解密擴增實境（AR）對教育的影響

113年01月09日

【本篇報導由學習科學學士學位學程  張欣怡特聘教授研究團隊提供】 　　擴增實境（AR）科技這十年來在教育領域引起了關注。儘管已有系統性的回顧和後設分析研究整合了AR對學習的影響，但其中大多數並未區分AR如何促進不同程度的各種學習成果。本研究綜覽了2012年至2021年間的134個（準）實驗研究，探討AR對反應、知識和技能以及表現等三種學習成果的影響。透過回歸分析，研究團隊還研究了影響學習成效的重要因素，如教育層級、科目範疇、課程時間和AR優勢。後設分析的研究結果顯示，AR教育科技在所有學習成果上都具有正面效果，尤其在提升表現方面更為明顯。課程時間也被證實是影響AR學習效果的重要因素。此外，相較於科學學習，AR在支持語言或社會學習方面能夠更有效地激發學習者的正向反應，包括引起學習動機和積極學習態度。需要注意的是，AR學習環境中的3D視覺化需要精心設計和評估。最後，研究團隊探討了AR支持學習的方法、AR學習環境的設計以及未來研究的方向。    　　擴增實境（AR）在教育中的應用一直是一個充滿創新和前景的領域。教育中的擴增實境（AR）強調將虛擬資訊重疊於真實環境之上，創造與傳統學習不同的情境，並提供全新的學習想像。一項廣受引用的回顧論文（吳心楷等人，2013）描繪了AR在教育領域的現況、機會和挑戰，強調過去研究主要聚焦在AR學習環境的開發和初步評估，而缺乏實驗研究以深入了解AR對學習的實際影響。十年過去，研究團隊追蹤了AR教學的進展，並聚焦於過去十年間的實驗性研究，以瞭解AR在教育中的實際成效。結果顯示，與傳統教學相比，AR教學對提升學生的正向反應有中等效果，對知識和技能的提升呈現中至大效果，並在促進學生實際表現上有最大效果。雖然某些研究可能存在出版偏差，但整體偏差程度可以忽略。此外，後設分析顯示，以語言和社會科學為主題的AR課程，以及課程時間較長的課程，與學生的正向反應密切相關。然而，不當的3D視覺表徵可能降低AR科技提升學生知識和技能的效果，而使用精煉或創新的AR課程則可以進一步促進學生的正向反應，並提升他們的知識和技能。歡迎各界一同探索AR教育中的新奇發現和未來的研究方向！    原文出處： Chang, H.-Y., Binali, T., Liang, J.-C., Chiou, G.-I., Cheng, K.-H., Lee, S. W.-Y., Tsai, C.-C. (2022). Ten years of augmented reality in education: A metaanalysis of (quasi-) experimental studies to investigate the impact. Computers & Education,191, Article 104641.　https://doi.org/10.1016/j.compedu.2022.104641    

以共被引用網絡分析剖析當代虛擬實境教育研究

113年01月09日

【本篇報導由學習資訊專業學院  蔡今中講座教授研究團隊提供】 　　本研究基於引用文獻的角度，針對VR技術支持的教育研究做網絡結構的分析，以共被引用網絡分析檢視2015至2020年共49篇來自於Web of Science的VR教育相關文獻。結果顯示Makransky的一系列文章被視為最常被引用的文獻。本文也提供了視覺化的網絡圖，以更清楚呈現整體範圍的架構。透過網絡分析，可以從中發現探討個體在VR學習中的認知及情意為主流；而共被引用網絡分析的結果也突顯出相關研究趨勢，包括教學設計、STEM教育中的虛擬實驗室以及VR對青少年的教學影響等議題。    　　虛擬實境(virtual reality, VR)技術在過去幾十年已被廣泛應用於教育現場，以虛擬環境中的感官互動及身歷其境的感覺支持學習者，過往研究也證明VR技術對於學生的學習經驗及成就有所助益。 　　本研究基於引用文獻的角度，針對VR技術支持的教育研究做網絡結構的分析，以共被引用網絡分析檢視2015至2020年共49篇來自於Web of Science的VR教育相關文獻及834次後續引用文獻，透過WoS文獻計量的訊息，整理文獻中的引用關係，以釐清49篇核心文章中的相互關係。 　　本研究結果顯示，Makransky的一系列文章被視為最常被引用的文獻。透過網絡關係更進一步發現VR相關教育研究的主軸是探索VR學習背景下個體認知與情緒之間的互動，並歸納出五項主要研究主題：一、比較VR學習環境和傳統教學或媒體環境下學習者的知識增益或認知成就。二、VR學習的教學設計。三、瞭解虛擬實驗室在STEM教育中的應用。四、透過VR使用者在有形介面的操作及互動以檢視其認知及體驗。五、探討VR對青少年的教學影響。 　　本研究採用的Web of Science單一來源也可能限制了結果的普遍性，建議在未來的研究中可考慮多種來源，例如IEEE Explore和Scopus資料庫，同時，也可以進一步探討被引用文章與發表文章的期刊之間的關係。   原文出處： Cheng, K. H., Tang, K. Y., & Tsai, C. C. (2022). The mainstream and extension of contemporary virtual reality education research: Insights from a co-citation network analysis (2015–2020). Education Tech Research Dev, 70, 169-184. https://doi.org/10.1007/s11423-021-10070-z   

