資訊科技融入科學教學
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張國恩

國立臺灣師範大學資訊教育系教授

壹、前言

我國資訊教育的發展是從電腦輔助教學(Computer-Assisted Instruction, CAI)起,經由電腦課程的實施,到九年一貫課程中的資訊融入教學。這種脈絡正符合現今學習科技(Learning Technology)的發展,也滿足學習觀點的改變。建構論者認為知識是經由學生自我觀察外在事物後探索、體會、與省思等思考活動(Thinking Activities)而建立的,強調以學生為中心(Learner-Centered)的學習環境。在建構論的主張下,老師所扮演的角色由知識的傳授者蛻變到知識建立的協助者。學生與老師的關係也由“從老師身上學(Learning from Teacher)”轉變成“和老師一起學(Learning with Teacher)”。正由於此種學習觀點的改變導致了現今學習科技的發展。早期學習科技發展者注重如何利用科技建立一個學習環境,此環境提供一些教學資源,讓學生可從中穫得知識,此種提供教學資源的方式依然採用知識是被傳授的觀念,而非知識是自我建構的觀點,其目的是要取代老師傳授知識的角色。然而受到建構論的影響,現今學習科技的發展注重如何把科技當作學習工具,學生利用這些工具發展知識,也就是學生將工具當作學習伙伴(Learning Partner)。學生與科技間的關係如同學生與老師間的關係,由“從科技學(Learning from Technology)”轉變成“用科技學(Learning with Technology)”。

近年來電腦與網際網路的發展已逐漸成熟到人們重新思考學習與資訊科技的關係。目前而言,資訊科技是學習科技最重要的應用,其發展趨勢始於電腦輔助教學,資訊素養與電腦技能的訓練,到資訊融入教學。Jonassen等學者 (2000)曾在所著的書中說明學習資訊科技有三階段的發展,分別是「從電腦學(Learning from Computer)」、「學電腦(Learning about Computer)」、與「用電腦學 (Learning with Computer)」。Jonassen的三階段發展對應到我國資訊教育發展分別是電腦輔助教學,電腦課程的實施,與資訊融入教學。雖然我國資訊教育發展呼應Jonassen的三階段發展,但每一階段的進展皆有基礎條件,而國內環境是否已具備?本文將以建構學習理論的觀點分別說明三階段的內涵,並就學校軟硬體環境,提出如何實行資訊融入教學。

貳、從電腦學:電腦輔助教學

電腦輔助教學是「從電腦學」的典型例子,其原始目的是為了協助老師的教學,幫助學生在教師教學過程中獲得知識。一般而言,教學過程分為教材講授、學習引導、作業練習、與學習評量等。為了協助老師進行四步驟的教學需要,電腦輔助教學就依據這四步驟的精神而設計。根據StephenStanley (2000) 的著作,電腦輔助教學按照所採用的教學策略可分類為教導式(Tutorial)、練習式(Drill)、模擬式(Simulation)、遊戲式(Game)、測驗式(Test)、與建構式(Construction)等。不同教學策略適用於不同的教學步驟,例如教導式的軟體適合教材講授階段、練習式適合實施作業練習、測驗式可用於學習評量階段。雖然電腦輔助教學是按照教學策略做分類,但不同的教學策略可組合到同一軟體中。

由於傳統教室教學四階段實施的中心論點認為知識是由老師在課堂上教給學生,因此依據此種教學四階段而設計成的電腦輔助教學軟體也採用了「從電腦學」的觀點。例如教導式的教學軟體是將教材與講授方法(或教材教法)編織到電腦內,編織方式可依實際教學經驗以多媒體型態表示。在實際教學中,老師應用電腦展現教材內容,並由電腦提出問題供學生回答,問題形式大部份採用選擇或是非題,學生回答問題後,電腦依據答案給予回饋。若學生回答正確,則電腦展示獎勵畫面,反之電腦會進行補救教學。然而,診斷學生的學習狀態不易由回答選擇或是非題完成,而補救教學也是一種相當複雜的程序,無法僅由教材的重覆展示完成,因此教導式軟體的補救教學功能受到質疑。另外,教導式軟體採用了「用電腦教」的方式傳遞知識給學生,此論調與現今學習理論相違背。甚至,由於教導式軟體的缺乏彈性,致使學生更無法在學習中思索而內化知識。現今學習理論主張經由直接教導而未內化的知識會形成未活化知識(Inert Knowledge),也就是所習得的知識無法被實際應用。

