本研究的目的是希望透過準實驗研究法（quasi-experiment），探討以實驗策略進行教學對高中生學習影像處理原理的影響，並進而設計一套能幫助高中生學習影像處理原理的實驗活動與實驗軟體。本研究參考SIVA系統的實驗軟體模式來設計一套關於影像處理原理的實驗活動及實驗軟體，希望藉實驗活動的進行，提升高中生對影像處理原理之瞭解。
本研究以國立新店高中二年級的143位學生作為研究樣本，並採用實驗組、控制組後測設計，實驗研究的自變項為是否以實驗策略進行教學，依變項是影像處理原理成就測驗的結果，並對測驗結果進行單因子共變數分析。
研究結果發現：一、以實驗策略進行影像處理原理教學有助於提升高中生的學習成效；二、學生對影像處理課的刻板印象為學習影像處理軟體的操作；三、學生普遍肯定以實驗活動策略進行教學，有助於影像處理原理的了解，並且能夠提高其學習興趣；四、本研究所發展的影像處理實驗活動與實驗軟體，可幫助學生進行影像處理原理的學習，作為輔助工具；五、影像處理的遮罩（mask）概念是學生普遍認為較難的部份。

This study investigate how lab-based instruction influence senior high school students when learning Image Processing theories. A quasi-experiment was conducted in order to test the lab-based instructional approach. Four classes of 143 senior high school students served as the subjects for this study. Two classes of students were assigned to experiment group (using Image Processing Lab software), the other two classes of students were assigned to control group (not using Image Processing Lab Software). A posttest was administered to compare students’ performance in the two groups. The statistical procedure of ANCOVA was employed to analyze students performance. The final grades of a previous Computer course was used to equate the variance caused by students’ prior knowledge in the statistical analysis. A questionnaire was conducted to collect students’ comments about the lab-based activities.
Five important findings of this study are: (1) lab-based instruction is effective in learning of basic image processing techniques; (2) students had a stereo-typed impression that studying of image processing is to study manipulation of image processing software; (3)Students agreed that lab-based instruction helped them understand the theory and techniques better and that it enhances their learning enthusiasms ; (4) The lab-based image processing package so developed is a good learning aid; (5) Students find that the “mask” operation concept is the most difficult to grasp.

表目錄 iii
圖目錄 iv
第一章 緒論 1
第一節 研究動機 1
第二節 研究目的 3
第三節 研究範圍與限制 4
第四節 名詞釋義 4
第二章 文獻探討 6
第一節 實驗活動與電腦科學教學 6
第二節 影像處理教學 8
第三節 影像處理學習軟體 10
第三章 研究方法與步驟 18
第一節 研究設計 18
第二節 研究樣本 19
第三節 影像處理教學規劃 19
第四節 研究工具 27
第五節 實施程序 34
第六節 資料分析 35
第四章 結果與討論 36
第一節 影像處理學習成就測驗分析 36
第二節 問卷 37
第三節 綜合討論 49
第五章 結論與建議 52
第一節 結論 52
第二節 建議 54
第三節 未來研究的發展方向 55
附錄一之一 上課投影片－影像處理簡介 56
附錄一之二 上課投影片－單元一：直方圖與像素轉換對照圖 58
附錄一之三 上課投影片－單元二：降階與二元化 60
附錄一之四 上課投影片－單元三：雜訊的產生與去除 61
附錄一之五 上課投影片－單元四：邊界偵測 62
附錄二之一 實驗組學習單－單元一：直方圖與像素值轉換對照圖 64
附錄二之二 實驗組學習單－單元二：降階與二元化 68
附錄二之三 實驗組學習單－單元三：雜訊的產生與去除 71
附錄二之四 實驗組學習單－單元四：邊界偵測 76
附錄三之一 控制組學習單－單元一：直方圖與轉換對照圖 81
附錄三之二 控制組學習單－單元二：降階與二元化 84
附錄三之三 控制組學習單－單元三：雜訊的產生與去除 86
附錄三之四 控制組學習單－單元四：邊界偵測 88
附錄四 影像處理實驗軟體功能說明 90
附錄五 影像處理成就測驗卷 94
附錄六 影像處理教學問卷 96
參考文獻 98
表目錄
表2-1 三套影像處理教學軟體比較表 15
表3-1 三種去除雜訊方法的處理時間與處理效果紀錄表 30
表4-1 各組成就測驗總分之描述統計量數 36
表4-2 各組成就測驗總分之迴歸同質性考驗結果 37
表4-3 各組成就測驗總分之共變數分析結果 37
表4-4 實驗組問卷分析－學生學習影像處理的經驗 39
表4-5 實驗組學生於國中時學習小畫家軟體情形一覽表 40
表4-6 實驗組問卷分析－課堂講解與課程的價值 42
表4-7 實驗組問卷分析－實驗活動與實驗軟體的價值 45
表4-8 實驗組對於聽講與實驗之偏好調查表 48
圖目錄
圖2-1 SIVA影像量化的三個子視窗畫面 11
圖2-2 RQJ軟體的執行畫面 13
圖3-1 雙駿圖影像及其直方圖 21
圖3-2 五種像素值轉換的對照圖及其效果 22
圖3-3 降階過程中的假輪廓現象 24
圖3-4 不同門檻值設定的二元化效果 24
圖3-5 不同雜訊類型的影響 26
圖3-6 實驗軟體執行畫面 28
圖3-7 三種去除雜訊方法的處理時間曲線紀錄圖 31
圖3-8 實驗的實施程序流程圖 34

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