以虛擬實境發展國小地球運動課程之設計與研究

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沈潔華(Sarah Shen) 查詢紙本館藏

畢業系所

網路學習科技研究所

論文名稱

以虛擬實境發展國小地球運動課程之設計與研究
(An investigation of using virtual reality to develop “earth motion” curriculum in elementary school)

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摘要(中)

「地球運動」的學習內容對大部份國小兒童而言，易形成迷思概念，而虛擬實境支援經驗學習、發現式學習等學習理論，又能夠以不同角度去觀察現象，在解釋物體的空間關係及變化過程佔有優勢，所以在教育上的應用有很大的潛力。本研究旨在以虛擬實境來發展教材並設計教學策略及學習活動，將虛擬實境實際應用於國小地球運動課程之教學中，協助學生釐清地球和太陽的運動、日夜及四季的形成等迷思概念，希望藉此瞭解其學習效益，以及虛擬實境對教與學的影響。
首先進行課程需求分析，了解未融入虛擬實境教材前之教學困難，以及虛擬實境的優點及限制，再依此以虛擬實境來發展教材，並且設計虛擬實境之教學策略與教學活動。虛擬實境教材是提供一個豐富資訊、讓學習者可以動手探究、觀察、發現的學習環境。在教學策略及學習活動的設計方面，則以引導學生在虛擬環境中發現知識為原則。
本研究的實驗對象是台北縣某國小六年級的學生共21人，包括7位女生及14位男生，總共上課6次，教學時數共500分鐘，其中實際操作此一虛擬實境教材的時間有255分鐘(佔51%)。研究工具包括前測及後測所使用的同一份兩段式成就測驗，用以分析學生的學習成果；在課程期間，以錄影、筆記、照相等方式做課堂觀察，並於課程結束後對師生進行訪談，再以問卷做態度及系統使用調查，藉以了解虛擬實境支援老師教學的程度，以及學生使用虛擬實境的經驗及反應。
依據研究結果顯示，學生的學習結果有顯著的成效。研究發現之重點概述如下，在以虛擬實境發展教材方面，本研究提出在環境設計的自由度及視角切換上需取得平衡的考量、需提供充分的資訊及輔助支援給學習者、需精準計算模擬環境中的重要數值等建議。在應用虛擬實境於教學方面，老師及同學皆肯定虛擬實境是一種有用的教學工具，並從實際動手操作中，清楚了解地球運動中各種運作的歷程及現象，另輔以網頁、flash動畫等教材在呈現內容資訊方面的優點，可彌補虛擬實境無法呈現太多文字資訊的缺憾。另方面，虛擬實境教材需配合教學策略及學習活動，並與其他形式之教材做互補教學才能使虛擬實境的教育價值發揮地更好。本研究的結果，希望作為有效發揮虛擬實境的教育特質，以及提高「地球運動」課程教學效益之參考。

摘要(英)

The concepts of “earth motion” in Astronomy are misconceptions for most pupils. The virtual reality is a potential educational tool. So in this study, we developed a learning environment and designed activities integrated with virtual reality, and implemented in the earth motion curriculum for the elementary students. The purpose here is to explore a little further into the effectiveness of teaching and learning with virtual reality.
The study was conducted to evaluate the effect after the development. 21 students in grade six participated in the study to learn earth science through this curriculum integrated with virtual reality. The results show that there is a significant difference between pretest and posttest. This curriculum we developed can assist children to clarify their misconceptions.
According to the conclusions of this study, the following recommendations are purposed for developing virtual reality environment: the necessary of sufficient information and assistant aids on object, the balance consideration between the freedom environment and the clear views, and the calculation accuracy of the environment.
The main findings of applying virtual reality in the teaching can be described briefly as follows. It was agreed that virtual reality is a useful instruction tool, because it showed the whole process through learning by doing and helped students to understand the astronomy phenomenon. And assisting virtual reality with webpage, PPT, and flash animation’s material can recover the drawback of the 3D virtual reality with displaying information.

