以延伸，且新增學習歷程標準於TMML 架構中，使 TMML 之制定更加完整且具前瞻性。

2.2 教材標記語言

教材標記語言（Teaching Material Markup Language, TMML），是由國立交通大學曾 憲雄教授所主持的「網路教學系統平台與內容標準化」[14]整合型國科會計劃所提出的。

TMML 目前參考與分析國際現行的網路教材標準，例如 SCORM、IMS、LOM、AICC 等，而且考量了國際標準相容與本土教育的特性，修訂了一個XML 語言格式基礎的標 準化規格。此架構之規劃為二層次，包含：

第一層：通用型教材標準：適用於各個學科領域使用，定義所有學科領域中通用之 資源描述與定義。

第二層：領域特性型之教材標準：適合於單一特定領域使用，用來針對不同學科的 特定領域來加以深入的規範其資源描述與定義。如圖2.6 所示。

圖2. 6 TMML 基本架構圖

TMML 定義之架構，教材標準以及試題標準方面目前參考國際標準制定之，雖然可 保留其國際通用性與其延伸性，但在規範教材標準以及試題標準中卻依然缺乏支援學習 診斷之需求以及缺乏記錄學生之學習診斷標準。因此本論文為了發展支援學習障礙診斷 功能需求，將提出數位學習延伸標準以支援學習診斷。因此，接下來將分兩個小節，對

Question & Test Interoperability

Metadata Simple Sequence

Extension Extension

General

Medicine Genera Cultural Natural Social Engineerin

Special Domain Physics

Natural Chemical

Teaching Material Markup Language (TMML)

TMML 整體架構與試題標準相關的部分予以介紹。2.2.1 小節介紹 TMML 之教材標準；

2.2.2 小節介紹 TMML 之試題標準。

2.2.1 教材標記語言之詮譯資料

TMML 在最新 1.5 版教材標準之詮釋資料（Metadata）分成十四項，可以將這些詮 釋資料區分為四大類型：LOM、學科類別(Category)、問題與測試互操作性（Question &

Test Interoperability, 簡稱 QTI）、Simple Sequence， TMML 之架構如圖 2.7 所示。

Teaching Material 0

圖2. 7 TMML 之完整組織架構圖 TMML 的詮釋資料（Metadata）：

1. LOM：SCORM 標準中所使用之基本 Metadata，分為九類

(1) 一般資源描述（General）：包括title, description, date of creation, version 等，

組合一般性資訊描述整個資源。

(2) 歷史資料（Lifecycle）：描述歷史性資料和這個資源目前狀態以及影響這個 資源演進的相關人員。

(3) 再詮釋資料（Meta-metadata）：描述meta-data 本身記錄相關資訊，非此資

Learning Object Organizations Resources Sub-Teaching

Simple Sequence Category

Life Cycle Meta-Metadata Technical Educational General

Technical Annotation Classification Right

AssessmentIte

Assessmen ItemSession

00 01 02 03

000 001 002 003 004

005 006 007 008

009 010 011 012

SCORM-Metadata 013

(4) 技術性資訊描述（Technical）：描述技術需求與此資源的特性，包括實體 教學教材實際位置。

(5) 教育特性（Educational）：描述此資源教學或教育上的特性。

(6) 狀態描述（Rights）：描述使用此資源在知識層次特性的權力和狀況。

(7) 關聯性描述（Relation）：描述此資源和其他標的資源之間的關係和特性。

(8) 註解與評論（Annotation）：提供在教育上使用此資源的建議，以及此資源 在何時由誰所建立的相關資訊。

(9) 分類（Classification）：描述此資源屬於哪一個系統領域類別。

2 學科類別（Category）

將學科領域分為六類，分別是總類（General）、人文科學類（Cultural Sciences）、自然科學類（Natural Sciences）、社會科學類（Social Sciences）、工 程科學類（Engineering Sciences）、醫學類（Medicine），此標籤之定義，使的 TMML 在詮釋資料上可區分二層次架構。

