張國恩 教授 | 資訊教育研究所
張國恩教授係國家型計畫總計畫共同主持人，擔任8年國立臺灣師範大學校長帶領臺師大邁向卓越學術發展，協助教育部提出中小學教育白皮書，並協助科技部（昔國科會）制定科學教育研究發展白皮書，編輯國內第一套數位學習系列叢書8冊，將數位學習知能傳承，近年研究擴增實境於各學科之應用系統及教學模式研製，並積極尋求產學合作，將多年努力研究理論、學習模組與擴增實境引擎，訴諸社會實踐，優化科技輔助各學習領域之學習成效。
學習單結合AR應用－戶外教學更有效
【本篇報導由資訊教育研究所 張國恩教授研究團隊提供】
學習單常應用於戶外教學上，其結合問題的引導式發現策略讓學習者為了回答學習單內的問題而從事觀察與探究之學習活動。引導發現學習策略採用三階段學習環－探究（Exploration）、概念介紹（Concept introduction）、與概念應用（Concept application）。然傳統之紙本學習單無法提供多媒體之展現與互動操作功能，而無法完整地實行三階段學習環。為了確實完成三階段學習環的功能，本研究設計出擴增實境學習單，並應用於戶外植物觀察之學習上，協助學習者深入觀察植物並進行分類。為了解學習者在使用擴增實境學習單的成效，本研究採用準實驗研究法之前後測不等組設計探討學習成效，並運用序列分析法（Lag sequence analysis）找出學習行為型態。研究結果發現擴增實境學習單學習者的學習成效顯著高於紙本學習單之學習者，也更能幫助學習者與實體植物的互動。
現今許多戶外教學（field trip teaching）使用學習單（worksheet）作為學習工具以引導學生做實地觀察與探索，藉此學生可以在觀察與探索的過程中學習到知識。然而，大部分學生認為紙本學習單呈現格式多為文字與書寫，和傳統課堂經驗沒有不同，因而降低學習者對於學習單的學習興趣（Kisiel, 2003）。
為了應用擴增實境（AR）於學習單並驗證其成效，本研究以植物園為戶外學習實驗場域。植物園建立目的之一是做為學生戶外教學的場所，並提供學生觀察植物的機會。學生可以直接觀察植物、比較植物並描述特徵而不需要充足的學科背景，但也因此學生的觀察無法達到更深入的理解。當觀察沒有連結學科背景與具探究功能的情況下，我們「看到」，卻沒有「注意到」（Eberbach & Crowley, 2009）。為了讓學生能深入觀察，並看到和注意到，採用引導發現策略於植物園戶外學習上是可行的方式。
然而現今植物園的戶外教學方式多是倚賴導覽解說牌的呈現或導覽人員的解說提供植物資訊。導覽解說牌受大小限制僅能提供有限的資訊，而導覽人員的解說多以講述方式進行，此兩方式較無法達到學習效果，也難於建立植物與學習者間的互動。為了讓學生能深入觀察與改善傳統導覽的缺失，本文利用AR技術實作出三階段學習環引導發現策略之學習單，使學生能在植物園中以戶外教學的方式學習。
本研究發展一套具有引導發現策略之AR學習單（AR-based worksheet）(如圖二)，讓學生可使用行動載具以輔助其在植物園從事植物觀察之學習，並驗證其學習成效，也分析學習者透過行動載具與實體植物互動的行為模式。除了知識面的成就試題外，本研究也將結合植物特徵照片與文字敘述做試題編制並整合成植物觀察試卷，以了解使用AR學習單相較於紙本學習單是否能產生較佳學習成效。另為了瞭解學生與實體植物互動的情形，本研究將學習者的學習活動記錄影片做編碼整理並進行行為模式分析，以驗證使用AR學習單的學習者是否能與實體植物產生較佳的互動。
從三階段的學習行為分析後發現，AR學習單在概念介紹階段，與實體植物的互動不足，故僅表現在「人-機」互動上，因此可建立具與實體互動的補充教材，例如可在學習影片中預設暫停時間，並提供提示訊息，引導學習者觀察實體植物，增加與實體植物的互動。另外，在概念應用階段，雖達「人－機－境」互動，但由於在植物辨識的應用過程中，AR學習單所提供的問題過於簡單，致使部分學生很容易地完成作答，而無法引導學生實際觀察植物。為了提高與實體互動的機會，引導方式可以更為多樣，例如可以增加較為困難的題目，或融入圖片或影片的題目等，激發學生觀察實體植物的動機，進而增強學習成效。
圖一：學生在戶外教學場域中使用行動載具觀察植物
圖二：行動載具學習單畫面
