學位論文
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Item以故事創作鷹架促進國小學生故事寫作( 2021)本研究目的旨在探討故事創作鷹架（story creation scaffolding）對學生故事寫作之影響。故事創作鷹架是指提供學生故事創作任務和內容輔助設計，以促進他們對於故事創作的完成和興趣，包括結構鷹架（structure scaffolding）與任務鷹架（task scaffolding）。前者基於鷹架理論，提供六階段（背景、目標、努力、結果、轉折、結局）的故事結構鷹架，幫助降低任務難度和促進學習參與；後者則基於創作環理論，提供三階段（閱讀範例、故事創作、他人分享）的故事創作任務鷹架。基於前述的設計理念，本研究進一步實作具有鷹架輔助的故事創作系統「MyStoryCreation」。 為評估MyStoryCreation系統對國小學生故事寫作的成效，本論文包含「先導研究」與「主要研究」分別探討故事創作鷹架對國小學生故事寫作在認知與情意面向之學習成效。先導研究之目的是探究具有結構鷹架與任務鷹架的原型系統（prototype system）對學生故事寫作的品質、寫作興趣與寫作態度之影響。具體而言，49位國小五年級學生參與為期兩週共七節課之實驗教學活動，實驗組使用原型系統，控制組未使用原型系統（以傳統講述教學方式授課）。研究結果顯示原型系統有助於提升學生的故事寫作品質，同時改善學習興趣與寫作態度，相關實務意義與研究限制亦做討論。 主要研究則是基於先導研究的結果所衍生與延伸之後續研究，進一步探討故事創作鷹架之改善設計，以及對學生故事寫作品質、寫作興趣與寫作態度之影響。59位國小五年級學生參與為期三週共十節課之實驗教學活動，並分為兩組（實驗組與控制組）進行教學實驗。實驗組使用具有故事創作鷹架設計之故事創作系統，控制組使用不具有故事創作鷹架設計之故事創作系統。研究結果顯示：（1）實驗組在寫作表現的「點子與內容」、「結構與組織」、「整齊（邏輯連貫性）」面向皆顯著優於控制組；（2）實驗組在寫作興趣的「入趣」和「延趣」皆顯著優於控制組；（3）實驗組在寫作態度的「喜愛偏好」、「自我效能」、「結果預期」和「觀眾」面向皆顯著優於控制組。此外，本研究之研究限制與後續研究工作亦列入綜合討論。
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Item高中生運算思維評量工具之發展( 2022)現有運算思維的評量工具，有些為自我評量方式，偏向瞭解學生對運算思維的理解與態度；有些為測驗方式，著重評量學生程式設計或資訊科學技能，但卻未能真正評量學生的運算思維通用能力。而且大多數現有評量工具，缺乏嚴謹試題發展過程及信、效度檢驗。本研究目的為發展評量高中生運算思維能力的工具，並探討與高中生運算思維能力有關的因素。本研究發展的運算思維測驗包含問題分解、資料表示、演算法、與模式一般化等四個構念。測驗試題由八位中學資訊教師出題及討論修改，再由四位大學資訊科學教育專家審題編修，另由一位教育測驗專家協助測驗實施與分析，以確保測驗信、效度。測驗試題共有12題，題型包括單選題及填充題，學生不需具備程式設計能力或資訊科學知識即可答題。本研究以北北基地區為施測範圍，採分層抽樣，分層標準為會考成績、年級及班群，總計有249位高中學生參與測驗。研究結果顯示，本測驗試題難度接近適中，並具鑑別度，Cronbach's alpha係數與折半信度顯示試題具內部一致性，個別試題也皆與總分呈正相關，所有題目具有同質性與穩定度。本測驗試題係由專家發展與編修，具專家效度；測驗總分與國際運算思維挑戰賽分數呈正相關，具有效標關聯效度。然而，在CFA模型檢驗結果顯示，四個構念相對適配度指標多未達良好適配度，構念效度仍待進一步檢驗。本研究分析結果也發現運算思維能力與性別、班群、程式設計學習傾向、選修程式設計相關課程經驗以及相關領域學科成就有關。 本測驗發展嚴謹，具信、效度，測驗成績可呈現學生運算思維整體能力，並作為學生修習及升學資訊科學相關領域的參考。建議未來研究可精進試題之構念解釋力，精簡試題內容敘述，增加研究參與者數量，以及測驗施測安排等做適當調整。