3 問題與測試互操作性（Question & Test Interoperability, QTI）之 Metadata：

(10) 評估（Assessment）：相當於測驗（Test）。

(11) 章節（Itemsection）：是其他 Itemsection 或 Assessmentitem 的組合。

(12) 項目（Assessmentitem）：QTI 中最小的獨立單位，規範試題表達。

此部分之Metadata 主要是在參與與分析 SCORM 與 IMS 的 QTI 架構後，根據 目前國內之使用需要，加以延伸與修訂而成。

4 Simple Sequence 之 Metadata：

(13) 簡單序列（Simple Sequence）：其主要目的是為了來控制整份教學活動的 教學過程，以達到教學自動化之目的。

本論文的角色在於根據支援智慧型學習診斷的需求，加以延伸 TMML 之教材標準 以及試題標準，以及新增學習歷程標準，讓 TMML 之制定更加完整及具前瞻性。接下 來將詳細在2.2.2 小節介紹 TMML 試題標準架構。

2.2.2 教材標記語言之試題標準組織架構

隨著網路學習環境的受到重視，然而對於試題文件的定義卻無明確之規範。而現有 的題庫系統因為沒有統一的標準格式，因此各系統間不能有效的互相共用試題資源。導 致了重複的試題開發，浪費了大量的人力、物力，這與傳統網路教材一樣，遭遇了相同 的資源共享、互操作性之問題。此外因試題資源無法得到廣泛的使用，使得題庫的修訂 和校正缺乏完善的資料基礎，因此也難以提高整個題庫資源的品質。為了使各學習系統 中之試題資源亦可達到和網路教材一樣可以具有互操作性、長期性、可獲得性、可擴展 性和可重用性等特性如圖2.8。

圖2. 8 試題標準之互操作性

爲了不因自行定義本土化之試題標準規範，而造成所定義之規範無法與國際相容。

因此，在分析各個國際標準組織之後，發現IMS 對試題規範已相當完整，儼然已成為未 來國際上試題文件之標準規範。其目的在於使各學習系統中之試題資源亦可達到和網路 教材一樣可以具有互操作性、長期性、可獲得性、可擴展性和可重用性等特性。因此，

TMML 參考了 IMS 國際組織所制定的「問題與測試互操作性」 （Question & Test Interoperability Specification, 簡稱 QTI）標準規範加以整合修改制定，解決目前試題資 源的獨享性和缺乏開放性等問題。

TMML1.5 版的試題標準部份中，參考 2005 年的 IMS 的 QTI 規格中已經發展到 2.0 最新版本，定義了一ASI 資料模型。該模型為 QTI 互換模型提供了題庫中內容的表現形 式和內容的組織方法，即為如何對已有的內容進行組織描述。

此模型包含以下3 個元素：

1. 題組(assessment)：相當於測驗（Test），是“Itemsection” 的集合

2. 評估模塊（Itemsectiom）：是其他 Itemsection / Assessmentitem 的組合。

3. 試題模塊(assessmentItem)：為 QTI 中最小的獨立單位，用以涵蓋題目所涉及的 所有內容。Item 包括了問題的表述、構成、計分和反饋等全部資訊，不允許巢 狀架構。

在2005 年新版 IMS 中的 QTI 對 AssessmentItem 規範非常清楚，試題模塊 (assessmentItem)與題組(assessment)兩者之間的關係如圖 2.9。

Authoring Tool

圖2. 9 試題模塊與題組之間的關係

在QTI規格裡，將試題定義成試題模塊，試題模塊包含了試題、評分、回饋…等的 所有必要資料元素如圖一。評估模塊是由被包含在題組的試題模塊所聚集而成的，也可 以說評估模塊由試題模塊組成。題組包含許多試題模塊或者題組，這些物件整合在一起 就成為物件庫(object-bank)。

Itembank LearningSystem

AssessmentDeliverySystem

assessmentItem

assessment

tutor author

Itembankmanager candidate

scorer proctor

緊接著在2.3 節中，將介紹以概念為基礎之學習障礙診斷方法，提供對應的數位學 習標準，使所分享的試題可為智慧型學習診斷系統所用。如此一來，線上測驗便能真正 找出學生的學習障礙，協助學生達到更好的學習成效。

