學位論文
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Item 從眼動與手寫角度來探討幾何問題解決時圖形轉換的性別差異(2023) 周瑞仁; Chou, Jui-Jen數學教學的主要目標就是培養學生擁有解決各種複雜問題的能力(Wilson, Fernandez,& Hadaway, 1993)。數學問題的解題策略有好多種，但學生總是能在意想不到的地方被困惑著，可能受到先備知識、幾何變換、策略規劃等影響，沒有適當的修正輔導，學生很難建立正確的問題解決能力。傳統診斷方式只能透過學生的動作表現、作答狀況來推斷學生的可能問題點，這十分考驗教學經驗、時間成本以及專注度。本研究希望能在不影響學生的生態校度下，能夠有效率地找出學生問題解決的困難點，以便教師能對症下藥。 為瞭解學生在幾何圖形變換(如平移、旋轉、鏡射等性質)時的認知歷程，以及幾何變換對學生造成的認知負荷。從過去認知心理學的研究中發現，分析眼動儀與數位手寫板的指標能有效地觀察學生問題解決的歷程，尤其是專注於閱讀題目時在特定的AOI的表現以及在為了特定書寫目的下的書寫情況。本研究在解題歷程觀察訊息讀取(輸入)的過程，透過分析閱讀題目時的凝視時間(DT)、凝視次數(FC)、掃視路徑(SL)都能顯著反應認知負荷(吳昭容, 2019; 陳學志, 賴惠德, & 邱發忠, 2010; 黎佩芬 & 賴建都, 2011)。在數學解題中會需要大量的手寫來幫助思考與作答，紀錄並分析問題解決時的過程與結果(輸出)資訊，研究發現手寫筆跡中最大壓力(MaxP)、平均壓力(MeanP)、筆尖停頓次數(SPC)、停頓時間比例(RAT)、平均書寫速度(MeanV) 、平均X軸書寫速度(MeanVx) 、平均Y軸書寫速度(MeanVy)與認知負荷有相關(T. Lin, Xie, Chen,& Tang, 2013; G. Luria & Rosenblum, 2010)。 本研究選取110學年度臺灣北部某國中八年級學生，男性39名、女性22名，設計幾何試題讓學生解題，同時以眼動儀紀錄視覺關注的位置以及數位手寫板紀錄手寫作答時的書寫歷程，觀察幾何問題解決的歷程並探討解題表現以及性別造成的影響。為深入了解幾何變換試題的作答狀況，透過數學學習目標分段給分並標注學生手寫書寫的區域，運用二因子混合設計變異數分析及斯皮爾曼等級相關係數，討論解題表現學生以及性別對於不同幾何問題解決策略上的異同與相關性，提供教師在輔導學生問題解決困難時能有所依據，並期望透過本實驗進一步探索問題解決時眼動數據及手寫數據在輸入與輸出間的相關性。Item 以眼球追蹤法分析擴增實境材料對高中化學分子形狀主題理解的影響(2020) 王慧筠; Wang, Hui-Yun化學是探討原子或分子等微觀粒子間關係的物質科學，但這些看不見的粒子對於學生而言是抽象而難以想像的。其中「分子形狀」的概念難以實際觀察，因此學生面對分子形狀等內容時，常有理論模型混淆、流於公式計算等狀況。擴增實境具有將二維材料三維化，將看不見的物體可視化與提供即時互動等特性，已有多個研究指出此技術能有效地提升學習成效。因此本研究設計以分子形狀為主題的擴增實境學習材料，探討此材料是否影響分子形狀概念的學習成效。過往的研究方法大多僅利用前後測的紙筆測驗探討學生的學習表現，較少討論其使用擴增實境學習材料的學習歷程，而且也有部分研究指出科技輔助學習材料會因學習者差異而有不同的影響情況。因此，本研究透過眼動儀對學習者視覺注意力落點與時間的紀錄來探討不同特性的學習者的理解情形。 本研究首先測試33位高一學生對分子形狀概念的先備知識，並以眼球追蹤技術記錄受試者於AR系統中的訊息處理模式，最後再以分子形狀測驗了解受試者對於分子形狀概念的理解情況，並以三份學習者特性量表瞭解學習者差異。在資料分析方面，研究者利用前後測t-test瞭解AR系統對於分子形狀概念理解的成效，以描述性統計說明受試者於AR系統的訊息處理模式，並以皮爾森相關性分析瞭解學習表現、訊息處理模式、學習者特性之間的相關性，再進一步透過回歸分析找出學習表現的預測因子。 