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Item具認知診斷功能之適性化數學學習研究( 2021)在數位學習的教學環境中，學習和教學方法都受到技術的影響。以往的研究表明，在教學方面，由於教學缺乏“個體化的認知診斷”機制，適性學習受到限制。此外，對於技術輔助的適性教學，基於概念診斷的教學策略使用也面臨著不足的數據分析和實證研究。 上述認知診斷的局限性可能會影響學與教的深度。概念學習的研究問題側重於學習與診斷之間的相互作用。我們進行了一系列的實證研究，以探討認知診斷對適性學習的影響。本研究為學生設計了三種具有認知診斷能力的適性學習環境，其中包括四個子研究。首先，本研究開發認知診斷評估系統並分析診斷的準確性。然後，實施線上認知診斷結合電子書包和適性形成性評量、線上認知診斷的適性動態評估多媒體學習以及基於線上認知診斷的適性遊戲化學習。關於實證研究的研究方法，我們採用了單因子共變數分析，量化內容分析和質化分析。透過實證觀察，我們探索了學習深度和誤解糾正的效果，這使我們能夠探索和比較在線上認知診斷下採用不同策略的不同學習活動的實際狀況及其應用的局限性。 以下是此研究中的四個實證研究的結果： （1）在研究I中，結果顯示，本研究開發的線上診斷系統的平均識別率為95.72％，99.10％，98.73％，99.02％和98.96％；此系統可以有效地自動檢測學生犯下的錯誤的類型。 （2）在研究II中，結果顯示，兩組在學習效果或學習態度方面（電子書包結合即時認知診斷系統和形成性評量相較於傳統數學課堂教學）沒有顯著差異。然而，調整後的統計數據分析顯示，實驗組的後測平均值和標準差皆優於對照組。儘管前測分數較低，但實驗組的後測分數仍高於對照組。 （3）在研究III中，結果顯示，適性學習的學生表現出的學習成績和誤解矯正率均高於對照組。透過分析，我們發現近一半的非適性學習學生未能選擇適當的學習內容來糾正他們的誤解。此外，兩組學生在學習上所花費的時間明顯不同。適性學習的學生在學習上的時間明顯少於非適性學生，從而顯示出更高的學習效率。 （4）在研究IV中，結果顯示，在實驗1中，線上認知診斷系統的準確性分別達到90.8％（專家判斷）和88.29％（專家訪談）。實驗2中，透過體驗式遊戲化學習的實驗結果顯示，在基於純遊戲的體驗式學習中，適性化遊戲的體驗式學習（帶有概念診斷）顯著提高了學生的學習成果，矯正率和心流經驗。實驗3中，接受基於遊戲的體驗學習任務的學生的適性學習成果要優於接受適性多媒體學習任務的學生。結果顯示，基於遊戲的體驗學習確實在幫助學習概念與矯正錯誤概念方面發揮了重要作用。具有認知診斷機制的基於遊戲的體驗式學習明顯改善所獲得的學習成果、學習動機與心流經驗。 由上述結果我們了解認知診斷運用於適性化數學學習的面向與策略，並於文中進而提出模擬式操作由具象輔助抽象概念的形成、遊戲機制中製造認知衝突、策略設計與認知診斷結合、人工智慧手寫辨識結合認知診斷、潛藏性認知診斷以及認知診斷結合智慧型代理人技術等未來可能的各種輔助建議。 此一系列實徵研究有助於探究認知診斷與適性化學習環境下學生知識概念的演進與轉變，其中包含適性化學習策略的整合與結合量化與質化的分析結果，對於適性化數學學習與認知診斷的評估與發展期待能有重要的參考價值。