2.3 以概念為基礎之學習障礙診斷方法

以概念為基礎之學習障礙診診斷方法，是由國立暨南大學許慶昇在民國89 年提 出，近年來有些研究專家認為，在科學及工程課程中，每個單元都會有一些學習重心，

本論文稱之為概念（concept）[7][8]。同時，這些概念的學習大多需要依照某種順序，

稱之為“認知順序”（Epistemologically Order）。這樣的順序用來規範各概念間的學習先後 關係，亦即要學習一項新概念或技術前必須具備一些基本能力。例如，要學作文必須先 學造句、要學“乘法”必須先具備“加法”的概念、學“微分”之前須先學好“極限”的概念。

像這種一個概念之中隱含其他基本概念，或具有先後次序關係的行為模式，正是一種很

基本的學習過程。基於這種基本的學習概念與模式，本論文有必要描述如圖2.10。

Positive Addition of

zero ^integers

Multiplication Subtraction

of integers of integers

Negative Division of of integers integers

integers

Prime numbers

圖2. 10 以概念順序關係描述課程結構

運用對這樣的課程結構描述，可以找出學生學習的癥結點，提升學生的學習成效 [4][9]。因此，在定義試題的延伸標準時，必須考慮試題與概念的關係，以及概念間的 順序關係。

一般的教材具有樹狀組織結構，教材內容通常是依照章、節、重點概念等層級建構 而成的，但是做為學習診斷系統[3][21][28][29][30]的分析診斷依據並沒有太大幫助。因 為這種樹狀組織結構只是將較相同的教材內容分到同一個範圍內，其中間並沒有太大的 關聯性，而教師通常也根據自己的教學經驗，來判斷要先從何處教起。舉例來說﹕假設 有一數學課程，課程目標是在讓學生了解「數」的概念，此課程共分成四節分別是：一、

整數，二、有理數與實數，三、複數及其運算，四、一元二次方程式根的討論。在第一 節中有幾個重要概念，如因數、倍數、公倍數、最大公因數、最小公倍數。若依照傳統 的樹狀結構編排教材，此單元的結構就如(圖 2.11)。這樣的編排僅能提供教材編排次序 的資訊，但並沒有辦法獲得各概念間的相關性，例如概念學習的先後次序、概念形成的 基本內涵與合理的學習路徑。

數

有理數與實 整數 複數及其運 一元二次方程式根解

圖2. 11 數學課程樹狀結構圖

通常一個概念的形成是由一個或一個以上的基礎概念所發展而成，舉例來說，要學”

公因數”必須先有”因數”的概念、要學游泳前必須先學會換氣…。這種具有先後次序關 係，或是一個概念中隱含其他基本概念的行為樣式，正是一種基本的學習模式與過程。

根據傳統的樹狀結構編排教材，無法展現出這樣的先後次序關係，基於這一點，是有必 要重建構課程結構。為了合理展現概念學習的先後次序關係與概念形成的基本內涵，物 件導向原理中的繼承關係很適合用來解決這樣的問題。

繼承關係指的是兒子的某些特性來自於父親，且父親與兒子的出現次序具有先後關 係。運用這樣的觀念，除去章、節等上層架構，只留下概念部份，並找出各概念間的相

倍數 實數

因數 公因數 公倍數 最大公因數 最小公倍數

互關聯性，包括概念內涵與先後次序關係，建構成「概念關係圖」[6]如圖 2.12。

C1 C2

C3 C4 C5

圖2. 12 概念關係圖 (1)

依照概念關係圖的觀念，前述”數”的例子就可以建構成如圖 2.13。

圖2. 13 概念關係圖之數學課程範例一

接下來本論文將要介紹智慧型診斷系統診斷的過程，假設智慧型學習診斷系統依學 生之特性動態產生了一份試題，並且平均地含蓋了課程中的每一個概念。試卷中共有10

負分數

正整數 負整數 零 正分數 有限小數 無線循環小數

小 分數 數

整數

倍數 因數

公倍數 質數

最大公因數

最大公倍數

有理數 無理數

實數 虛數

複數 公因數

C6 C7 C8 C9

C10

道試題，分別為Q1,Q2,Q3,…,Q10，且整個課程經過分析後，共可粹取得到10 個概念，分 別為C1,C2,C3,…,C10^，其概念關係圖如2.13，為了表現每道題目所包含的概念內涵與各概 念在該道題目中的相對比重關係，本論文建立了概念分配表，如表2.2[7]。

