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研究生:陳威翰
研究生(外文):CHEN WEI HAN
論文名稱:虛擬實境之教學應用與研究—以液晶顯示器為例
論文名稱(外文):A Study of Educational Application of Virtual Reality in Nanotechnology - Photoelectric Effect of Liquid Crystal Display
指導教授:唐文華唐文華引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立新竹教育大學
系所名稱:人力資源與數位學習科技研究所
學門:教育學門
學類:成人教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:液晶顯示器虛擬實境光電效應奈米科技3D液晶眼鏡情境式學習
外文關鍵詞:liquid crystal displaysphotoelectric effectnanotechnologyvirtual realitysituated learning3D liquid crystal glasses
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液晶因具有特殊的物理、化學與光電特性,經常被應用在輕薄型的顯示技術上。液晶的變化可分成壓力、電壓、溫度等三大類,電場與磁場對液晶有很大的影響,用液晶材料製造以外加電場操作的顯示器,因為體積小、耗電量低、操作電壓低、容易設計多色面版等優點,適用於製造電視和電腦螢幕的材質。本研究所探討的液晶光電效應教學內容包含:以電壓控制液晶的偏轉以及透光率,以及顯示器中RGB像素的混色與顯像原理,並藉由操作液晶控制電壓數值,以觀察液晶的偏轉與顯示器呈色的關係。
虛擬實境是透過電腦視算的技術,創造一種三維的擬真空間,透過經驗模擬與使用者在虛擬環境中的高度互動,進而建構思想與產生認知。本研究開發虛擬實境系統以介紹液晶的光電效應,讓學習者親身體驗液晶單元、陣列、顯示器和3D液晶眼鏡的顯像原理,並透過互動操作和立體視覺效果以增進學習興趣和學習效果。
本研究透過教學實驗來探討虛擬實境系統應用在大學奈米課程的學習成效,以及學習者在使用此系統後的態度與回饋意見。本研究採用不等組前、後測之準實驗設計,研究對象為新竹市某大學理學院的一年級學生,分成「實驗組」與「控制組」進行教學實驗,「實驗組」使用本研究設計的虛擬實境系統,「控制組」使用實體教具和液晶控制電路板來進行教學,以探討使用不同教學工具在學習成效上的差異,並對實驗組進行系統滿意度調查。研究結果除了提供課程設計者參考,並可作為虛擬實境系統改進之依據。
根據本論文研究結果,發現以虛擬液晶顯示器的學習方式優於使用傳統學習方式;從分組後的過程就看到實驗組的學生在操作中是經過討論與達到學習,對照組學生是以誰的思考快、解決能力強的方式,但並沒有達到討論的效果,所以使用平板教學能提升學習動機外,還能從討論中學習到學習的樂趣。
With its unique physical, chemical, and photoelectric characteristics, liquid crystal is often applied in compact display technologies. Liquid crystal’s phase changes can be categorized into three types – pressure, voltage, and temperature. Electric fields and magnetic fields have a great influence on liquid crystal’s phase transition; displays that combine liquid crystal and electric field operation have the advantages of being small in size, efficient in power consumption, requiring low operating voltages, and easily designed into multi-colored panels, and are therefore ideal for making televisions and computer screens. This study investigates liquid crystal’s photoelectric effects and develops teaching materials for college students including: controlling liquid crystal’s deflection and absorbance through voltage, color mixing and illumination principles of RBG color models in displays, and observing the relationship between liquid crystal’s deflection and the display’s coloring by manipulating the liquid crystal and controlling the applied voltage.
Virtual reality (VR) creates a three-dimensional simulated space with visual computing techniques for the users to obtain thoughts and cognition through experience simulation and rich interaction with the virtual environment. This study develops a VR system to introduce liquid crystal’s photoelectric effects by enabling learners to personally experience and operate the virtual liquid crystal unit, arrays, displays, and 3D liquid crystal glasses’ illumination principles to enhance their learning interest and understanding through interactive user interface and three-dimensional visual effects.
Through a teaching experiment, this study examines the learning effectiveness of applying the VR system in college nanotechnology courses and investigates learners’ attitudes and feedback after using the system. This study applied a quasi-experimental design with pre-test and post-test and the samples were the freshman students from the science college of a university at Hsinchu. The students were divided into the “experimental group” and the “control group” to conduct the teaching experiment; the “experimental group” utilized the VR system while the “control group” used physical teaching aids and liquid crystal printed circuit boards for teaching. This study then discusses how different teaching aids lead to different learning results. Experimental results not only serve as a reference for the course designers, but can also become the basis of future improvement on the VR system.
