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 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 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。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。