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 以眼球追蹤技術探究互動學習軟體對七年級學生基因概念的學習(2021) 林于雄; Lin, Yu-Hsiung國中的基因與遺傳是教師和學生都覺得難教難學的主題。基於現在資訊輔助教學的普及與國內相關中文學習APP的缺乏，本研究發展一套互動學習軟體，結合眼球追蹤技術、學習者特性問卷探討學生使用基因與遺傳互動軟體的學習。研究對象為41名自願參加的國一學生，於109年4月至7月實驗。前測後，學生進行互動軟體學習，同時收集眼動資料，接著填寫學習者問卷（認知負荷、生物與技術態度及學習動機量表）。實驗後，依後測平均分組：高學習成就組（專家）23人、低學習成就組（生手）18人。針對前後測分數、眼動資料及學習者特性，以SPSS23進行描述性統計、成對樣本t檢定、獨立樣本t檢定、Partial correlation、Pearson correlation與逐步回歸分析。 結果發現：前後測的結果發現互動軟體對於學生的基因與遺傳的學習有幫助，且對於高學習成就組的表現稍高。此外，互動軟體的第一部分基礎學習不會造成不同學習成就學生的眼動差異與認知負荷評分的差異，說明互動軟體不會造成不同學習成就學習者過多的認知負荷。此外，從掃視時間看來，高學習成就組需花較花的時間統整第一部分基礎學習的訊息達接近顯著水準，與前人研究相符值得注意。而第二部分進階學習中高學習成就的學習者會降低圖及提示訊息的注意力分配，把注意力多分配在問題理解與答案的思考上。互動軟體的靜態與動態圖來看，互動的動態圖能幫助學生達到較好的學習成就。試題分析來看，高學習成就的學生使用互動軟體進行概念學習後，後測中各個認知歷程－學習內容面向大多都有顯著進步。注意力模式與學習者特性預測學習結果以微觀符號的圖上的掃視時間（SD）預測學習成就的模型配適度較好，此結果說明學習者在圖形上的訊息統整是預測學習成就的主要因素。 研究者對未來基因與遺傳的多媒體輔助教學的研究，建議可以就巨觀、微觀、符號層次中選一或二層次概念研究，或是每位受測者的學習提升至20－30分鐘左右。此外，未來也可探討學習者在微觀、巨觀和符號概念或是圖、文、影片等表徵轉換的困難和學習歷程的關係，或比較都市文教區學校與非都市文教區學校的學生學習差異。Item 利用眼動追蹤技術分析學生物理標準化試題之解題歷程(2020) 郭育廷; Guo, Yu-Ting本研究以物理學為範疇，篩選具鑑別度之學科能力測驗試題，根據Bloom認知分類為記憶、理解、應用、分析等四層次問題，透過眼動，呈現選擇題型標準化測驗解題歷程，探討其與解題表現之間的關係。本研究將30名大專生以上受測者依四種分組方式比較組間差異，分析各組於各層次問題的眼動資料與解題表現。 研究結果發現(1)透過試題分析與視覺注意力分配了解，物理解題中認知層次越高的題目，難度越高，受測者所花費的時間也越多。(2)依測驗成就分組發現在分析層次中，高分組較低分組在問題區有更多回視，及較多在問題與說明、問題與圖片間之交互閱讀次數，推論兩組之間的差異與分析層次之題目理解及問題與圖片區域間資訊整合的能力有關；(3)在學科背景與測驗成就之交互分組中，理工低分組較非理工低分組有較多的眼動模式差異 。(4)在解題成功與不成功分組中，可以發現在低層次（記憶、理解、應用），成功組較不成功組花費較少閱讀時間，推論這些層次中成功組已達自動化程序，能夠較快搜尋解題關鍵資訊以解題。特別是分析層次題目，成功組較不成功組在正解區之眼動指標數據多達顯著差異，而在解題關鍵區也是成功組高於不成功組，可推測Bloom認知層次分類之分析層次的確與其他三層次題目不同，分析層次之題目多為物理課程中相關但不相似的題目，所以在解題成功組來看，的確有較佳的閱讀理解能力。 研究結果可作為標準化測驗試題設計參考，並提示教師進行學科知能教學時，應著重於基本知識理解與應用。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 以眼球追蹤技術分析國中學生生物試題之閱讀與理解(2013) 江家綺標準化紙筆測驗是台灣學生的學習及升學過程中，主要的評量工具，因此，了解學生在解決標準化試題時的閱讀歷程，以及此歷程與解題成就間是否存在著關係，可以讓我們進一步推論學生的問題解決策略。