研究結果顯示擴增實境學習材料能促進分子形狀概念之理解，且學習者特性可能為影響受試者於擴增實境環境時訊息處理模式的因素。擴增實境系統中3D圖像上的訊息統整以及其對擴增實境系統的注意力是影響學習表現的關鍵因素。於因此，研究者建議可將擴增實境材料應用於教學現場，且擴增實境系統的設計上，可能以3D靜態圖像的為主，動態及互動為輔。Item 運用眼球追蹤技術分析AR環境下的地科概念學習歷程及科學推理表現(2020) 吳尚庭; Wu, Shang-Ting本研究利用文字、圖片以及擴增實境互動App來介紹熱點火山主題，並透過眼球追蹤技術紀錄受試者的學習歷程，進而分析受試者在閱讀不同表徵時的視覺注意力分配，以及透過閱讀資料進行不同形式的推理表現如何受視覺注意力影響，與科學推理表現和受試者本身的先備知識、自我效能以及科技態度的關係。本研究招募非理工相關科系大二以上的大學生共34位，先填答13題先備知識測驗，再以頭戴式眼動儀了解受試者在閱讀熱點火山學習系統時的視覺注意力模式，並搭配不同形式的科學推理問題，最後請受試者填寫包含自我效能、科技態度向度問卷。綜整所有實驗數據後，透過描述性統計、獨立樣本T檢定、Pearson相關性檢定以及多元線性迴歸分析來得到眼動指標、科學推理表現與態度量表各向度之間的關係，並進一步了解是否可透過指標及學習態度來預測科學推理表現。 研究結果發現先備知識與部分形式的科學推理表現有關，但當受試者對學習材料的視覺注意力越高，文圖訊息整合的越好，科學推理表現受先備知識影響的程度就越低，此情形在解釋、舉證以及自我反思三種形式的科學推理皆有出現。比較不同閱讀媒介中的眼動指標數據可知受試者整體對擴增實境物件給予較多的視覺注意力，也較不需要整合擴增實境與相關主題的文圖訊息，但低先備知識的受試者對擴增實境物件的注意力較高先備知識受試者更多，且其在特定主題仍有整合擴增實境與文圖訊息的需求。此外，受試者的地科學習自我效能及科技自信自評分數越高，給予文本及擴增實境物件的視覺注意力越低；但擴增實境學習態度越高，在擴增實境媒介的視覺注意力越高。整體而言，本研究結果突顯了視覺注意力對科學推理表現的重要性。Item 以眼球追蹤技術探討博物館展品結合擴增實境對參觀者注意力分配與學習成效的影響---以科教館心臟展品為例(2020) 徐道悅; Hsu, Tao-Yueh非制式教育近年來蓬勃發展，尤其博物館更是推動非制式科學教育的重要場域，若能了解參觀者在觀展時於不同媒介的注意力分配對於學習動機、學習成效的影響，將有助於改善博物館中展品的設計。本研究以眼球追蹤技術探討受試者觀看科教館心臟展品時的注意力分配狀況，並探討引入AR擴增實境技術結合原本的展品是否可以提升博物館參觀者的學習動機以及學習成效。實驗設計分實驗組與控制組，實驗組加入研究者開發之AR App。資料分析方面，根據前後測分數、各項眼動指標資料以及科學態度問卷，進行描述性統計、獨立與成對樣本T檢定、同質性檢定、單因子變異數分析(ANOVA)與相關性檢定(Pearson)。 研究結果發現，控制組中大部分受試者對於展品的文字部分投入較多注意力，而將注意力放在模型與操作上較多的受試者有較佳的學習成效。而實驗組在學習成效方面相比與控制組，有更顯著的進步；在博物館學習動機方面，實驗組也顯著高於控制組。因此，研究者建議科教館未來可以在現有的展品中增設更多模型與互動操作設備，並加入互動式AR 擴增實境的新興科技提升參觀者的學習動機與學習成效。Item 以眼球追蹤法分析國中數學幾何試題的解題歷程(2018) 闕妤安; Chueh, Yu-An為能瞭解不同數學幾何學習經驗的學生如何解題，本研究以Usiskin在1982年發展的Van Hiele幾何思考層次測驗做為前測問卷，以得知學生之先備幾何能力與經驗，透過眼球追蹤技術可以瞭解各區閱讀比重情況，以探究不同幾何能力學生的解題歷程。本研究以28位非理工科大學生為受試者，蒐集其解決數學幾何問題時的眼動資料，隨後進行晤談。結果發現，(1)區域內閱讀時間百分比(PTSZ)而言，「幾何圖形與尺規作圖」中，幾何思考層次較高的學生因對於幾何性質更為清楚明確，相對分配較少時間處理選項區域內的訊息，在「三角形的基本性質」單元中，幾何思考層次較高的者，分配較多時間在求解標的與附圖中所提供的線索，「相似形」、「圓」和「幾何與證明」，幾何思考達第三層次的學生通常花時間在問題及題幹區域百分比較高。