臺灣博碩士論文加值系統

隨著現今學習形式的多元化，傳統的教學方式已不符合學童的學習需求。科技融入學習的方式已是一種現在必要的趨勢，從早期的遠距學習到現在數位化遊戲式的學習，皆是不同形式的數位學習。而遊戲式學習的目的則是希望能夠藉由遊戲的「悅趣性」引起學生學習興趣，進而提升學生的學習成效及促進學生學習動機的目的。
本研究目的在於建置一套具有體感與腦波操作功能悅趣化的數位學習系統，藉由整合手勢操控器與腦波偵測機的功能，並注入遊戲互動的元素，從而設計出一套手勢控制結合腦波的數位學習系統。配合手勢控制結合腦波與自然科學之教材，設計並開發一套腦波結合體感的數位學習系統，希冀此系統能達到「悅趣學習，寓教於樂」的功能，並能顯著地增進學生學習成效與促進學生學習動機。而本系統教材亦依循教育部所頒布自然科學習能力指標制定教材，並以國小五年級上學期自然科教學單元作為本系統設計手勢控制及腦波數位互動教材的標準。本研究亦對所提出的系統與教學計畫進行了實驗，實驗採取的方法為準實驗設計法，並邀請高雄市某四年級兩班學生為研究對象，從中隨機分成兩組，一組為腦波結合手勢控制組(實驗組)，另一組則為純手勢控制組(對照組)，每組各20人。本研究透過受測學童在實驗期間填寫的自然科學習成就測驗、自然科學習動機量表、及數位學習系統滿意度問卷調查等作為研究工具。
實驗結果發現，兩組學童在自然科學習動機的前後測上，實驗組與對照組皆有著顯著差異(p = .000，p = .009)，且在實驗組與對照組的組間差異比較中，發現實驗組的學習成效提升相較於對照組則是較多的。這說明了在純體感、腦波結合體感這兩種不同的遊戲式學習互動模式中，腦波結合體感對於提升學童自然科學習成效上比純體感互動模式更佳。而兩組的學習動機則是皆不顯著(p = .093，p = .44)。綜合上述結果來看實驗組、對照組在學習成效上則為實驗組較為有明顯之進步；兩組在學習動機上則是無差異，其可推測為因兩組互動模式較為雷同而導致兩組學習動機呈現無差異的狀態。而在兩組互動滿意度方面則大部分學童皆認為實驗組與對照組的互動操作方法是新奇且有趣的。

In the nowadays society, the learning method of school children becomes more complex than before. With diversity of courses, the traditional way of teaching methods is out of vogue. Improving children's learning outcome with the new information technology is necessary and important now. From the early distance learning and digital game-based learning are all of the kinds of technology-enhanced learning. The major characteristic of digital game-based learning is to attract school children's interests in learning and to improve the efficiency in students learning achievements and learning motivation.

The purpose of this study is to develop a digital game-based learning system with motion and brainwave controlling technologies. With the gesture controlling technology, school children can use hand gesture to interact with the system in a game-based learning environment. By the brainwave controlling technology, the system can also collect the brainwave pattern from the learners and provide feedback about learning attention for learners. Combined with gesture and brainwave controlling technologies, the system was designed and implemented for improve the school children's learning achievement and promote their learning motivation with a fun and challenging approach to learning. In addition to the combination with the above technologies in the system, the learning materials in the system also follows the standard of Ministry of Education in Natural Science subjects and are designed for fifth grade teaching school children to learn. The author employed a quasi-experimental method. The subjects were 40 elementary school students, All subjects divided into two group: Experiment group and Control group. Each group has 20 students. The author adopts pre-test and post-test in learning motivation of Nature Science and Nature Science achievement test to collect information. Everyone learn three weeks, a total of 120 minutes.

After experiment of experiment group and control group learning, an analysis of the results indicated that learning achievement for both groups were significance (p value of experiment group is .000, p value of control group is .009). And the difference between two groups, learning motivation in the experimental group and control group difference were no significance (p value of experiment group is .093, p value of control group is .44). In conclusion we can found the experiment group in learning achievement is better than control group. Both groups were no significance in learning motivation. So we can surmise the experiment group and control group’s manipulating methods were similar that leading two groups shows difference were no significance in learning motivation. Both groups subjects all felt fantastic and interesting in operated system by gesture-controlling.

摘要 i
ABSTRACT iii
致謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 xi
一、緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 2
1.3研究限制 3
1.4論文結構 3
二、文獻探討 5
2.1遊戲式學習 5
2.2腦波的概念與應用 6
2.2.1腦波概念 6
2.2.2腦波儀與腦波量測 7
2.2.3腦波相關研究與應用 10
2.2.4腦波在教育面之應用 12
2.3體感的概念與應用 13
2.4自然人機介面 14
2.5相關研究理論 15
2.5.1學習動機理論 15
2.5.2成就動機論 16
2.5.3個人專注論 16
三、系統架構與設計 18
3.1體感功能設計 18
3.2系統架構與模組功能 19
3.3系統實作 21
3.3.1系統環境 21
3.3.2實作介紹 22
四、研究方法與實驗設計 28
4.1研究架構 28
4.2實驗設計 30
4.2.1實驗對象 31
4.2.2學習教材 31
4.2.3實驗環境 34
4.2.4實驗流程 34
4.3實驗操作記錄 35
4.4實驗工具 38
4.4.1分析軟體 38
4.4.2學習成效測驗 38
4.4.3學習動機量表 38
4.4.4使用者互動滿意度量表 40
4.5資料分析與處理 41
五、結果與討論 42
5.1學習成效結果與討論 42
5.1.1學習成效前測分析 42
5.1.2實驗組學習成效前後測分析 43
5.1.3對照組學習成效前後測分析 43
5.1.4組間學習成效分析 44
5.1.5實驗組組內自然科能力分組學習成效分析 45
5.1.6對照組組內自然科能力分組成效分析 47
5.1.7組間自然科能力分組成效分析 49
5.1.8學習成效討論 50
5.2學習動機結果與討論 51
5.2.1學習動機前測分析 52
5.2.2實驗組學習動機前後測分析 53
5.2.3對照組學習動機前後測分析 53
5.2.4組間學習動機分析 54
5.3學習動機討論 55
5.4使用者互動滿意度結果與討論 57
5.4.1實驗組使用者互動滿意度量表分析 57
5.4.2對照組使用者互動滿意度量表分析 59
5.4.3使用者互動滿意度結果與討論 62
5.5實驗組內專注力與自然能力高低分析 64
六、結論與建議 67
6.1結論 67
6.2研究貢獻 69
6.2.1學術研究面 69
6.2.2教學實務面 70
6.3研究限制 70
6.4建議與未來研究方向 71
參考文獻 73
附錄一、自然科學習成效測驗 78
附錄二、自然科學習動機量表 81
附錄三、使用者互動滿意度量表 85

中文參考文獻
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