本研究根據布魯姆認知分類修訂版架構，分析生物基測試題，選出代表題型後，進行成就測驗，在學生解題同時，利用眼球追蹤技術，紀錄國一學生解決試題時的閱讀歷程。眼球追蹤資料經過統整後，使用SPSS 19軟體進行歷程分析。此外，依據試題測驗結果的分為高低兩組，進行描述性統計、成對樣本T考驗、同質性檢定與單因子變異數分析（ANOVA）。 結果發現，學生在解決布魯姆認知分類架構下較高階或有圖的試題時，需花費較多的凝視時間及總凝視點數，這表示學生需花費較長的訊息處理歷程來解決這些問題，進一步的相關分析發現，除了了解-敘述題型外，學生在不同題型上的測驗成績與閱讀歷程大致呈正相關，顯示訊息處理時間長短會影響作答結果。而高低組學生的差一分析指出，高分組學生在解題時會將較多的注意力分配於試題中解題資訊所在；此外，高分組的學生通常也會有較多的交互閱讀及回視次數，這表示高分組學生在解決試題時，有較多整合題目所給予的資訊的過程，而這些過程皆可以幫助學生正確解決問題。Item 分析真實教室環境中多媒體教材之閱讀歷程(2013) 簡婉如; Wan-Ju Chien由於多媒體工具與網際網路蓬勃發展，使得知識的擷取管道變得更為便利，不論是教師的教學教材或評量工具的選擇都更加多元化，然而，多數的多媒體學習研究於實驗室中進行，對於學生如何閱讀課室中多媒體圖文，是否與實驗室結果一致？且圖文閱讀歷程又如何與先備知識交互作用？這些問題仍有待進一步的釐清。 本研究主要是透過「眼球追蹤」方法，紀錄受試者在真實教室環境中，閱讀多媒體恐龍教學教材時的視覺注意歷程。研究方法主要是將恐龍投影片主要分為標題、文字、圖片三類區域，然後利用「眼球追蹤儀」紀錄學生於這些區域的視覺注意歷程，並進一步比較分析區域間的視覺注意力之分配情況，以及視覺注意力與學生背景之關係。眼動資料的分析指標包括：凝視整頁區域、標題區域、文字區域及圖片區域的「全凝視時間」(Total fixation duration)、「平均凝視時間」(Average fixation duration)、「區域內分配時間百分比」(Percent time spent in zone)等。本研究使用SPSS 19 軟體搭配依據理解測驗結果的分組，進行描述性統計、同質性檢定與單因子變異數分析（ANOVA）。 結果發現，地科相關背景學生在文字部份所花費的凝視時間普遍比圖片部份高。同時也具有較多的圖文交互閱讀次數。相較於地科背景學生，非地科背景學生置於圖片的視覺注意力較高，也較易受圖片線索的影響而增加閱讀注意力。Item 以眼球追蹤方法初探高中生教科書之圖文閱讀歷程與概念理解(2012) 王又亭; Wang, Yu-Ting圖文兼備的教科書在現今學校教育中是教師教導與學生學習的主要依據，因此，教科書上的圖文閱讀歷程與概念理解之間是否會存在關係值得我們進一步探討。本研究主要使用眼球追蹤技術，紀錄高一學生對於高一生物教科書圖文內容的閱讀歷程，並使用研究者自編的理解測驗來測試高一學生對教科書中內含概念的理解程度，進而討論閱讀歷程與概念理解之間的關係。眼球追蹤資料經過統整後，使用SPSS 19 軟體搭配依據理解測驗結果的分組，進行描述性統計、同質性檢定與單因子變異數分析（ANOVA）。結果發現，學生在文字部份所花費的凝視時間普遍比圖片部份高。在文字部份，高分組對於新資料區的文字花費較多的視覺注意力，同時也具有較多的回視次數；而在圖片部份，高分組普遍有對理論示意圖的凝視點數較多、圖文交互閱讀次數也較多的結果。Item 利用眼球追蹤技術探討科學圖文閱讀歷程與概念理解之關係(2012) 黃堯琮由於教科書是學生閱讀學習的主要依據，而且科學教科書中充斥著許多不同類型的圖片，科學教科書的圖文閱讀歷程與概念理解之間是否存在關係值得進一步探討。本研究主要使用眼球追蹤系統，針對高一學生的化學教科書圖文閱讀歷程進行紀錄，並且使用半結構式問卷測驗概念理解程度，進而探討閱讀歷程與概念理解之間的關係。眼球追蹤資料透過彙整後，使用SPSS 19軟體進行描述性統計、相關分析，並與概念理解分數進行單因子變異數分析（ANOVA）。結果發現，學生在文字部份所花費的凝視時間，普遍都比在圖片部份高。並且閱讀科學圖片本身就足以協助對文本概念的理解，理論示意圖會達到更關鍵的效果。