關鍵字(中)

★ 虛擬實境
★ 地球運動
★ 教學設計

關鍵字(英)

★ Virtual Reality
★ earth motion
★ instruction design

論文目次

目錄
第1章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 研究範圍及限制 3
1.5 論文架構 4
第2章文獻探討 5
2.1 虛擬實境 5
2.2 虛擬實境應用於教育之相關研究 7
2.3 經驗學習 10
2.4 發現式學習 11
第3章研究設計 12
3.1 國小地球運動課程的需求分析 12
3.1.1 學習者分析 13
3.1.2 教學媒體分析 14
3.1.3 學習內容分析 17
3.2 虛擬實境學習環境設計與發展 18
3.2.1 場景物件與介面設計 19
3.2.2 問題提示 22
3.2.3 系統建構環境 23
3.3 教學策略與學習活動設計 23
3.3.1 講述(lecture)與虛擬實境探究的平衡教學 23
3.3.2 融入虛擬實境於課程之策略 25
3.3.3 應用虛擬實境於課程之策略 25
3.3.4 虛擬實境學習活動 28
第4章實驗 29
4.1 實驗方法 29
4.1.1 實驗對象 29
4.1.2 實驗設計與流程 31
4.1.3 實驗過程 32
4.2 實驗結果與討論 38
4.2.1 學習成就分析 39
4.2.2 概念改變分析 40
4.3.2 問卷調查分析 45
4.3.3 師生訪談結果 49
第5章結論與未來工作 52
5.1 結論 52
5.2 研究貢獻 55
5.3 未來工作 55
參考文獻 57
附錄一虛擬實境作業題目 62
附錄二學習成就測驗題目 66
附錄三前後測實證結果統計數據 71
附錄四問卷調查題目 72
附錄五學習者訪談大綱 75
附錄六教師訪談大綱 76
圖目錄
圖3.1 研究架構 12
圖3.2 「全覽」視角 19
圖3.3「從北極上方俯瞰」視角 20
圖3.4 「地球特寫」視角 20
圖3.5 加輔助線顯示的「地球特寫」視角 21
圖3.6 作業題目畫面 27
圖3.7 題目作答分析 27
圖3.8 虛擬實境學習活動流程圖 28
圖4.1 自然科教室裡的實物教具 30
圖4.2 以Tablet PC 無線上網上課情形 30
圖4.3 在電腦教室上課 32
圖4.4 在自然科教室使用Tablet PC 上課 32
圖4.5 在班級教室使用Tablet PC上課 32
圖4.6 以地球儀作為前導組織連結虛擬實境教材 34
圖4.7 學生操作虛擬實境教材學習日夜變化及日夜長短的情形 35
圖4.8 學生有關公轉軌道的筆記 35
圖4.9 同學搶答 36
圖4.10 Flash 動畫教材 36
圖4.11 網頁教材 37
圖4.12 各概念前後測分析圖 42
圖4.13每位學生切換不同視角進行觀察 49
圖5.1 教學媒體特性示意圖 54
表目錄
表2.1 虛擬實境應用於教育之相關研究 7
表2.2 Dale的經驗金字塔 10
表3.1 地球運動迷思概念一覽表 13
表3.2 互動性依程度分類表 15
表3.3 製作教材媒體比較一覽表 15
表3.4 地球運動課程學習重點一覽表 17
表3.5 虛擬實境教材功能介面一覽表 22
表3.6 虛擬實境教材之問題提示 22
表4.1 實驗流程 31
表4.2 學習成就測驗內容分析 39
表4.3 各概念前後測結果以及支援學習各概念的情形 41
表4.4 各學習單元之熟悉概念在前後測的比例 42
表4.5 各學習單元答對率一覽表 44
表4.6 問卷調查結果 45
表4.7 學生比較喜歡用那一種應用虛擬實境教材的方式學習(第27題) 47
表4.8學生比較喜歡老師用那一種方式來講解課程內容(第28題) 48

參考文獻

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指導教授

楊接期(Jie-Chi Yang)

審核日期

2005-7-21

推文