应用悦趣化数位教材於国小学童平面几何学习成效之研究.pdf

Wu, Y.-T., Chang, M., Li, B., Chan, T.-W., Kong, S. C., Lin, H.-C.-K., Chu, H.-C., Jan, M., Lee, M.-H., Dong, Y., Tse, K. H., Wong, T. L., & Li, P. (Eds.). (2016). Conference Proceedings of the 20th Global Chinese Conference on Computers in Education 2016. Hong Kong: The Hong Kong Institute of Education. 296 應用悅趣化數位教材於國小學童平面幾何學習成效之研究應用悅趣化數位教材於國小學童平面幾何學習成效之研究 Using a Game-Based Learning Courseware to Study the Learning Effects on Plane Geometry of Elementary Students 范丙林1、王學武1*、李家瑩2、巫家瑜1 1 Department of Digital Technology Design, National Taipei University of Education 2 Department of Communication Design, Shih Chien University *hwwang@tea.ntue.edu.tw 【摘要】【摘要】 本研究目的在設計與開發一套國小平面幾何的悅趣化數位學習教材「米德玩形狀」 ，教材內容的編排是以 van Hiele 幾何思考層次理論與九年一貫課綱的平面幾何單元為基礎 。

共設計了七個遊戲關卡與一個測驗關卡，受測對象為國小一年級的學童，有效問卷共 24 份實驗結果顯示學童在四個思考層次的整體成就是進步且達顯著差異(P=.006)，表示本教材對於學童學習平面幾何是有正面影響的就不同思考層次的表現來看，學童在層次三的描述/分析能力(P=0.12)以及層次四的抽象/關係能力(P=0.15)的分數也都達顯著差異 ， 這表示本教材確實能有效的提升學童在較高層次的幾何思考能力 【關鍵詞】【關鍵詞】 平面幾何；；van Hiele 幾何思考層次；；悅趣化學習 Abstract: The purpose of this study is to design and develop a game-based courseware called “ME Plays Shapes“ for elementary students on plane geometry learning. The contents of this courseware are based on the van Hiele levels of geometric thought and Grade 1-9 Curriculum Guidelines of plane geometry. Seven different game stages and one challenge stage are designed in the courseware. The subjects of this study are first-grade students. The experimental results show that this courseware promotes students’ score and produces significant learning effects on the whole thinking level (P=.006). And there are significant differences on level3 description/analysis(P=.12) and level4(P=.15) abstraction/relation. Accordingly, this courseware really can effectively enhance students’ ability on geometric thinking. Keywords: plane geometry, van Hiele Geometric Thinking Levels, digital game-based learning 1. 前言前言 智慧型手機與以觸控為基礎的平板電腦已經成為國小學童所熟習互動裝置，透過這些載體 進行學習當然也成為日常生活的一部分。

然而這些載體上所提供數位教材若缺乏了足夠的回 饋、競爭與挑戰等遊戲因子是無法對學童產生持續的吸引力，自然也會影響到後續的學習動 機(Chen, Yang, Shen, & Jeng, 2007)如何有效的將遊戲因子有效而且巧妙的融入數位教材之 中以引起學童的學習動機與意願，一直是教師所努力的目標已有許多研究者探討悅趣化教 材應用於國小的輔助教學中，研究的成果顯示對於學童在數學概念的學習，如:平面幾何 (Chang, Sung, & Lin, 2007)、體積的概念(賴蕙慈，2009)與空間概念(王學武、黃榆婷、曾舒珮 和王嬿茵, 2009)等都能提升學童的學習動機與成效 平面幾何概念是數學科目中最基礎也是最重要的概念，而 van Hiele (1986) 幾何思考層次 理論也成為許多國家在編輯國小幾何單元的核心基礎 ， 然而實際將 van Hiele 幾何思考理論應 用在數位教材的例子卻不多，更遑論能針對學習對象在其適合的幾何思考層次上進行內容的 整體設計，並加入能引起學習動機的遊戲因子於教材的設計之中因此本研究的目的是針對Wu, Y.-T., Chang, M., Li, B., Chan, T.-W., Kong, S. C., Lin, H.-C.-K., Chu, H.-C., Jan, M., Lee, M.-H., Dong, Y., Tse, K. H., Wong, T. L., & Li, P. (Eds.). (2016). Conference Proceedings of the 20th Global Chinese Conference on Computers in Education 2016. Hong Kong: The Hong Kong Institute of Education. 297 六到八歲兒童，設計並發展一套以 van Hiele 幾何思考層次理論為基礎的悅趣化學習數位教 材，取名為「米德玩形狀」，同時探討低年級學童在使用本數位教材之後，在平面幾何的學 習成效以及對於數學學習態度的影響。

