學習資訊專業學院—資訊教育研究所
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資訊教育研究所之碩士班成立於民國80年，博士班成立於民國86年，目前研究生共約160名。本所原屬資訊教育學系，於95學年度起因應系所組織調整，成為獨立研究所，歸屬教育學院。
本所以『資訊科技教育』和『數位學習』兩個專業領域之研究發展與人才培育為宗旨，課程設計分別針對此兩個專業領域規劃必、選修專業科目，提供學生紮實而嚴謹的學術專業知能及個別化之研究訓練。本所教育目標包括：
1、培育資訊科技教育人才；
2、培育數位學習產業人才；
3、培育資訊科技教育與數位學習研究人才。
本所目前六名專任教師，四位教授，二位副教授，在資訊教育領域均具有豐富之教學與研究經驗且均積極從事研究，每年獲科技部補助研究計畫之平均數量與金額在本校名列前茅。另外，本所教師積極參與國內重大資訊教育政策及課程綱要之制定，積極推動國內資訊教育之發展。
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Item 視覺化模擬輔助物聯網教學之研究(2024) 顧清文; Ku, Ching-Wen隨著網際網路日漸普及，物聯網於生活中的應用日益增多，物聯網的教育也成為全球資訊教育所關注的重要議題，然而過往的物聯網課程仍有待改進：使用開放硬體進行物聯網教學除了設備費用昂貴以外，也時常因為過程繁瑣、實驗過程難以觀察等因素而影響學習效果；在物聯網中所涉及的許多概念如「資料表示、處理與分析」、「網路協定」等，大多有著複雜的架構、繁複的處理流程，學生往往無法完整理解其架構與運作方法；此外在物聯網主題中也包含「演算法」等較為抽象的學習內容，然而傳統講授式教學較無法引導學生主動思考，導致學生無法掌握抽象的演算流程。以上的種種皆導致物聯網的教學在中、小學教育體系中不容易被落實。為了將抽象且複雜的概念視覺化、具體化，以幫助學生理解，以及解決使用開放硬體進行教學所面臨的種種限制，本研究發展視覺化模擬輔助物聯網教學之教學策略，針對「硬體操作模擬」、「架構流程模擬」、「抽象概念模擬」三種模擬形式開發視覺化模擬輔助學習平台，並探討視覺化模擬輔助教學對物聯網學習成就、學習態度之影響。此外，為探究抽象推理能力對於學習物聯網此等抽象複雜的內容是否會造成影響，以及不同的教學策略是否對不同抽象推理能力的學生造成不同的影響，研究亦將抽象推理能力納入討論。經由教學實驗結果發現：一、本研究發展之視覺化模擬輔助學習平台上，「硬體操作模擬」能幫助學生記憶模組的功能與應用，對於感知層的意義有較完整的理解，並且融入了模擬情境的設計，幫助學生將感知層相關概念與具體情境連結，因而能將課堂所學的概念類推應用至其他生活情境；「架構流程模擬」能幫助學生逐步觀察架構與流程的運作方式並與之互動，藉以掌握複雜的物聯網架構與運作流程；「抽象概念模擬」能透過設定參數與觀察演算法動態的模擬結果，幫助學生以視覺化的形式將抽象概念進行表徵，以更清楚理解演算法的邏輯、執行順序以及變項之間的關聯性，進而能描述較完整的演算法細節，因而，視覺化模擬輔助教學能提升學生物聯網的學習成就。二、視覺化模擬輔助教學相較於傳統講述式教學，學生能以自己的步調進行學習，並藉由與平台的互動過程學習物聯網概念，且給予學生即時的回饋，使學生能隨時根據回饋修正思考，因此更能掌握自身理解概念的歷程，進一步擁有較高的自我效能。另一方面，使用視覺化模擬輔助教學，能幫助學生以視覺化的形式將抽象概念進行表徵，並使學生透過逐步觀察架構與流程的運作方式並與之互動，藉以掌握複雜的物聯網架構與運作流程，能降低學生的學習負擔，因而對於抽象主題的學習感受較為正向，且感受到的課程難度較低。此外，視覺化模擬輔助教學能提供更加系統化地統整物聯網的知識架構，學生可以按照物聯網的架構逐漸學習相關的物聯網概念，可以更有效的理解物聯網的完整架構，因此對自身在物聯網主題的理解程度有較正向的感受。在電腦科學學習興趣方面，因實驗組與控制組在課程中皆涵蓋許多生活中的物聯網案例，且有較多學習內容是與學生自身生活有連結，故兩組皆顯著提升電腦科學學習興趣。此外，從性別的因素來看，男生較認同視覺化模擬輔助教學之有效性，而此教學方式較能降低女生對於抽象學習主題的負面感受。三、無論是在傳統講述式教學抑或是視覺化模擬輔助教學，可能由於本研究之物聯網課程內容超越抽象推理能力的範疇，所涉及的問題更為複雜，因此抽象推理能力未顯著影響物聯網學習成就。在學習態度方面，若施以傳統講述式教學，低抽象推理能力的學生所感受到的物聯網課程難度較高抽象推理能力的學生難，但透過視覺化模擬輔助教學，此差距將被拉近，表示其能有效地減少學生在學習複雜且抽象主題的學習困難，使得低抽象推理能力的學生對課程難度的感受與高抽象推理能力的學生無顯著差異；而在學習態度「電腦科學自我效能」、「電腦科學學習興趣」、「抽象主題學習感受」、「物聯網理解概況」、「視覺化模擬輔助之有效性」等面向，不論是施以傳統教學或視覺化模擬輔助教學，高、低抽象推理能力的學生之態度無顯著差異，可能由於本研究之物聯網課程內容複雜，所需之能力較為多元，並無法單就抽象推理能力探究其影響，在教學策略與抽象推理能力之間也無交互作用。