行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
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※ 虛擬實境在遠距教育上的應用 ※
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計畫類別：□個別型計畫 □整合型計畫 計畫編號：NSC90-2520-S-011-002
執行期間：90年8月1日至91年7月31日
計畫主持人：柯志祥
計畫參與人員：林政佑、吳建和
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：國立台灣科技大學工商業設計系
中華民國91年9月10日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
虛擬實境在遠距教育上的應用
The Application of Virtual Reality to Distant Education
計畫編號：NSC90-2520-S-011-002 執行期限：90年8月1日至91年7月31日
主持人：柯志祥 國立台灣科技大學工商業設計系
計畫參與人員：林政佑、吳建和 國立台灣科技大學工商業設計系
一、中英文摘要
科技已徹底改變了人們所生活、工作 與學習的環境，尤其是虛擬實境，具有吸 引人及強大的能力，可以加強學習。在網 際網路上所流通的文字、影像、聲音等，
使知識得以具體化，建構主義認為學習環 境應該支援對現實的多重觀點或詮譯、知 識的建構、並具有豐富的脈絡及以經驗為 主的活動。本研究所建立的虛擬實境學習 網站，以建構主義的觀點，滿足造形設計 課程對立體物件的需求，展現了虛擬實境 在教育上的優勢，讓學生有機會以具象的 方式，沈浸在以往抽象的觀念中，可以加 速知識的增進，為更進一步的發現與學習
，建立穩固的基礎。
關鍵詞：虛擬實境、遠距教育、工業設計 Abstract
Technology has thoroughly changed people’s living, working and learning environments. Virtual reality in particular has the attractive and powerful capability to enhance learning. Text, images, sounds, etc.
circulating on the Internet enable knowledge to be substantiated. Constructivists believe that the learning environment should support multiple viewpoints or interpretation to reality, knowledge construction, rich context and experience-based activities. This research creates a learning website based on virtual reality and the viewpoint of constructivism to satisfy the demand of a form design course on three-dimensional objects. It displays the advantage of virtual reality over education and provides students
with the chance to substantially immerse in formerly abstract ideas. It can accelerate the expansion of knowledge and establish a firm basis for further discovery and learning.