表2. 2 概念分配表

Cj

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

Q1 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0

Q2 0 4 2 0 0 0 0 0 0 0

Q3 0 0 3 1 2 0 0 0 0 0

Q4 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0

Q5 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0

Q6 1 0 0 0 0 4 1 0 0 0

Q7 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0

Q8 0 0 0 0 0 0 0 3 1 2

Q9 0 0 0 0 0 1 0 0 4 0

Qi

Q10 0 0 0 0 0 1 0 2 0 5

Sum 6 5 5 6 7 6 6 5 5 7 Error 1 0 3 1 2 4 6 0 0 0

ER(Cj) 0.16 0 0.6 0.16 0.28 0.66 1 0 0 0

步驟一：概念認知程度分析

經由概念分配表﹙表2.2﹚可以求得每個概念的錯誤比率ER(Cj)，其中

erj代表第r題答錯的題目中，第j個概念的比重值；eij代表整份試題中，第i題的第j個概念

的 比 重 值 。 假 設 學 生 的 答 題 狀 況 為Q3、Q6、Q7答 錯 ， 其 餘 答 對 ， 由 表 2.2 可得 ER(C1)=(0+1+0)/6=0.16，ER(C2)=(0+0+0)/5=0，ER(C3)=(3+0+0)/5=0.6，……，因此，可 以得到一個新的概念關係圖，如圖2.14。

∑

=

∑

i ij r

rj

j e

e C

ER( )

0.16 0

C1 C2

C3 C4 C5

圖2. 14 概念關係圖(2)

有一點值得注意的是，若學生答錯了Qi這道題目，並不代表學生對於包含在Qi中的每一 個概念都不懂，很有可能他只是因為其中的某一個概念不懂或沒學好，而導致了他答錯 Qi這道題目。因此一個比較合理的解釋必須觀察Qi中每一個概念所佔的比重值(rating value)，必須將導致學生答錯Qi的錯誤概念加以排序，找出其中的輕重分別。基於這個 理由，不能百分之百由ER(Cj)的值來斷定學生對Cj這個概念的認知或瞭解程度，一個概 念的錯誤可能是因為對另一個概念的認知或瞭解不足所導致的。因此找尋一個臨界值 θ，用以代表對錯誤率的容忍程度。當ER(Cj) ≤ θ時，認定學生對於Cj這個概念的認知程 度已經到達一個符合要求的水準；若ER(Cj) > θ時，就必須對這個錯誤率加以重視，可 以認定學生對於Cj這個概念的認知或瞭解程度尚未到達一個要求的水準，必須重新學 習。對於這種尚未符合標準的概念，必須再深入探究其學習上的障礙點。透過對這個節 點的父節點的分析，可以瞭解學生對形成這個概念的基礎概念的認知程度。

步驟二：原始學習路徑分析

第二個步驟是原始學習路徑分析。在實作時可以透過對表2.2 的操作，計算出每個 節點的子節點個數NC(Ci)，與父節點個數NP(Cj)。若NC(Ci) = 0，代表Ci這個節點無子節 點，亦即Ci是個最終節點，因此可以由Ci往上尋找其父節點，最後求得一條原始學習路

C6 C7 C8 C9

0.28

0.6 0.16

0 0

0.66 1

C1 0

非零值，往左邊對應到一個父節點C3，再由C3這一欄找到一個非零值，往左邊對應到一 個父節點C1，再由C1這一欄找一個非零值，此時發現找不到，停止。至此，找到了一條 原始學習路徑C1ÆC3ÆC6。以相同的方法，可以找出所有的原始學習路徑，如下﹕

PATH1﹕C1ÆC3ÆC6

PATH2﹕C1ÆC3ÆC7

PATH3﹕C1ÆC4ÆC8ÆC10

PATH4﹕C2ÆC4ÆC8ÆC10

PATH5﹕C2ÆC5ÆC9

在電腦內部實際運作上，可以使用矩陣﹙Matrix﹚及堆疊﹙Stack﹚的技術完成實作。

步驟三：建立補救學習路徑

圖 2.14 的例子而言，對於某個概念Ci，若ER(Ci) ≤θ，表示學生對於此概念已達到 學習目標，故Ci這個節點將不會被選入補救學習路徑中；反之，若ER(Ci) >θ，代表學生 對於Ci瞭解的程度尚未到達要求水準，因此Ci將列為補救學習路徑的一個節點。假設θ 值為 0.3，代表對於某個概念之錯誤比率的最大容忍程度為 30%，依上述原則，可得到 補救學習路徑如下：PATH1：C3ÆC6，PATH2：C3ÆC7

