2006年10月11日

互動式數位學習系統1_無圖


互動式數位學習系統 中美通科技董事長楊乾中
interactive digital learning system
摘要
互動式數位學習系統包含一輸入單元以接收使用者之一輸入訊息、一處理單元以處理輸入訊息並執行一學習應用程式、及一輸出單元以依據執行學習應用程式之結果顯示一使用者介面。學習應用程式包含示範教學(show me)、引導教學(guide me)及操作練習(let me)等三模組。教學示範會以自動的方式依序將學會一預定學習主題所需要之實際操作步驟展示給使用者看。教學引導會以互動的方式以逐步提示之方式引導使用者依序對於學會該預定學習主題所需要之實際操作進行練習。操作練習會以被動無引導的方式創造一模擬[Y1] 環境,以便讓該使用者對於學會該預定學習主題所需要之步驟進行實際操作。

本論文之代表圖式為圖一,圖一之標號說明如下:


9 :互動式學習系統
10:輸入單元 12:輸出單元
13:顯示模組 14:處理單元
15:揚聲器 16:使用者
18:輸入訊息 20:學習應用程式
24:示範教學模組 26:引導教學模組
28:操作練習模組
abstractThe paper provides an interactive digital learning system comprising an input unit to receive an input message from a user, a processing unit to process the input message and execute a learning application, and an output unit to display a user interface to the user according to the result of executing the application. The application comprises a demonstration module, a guidance module and a practice module. The demonstration module will automatically and sequentially show all steps for learning a predetermined learning topic to the user. The guidance module will interactively remind the user step by step to practice the predetermined learning topic. The practice module will create a simulation environment in a passive and no guiding way to allow the user to operate the steps for learning the predetermined learning topic.