近年來網際網路的蓬勃發展,有很多教學軟體直接建立在網路上,也有很多網站設置各式教材內容,這些網站雖然提供很多資訊讓學生擷取,但如同教導式軟體,所差別的只是將「從電腦學」轉變成「從網路學」。就學習觀點而言,這些網站只能是資源網站,而非所自稱的學習網站。對融入教學而言,重要的是如何將這些網站的資源與教學活動結合,而不是僅擷取資源形成教材而已。例如有些老師會擷取網路上的多媒體教材,經由簡報軟體的編輯做成電腦投影片而授課。對學生而言,這只不過是將書本的教材資源轉換成電腦資源而已,依然是從某某學。換另一方式若能由學生自行運用資源網站與簡報軟體來從事老師所預訂的教學活動,則學生就可以在完成學習活動的過程自行建構知識,例如老師先預設教學活動,讓學生透過網路搜集相關資料做為解決問題的依據,完成後學生可使用簡報軟體來展出成果。在整個過程中,老師可給予學生適當的協助與導引,而學生可從網路資料搜尋中學習如何探索知識 (Knowledge Exploration),並利用簡報軟體的功能練習知識重整(Knowledge Reorganization),這說明了學生利用資源網站與簡報軟體兩工具來從事學習,而非老師用資源網站與簡報軟體做成教材後教學生,此也是「用電腦學」與「從電腦學」的不同。

電腦輔助教學的其他策略,如模擬式(Simulation)、遊戲式(Game)、與建構式(Construction)等,已考慮到「用電腦學」的重要。這些策略均強調學習環境的建立,學習環境提供了各類學習工具讓學生能操弄學習活動,例如視覺化工具可讓學生觀看抽象函數的圖形變化,虛擬實驗室可讓學生組合實驗器材並運用儀表工具觀察實驗結果。另外,這些學習環境大多是開放式的,允許學生有最大彈性的操作,而且與遊戲結合以提高學習動機。總之,電腦輔助教學無論在個人電腦或網路上建置,其策略逐漸由「從電腦學」的方式發展到將教學軟體當做智力伙伴的「用電腦學」模式。

參、學電腦:電腦課程

近年來國中小皆實施電腦課程,每位學生皆需建立基本電腦素養與技能。然而九年一貫課程中已將資訊列入重大議題並融入其它學科的教學,同時也規定需有時間實施電腦實習,這意謂電腦學習與融入教學的並行。就學習科技的發展趨勢知資訊教育的發展是由電腦學習階段至融入教學階段,故現行九年一貫課程中的資訊教育規劃可謂是過渡措施。如何由電腦學習階段轉至融入教學階段,需考慮下列三項條件:

一、 大多數學生是否已能自行使用電腦

由於電腦與網路的普及,使得家家有電腦與網路連線,學習機會增多,學習年齡降低,基本技能從小學生開始皆已在學習。無論在學校或家裡,由於電腦操作與上網練習的機會增多,老師也常將學校作業交付給學生用電腦完成。因為作業的簡單,學生甚至於不須瞭解電腦知識而只要具備基本操作技能也大都能完成。另外,商用軟體的簡單化使得學生很快地自行揣摩而學會軟體大部份的功能,通常這些功能足以協助學生完成作業。電腦學習環境逐漸與日常生活結合,相信不久的將來,大多數學生已能在潛移默化中自行使用電腦。