學習單結合AR應用－戶外教學更有效

111年02月09日

【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   原文出處：https://www.researchgate.net/publication/341352434_Augmented_reality_worksheets_in_field_trip_learning

透過AR環遊世界學英語

111年02月09日

【本篇報導由資訊教育研究所　陳明溥教授研究團隊提供】 　　運用擴增實境互動可以讓原本單調的文本閱讀式語言學習增添活潑與樂趣，也能增強學習者對於文本主題的情境感知與融入，進而增進語言學習的效益。本研究發展出一系列結合擴增實境互動的「環遊世界」主題式英語學習，讓學習者透過擴增實境來啟動英語學習單元，並藉由擴增實境互動進行環遊世界的主題式英語學習活動，讓英語學習不再侷限於書本或電腦螢幕，而是能藉由擴增實境所提供的互動架構，整合文本內容與數位資訊，讓學習者悠遊穿梭於數位虛擬的環遊世界主題與實體的英語文本內容進行學習，創造更豐富的英語學習經驗。我們邀請六個國中班級的學生試用擴增實境「環遊世界」的主題式學習活動，發現學生對於這樣的科技化創新學習活動都展現出高度的學習動機、正向的學習態度，以及優異的學習表現；而且，具備較高英語先備能力的精熟學習者展現出更強的學習動機、更正向的學習態度，以及更優異的學習表現。   　　擴增實境（Augmented Reality，AR）互動可以活化傳統以文本閱讀為主要形式的語言學習活動，為青少年學習者增添活潑與樂趣的學習經驗，促進他們對於學習內容的主題情境感知與融入，進而增進語言學習的效益。因此，我們開發一款運用擴增實境互動做為導覽與學習架構的「環遊世界」主題式英語情境學習系統，讓學習者使用智慧型手機或平板電腦，透過擴增實境互動開啟主題式英語情境學習活動（如圖一），並藉由擴增實境互動開啟多媒體學習活動，整合文本內容與數位資訊，讓學習者悠遊於環遊世界的情境進行英語學習，創造更豐富的英語學習經驗（如圖二）。 圖一：學習者使用平板電腦，透過擴增實境互動開啟主題式英語學習活動 圖二：學習者使用平板電腦開啟擴增實境互動，進行多媒體學習活動    　　研究團隊為了瞭解國中學生對於使用「環遊世界」主題式英語情境學習系統的感受及效益，特地邀請六個國中班級的學生來試用「拉斯維加斯」及「迪士尼」二個單元主題的學習活動，並檢視學習過程是否提供字幕對於國中階段高、低英語先備能力學習者的學習動機、學習態度，及學習表現是否會有不同的影響。研究結果發現：不論是否提供英文字幕並不影響學習者對於擴增實境主題式英語情境學習的學習動機、學習態度，以及學習表現；而且，學生普遍對於擴增實境學習這樣的科技化創新學習活動展現高度的學習動機與正向的學習態度；再者，具備較高英語先備能力的學習者展現出更強的學習動機、更正向的學習態度，以及更好的學習表現。我們的研究證實運用擴增實境互動可以為原本單調的文本閱讀式語言學習增添活潑與樂趣，增強學習者對於主題情境與學習內涵的感知與融入，進而增進語言學習的效益。因此，我們建議後續可再擴展擴增實境創新教學的應用範疇與學習領域，適切掌握及發揮擴增實境互動的科技特性以符合特定應用範疇與學習領域的教育需求，為學習者創造能提升學習動機、增進學習理解、豐富學習經驗與成果的創新數位科技學習活動。   原文出處: Chen, M.-P., Wang, L.-C., *Zou, D., Lin, S.-Y., Xie, H.-R., & Tsai, C.-C. (2020). Effects of captions and English proficiency on learning effectiveness, motivation and attitude in Augmented-Reality-enhanced theme-based contextualized EFL learning. Computer-Assisted Language Learning, (SSCI, Published online: Jan 8, 2020, DOI: 10.1080/09588221.2019.1704787). https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09588221.2019.1704787