然而，實驗結果發現視覺化模擬輔助教學能提升低抽象推理能力的學生對於電腦科學的學習興趣、自我效能，降低其對於物聯網課程的難度感受，並且在學習抽象主題(如演算法等)學習時擁有較正向的學習感受。Item 基於認知神經科學之運算思維導向程式設計視覺化輔助學習平台設計(2022) 賴思妤; Lai, Si-Yu近來程式設計教育備受重視，且著重運算思維的培養，但學習程式設計對於初學者來說並非易事。過去研究發現若工作記憶能力(包含：視覺空間畫版、語音迴路、中央執行功能)不足，學習者無法透過工作記憶的心像記憶與處理、語音複誦、資源統籌管理等進行演算法規劃與樣式辨識等運算思維，進一步影響程式設計的表現。為了彌補工作記憶能力的不足，本研究擬設計與發展一個視覺化程式設計輔助學習平台，輔助學生工作記憶的運作，藉以進行程式設計所需的演算法思維與樣式辨識之運算思維，進而提升程式設計表現。本研究所設計的視覺化輔助學習平台有三種主要功能：(1) 流程視覺化-透過視覺化的流程與架構標示，幫助學生產生程式流程的視覺心像，並統整程式執行的各項資料，以掌握演算法邏輯與流程樣式。(2) 模擬執行-透過程式模擬執行讓學生可透過修改輸入並觀察輸出的變化統整程式執行資訊，以了解程式的流程，並歸納演算規則。 (3) 程式解釋-透過程式解釋幫助學生進行程式碼內容的隱內複誦，以進一步了解程式的演算法流程。本研究透過準實驗研究法驗證所發展的視覺化輔助學習平台的效益，實驗對象為新北市某高中修習資訊科技概論課程的二年級文組生，實驗組31人使用視覺化輔助平台學習，控制組32人則授以傳統式講述式教學。研究資料蒐集自程式設計學習成就測驗、學習態度問卷、工作記憶測驗、運算思維能力測驗、訪談等資料，並進行分析。研究結果發現：在學習程式設計時，學習者對於程式理解時需記憶其中的變數變化、整合程式資訊，以及想像程式流程之視覺心像（視覺空間畫版）皆感到困難。在進行程式設計教學之後，採用運算思維導向程式設計視覺化輔助學習平台設計的實驗組學生在程式設計的能力上表現優於採用傳統講述式教學的控制組學生，亦即，藉由視覺化平台的輔助，可以提升程式設計能力。此外，從平台各功能使用率與程式設計進步幅度相關性、平台有效性比例以及訪談結果來看，「流程視覺化」與「模擬執行」能顯著輔助學生的視覺空間畫版以及中央執行功能，進而提升其程式設計能力。而從學生訪談結果可發現，透過「流程視覺化」中「變數記憶區」視覺化圖解能輔助學生視覺空間畫版的缺陷，引導學生想像程式執行的邏輯;透過「變數記憶區」變數的改變，能輔助學生中央執行功能統整程式資訊的概念。「模擬執行」功能則能夠藉由觀察「變數記憶區」中程式輸入與輸出的對應來統整程式邏輯的規律，進而輔助學生中央執行功能資料整合的能力;視覺化圖解以及程式變數的改變，則能幫助學生抽象化出程式概念。除了程式設計能力的提升，實驗結果也顯示：採用視覺化輔助程式設計學習比傳統式講述式教學更能增加學生學習程式設計的自我效能。Item 視覺化模擬輔助人工智慧教學之研究-以類神經網路為例(2022) 蔡政宏; Tsai, Cheng-Hung當今社會中，人工智慧影響我們的生活面向甚廣。目前國際上的教育相關政策也將人工智慧議題納入探討，並期望從小教導孩子人工智慧相關知能。本研究針對高中年段的學生，設計視覺化模擬輔助人工智慧教學策略，並發展學習平台，透過「概念理解」、「概念反思」、「概念應用」三個教學步驟引導學生進行概念學習，教學主題聚焦於類神經網路。本研究以實證研究探討視覺化模擬輔助人工智慧教學與傳統講述式教學對高中生之人工智慧學習成就、學習態度影響之差異，以及學生對於視覺化模擬輔助教學的感受。從教學實驗結果發現：一、視覺化模擬輔助教學對人工智慧學習成就之影響 本研究發展之視覺化模擬輔助教學能透過模擬操作幫助學生建立概念：(1)， 提供學生操作與調整參數、觀察實驗結果的機會，使之能於操作過程中檢驗概念；(2) 輔助進行運算過程，以降低認知負荷並聚焦重要學習概念；(3) 模擬工具的設計融入日常生活情境，以幫助學生以解實際應用。實驗組學生因而能建立較正確清晰的人工智慧概念，進而增進其概念理解上的學習成就。但由於本研究的教學中程式設計相關教學內容較少，因此與傳統教學相較，雖亦使演算法程式實作有更好的表現，但其差異未達顯著。 二、視覺化模擬輔助教學對人工智慧學習態度之影響 實驗結果發現，使用視覺化模擬輔助教學之學生，由於能透過模擬操作測試概念並即時得到概念學習的回饋，對於自身學習成果的信心顯著高於接受傳統教學之學生。但兩組學生在「學習動機」、「自我效能」、「資訊科學抽象概念/程序之學習感受」面向沒有顯著差異。 