二、 是否已普遍認知到電腦當學習工具的重要,而非電腦本身

目前的電腦課內容大致上分為基本概念、軟體應用、與使用態度等。基本概念含電腦軟硬體、作業環境、檔案操作、程式語言等。軟體應用是指商用軟體的使用,如文書處理、繪圖軟體、網際網路、資料處理等。電腦使用態度的課程內容探討了資訊安全、電腦病毒、與智慧財產權等。雖然這些內容對電腦學習本身相當重要,但對學生學習或當學習工具而言,如何運用電腦在學習上更為重要。然而電腦當作學習工具需依據學習理論,而如何結合電腦工具與學習理論對老師、學生、家長,甚至於行政決策人員皆陌生。目前大部份普遍認知到資訊融入教學的重要,但依然以電腦為主,而非考慮學習需求,致造成“為融入而融入”,不知融入教學的精神與方式。

為了融入教學的實施,老師多採用電腦投影片、電腦輔助教學軟體、與網際網路搜尋等。在實施過程中不但以老師為主,也無法將教學活動與電腦融合在一起。大部份的活動都是將電腦當作學習資源,讓學生從電腦學習,而非使學生用電腦學習。例如電腦投影片、電腦輔助教學軟體、與網際網路搜尋等都是讓學生「從電腦學」。另外,電腦投影片與電腦輔助教學軟體兩者皆採「以老師為中心」的教學模式,與建構論所主張的「以學生為主」的論點不相符合。有關網際網路搜尋的學習作業大多由老師出題讓學生上網搜集資料並做成報告,由於網路操作的方便,令學生很容易地搜尋到資料並複製到報告中。此種搜尋與複製過程和圖書館的資料搜集不同,大多是未經思維的整理,其學習效果令人質疑。換句話說,利用網際網路為工具而做資料搜尋是一種未經思維的學習活動。從網路上搜尋與複製資料也常有「抄作業」的嫌疑,使人疑惑這種學習行為的適當性。

為了從「從電腦學」過渡到「用電腦學」,老師需要認知到任何用電腦或網際網路做為教學活動工具必須和學習理論結合,而且也要認知到未經驗證或僅具直覺觀的融入教學模式不但無助於學習,也可能造成後遺症。如何引用國內外的教學實例與規劃融入教學活動也是學校近期重要工作之一。

三、 電腦課程設計是否從「學術面向」轉移到「應用面向」

任何技能課程的學習皆有兩個層面,一是學術面向,一是應用面向。例如汽車課程對汽車專業人員而言,了解汽車各部分是相當重要的,但一般大眾只要了解如何操作車子就可以了。同樣地,一般大眾學習電腦的目的僅是要學會如何使用電腦於日常生活中,故電腦課程設計的目標也是要教會學生能應用電腦,而不是電腦本身。依照已公佈的九年一貫課程大綱知電腦課程內容也朝應用面向設計,目前的問題是學校如何在過渡時期利用時間實施電腦課程,養成學生具有充分運用電腦的能力。同樣地,在課程實施中,老師也需要增加學生運用電腦於學習的經驗。

衡量目前國內各級學校的軟硬體環境與融入教學的認知,軟硬體環境的建置漸趨完備,但對融入教學的精神與資訊和學習的關係普遍認知不足。到目前為止,上述三大條件還未達到,因此過渡時期依然存在。在這時期中,除了電腦課程的確實實施與老師電腦基本能力的養成外,如何培訓老師了解融入教學的精神與方法是最重要的工作。

肆、用電腦學:資訊融入教學

資訊所扮演的角色漸由「將資訊當老師」轉換成「將資訊當學習伙伴」,其理由可由電腦與學習的關係做說明 (Jonassen, 2000)

一、電腦支援知識建構(Knowledge Construction)

知識建構注重學生能用已知的知識自我表達新學到的知識,在自我表達的過程中,學生有機會重整概念、理論、與信仰,讓學習更鞏固,達到有意義學習 (Meaning Learning)的目的。現有軟體中,簡報軟體是知識重整與建構的一種工具,學生可以將學校所學的新知以多媒體的型態呈現出來。在做簡報設計前,學生必須先徹底理解新知識,然後重整知識與做成摘要,最後整理成簡報並報告。老師在過程中需讓學生了解簡報的意義與準則,引導學生做好簡報,並從學生的簡報中了解學生的學習狀態,再給予建議。另外也可以利用資料庫做表格設計,使學生在決定表格欄位時能建立知識關係(Knowledge Relationship)以利知識表徵(Knowledge Representation) 的建構。試算表的數學函數運算功能也可以讓學生建立知識模型(Knowledge Model),知識模型也是知識表徵之一,可做為知識建構的工具。當然資料庫與試算表的功能較複雜,也需要較大的協助,甚至需要專業人員設計完成後,由老師出題、學生練習。