高思考層次組較能在解題過程中，分配較多時間在解題資訊所在之處。(2)區域內首次閱讀凝視時間(FPFDZ)而言，幾何思考層次較高的學生，會花較多時間在關鍵資訊上建構問題表徵。(3)區域內總凝視時間(TFDZ)而言，整體而論，高幾何思考的學生，會花較多時間在處理附圖區域的資訊。(4)圖文交互閱讀次數和回視而言，在「圓」單元中，低思考層次者嘗試在問題和正解返回題幹區域間搜尋相關線索的交互閱讀次數較高思考層次者多，且從正解回視問題區域的次數明顯多於高思考層次者，表低思考層次者可能因對於圓的幾何性質不熟悉，需反覆確認及搜尋題目所提供的線索，此過程中亦可能對於題幹中的資訊仍有部分尚未理解。(5)此結果部分與過去研究相符，論文最後提供此研究對於數學教學上的建議。Item 學生分類學概念訊息處理模式及對分類學發展的看法與解釋(2019) 曾盈嘉; Zeng, Ying-Jai本研究欲探討不同學習成就之非生物相關科系大學生，在閱讀高中基礎生物課文時，對於基礎生物課文內容的整體注意力分配；且欲了解不同先備知識之非生物相關科系大學生，在閱讀科普演化樹文本時，對於演化樹文本之內容的整體注意力分配。同時探討非生物相關科系大學生在閱讀科普演化樹文本後，所提出之科學解釋類型及表現，與其閱讀演化樹文本時的歷程及先備知識是否相關。 受試者為32位非生物相關科系且高中非三類組之大學以上在學生，實驗流程為讓受試者閱讀基礎生物課文之演化證據文本，並填寫學習成就測驗卷，再依據學習成就測驗卷之成績將受試者分為高、中、低分三組，並進行三組眼動結果比較。後測結束後讓受試者閱讀科普「鳥類最新演化樹」文本，依先前之學習成就結果作為先備知識高低的依據，並比較三組受試者在眼動歷程上的差異。受試者閱讀鳥類最新演化樹文本後會進行簡短的分類學看法訪談，並針對其提出之科學解釋進行分類及評分，進行科學解釋類型、科學解釋表現與先備知識及眼動指標之相關分析。 結果發現，學習成就較高的高分組於閱讀圖片上分配較多的注意力，而中分組傾向從文字中得到訊息。低分組於組織文章架構碰到困難，因而在副標題區有較多注意力分配。圖文交互閱讀次數則是高分組、中分組皆高於低分組。在演化樹文本的閱讀歷程中，先備知識較高者比起先備知識較低者分配較少的注意力及認知資源即能理解文本，而比起先備知識較不足的低分組，中分組能夠判斷有許多關鍵內容的內文一需仔細閱讀。而在科學解釋的相關分析中，結果表明科學解釋類型與先備知識無關，但科學解釋表現分數與先備知識呈顯著中低度正相關。在閱讀歷程上，科學解釋表現和文章標題、內文一、內文二、圖說一、圖說二及舊演化樹物種名稱的眼動指標呈正相關。而科學解釋表現與內文一的區域閱讀時間百分比呈接近顯著的負低相關，顯示讀者於內文一分配較多注意力是因為碰到閱讀困難。Item 探討科學圖文中色彩對照與分段設計對學習歷程與效果之影響(2018) 林偉傑; Lin, Wei-Jie本研究探討信號原則與分段原則對大學生閱讀科學圖文的歷程與學習效果之影響。分析80位受試者閱讀「愛滋病病毒生活史」一文，操弄有無色彩對照與有無分段設計，將組別分為四組。透過有無色彩對照的方式作為文本中的信號，來增加圖文間的對照；而分段設計則是，將文本中的十五個步驟分成四個段落，依序呈現，以降低認知負荷。研究中使用後測試卷與眼動儀紀錄來了解學習者的閱讀歷程與成效。其中眼動指標包括圖文凝視時間比例、圖文凝視次數比例、前十個凝視點在文中所佔的比例、圖文轉移次數、圖文搜尋效率、目標詞總凝視時間、目標圖示總凝視時間、第一次向前閱讀凝視時間、再次檢視時間、及回視時間。後測結果顯示，加入色彩對照與分段設計的組別之學習表現較佳，且兩者間無交互作用存在。眼動分析主要有三項結果，(1)受試者不因信號與分段的操弄而改變先讀文後讀圖，即以文為主的閱讀模式；(2)學習者在有信號的組別中有較多的圖文轉移次數，準確對應至正確的圖示位置（有較高的圖文搜尋效率），且對於圖形表徵的處理有增加的效果；(3)在分段組別中，則有更多對於文字表徵的處理，學習者能夠更清楚步驟間的關係及變化。