一先前技術
學習的方式有許多種。例如在課堂上接受老師的教學,老師能通常會彈性的根據學生的反應調整上課內容,但是,倘若老師教學技巧或內容不好時或者學生沒興趣時,學習效果並不好。又如學習開車通常採用示範、引導與練習的方式,先由老師示範後,接著由老師從旁引導學生操作,最後是學生練習。學生可根據自己的熟習熟悉程度,繼續練習。這種示範、引導與練習的方式常被視為較佳的學習方式。即使是學生在練習時,最好老師也在現場與學生產生互動,學生也較容易由互動中學到相關技能。
目前市面針對課堂學習或是技能學習的數位學習課程很多,其教學方法也不同。有些是錄影帶式的教學模式,提供照本宣科的內容或示範內容;有些是可操作式的模式,具有讓學生操作練習的機會。
例如美國專利第5,421,730所揭示,一種互動式教學系統係針對語法相關的課題如電腦程式語言的多種指導模式。指導的模式可包含影片指導課程、文字索引指導及語法分析指導等。當使用者試著回答系統的問題,若系統發現使用者的語法有任何錯誤,系統會針對該錯誤提供視覺性的回饋指導。
又例如美國專利第5,576,844所揭示,一電腦控制的影片互動教育軟體系統被設計用以產生、觀看和複製互動教學之影片卡帶。一個互動式指導影片卡帶包含動態課程的影片節段。在播放影片時將卡帶的影片訊號分割成複數個部份數位編碼影片。該數位資訊由影帶中汲取並包含與學生互動內容。該互動教學內容可包含一學生對問題的陳述及基於針對來自該影片之節段學生的回應。
又例如美國專利6,086,381所揭示,一互動式學習系統具有一互動控制單元可顯示競賽、多種選擇或其它格式。學生利用無線鍵盤輸入答案。一互動控制單元藉由無線鍵盤接收學生之答案。該互動控制單元持續追蹤所有使用者及使用者在不同群組中的分數。一接收器透過衛星連線用以自互動控制單元接收內容。該競賽被儲存以供稍後使用。該系統可以指導該競賽內容或是各個老師所創造之競賽。事先廣播和儲存的競賽內容可同時被複數個地區播放,係為一種即時競賽。在競賽結束後,該互動控制單元可經由數據機傳送至中央廣播設備.然後中央廣播設備會將競賽的排名結果廣播到各區域的客戶端。
熟習知的數位學習系統皆無完整包含示範、引導與練習等三種方式。因此本論文之主要目的在於提供一種互動式數位學習系統以及一種以一學習系統進行互動式數位學習之方法,其包含示範教學、引導教學與操作練習等,可增進學習的效果。
二內容
本論文之主要目的在於提供一種互動式數位學習系統以及一種以一學習系統進行互動式數位學習之方法,其可提供示範教學、引導教學與操作練習等,增進學習的效果。
本論文之互動式數位學習系統包含一輸入單元、一處輸出單元及一處理單元。該輸入單元(input unit)用以接收一使用者所產生之一輸入訊息(input message)。該處理單元(processing unit)用來處理該輸入訊息並執行一學習應用程式(learning application)。該輸出單元(output unit)依據該處理單元執行該學習應用程式之結果,顯示出一使用者介面(user interface)予該使用者,以供該使用者可據此經由該輸入單元繼續產生該輸入訊息。該學習應用程式包含一示範教學模組、一引導教學模組及一操作練習模組。
該示範教學模組會經由該使用者所產生之輸入訊息而啟動,並利用該使用者介面提供一預定學習主題(learning topic)之一示範教學。該示範教學以自動的方式經由複數個預定之示範步驟,依序將學會該預定學習主題所需要之實際操作步驟展示給該使用者看。
該引導教學模組會經由該使用者所產生之輸入訊息而啟動,並利用該使用者介面提供該預定學習主題之一引導教學。該引導教學並會以互動的方式經由複數個預定之引導步驟,以逐步提示之方式引導該使用者經由該輸入單元依序對於學會該預定學習主題所需要之實際操作進行練習。於練習過程若有錯誤,則該引導教學模組亦會對於該使用者指出一正確操作步驟。
該操作練習模組會經由該使用者所產生之輸入訊息而啟動,並利用該使用者介面提供該預定學習主題之一子選項之操作練習。該操作練習會以被動無引導的方式創造一模擬實環境,以便讓該使用者於該模擬實環境中,經由該輸入單元依序對於學會該預定學習主題之子選項所需要之步驟進行實際操作。只有於實際操作過程產生錯誤時,該操作練習模組才會被動地提醒該使用者操作錯誤。
該學習系統之使用者介面包含一主選單(main menu),設計至少一個之預定學習主題以供該使用者選擇,而每一預定學習主題包含複數個子選項,每個子選項對應之一次選單(sub menu)則設計有複數個選項,以供該使用者可經由該輸入單元加以選擇,並因而產生該輸入訊息至該處理單元中處理。該複數個選項包含一學習目標(即單元名稱) 、學習情境選項、一單元說明選項、一示範教學選項、一引導教學選項、一操作練習選項、一單元測試選項、以及一單元摘要選項。
當該使用者選擇該學習情境選項後,該使用者介面會經由該輸出單元以影音、圖片、動畫或漫畫與文字等多媒體之方式顯示出一學習情境,使得該使用者了解該預定學習主題之子選項之相關學習目標,為什麼要學會該預定學習主題之子選項,以及或是學會該預定學習主題之子選項後可以解決於什麼樣的情境下所發生的問題。
當該使用者選擇該單元說明選項後,該使用者介面會顯示出欲學習該預定學習主題之子選項所需要學會之該等操作步驟,以及與該預定學習主題之子選項或該等操作步驟中相關的專有名詞之說明。
該示範教學選項用以使該使用者可經由該使用者介面啟動該示範教學模組。該引導教學選項用以使該使用者可經由該使用者介面啟動該引導教學模組。該操作練習選項用以使該使用者可經由該使用者介面啟動該操作練習模組。
當該使用者選擇該單元測試選項後,該使用者介面會顯示出複數個測試題目,使該使用者可以經由回答該等測試題目,來確認是否已經了解該預定學習主題以及該等操作步驟中相關的專有名詞。
當該使用者選擇該單元摘要選項後,該使用者介面會顯示出該預定學習主題之相關學習目標,以使得該使用者於完成該次選單之預定學習主題的練習後,再次確認所應該學會的事情。
因此本論文之互動式數位學習系統包含示範教學、引導教學及操作練習等三模組。使用者即學生可選擇其興趣的學習主題,反覆進行互動式學習,進而可提升學習效果。
三實施方式
在網際網路上的教學與教室的教學最大的不同在於主客易位;在教室上老師為主;學生在教室內即使不想聽也必須待在教室;而在網際網路上是學習者為主體;學生不想聽只需將瀏覽器關閉即可;所以在網際網路上的數位學習很強調『互動』;好讓學習者一直在線上學習。
在蓋房子前會先搭鷹架;待房子蓋好後鷹架便拆除;老師在學生學習的過程中便是擔任各階段鷹架的角色;待同學吸收後;鷹架便逐步去除。
了解老師鷹架的角色後;在設計IT 類的數位學習尚需考慮到;使用IT 是一種技能;技能的練習必須要有操弄的環境(有如學習駕駛汽車的練習場);想想我們在學習開車時的情形;先是教練開一遍示範給學生看(示範教學);接下來教練坐在學生旁邊;教練一個口令(動口);你一個動作(引導教學);待你分解動作了解後;教練便下車讓你在教練場自我練習連續動作;教練場會有警示鈴提示你不當的操作(操作練習);每個人根據自已吸收的狀況來練習;到最後開車的技能在『示範教學』、『引導教學』、『操作練習』不斷反覆的操弄練習下;此技能逐步建構在學習者的身上。
而為了讓學生了解每個學習單元的目標與生活上的應用;尚需運用生活情境的導引;激發其學習的動機;又為了考慮網際網路頻寬及跨平台的要求;最好是運用Flash 來製作。