Keywords: virtual reality, distant education, industrial design
二、計畫緣由與目的
近年來，由於多媒體與網路科技的蓬 勃發展，以電腦為基礎所衍生的教學活動
，已成為一種趨勢，藉由雙向的溝通和活 潑生動的教材呈現，來取代傳統的教學形 式，以增加學生的興趣，提高學習效果，
而學習也由實質的環境，擴展到網路化的 虛擬世界。在多媒體展示技術的輔助下，
使用者可以在網際網路上，放置各種不同 內容，如文字、圖形等，但是這些二維空 間網頁的元素，已經無法充分滿足使用者 的感官需求。因此三維空間的資訊呈現方 式，能讓使用者融入虛擬建構的三維空間 場景，在全球資訊網上的發展便應運而生
。網路虛擬實境是一種軟體系統，它提供 了多人互動的功能，使得全世界的人，都 可以即時的在此系統上，交換彼此的資訊
。其主要的目的是模擬一個真實的世界，
而在此世界中的所有人，皆分享相同的時 間與空間（Singhal & Zyda，1999）。
Loeffler & Anderson（1994）把虛擬 實境視為由電腦所產生的三維空間模擬環 境，可以根據使用者的行為，做即時的改 變及展現。Burdea & Coiffet（1993）認為
，虛擬實境是一種高階的使用者介面，以 多重知覺管道，來從事即時的模擬和互動
，這些知覺的形式有視覺、聽覺、觸覺、
嗅覺、味覺等。虛擬實境和其他電腦系統
最大的不同點，在於以人類為主的觀念；
它 的 沈 浸 性 （ immersion ） 、 即 時 性 （ instantaneity）、與互動性（interactivity）
，讓使用者感受到如真實般的電腦環境，
並能發揮獨特的想像力（imagination）。
在遠距教學中引進虛擬實境，主要考 慮到教師能掌握虛擬實境互動性質的優勢
，提升學生的參與程度。Bricken（1991）
建議，利用虛擬實境可以在背景脈絡的經 驗與學習中，教導學生思考與判斷，以具 象的方式傳授象徵而抽象的經驗。虛擬實 境可以在真實世界與抽象邏輯間，提供一 個自然的介面，讓學生超越書本的知識，
更進一步發展出自我的概念與關係。藉由 網路無遠弗屆的特點，可讓學生在不同的 軟硬體設備上，進入三維空間的虛擬環境
，和其中的立體物件進行互動，以提高課 程的學習效果，縮短學習時間，提升學習 效率與興趣。
本研究主要採實驗法進行，並配合問 卷及觀察、隨機訪談的方式，了解受測者 的使用狀況，接著再詳細分析使用者對網 路虛擬實境的各種意見，以歸納研究成果
。本研究目的，在於建構一造形設計遠距 教學網站，配合網路虛擬實境的方式，進 行學習成效的評量與練習，並針對受測者 在此實驗課程規劃上的建議與反應，作一 通盤的審視與分析。
三、結果與討論
根據對虛擬實境場景設計與測試分析 後的結果顯示，使用者對此場景效能的反 應均偏向滿意（見表1）。在虛擬實境場 景的操作說明上，採用圖示配合文字與鍵 盤功能鍵圖像來編排，各個功能的文字敘 述並不會太繁雜，而從問卷統計結果所得 到的平均值約為6.08看來，受測者對於場 景的功能與操作方式，是容易了解的，大 多數的人在操作上並無太大的問題，同時 他們也善於利用各種功能，來達成不同的 任務或需求。
在此虛擬實境展示方式上，受測者認 為其所呈現的文字與圖像的滿意度平均值 為6.00、外觀的呈現為5.58、佈局的呈現 為5.75，顯示受測者認為此種展示方式是
清晰的。在虛擬場景中呈現文字、二維圖 像、三維物件和材質，主要的用意即是測 試受測者的滿意度，因為視覺效果呈現的 品質，是影響一個虛擬實境場景成敗的關 鍵，因此區分為三個問題逐項詢問，希望 能了解受測者最真實的感受。
針對此虛擬實境場景的操控性、準確 性、學習性、靈活度、眼手協調度﹙互動 性﹚、即時性、介面提示、介面視覺表現 及效率性等9個評估項目，統計後的平均 值均在5.3–6.0間，顯示受測者對於此介 面的整體表現是滿意的。對於場景的設計 理念、操控方式、介面功能與提示，受測 者多呈現出容易理解的反應。顯示VRML 的虛擬實境檔案格式，所能傳達的效果並 不會太遜色，至少場景重點的部分均能完 整地呈現。不過，跟目前市面上的部分三 維產品展示比較比來，雖然VRML在擬真 的程度上有不及處，但基於本研究的目的 作考量，因此捨棄更真實的擬真，而採遊 歷互動程度高的VRML格式。