According to this study’s research results, the learning method with the proposed VR system is better than the traditional learning method using physical teaching aids. It can be seen that the experimental group students underwent discussion and achieved learning goals during their operation, while the control group students only revealed who thought faster or had better problem-solving ability but were unable to motivate discussions. Therefore, using tablets and the VR system in teaching liquid crystal displays not only boosts learning motivation, but also enhances learning effectiveness through discussion.
摘要 I
目錄 II
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的與問題 2
第三節 研究範圍與限制 3
第四節 名詞釋義 4
第二章 文獻探討 5
第一節 液晶顯示器 5
第二節 虛擬實境 9
第三節 情境式學習 14
第三章 系統規劃與設計 16
第一節 開發工具與環境 16
第二節 系統設計 17
第三節 系統操作流程 18
第四節 系統介面與實驗設計 19
第四章 教學實驗與結果分析 33
第一節 實驗設計與流程 33
第二節 實驗對象 37
第三節 研究工具 37
第四節 實驗結果與數據分析 38
第五節 系統滿意度調查分析 42
第六節 實驗觀察紀錄 46
第五章 結論與建議 49
第一節 結論 49
第二節 建議 50
參考文獻 51
一、中文文獻 51
二、英文文獻 52
附錄一 前、後測成就測驗評量 53
附錄二 系統滿意度調查表 57
一、中文文獻
易斌,虛擬設計博物館之互動導覽設計,國立成功大學工業設計學系碩博士班學位論文,台南,2003。
許麗玲 (2000)。認知風格在虛擬實境遠距教學遷移之影響。高雄師範大學工業科技教育學系碩士論文。
林佳宏(1999)。不同認知型態的國中學生在虛擬實境學習教室中學習歷程之研究。碩士論文,國立高學師範大學工業科技教育研究所,高雄。
唐文華(1996)。簡介虛擬實境在科學教育上的應用。科學教育月刊,第187期,43-47頁
蔡卓宣、李世忠(1999)。影像式虛擬實境軟體使用者見面設計與發展-以淡江大學虛擬海事博物館為例。教育之廖與圖書館學,37(1),9-20。
戴呈宜(2002)。虛擬實境與寬頻網路在空間模擬設計的應用。國立交通大學
  建築研究所碩士論文,未出版,新竹市。
劉馨韓(2004)。網路虛擬動物園的建置方法研究。國立新竹教育學院數理教育研究所碩士論文。全國博碩士論文資訊網。
謝信正(2000)。網際網路建置虛擬環境之研究。國立中央大學機械工程研究所碩士論文,未出版,桃園縣。
鐘樹椽、黃任宜(2005)。『資訊科技』應用在社會領域教學的策略與限制。國教世紀,214,81-92。
林吟霞、王彥方(2009)。情境學習在課程與教學中的運用。北縣教育,69,69-72頁。
黃素真(2002)。液晶顯示器。科學發展,取自http://203.145.193.110/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9101/9101-04.pdf。
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郭世文(2008)。擴增實境應用於博物館展示的初探,科技博物,第 12 期:25-37 頁
柯慶輝(2000)。國小三年級學童具體角情境解題之研究。國立嘉義大學 國民教育研究所。( 未出版)
趙家羚(2004)。以情境式學習探討互動式展示空間設計應用於地方特色館¬–以桃園縣中國家具博物館為例,元智大學資訊傳播學系碩士
二、英文文獻
Annett, M. K., Bischof, W. F. (2010). Investigating the Application of Virtual Reality Systems to Psychology and Cognitive Neuroscience Research Teleoperators and Virtual Environments,19(2),131-141
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Brown, J. S., Collins, A., & Duguid, P. (1989). Situated Cognition and the Culture of Learning Educational Researcher, 18(1), 32-42.
Burdea, G.(1993,April). Virtual reality systems and applications. Electro’93 International Conference, NJ.
Collins, A. (1989). Cognitive apprenticeship and instructional technology. In T. r. N. 474. (Ed.), Center for the Study of Reading. University of Illinois at Urbana. Champaign.
Heim, M.(1993). The Metaphysics of Virtual Reality. New York: Oxford University Press.
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McLellan, H.(1996).Situated learning:multiple perspectives. In McLellan, H.(Eds), Situated Learning Perspectives(pp.5-17)Englewood Cliffs, N.J.:Educational Technology Publications.
Taha Mzoughi, S. Davis Herring, John T. Foley, J. Matthew, J. Morris, Perer J. & Gilbert. (2007). WebTOP: A 3D interactive system for teaching and learning optics, Computers & Education, 49,110-129.
Vygotsky, L. S. (1962). Thought and language. Cambridge, MA: MIT Press.
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