基本的人機界面如下圖

各選項按鈕的說明介紹
1.引言介紹(學習目標):透過每個單元的引言介紹來讓學習者清楚地了解其單元的學習目標。
2.學習情境:運用人物在實務上所遇到之問題,利用動畫清楚地表達生活情境式的對話內容引發學習動機。
3.單元說明:針對單元內相關的專有名詞說明,分為[說明]及[步驟]來做詳細介紹,將可以提昇學習者的資訊素養。此部份有如針對此單元會學到相關內容的電子書。
4.示範教學:有如學習開車技術,先由教練開一次示範。在課程中電腦將會自動操作一遍,除了文字說明框告訴您步驟外,還有指示箭頭標示操作位置。
其內針對每個練習有『上一步』及『下一步』按鈕,方便使用者根據所需強化的部份來重點練習。
5.引導教學:有如教練坐在一旁解說(動口不動手),由學習者親自操作方向盤。在課程中輪到您動動手中的滑鼠來親自操作囉!不用擔心不知如何操作,電腦會先用文字說明框提示您操作步驟,做對後再往下一個步驟逐步進行。讓您將每一部份的分解動作熟練。其內針對每個練習有『上一步』及『下一步』按鈕,方便使用者根據所需強化的部份來重點練習。

6.操作練習:有如學習者獨自開車練習(連續動作),可根據自己吸收的快慢來控制學習的進度。在課程中您將在沒有任何文字提示下獨自操作,不用擔心不知要是做錯怎麼辦,在您做錯時,電腦將除了會告之您錯誤外,當您做錯三次後還會告訴您正確解答。其內針對每個練習有『上一步』及『下一步』按鈕,方便使用者根據所需強化的部份來重點練習。
而示範教學、引導教學、操作練習有如開車的路考,而單元說明、單元測試有如筆試。
7.單元測試:單元測試題目主要是強化本單元的重點,有複習的功能,且能與學習目標相輔相成。本課程的測驗類型是採用是非題且四題隨機出題方式,對錯馬上告知(回饋),而題目大部份都從「單元說明」裡的「說明」而來,可讓學習者反覆閱讀以加深印象。當測驗結束時,電腦會依學習者的做答情況判斷其成積,提供給學習者參考,可以讓學習者清楚的知道自已的學習成效。最後提供學習者做答的情形及每一題的正確答案及詳解,使學習者確切吸收本單元的資訊素養
8.單元摘要:複習本單元的學習重點。

四結論與未來發展
第一節結論
IT 類軟體的操作,學習者需要『擬真』的環境練習,以往需要先下載試用版軟體(或先購買軟體)來操作,若不需要時又要移除以免佔用系統資源。本論文闡釋的學習架構,為了要有『擬真』的感覺,每個操作步驟的畫面運用全螢幕拷背(hardcopy)下來,至於每個操作動作或輸入的查核,全用flash 的程式來檢查及互動。時下的示範教學常運用串流(streaming;WMV)的方示呈現,此方式的好處是錄製簡單,但是放在網際網路上時;若此內容頻寬佔1;N 個人同時批次觀看就佔 1 乘 N 的頻寬,所以並不適用於多人觀看;若用flash 適當的切割來呈現;就能提供更多的人在網路上學習。
將電腦操作的每個畫面擷取下來;運用flash 的程式來解決每個步驟的操作檢查;真正做到身歷其境的『擬真』教學,此種教學模式有以下的好處
1.不必灌軟體就能學習
2.省去灌軟體及移除軟體的時間
3.操作練習中未出現錯誤訊息表示您已學會
4.學習的快慢由使用者吸收的進度來決定
5.可快速的訓練講師及助教
6.每個單元相當知識點;可任意根據需求排列組合
當然真正的核心就是教學活動設計;如何在各單元獨立的教學上又能貫穿整體;這就要靠教學功力了。
許多老師剛投入線上學習,一方面抱著學習的心態,再來抱著滿腹的熱忱,剛開始義無反顧的從劇本、螢幕錄製、多媒體後製、配音、到網站建置一手包辦,第一次是興緻盎然,等到軟體版本一翻新(現在可能是每年都在翻新),想到要重做一遍就提不起勁來,要克服此種方式,就需有一套很好的劇本格式,方便後製團隊很容易製作成各國語言的版本,同時版本翻新的畫面補捉;全由後製團隊來完成,如此老師只要在教學活動設計上不斷精益求精即可,如此才能做到完善的產業分工。

