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研究生:張育誠
研究生(外文):CHANG, YU-CHEN
論文名稱:創新積木教具導入教學對認知負荷及學習成效之研究—以國小六年級自然與生活科技領域為例
論文名稱(外文):A Study on the Cognitive Load and Learning Effectiveness through the Introduction of Innovative Teaching Aids Integrating Building Blocks: Taking the Teaching Application of the Sixth Grade Science Curriculum in Elementary School as an Example
指導教授:羅日生羅日生引用關係
指導教授(外文):LO, JIH-SHENG
口試委員:羅際鋐侯愷均
口試委員(外文):LO,CHI-HUNGHOU, KAI-CHUN
口試日期:2023-06-19
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺中教育大學
系所名稱:數位內容科技學系碩士在職專班
學門:電算機學門
學類:電算機應用學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2023
畢業學年度:111
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:創新積木教具3D列印認知負荷學習成效
外文關鍵詞:Innovative Teaching Aids Integrating Building Blocks3D printingCognitive LoadLearning Effectiveness
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本研究設計一套專用於國小六年級自然與生活科技領域簡單機械課程的創新積木教具,並深入探討融入學習之後,對於學生學習認知負荷及學習成效等相較與傳統教學法是否有顯著的差異性。本研究採取行動研究法,依據教學課綱規劃,運用數位建模及3D列印技術創新設計結合主流樂高積木之關鍵積木組件,藉以改善並擴大書商及教具廠商提供之模組化教具不盡完備的教學限制,更加豐富適用,讓學童更加投入主動學習。在進行實驗教學進行前以「學習前測驗」、完成實驗教學後以「學習後測驗」及「認知負荷問卷」為研究工具,使用T-test、ANCOVA統計方法進行實驗數據分析,呈現研究成果如下:(一)創新積木教具教學法的認知負荷顯著低於傳統教具教學法;(二)創新積木教育教學法的學習成效顯著高於傳統教具教學法;(三)認知負荷與學習成效之間為低度負相關。本研究發現當創新積木教具教學法導入教學之後,可以減低學生內、外在認知負荷並提升學生學習成效。因此未來進行自然領域簡單機械槓桿原理教學時,可以參考搭配創新積木教具的教學,讓學生的學習成效達到更佳的效益。
This research aims to design an innovative set of specialized building blocks for the subject of Simple Machines in the Science and Technology domain for sixth-grade elementary school students. The study also explores whether integrating this tool into learning significantly differs in terms of cognitive load and learning outcomes compared to traditional teaching methods. Action research methodology is employed, aligning with the curriculum guidelines. Digital modeling and 3D printing techniques are utilized to create innovative designs incorporating key components of mainstream LEGO blocks, aiming to improve and expand upon the limitations of modular teaching tools provided by publishers and educational suppliers, thus enriching their applicability and fostering greater student engagement in active learning. Prior to conducting the experimental teaching, pre-test assessments are administered. Post-test assessments and cognitive load questionnaires are employed as research instruments. Performing data analysis using T-test and ANCOVA statistical methods. The research findings are as follows: (1) The cognitive load associated with the innovative block teaching method is significantly lower than that of the traditional teaching method. (2) The learning outcomes of the innovative block education teaching method are significantly higher than those of the traditional teaching method. (3) There is a low negative correlation between cognitive load and learning outcomes. The researcher has discovered that incorporating the innovative block teaching method can reduce students' intrinsic and extraneous cognitive load while enhancing their learning outcomes. It is recommended that future teaching of lever principles in the field of Simple Machines in the Natural and Technological World domain be accompanied by the use of innovative block teaching tools to achieve optimal learning benefits for students.
目次
摘要 ⅰ
目次 ⅲ
表目次 ⅴ
圖目次 vi
第一章 緒論 1
第一節 研究動機 1
第二節研究目的與研究問題 4
第三節研究範圍與限制 5
第四節論文架構 6
第二章 文獻探討 7
第一節 創新積木教具 7
第二節 認知負荷理論 16
第三節 學習成效 22
第三章 研究設計與實施 26
第一節 研究設計 26
第二節 研究方法與步驟 27
第三節 研究對象 28
第四節 研究工具 29
第五節 資料處理與分析 40
第四章 研究分析與討論 41
第一節 導入不同教具教學之認知負荷分析討論 41
第二節 導入不同教具教學之學習成效分析討論 46
第三節 認知負荷與學習成效相關性討論 49
第四節 小結 50
第五章 結論與建議 51
第一節 結論 51
第二節 建議 52
參考文獻中文部分 55
參考文獻英文部分 60
附錄一 創新積木教具導入教學教案設計 62
附錄二 利用3D列印積木認識生活中的槓桿原理學習單 71
附錄三 修正後認知負荷問卷 73
附錄四 槓桿原理學習成效前測試題 77
附錄五 槓桿原理學習成效後測試題 83

表目次
表2-1 積木特色表 9
表2-2 自製教具與套裝式市售教具優勢劣勢比較表 11
表2-3 國內外積木應用於教學之相關研究 12
表2-4 國內文獻對認知負荷之研究 17
表2-5 認知負荷問卷改編對照表 21
表2-6 國內文獻對學習成效之定義 22
表2-7 國民小學多元評量方式 24
表3-1 現有槓桿原理實驗教具比較表 30
表3-2 本研究課程架構對照十二年國教素養導向統整表 36
表3-3 預試問卷項目分析t檢定摘要表 37
表3-4 預試問卷因素分析旋轉成分矩陣摘要表 39
表3-5 預試問卷信度分析摘要表 39
表4-1 創新積木教具課程對認知負荷影響之群組統計量表 41
表4-2 認知負荷獨立樣本檢定摘要表 42
表4-3 內在認知負荷受試者間效果檢定表 39
表4-4 外在認知負荷受試者間效果檢定表 44
表4-5 認知負荷受試者間效果檢定表 45
表4-6 學習成效前測成績組內迴歸係數同質性檢定摘要表 46
表4-7 不同教具教學法對學習成效前、後測共變數分析摘要表 47
表4-8 共變數分析事後多重比較表 47
表4-9 認知負荷學習成效後測常態檢定表 49
表4-10 認知負荷與學習成效相關分析表 49

圖目次
圖1-1 研究者利用積木設計自然單擺實驗 2
圖1-2 LEGO Education Tech Machines45002 3
圖1-3 LEGO積木類型圖 4
圖1-4 本研究論文架構圖 6
圖2-1 樂高教育版積木圖 10
圖2-2 智高積木教室組件 10
圖2-3 慧魚積木簡單機械模組 11
圖3-1 研究架構圖 26
圖3-2 研究流程圖 28
圖3-3 學校現有槓桿原理實驗教具圖 29
圖3-4 實驗流程圖 30
圖3-5 創新積木教具-支點積木 31
圖3-6 創新積木教具-支點積木實體 32
圖3-7 創新積木教具-支架積木 32
圖3-8 創新積木教具-支架積木實體 33
圖3-9 創新積木教具-微調螺絲、螺帽積木 33
圖3-10 創新積木教具-微調螺絲、螺帽積木實體 34
圖3-11 創新積木教具-底板積木 34
圖3-12 創新積木教具-底板積木實體 35
參考文獻
中文部分
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英文部分
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