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Item視覺化模擬輔助資訊安全教學之設計與評估( 2021)隨著網際網路普及，資訊安全成為日常生活中不可或缺的全民素養，資訊安全教育亦隨之成為全球資訊教育所關注的重要議題，許多先進國家均於K-12資訊科技課綱中提及資訊安全教育之重要性。然而資訊安全中涵蓋許多抽象與複雜的概念，學生不易理解，且過往之資訊安全多實施於高等教育，缺乏針對高中生之教材設計，並以理論講授為主，較少提供學生實作機會。為能將抽象且複雜的概念具體化，以幫助學生理解，並透過動手操作，更能掌握相關演算法的程序，本研究發展視覺化模擬輔助之資訊安全教學策略，並據以設計與發展視覺化模擬平台，研究並探討視覺化模擬輔助教學對於資訊安全學習成就、學習態度，以及心智模型之影響。本研究以視覺化模擬平台作為視覺化模擬輔助教學之工具，將其分為「閱讀與理解」、「修改與觀察」「執行與測試」及「實作與應用」四個階段，經由教學實驗結果發現：一、本研究設計之視覺化模擬輔助教學，能以視覺化將抽象概念進行表徵，降低學生的學習負擔，且在視覺化模擬平台能讓學生依照自己的進度與需求進行不同階段的模擬操作及互動。其中「閱讀與理解」階段讓學生以視覺化方式以自己的進度進行概念學習，「修改與觀察」階段讓學生進行參數調整，觀察密碼學的執行步驟、過程及對應的結果，「執行與測試」階段針對問題及任務給與即時回饋幫助學生學習，綜合以上不同模擬階段提升學生資訊安全的學習成就。二、視覺化模擬輔助教學相較於傳統講述式教學，能讓學生以自己的步調進行學習，並藉由即時回饋隨時檢視學習成效，因此能擁有較好的自我效能。然而於電腦科學之學習感受及學習興趣與動機上，由於實驗時間過短、課程活動緊湊，且本次實驗對象皆為文組學生，原本對於電腦科學較不具學習興趣與動機，因此視覺化模擬輔助教學並未顯著提升興趣與動機。三、本研究設計之視覺化模擬輔助教學，能藉由反覆查看、參數調整及動手實作等，如：觀察對稱式加密及非對稱式加密的執行過程、修改凱薩加密中的金鑰後，觀察密文偏移結果、修改RSA演算法中使用到的質數後，觀察產生的公/私鑰變化為何，進而以程式實際執行不同的演算法等等，因而有效幫助學生建立心智模型，尤其是概念性心智模型的建立。學生藉由視覺化模擬平台中之「閱讀與理解」及「修改與觀察」頁面，以視覺化的方式降低學生學習時的認知負荷，幫助建立概念性心智模型；藉由「執行與測試」及「實作與應用」頁面，能增加動手實作的機會，並以即時回饋協助學生不斷調整及修正，以建立程序性心智模型，同時結合概念性心智模型與程序性心智模型進行實作。
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Item基於建模之科學運算課程設計與評估( 2021)本研究的目的是探討基於建模的科學運算課程是否能提升學生的科學問題解決能力、建模品質與學習態度之成效。因此開發了科學與程式設計教材。另外，為了探討基於建模的教學與傳統講述式教學的對學生的影響，所以開發科學程式設計建模輔助平台，在這個平台中有相對應的程式設計建模歷程(現象描述、資料建模、流程建模、程式化以及觀察與除錯)之功能。實驗組學生在利用程式解決科學問題前，必須到此平台回答與科學問題相關的引導題目後才能開始編寫程式進行解題。本研究的實驗結果發現:一、 實驗組之低先備能力組學生在歷經基於建模的科學算課程後，其科學問題解決能力，與控制組低先備能力組學生相比有較大的進步幅度。這代表了建模教學有助於課前科學問題解決能力與程式能力較差的學生提升他們的科學問題解決能力。二、 實驗組學生在經歷基於建模的科學算課程後，其建模品質之進步幅度與控制組學生相比有較大的進步。另外，實驗組之低先備能力組學生的建模品質之進步幅度與控制組低先備能力組學生相比是有顯著差異的。但實驗組高先備能力組學生與控制組高先備能力組學生之建模品質並無差異。這表示建模教學有助於學生提升他們的建模品質。三、 在學習態度上，實驗組與控制組學生的進步幅度並無差異。但在態度問卷後測中的開放是問答題和半結構式訪談中實驗組學生對於課程較高的評價。本次研究可以給與後續欲發展科學運算課程與建模教學的研究者做為參考。