表1：虛擬場景評估項目平均數 評估項目 平均 操作說明 6.08 文字與圖像 6.00 外觀的呈現 5.58 佈局的呈現 5.75 操控性 5.416 準確性 5.333 學習度 5.666 靈活度 5.916 眼手協調度 5.5 即時性 5.916 介面提示 5.666 介面視覺表現 5.75 效率性 5.666
表2：網站課程內容評估項目平均數 評估項目 平均 您認為此網路教學，在課程內
容的規劃上是？ 6.13 您認為此網路教學，所提供的
相關資訊是？ 6.21 您認為此網路教學比一般傳統
的網站，在互動的程度上是？ 6.13
您認為此網路教學比一般傳統
的網站，在內容上是？ 6.08 在瀏覽此網路課程後，您認為
您所吸收到的知識是？ 6.25 您認為此教學課程中，網路虛
擬實境的使用是？ 6.08 您認為文字、圖像、動畫及虛
擬實境等資訊表達方式是？ 5.71 您認為以此教學網站作為輔助
傳統教室授課，對於學習是？ 6.25 整體而言，您對此教學網站內
容規劃的滿意度是？ 5.79 配合表2所示，受測者對本網站的反 應呈現高度滿意，顯示利用虛擬實境配合 多種媒體來設計課程教學，確實增加在互 動性上的表現，受測者認為採用虛擬實境 的教學方式，對於學習有適當的助益。進 一步比對量表與訪談的結果，發現受測者 滿意本教學網站的原因主要為，受測者認 為利用虛擬實境的方式，有助於將複雜的 概念具體化，利用環場影像，讓受測者從 不同角度觀看產品的構成，再搭配文字的 敘述，確實比平面式影像易於讓人了解。
在課後評量方面，以試卷的形式，作 為學習成效的評估準則，而為了避免造成 受測者過大的壓力、以及研究統計上的不 便，研究人員最後選定以選擇題的方式進 行課後測驗，共計10題選擇題，答案皆為 單選。最大群落分布在70-90分間間，平 均值為77.9分，顯示多數受測者在閱讀過 此網路課程後，對於大部分的內容皆能有 所記憶，若以60為及格標準，則可發現受 測者在評量反應出不錯的學習成果。此外
，受測者將此課程完全閱讀完畢，所需的 時間從10-25分鐘不等，部分受測者快速 瀏覽，另一部分的受測者則是會反覆瀏覽 課程內容，而經實驗後比對發現，反覆瀏 覽課程內容的受測者，答題錯誤率較低，
在實驗結束後，立即以口頭方式進行 情境訪談，訪談的題目視受測者的狀況與 反應而定，針對課程規劃、版面配置、學 習效果，或其它建議與問題進行討論，以 收集無法由問卷調查獲得的資訊，彙整的 結果如下：
1. 受測者認為閱讀文字內容，多少會因
為認知上差異而導致誤解或模糊，因 此受測者建議以附加註解的方式，作 更詳盡說明。
2. 現階段的網路教學的功能應定位在課 後輔導，受測者認為教室授課有較高 的效益及互動，於課堂加深課程內容 的印象後，再透過網路多媒體學習的 輔助，將能發揮更大的助益。
3. 網路課程的自由度高、較無學習壓力
，受測者認為這是網路學習與教室授 課最大的不同點，同時學習者希望能 自行測驗與評分。
4. 教學者能以線上評量作為課程重點提 醒的方式，讓學習者能對於答錯的問 題再作複習，同時受測者也希望能藉 由系統的回饋而自行評分，如此便能 立即得知學習狀況。
5. 大多數的受測者均習慣於在書籍教材 或講義上標示重點，但網路教材卻無 法提供這樣的功能。
6. 受測者認為本網路課程的換頁方式，
具有進度顯示的功能。
操作方式的容易程度為滑鼠＞鍵盤；
滑鼠＞滑鼠、鍵盤並用，而進一步與隨機 訪談的結果相對照，便可發現癥結所在。
受測者點擊滑鼠左鍵，可將滑鼠向各個向 度移動，同時滑鼠移動的距離長短，代表 的是在場景中位移速率的快慢，即滑鼠移 動距離多，便造成在場中快速移動。以此 對照於鍵盤的操作方式，由於方向鍵只有 上﹙功能為向前進﹚、下﹙向後退﹚、左
﹙向左轉﹚、右﹙向右轉﹚四個鍵，在各 個方向的移動上，遠不及滑鼠來得方便，
再加上以鍵盤操作時，不論是在移動或是 轉動上，均是等速的位移，因此若要移動 較長的距離，勢必要花上一些時間。不過
，以鍵盤操控並不是全然沒有優勢，以轉 動的準確度而言，鍵盤的轉動是原地轉，
而滑鼠在轉動時，則會同時造成些許程度 的位移，因此，基於鍵盤的特性，若使用 者在瀏覽時虛擬場景或產品時，可用鍵盤 方向鍵作為微調的工具。