三、學生對視覺化模擬輔助教學之感受 基於本研究的量化資料與質性訪談資料分析結果，視覺化模擬輔助教學相較於傳統教學，能使學生有更高的學習成就，實驗組學生也普遍認為視覺化模擬輔助教學對他們學習人工智慧相關知識有所幫助，此助益對學習艱深複雜的概念更加明顯。此外，訪談結果亦顯示學生認為模擬平台能夠幫助他們學習較抽象、具複雜運算的課程概念。Item 基於認知神經科學之程式理解輔助平台設計與發展(2022) 郭芳雨; Kuo, Fang-Yu在資訊科技時代，程式設計是一項不可或缺的能力，而程式理解是程式設計中必備的程序。然而，程式理解表現可能受到程式理解策略（包含：自上而下（Top-down ）的影響，而理解的策略則受工作記憶（包含：視覺空間畫板、語音迴路及中央執行功能）能力的影響。為了彌補工作記憶能力不足的學習者無法使用有效的策略理解程式的缺點，本研究設計一程式理解輔助平台，藉由平台中的模擬提示、流程提示、架構提示及程式解釋四項輔助功能，協助學習者在工作記憶中視覺空間畫板、語音迴路及中央執行功能三個子系統的運作，以使其能運用有效的程式理解策略，進而提升學習者的程式理解表現。為了探究所設計之程式理解輔助平台的效益，本研究透過實證研究，以38位大學以上並有一年以上Python程式設計學習經驗的學生為受試者進行實驗，實驗過程中使用眼動儀來收取受試者的眼動資訊以分析其程式理解策略，並比較不同工作記憶能力與程式理解表現的受試者在有、無程式理解輔助平台的輔助情況下，其程式理解策略與表現的差異。實驗結果發現：無論是高、低工作記憶能力的受試者，在有輔助平台的幫助下程式理解表現皆高於無輔助平台輔助的受試者。此外，無論是高、低工作記憶能力的受試者，在有輔助平台的幫助下都傾向於使用自上而下的程式理解策略。亦即，透過本研究所發展的程式理解輔助平台，可幫助受試者工作記憶的運作，進而使用較有效的自上而下程式理解策略，因此能有較佳的程式解表現。Item 視覺化模擬輔助資訊安全教學之設計與評估(2021) 段乃文; Duan, Nai-Wen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。Item 視覺化模擬輔助人工智慧教學之設計與評估(2021) 王聿; Wang, Yu隨著人工智慧於生活中的應用日益增加，人工智慧教育在K-12逐漸受到國際重視，然而過去人工智慧教學多實施於高等教育，目前較缺乏針對高中生設計的人工智慧教材。人工智慧包括許多抽象概念，以往針對K-12的人工智慧教育多著重在使用現有工具動手操作，而不介紹人工智慧理論，學習者難以瞭解其背後原理。模擬可以將抽象概念具體化。為了幫助學習者理解人工智慧抽象概念，本研究建置人工智慧主題的視覺化模擬輔助學習平臺，並提出模擬輔助教學步驟：操作觀察、概念探索、概念整合。研究探討所提出之視覺化模擬輔助人工智慧教學對高中生人工智慧素養（包含人工智慧概念與人工智慧演算法實作）、學習態度以及運算思維之影響。為瞭解視覺化模擬輔助人工智慧教學的有效性，本研究透過實證研究比較視覺化模擬輔助教學與傳統教學之差異。研究結果發現：一、視覺化模擬輔助人工智慧教學對人工智慧素養之影響實驗組在經過視覺化模擬輔助人工智慧教學後，其人工智慧概念與人工智慧演算法實作皆較控制組佳。顯示出視覺化模擬輔助人工智慧教學比傳統講述式教學更能夠幫助學習者學習人工智慧概念以及人工智慧演算法實作，透過視覺化模擬輔助人工智慧教學可以增進學習者之人工智慧素養。而在訪談中，實驗組學習者表示在視覺化模擬輔助平臺上修改演算法的參數以及實作練習題填答完後給予的即時回饋，皆有助於其對演算法之理解。此外，分析視覺化模擬輔助平臺的使用情形顯示，本研究發展之視覺化模擬輔助教學中，以「概念整合」的引導最能幫助學習者理解人工智慧概念。二、視覺化模擬輔助人工智慧教學對學習態度之影響經過本研究之視覺化模擬輔助人工智慧教學後，在「對人工智慧課程的感受」之學習態度面向，統計結果為實驗組顯著較控制組佳。顯示視覺化模擬輔助人工智慧教學比傳統講述式教學更能夠增加學習者學習人工智慧正向的態度，訪談中實驗組多數學習者提到「程式設計」之運用，可見他們將人工智慧概念與實作產生更多連結，更深入瞭解程式設計的意義與重要性。而在「視覺化模擬輔助人工智慧教學的有效性」面向，根據對實驗組學習者進行的半結構式訪談結果顯示，學習者普遍認為本研究發展之學習步驟具有引導學習之效，因此本研究發展之學習步驟有助於幫助學習。三、視覺化模擬輔助人工智慧教學對運算思維之影響實驗組經過視覺化模擬輔助人工智慧教學以及控制組經過傳統講述式教學後，兩組運算思維無顯著差異。代表視覺化模擬輔助人工智慧教學不會影響學習者的運算思維。此結果可能的原因為本研究之實驗時間有限，而運算思維需經過長時間的培養才能有所提升。Item 融入問題引導策略的模擬式學習環境之應用成效與學習歷程研究(2014) 陳裕隆; Chen Yu-Lung回顧過去20年來的應用發展情形，電腦模擬實具有深厚的潛力成為促進互動、觀察與概念反思的學習工具。