第二節未來發展
在眾多數位學習公司要脫穎而出;可由以下的方式來了解其競爭力
1.公司內的標準作業流程是否已建置完成
從命名規範到各階段的製作流程是否已標準化,如此才能量產而兼顧品質。
2.是否已有制式的表單能將專家的知識很容易的上線
本論文架構配合制式的表單,方便IT的學科專家將劇本形成,而不必與後製反覆的溝通,而增進量產效能。

3.具有線上的品質管控的系統

學科專家在撰寫劇本之初;從大綱開始就要有自評及不同的相同領域專家互評,待通過之後才開始撰寫內容,內容撰寫後一樣有自評及不同的相同領域專家互評,內容皆沒問題後才去後製。
評審的標準可參考數位型國家型科技計劃品質認證中心所訂的規範,目前的認證條文為V2.0,參考網站為http://www.elq.org.tw/contList.htm ;詳細內容如附件a

4.有合作分工的後製作團隊; 能快速的完成有學習成效的數位學習內容
後製團隊收到評審後的內容,透過本論文的架構,快速而不需溝通的方式後製成產品。

同時具備已上各點才是十倍速時代的明日之星。
在芬蘭的小孩子要在期末展示學習的成果,小學生平日拿著數位相機到處拍照,學期末先用文書處理系統製作邀請函邀請家長蒞臨,並運用繪圖軟體做些海報歡迎來賓蒞臨,現場並用簡報軟體結合日常的照片做展示,這些未來的主人翁要如何學習呢?其實只要文書處理、繪圖軟體、簡報軟體的基本單元學習後,再指導些整合的單元即可。科技始終緣自於人性,越來越方便的軟硬體不斷推陳出新,數位學習的內容您準備好了嗎?願本論文能加速您建構IT類的數位教材,也讓所有的學習者能在統一的界面快速學習。

附件A 數位型國家型科技計劃品質認證中心所訂的認證條文v2.0
參考網站為http://www.elq.org.tw/contList.htm ;詳細內容如下:

數位教材 - 認證條文 - V2.0
 

檢核重點若以綠色標示為必備檢核重點,若以灰色標示為選擇性檢核重點。

必備檢核重點為數位教材必須滿足之檢核重點,未能滿足九項必備檢核重點之數位教材將無法通過認證。

必備檢核重點必須滿足至少三分之二(含)以上之檢核要求,方符合該項檢核重點之品質標準。
規範一、教材內容(Content) 數位教材應提供正確的學習內容,並適切的組織與清楚合適的表達及呈現,使學習者能習得預期的教材內容。
檢核重點 1.1:
正確性(Accuracy)

檢核要求 1.
教材內容具正確性。
檢核要求 2.
教材內容符合學習者程度。
檢核要求 3.
教材內容能避免偏見與負面的刻版印象。
檢核重點 1.2:
內容組織與完整(Organization & completeness)

檢核要求 1.
教材的組織架構由合理且明確的單元所組成。
檢核要求 2.
對應於教材名稱與時數,教材所涵蓋之內容具適當深度與廣度。
檢核要求 3.
教材內容是由適切的份量及有意義的段落所組成。
檢核重點 1.3:
明確與合適(Clarity & appropriateness)

檢核要求 1.
教材內容的文字敘述(或講述)清楚合適,能讓學習者容易了解。
檢核要求 2.
教材內容所使用的範例、情境、個案…等能符合學習者的認知需求。
檢核要求 3.
教材內容提供適切的練習與評量。
規範二、學習導引(Navigation) 數位教材應提供學習者順暢進行學習活動的相關導引機制,讓學習者能有效掌控個人的學習活動進展。
檢核重點 2.1:
學習導引(Navigation)

檢核要求 1.
數位教材提供適切的學習導引功能(如:向前、後退、回主選單、離開、儲存、現在位置…)使學習者能有效控制學習的進行。
檢核要求 2.
學習導引功能容易操作與使用。
檢核要求 3.
學習者操控學習進行的學習導引機制設計(如:圖像、名稱、功能…等),沒有不恰當的衝突設計情形。
檢核重點 2.2:
操作指引與求助功能(Operational helper)