受測者認為以虛擬實境來進行評量，
確實有別於以往傳統的測驗方式，尤其是 在互動性以及表現方式上，同時讓人比較
不會感受到考試的壓力，反而像是在進行 線上遊戲或參觀虛擬博物館，同時，受測 者建議，若是能將虛擬場景的部分規劃的 更詳細、更豐富，同時加入聲音或動作等 回饋，則會呈現出更真實的效果。
受測者對於本網站的版面設計、色彩 規劃以及使用性等項目，反應出偏高的滿 意度；部分受測者提到，教學網站應以內 容呈現為重，編排上應以力求簡單、舒適 及大方，並可搭配簡單或局部的動畫，以 不影響閱讀為考量，過於強調裝飾性或使 用太過炫麗的動畫，則會影響學習者的專 心程度。
四、計畫成果自評
由於本研究的教學環境為網路虛擬教 室，故著重於互動性、教學方式、教材呈 現方式、課程規劃、網站設計與使用性滿 意度、以及學習成果的探討。所得到的結 果，可以歸納出以下幾點結論：
1. 學習者因為擁有參與學習活動的主動 控制權，而呈現高度的互動性。
2. 受測者認為利用虛擬實境的方式，有 助於將複雜的概念具體化，利用不同 媒體的展示，有助於讓抽象的文字敘 述具體化。
3. 受測者認為以虛擬實境來進行評量，
確實有別於以往傳統的測驗方式，尤 其是在互動性以及表現方式上。
4. 研究結果顯示，受測者對於本實驗課 程的規劃，有高偏好的滿意度。
5. 利用虛擬實境以及多媒體來規劃課程
，對於學習有加分的作用。
6. 以網路虛擬實境的方式，作為學習後 的練習、測驗，並搭配不同的媒體類 型，作為解說的教學模式，對於教學 滿意度，有正向偏好的影響。
7. 受測者偏好使用滑鼠，來控制此虛擬 實境瀏覽器介面，乃因用滑鼠操控最 為簡單、方便，而且能讓受測者作出 直覺式反應。
教學者與學習者間的互動，一直是遠 距教學所要突破的瓶頸，本研究以網路虛 擬實境方式，作為學習與課後評量，受測 者在虛擬空間中，除能針對產品造形不同
屬性的表現，加以思考並判別外，更有參 觀展覽的遊歷效果。使用網路虛擬實境來 進行教學或評量，確能突破傳統教學的限 制，除了是一種新的學習機會外，更是一 種輔助教學的好方式。教師應視課程需求 及類型，作漸進式的規劃，而以發展一套 完整的線上輔助教學系統為考量，讓學生 在課堂外，還能有一個複習、討論的虛擬 教室，同時教師也能利用網路多媒體教學
，以補強無法兼顧處，使教學更具彈性。
以網路虛擬實境配合多媒體進行教學
，在內容規劃上可較為多樣化，但比起傳 統教學，在課程規劃上更應審慎，在傳統 教室授課的模式下，師生間的互動性高，
學生提出的問題，能立即得到解答，而在 遠距教學的模式下，一切得藉由網路溝通
，在時效性上多了限制，因此教學者應於 事前計劃周詳，如此才能發揮其最大的效 用。而有些受測者提到，部分的文字內容
，多少會因為教學者與學習者認知上差異
，而導致誤解或模糊，因此建議以附加註 解的方式，作更詳盡說明。
虛擬實境的學習環境使人們更能發現 學習的真正本質，從事教育的人員也應該 參與其發展，以引導這項科技的成長，也 許更能影響教育改革的方向。虛擬實境技 術能對教育所做的貢獻是無限的，只要持 續的發展，相信學生所受的教育方式將會 更生動、活潑且有趣。
五、參考文獻
[1] Bricken, M. Virtual reality learning environments: Potentials & challenges.
Seattle: Human Interface Technology Laboratory. 1991.
[2] Burdea, G. & Coiffet, P. Virtual reality technology. New York: John Wiley &
Sons. 1994.
[3] Loeffler, C. E. & Anderson, T. The virtual reality casebook. New York:
Van Nostvand Press. 1994.
[4] Singhal, S. & Zyda, M. Networked virtual environments. Reading, MA:
Addison-Wesley. 1999.