2. 文獻探討文獻探討 本研究所設計之教材「米德玩形狀」是以 van Hiele 幾何思考層次理論為基礎，並將能引 起學習動機的遊戲因子融入教材的設計之中 ， 以下將針對 van Hiele 幾何思考層次理論與悅趣 化學習兩個方向進行文獻的探討與回顧 2.1. van Hiele 幾何思考層次理論與相關研究幾何思考層次理論與相關研究 van Hiele (1986) 認為兒童的幾何思考分為五個層次，依序為視覺層次、描述層次、理論 層次、形式邏輯層次與邏輯法則本質層次，而且經由教師的適當引導，學童可逐漸提升到較 高的層次相關的研究大多在探討國小學童在五層次思考階段的分布情形(吳德邦、馬秀蘭、 李懿芳, 2007)，或是應用數位教材來提升學童的幾何思考層次，如 Logo 程式輔助環境 (李奇 荃, 2010)、Math Teach Tool III(陳淑貞, 2013) 或 GeoCAL(Chang, Sung, & Lin ,2007) Battista (2002) 針對國小學童的學習狀況對 van Hiele 的思考層次進行修正，修正後的前四個層次分 別為：層次一識別( recognition)，學童在此階段無法確認幾何圖形為何，教師須教導學童認識 簡單的形狀和形狀的術語。

層次二視覺聯想 (visual association)，教學上透過生活物品的聯想 方式來引導學童，以建立其視覺判斷與聯想能力，而非進行概念分析層次三描述/分析 (description/analysis)，學童必須能識別形狀如角和邊的屬性，教師須用概念來描述不同形狀的 空間關係層次四抽象/關係 (abstraction/ relation)，培養學童能針對幾何的進階分類以更符合 邏輯的方式進行思考GeoCAL(Chang, Sung, & Lin ,2007) 就是以這四個層次為基礎所設計， 並為每一個層次設計了兩個學習活動，其所採用的這四個思考層次架構提供了一個良好的基 礎，也是本研究在發展教材時的參考依據 2.2. 悅趣化學習與相關研究悅趣化學習與相關研究 Kiili 與 Lainema (2008) 基於體驗式學習和建構主義提出雙環式的體驗式遊戲模型 (Experiential Gaming Model) 如圖 1，其目標是透過遊戲描述學習過程，支持教育遊戲的發展 並在抽象層級描述遊戲設計的過程，此模型同時具有給設計者參考的設計循環(外環)，及描 述學習者學習歷程的遊戲循環(內環)。

針對其遊戲循環進行探討，描述學習者的遊戲經驗， 玩家受到挑戰時，為了突破困難，會依照之前的經驗解決問題，因此遊戲必須提供清楚明確 的目標與回饋給玩家，讓玩家進入心流經驗 圖 1 體驗式的遊戲模型 (Experiential Gaming Model) Wu, Y.-T., Chang, M., Li, B., Chan, T.-W., Kong, S. C., Lin, H.-C.-K., Chu, H.-C., Jan, M., Lee, M.-H., Dong, Y., Tse, K. H., Wong, T. L., & Li, P. (Eds.). (2016). Conference Proceedings of the 20th Global Chinese Conference on Computers in Education 2016. Hong Kong: The Hong Kong Institute of Education. 298 Garris, Ahlers, 與 Driskell (2002) 認為將教學內容和遊戲特性相結合，就能透過遊戲的特 質吸引使用者在遊戲過程中自發且反覆學習，而數位遊戲能引起學童內在動機要素包含屬於 個體類的挑戰 、幻想、好奇心與控制以及與人互動的合作、競爭與認可(Malone & Lepper, 1987)。

陳孟君(2009)將挑戰、幻想、好奇心與成就感等遊戲因子融入低年級二進位加減法的數位教 材中發現，實驗組在數學成功與數學探究分量上達顯著水準，而沒有融入這些因子的對照組 則在答題時出現隨意猜測的情形，並沒有認真的學習，Morán, Rubio, Gallego, Suárez 和 Martí n (2008) 的研究也有發現相同的情形 3. 研究方法研究方法 研究方法本研究是以 ADDIE 教學設計模式來開發「米德玩形狀」的教材開發，在學習內 容分析上是參考九年一貫學習綱要 、 現有市售關於平面幾何學習的 APP 教材以及現行六個國 小教材版本在低年級平面幾何的課程內容 教材內容與遊戲關卡的設計是以Battista (2002) 修 正 van Hiele 的前四個思考層次為基礎 ， 但排除較難在平板電腦上進行互動與操作的學習內容， 本教材的第一版本規劃了七個學習關卡與一個綜合的挑戰關卡，關卡層級依照 van Hiele 幾 何思考層次安排，關卡的情境設計則是參考體驗式遊戲模型為每一個遊戲關卡創造學習的情 境與目標，以「打怪獸」關卡為例。