這是一組建議的補救學習路徑，它明白指出了學生對於C3、C6、C7這三個概念的認知程 度之不足。

步驟四：決定關鍵學習路徑

通常補救的學習路徑會不止一條，且學生對於每條補救的學習路徑的學習成效與對 路徑上的每個概念的認知程度會有不同的水準，為了達到最有效率的學習，必須將每條 路徑的學習順序與課程進行的輕重緩急明確定出。因此定出關鍵學習路徑，代表學生學 習成效最差的部分，建議學生優先再學習。首先計算每條路徑的權重：

其中error(Cij)代表第i條路徑中第j個概念的錯誤總比重值，sum(Cij)

∑

=

∑

j

ij j

ij

i sum C

C error PATH

weight

) (

) ( )

(

代表第i條路徑中第j個概念的總比重值。weight(PATHi)是一個介於 0 到 1 的正規化數值，

藉由觀察每條PATH的比重值，可以訂出關鍵學習路徑，如下：

IF weight(PATHi) ≥ δ THEN PATHi IS A CRITICAL PATH.

根據上述之算法可以得到以下之結果：weight(PATH1) = 0.64，weight(PATH2) = 0.82 若δ = 0.7，則關鍵學習路徑為 PATH2。

步驟五：學習障礙分析

再一次觀察補救的學習路徑：

PATH1：C3ÆC6 PATH2：C3ÆC7

觀察上述的路徑可以得到以下兩點解釋：

1. 學生對於C6這個概念的認知或瞭解程度不夠，是導因於學生對於C3這個概念的認知 或瞭解程度不足。

2. 學生對於C7這個概念的認知或瞭解程度不夠，是導因於學生對於C3這個概念的認知 或瞭解程度不足。

綜合上述之分析可知，學生對於C6、C7的學習成效差，其根本原因與問題癥結在於 學生對於C3的認知或瞭解程度不足。因此，可以找到改善學習成效之根源在於C3這個概 念。而每條路徑的根節點(root)即可視為造成學習障礙的根本原因。

介紹完以概念為基礎的學習診斷的方式後，此方法在於學生學習每個概念時候，每 個概念分配不同的權重，而且學習的概念順序也都息息相關，再經由演算法精密計算而 求得補救學習路徑、關鍵學習路徑。以概念為基礎的學習診斷的方式將有助於學生克服 學習盲點。

2.4 布魯姆教育分類理論

教育分類系統是一種撰寫學習目標的共通語言，用來達到教育目標、教學活動與教 育評量的一致性，可以促使各學習領域的交流與溝通。第一版的教育分類目標分類系統 起源於1948 年於美國波士頓舉行的美國心理學會年會（American Psychological Association），當時多位任教於大學院校的測驗學者在非正式會議中討論，希望能利用

間經過不斷的討論與修正，終於在1956年由布魯姆﹙B. S. Bloom﹚所領導的教育研究團 隊提出了一套教育目標的分類系統（ Taxonomy of Educational objective, Handbook1:

Cognitive Domain ）[1][2][20][22][25][26][27]，此分類系統被廣泛的使用在檢視教育理 論、測驗編製、各科教材教法等課程 的教科書。

此分類系統將認知領域分為知識（knowledge）、理解（comprehension）、應用

（application）、分析（analysis）、綜合（synthesis）、與評鑑（evaluation）等六個階 層，Bloom的教育目編分類已被翻譯成不同語言的版本，世界許多教師及教育相關領域 專業人士都非常熟悉且經常應用。然而歷經多年的使用以及越來越多學術的檢證，在認 知心理學方面，有若干論者針對此教育目標分類架構提出了相關質疑，包括了使用行為 目標將對教師造成限制、忽略了無法明確陳述的重要目標、視個別目標為獨立的目的將 缺乏邏輯上的關聯性、分別類別的區分性不足容易造成混淆，等需要檢討的呼籲。