檢核要求 1.
數位教材內提供適切的操作指引,功能標示清楚且名稱使用具一致性。
檢核要求 2.
數位教材內能顯示目前學習的所在位置。
檢核要求 3.
數位教材內提供適切的求助功能或管道,功能標示清楚且名稱使用具一致性。
檢核重點 2.3:
學習追蹤 (Learner tracking)

檢核要求 1.
學習追蹤功能可正確顯示學習者已完成與未完成之學習內容。
檢核要求 2.
學習追蹤之相關功能標示清楚且名稱使用上具一致性。
檢核要求 3.
學習者再次進入教材時,提供回到前次教材學習位置之功能。
規範三、教學設計(Instructional design) 數位教材在教學設計的內涵上應達一致性,並提供學習者明確的學習目標、清楚的學習內涵呈現、適當運用學習策略以促進學習理解、良好的學習互動、及適切的評量與回饋等。
檢核重點 3.1:
教學目標(Instructional goal and objectives)

檢核要求 1.
數位教材清楚且合理地標示整體教學目標。
檢核要求 2.
教學目標清楚且合理地標示各個教學單元中,學習者所應習得的知識與技能。
檢核要求 3.
各單元目標完成後,可達成預定之整體教學目標。
檢核重點 3.2:
教學呈現與展示 (Presentation & demonstration)

檢核要求 1.
教學呈現與展示能有效呈現預定的學習內容。
檢核要求 2.
數位教材運用多樣化的教學呈現方式(二種以上)來傳達學習內容。
檢核要求 3.
教學呈現與展示能促進學習內涵與學習者先備知識的連結。
檢核重點 3.3:
練習與形成性評量(Practice & formative evaluation)

檢核要求 1.
數位教材提供適當的練習活動與回饋,幫助學習者精熟學習的內容。
檢核要求 2.
數位教材具形成性評量機制有助於學習者瞭解學習進展與效果。
檢核要求 3.
數位教材的練習或形成性評量活動內容與教學目標具一致性。
檢核重點 3.4:
總結性評量(Summative evaluation)

檢核要求 1.
總結性評量的內容與教學目標相符且適切涵蓋各教學單元。
檢核要求 2.
總結性評量活動能提供學習上適切的回饋且能指出學習成效不足之教學單元。
檢核要求 3.
總結性評量多樣化,具二種以上的評量方法(如:技能性採操作式或實作式評量、知識性內容採答題式評量、整體學習歷程採檔案評量…等)。
檢核重點 3.5:
促進學習之策略 (Learning facilitation strategies)

檢核要求 1.
數位教材提供學習者與學習內容之互動機會,學習者不是只按前進、後退、播放…等進行學習。
檢核要求 2.
運用適當教學策略(如挑戰、類比、案例、角色扮演、問題導向、模擬式…等非講述性策略)促進學習者主動學習。
檢核要求 3.
運用二種以上的教學策略以促進學習。
加分項目
教學策略的設計與應用具創意。
檢核重點3.6:
一致性(Congruence)

檢核要求 1.
數位教材的每個教學目標都有適量的教材內容供學習者學習。
檢核要求 2.
數位教材的教學內容能達成預定的教學目標。
檢核要求 3.
數位教材的教學目標、學習活動、及練習與評量的內容具一致性。
規範四、教學媒體(Instructional media) 有效的教學媒體運用、美觀適切的學習介面設計、及教學媒體設計與製作等將能促進對學習者的學習理解。
檢核重點4.1:
媒體設計與運用 (Media design & use)

檢核要求 1.
教學媒體之運用能促進學習動機與興趣。
檢核要求 2.
教學媒體能正確地傳達學習的內容。
檢核要求 3.
教學媒體之運用能促進學習內容的理解。
加分項目
教學媒體的表現具有創意。
檢核重點 4.2:
介面設計 (Interface design)

檢核要求 1.
學習介面(字型、組成、配置、呈現方式…等)具一致性。
檢核要求 2.
學習介面之設計與配置具美觀性。
檢核要求 3.
學習介面能適切、有效呈現教材內容。
檢核重點 4.3:
媒體元素 (Multimedia elements)

檢核要求 1.
媒體元素具有適切的製作品質。
檢核要求 2.
媒體元素(文字、圖片、動畫、影像、聲音…等)運用恰當且能發揮媒體特性。
檢核要求 3.
媒體元素的運用符合多媒體教學原則。

附件B參考著作
台灣發明專利(發明第I 257592 號)
台灣新式專利(新型第M 259275號)

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