本研究所發展的「問題引導式模擬學習環境」，一方面藉由兼具視覺化表徵觀察與實驗參數操弄的學習環境，發揮電腦模擬對於抽象或微觀概念的具象化觀察優勢，幫助學習者解決電子學二極體單元的學習困難；另一方面則改善過去學習支援策略不足之處，融入問題引導策略引領學習者藉由互動的操作與觀察引發認知覺察與反思，達成澄清電子學二極體單元迷思概念的目標。除此之外為瞭解問題引導策略對於學習活動的影響情形，本研究將同時進行學習行為模式的分析與探討。 經由實徵驗證，結果發現融入問題引導策略之「問題引導式模擬學習環境」對於電子學二極體單元概念的學習成效與迷思概念的修正成效均顯著優於未融入問題引導策略者，顯示「問題引導策略」確實有助於提升模擬式學習環境的應用成效。學習行為模式分析結果發現從模擬操作活動的學習行為模式中，確可顯示出問題引導機制具有引導學習者進行概念學習活動的效果。根據問卷調查分析結果，顯示超過70%的學生肯定「問題引導式模擬學習環境」可幫助他們提升學習成效、增進學習興趣及澄清迷思概念。Item Forum Visualizer: Visualizing an Online Discussion Forum Using Social Network Analysis(2004) 賴偉誠Virtual communities play an important role in knowledge sharing and learning. Recent research has shown that knowledge management and knowledge sharing in virtual communities are important issues for researchers to study more. In addition, the notation of social networks and the methods of social network analysis have attracted considerable interest from social science research community. In this thesis, we developed Forum Visualizer, a web-based tool for visualizing an online discussion forum at a variety of scales with social network analysis techniques. The participants are 44 students from a class of Information Ethics at NTNU. Our goal is to provide a general, intuitive but useful tool for participants to help them understand the community in which they are a part of and find appropriate forum topics for interaction. These visualizations, therefore, are inherently designed to be interfaces for participants in the community rather than for observers, managers, administrators, etc.; their function is to provide a colorful sense of this abstract space, rather than to accurately depict its statistical features. Besides the graphs/sociograms we provide, data matrices are included to help them understand their sociograms easily and to be as a comparison for mapping their social patterns. We hope that this tool can help build a framework for future directions that every online discussion forum could apply to it as embedding functions for analyzing human interactions, finding great knowledge sharing methods, and exploring social patterns and structures.