由於近年來對於學習的研究重心，主要著重於有意義的學習（meaningful learning），

即培養學習者主動（active）、認知（cognitive）、和建構歷程（constructive processes）

的概念，強調學習者「知」（know，指knowledge）和「如何思考」（how they think，

指cognitive process）的探討，故經由多年的討論終於在2001 年由Anderson等學者將教 育目標分類系統重新改版（Anderson & Krathwohl, 2001）[12][13]。

Anderson 在2001 年所發表的修正版與舊版主要的差異在於由原來的動詞改為名 詞，並將原先的單一向度分為二個向度分別是知識向度（knowledge Dimension）和認知 歷程向度（cognitive process dimention）。知識向度指知識的分類，分為事實知識(factual knowledge)、概念知識(conceptual knowledge)、程序知識(procedural knowledge)、後設認 知知識 (metacognitive knowledge)，在於代表了學生學習成果的累積與協助教師區分「教 什麼」（what to teach）。認知歷程向度主要分成六類，分別為記憶(remember)、了解 (understand)、應用(apply)、分析(analyze)、評鑑(evaluate)和創造(create) [2]，代表了學生 在學習時思考的方式與過程與促進學生保留（retention）和遷移（transfer）所習得之知 識，如圖2.15解釋認知領域間的關係。

圖2. 15 Bloom 認知領域關係表

圖2.16代表認知歷程向度與知識向度之間的關係，而且每個向度底下還有細分成很 多屬性，記憶的代號就是1，了解的代號就是2，事實知識的代號是A。

圖2. 16 認知領域教育目標分類圖

記憶 了解

應用

分析

創作

評鑑

後設認知知識D 程序知識

C 概念知識

B 事實知識

A

創造 6 評鑑5

分析4 應用3

了解2 記憶 1

認知歷程向度(思) 知識向度(學)

分類法差異內容與結構改變情形如2.17圖所示：

修訂版(Anderson ,2001)

舊版(BLOOM,1956)

事實知識(factual knowledge)

概念知識(conceptual knowledge)

程序知識(procedural knowledge)

後設知識 (metacognitive knowledge)

知識（knowledge） 記憶(remember)

認知歷程向度

了解(understand)

理解（comprehension）

應用（application） 應用(apply)

分析(analyze)

分析（analysis）

綜合（synthesis） 評鑑(evaluate)

評鑑（evaluation） 創造(create)

知 識 向 度

圖2. 17 Bloom 教育分類法新舊關係圖

1. 新版強調不同年級的老師都能適用，著重實用於課程、教學、評量。

3. 新版內容增加了許多評量工作範例，加強分類法的應用。

4. 新版主類別名稱為動詞語態，而舊版為名詞語態。

5. 新版的了解主類別更改於舊版的理解主類別。

6. 新版強調次類別的應用，不同於舊版著重於主類別。

7. 新版知識次類別經更名與重組，為分為四個類別，不同於舊版的名稱與內容。

8. 新版將目標分類分為兩個向度(知識向度和歷程向度)，不同於舊版只有一個向度。

9. 新版各類別採用漸進複雜性階層(increasingcomplexity hierarchy)，而舊版採用累積 性階層(cumulative hierarchy)。

10. 新版交換舊版的「綜合」與「評鑑」的順序與名稱，改為「評鑑」與「創造」

布魯姆分類在學習診斷上的運用，可以得知兩個資訊，一個是代表了學生學習成果

的累積與協助教師區分「教什麼」，另一個則是學生在學習時思考的方式與過程與促進 學生保留（retention）和遷移（transfer）所習得之知識，參考布魯姆教育分類法制定出 相對應的試題標準將對學生非常有幫助。

依照布魯姆的想法，考試並非解決教育問題的辦法。然而考試確實是會影響教學，

雖然考試領導教學是一個事實，但這並不代表是正確的事實。那原因也絕對不是考試本 身而已，而是將考試與評量的目標與教學的目標明確化。

2.5 九年一貫能力指標

這幾年因應國內教育教改，實施九年一貫政策[10][11]，九年一貫簡單的說就是將國 小六年以及國中三年的教材做銜接與整合細分成七大領域[5]，各領域中又細分成很多能 力指標，注重的是培養能力，本章節以數學領域為例來說明九年一貫的學習能力指標。

數學領域將九年國民教育區分為四個階段：階段一為一至三年級，階段二為四、五 年級，階段三為六、七年級，階段四為八、九年級。另將數學內容分為數與量、幾何、

代數、統計與機率、連結等五大主題，前四項主題的能力指標以三碼編排，其中第一碼 表示主題，分別以字母N、S、A、D 表示「數與量」、「幾何」、「代數」和「統計與 機率」四個主題；第二碼表示階段，分別以1, 2, 3, 4 表示第一、二、三和四階段；第三 碼則是能力指標的流水號，表示該細項下指標的序號。雖以主題與階段來區分，仍有若 干能力指標採跨主題方式同時編列，如「數與量」、「幾何」，以強調其連結，此類指 標皆以相關連結編碼註記。再者，由於「量」的教學（除「時間」外）概皆遵循固定的 發展過程，本論文以同樣的指標（N-1-15, N-1-16）來描述「量」的發展。但各類「量」

的成熟早晚有別，因此部分「量」的完成，會延續到第二階段，相關細節則於「分年細 目」中以（N-1-15#, N-1-16#）註明。

此外，數學內部的連結可貫穿前述四個主題，來強調解題能力的培養；數學外部的 連結則強調生活及其他領域中數學問題的察覺、轉化、解題、溝通、評析諸能力的培養。

一方面也能加強其數學的思維，有助於個人在生涯中求進一步的發展。因此，本論文仍 沿用暫行綱要的方案，不對連結的能力指標加以分段，各階段四個主題的能力要與連結 的能力相配合培養，而連結的能力經過各階段後會愈來愈強。連結的能力指標用三碼表 示，第一碼表連結(C)，第二碼表察覺(R)、轉化(T)、解題(S)、溝通(C)、評析(E)，而第 三碼則是流水號，舉例如下：

數與量：A-1-04 能理解加減互逆，並運用於驗算與解題 察覺：C-R-01 能察覺生活中與數學相關的情境。

轉化：C-T-01 能把情境中與問題相關的數、量、形析出。

解題：C-S-01 能分解複雜的問題為一系列的子題。

溝通：C-C-01 能了解數學語言（符號、用語、圖表、非形式化演繹等）的內涵。

評析：C-E-01 能用解題的結果闡釋原來的情境問題。

透過紀錄適當的試題屬性，在進行線上測驗之後，學習診斷系統將可依照學生答錯 的題目來解析學生的學習盲點，以便提出具體的學習建議供學生參考。本論文將針對本 章所介紹的三種鑑別學生能力的方法制定對應的數位學習延伸標準。

第三章 支援學習障礙診斷功能之延伸標準制定

本章節即針對各種不同的學習診斷方法，提供對應的數位學習標準，使所分享的試 題可為智慧型學習診斷系統所用。如此一來，線上測驗便能真正找出學生的學習盲點，

協助學生達到更好的學習成效。

本論文為了支援智慧型學習診斷系統，將在數位學習標準中的教材標準與試題標準 加以延伸以及增加學習歷程標準。延伸教材標準的目的在於使教材標準，能夠支援以概 念為基礎之學習障礙診斷系統；延伸試題標準的目的在於紀錄與學習診斷有關的試題屬 性，以提供給智慧型學習診斷系統用以判斷學生的學習障礙；延伸學習歷程標準的目的 在於紀錄智慧型學習診斷系統的診斷結果，供學生或是教師參考。因此，本章之3.1 節 將提出教材延伸標準，3.2 節將提出試題延伸標準；3.3 節提出學習歷程標準。

3.1 教材標準之延伸

目前TMML1.5 版中之教材標準，用來描述教材的學習元件(Learning Object)主要包 含9 大類，對於教材的描述以清楚定義之；但不足的是乃欠缺支援以概念為基礎之學習 障礙診斷系統，因此本論文提出TMML 教材標準之延伸。假設教師所編輯之 TMML 教 材，希望能夠搭配學習診斷系統，針對學生的測驗結果診斷分析之，將可以套用本論文 所提出的教材延伸標準。

本論文在TMML 架構中之學習元件(Learning Object )其中的虛線框框，提出教材延 伸標準，分別是學習概念(Concept)以及概念關係圖(Concept_relevance)，如圖 3.1 所示：