網路時代的來臨,使得在網路上做簡報也成為可能,網頁製作是其中工具之一。由於網頁製作的多樣化與複雜性,能力強的學生更能用來做知識表達,更有助於知識重整與建構。然而目前網頁製作軟體功能過於龐大,一般學生無法使用這些軟體,如何給予協助成為老師的責任。

二、電腦支援知識探索(Knowledge Explorations)

科學教育強調學生的知識探究能力,認為學生經由觀察、假設、找證據等探究過程有助於科學學習。李啟龍(1998)在碩士論文中提及網際網路如何協助學生進行探究學習,並設計一個網路化合作探究學習系統。該系統首先提供一篇未具結論的文章供學生閱讀,讀後,系統提出一個爭議性的問題,例如“金字塔是否由外星人建造?”,此種探究問題需有足夠資料以供學生探究。探究過程中,學生先按照所閱讀文章中的可能證據提出此探究問題的可能答案,這就是科學探究中所謂的「形成假設」階段,例如學生可能形成這樣的假設,如「金字塔是由外星人建造」。但假設是否為真,則需要有更多的證據,因此搜集資料以形成證據是科學探究的第二階段。網際網路是一個具有豐富資源的大型資料庫,正是提供可能證據之所在。接下來的證據搜尋就是利用搜尋引擎在網際網路找相關網站。學生先就探究主題想出與主題有關的關鍵詞,並依關鍵詞搜尋網路上的相關網站,老師在此階段可協助學生想出關鍵詞或列出相關網站。在搜尋資料的過程中,若發現可能證據,學生可利用系統內定的記事本暫存。除了資料搜集外,同學也可以透過網路溝通以合作學習方式分享彼此間的想法與所搜集到的證據。依據所搜集到的證據與同學間的溝通,可以決定是否支持原本的假設,或推翻假設。最後學生可以將整個過程整理成報告後呈現。

上述網路資訊的搜尋方式是與探究學習理論結合,而非一般僅搜尋與複製的方式。但若無適當系統,老師也可設計學習單,配合網路功能完成。例如學習單的設計可列入一個主要探究問題與多個引導性問題,並註明一些關鍵詞和相關網址。引導性問題都是一些具有明確答案的簡易問題,其功能是經由這些問題的回答使得探究問題的證據可以表現出來,因此學生先要回答引導性問題後,才能有較多證據回答探究問題。所有回答過程皆利用網站搜尋完成,而學習單製作與報告可使用文書處理軟體或簡報軟體完成。

三、電腦支援作中學(Learning by Doing)

作中學的精神是讓學生經由不斷的練習與操作而建構知識,並不是由老師告之。老師所扮演的角色就如同教練般地指導選手,重要的是學生不斷地練習與體驗而學得。通常作中學建立在模擬化的真實問題、狀況、與情境,如汽車修護實驗室、物理化學實驗室等。由於作中學的練習重複性與情境真實性,電腦的互動特性與多媒體效果正可滿足需求。電腦輔助教學軟體可以模擬各類實驗室,學生在其上可以不斷練習以建立知識。反覆練習式的學習軟體也能提供給學生練習機會,例如,由臺師大資訊教育系張國恩教授指導製作的「數學分類」反覆練習式軟體(李孟達,2001),提供給幼童各種分類練習,經實地實驗證明幼童經不斷練習後可建立數學分類觀念。另外,具有學習功用的遊戲式軟體也能提高學生學習動機而不斷操弄,張國恩教授另指導製作的「數字筆劃」遊戲學習軟體正具有此項特色 (吳振銘,2001),各種不同遊戲的操作可令幼童學會數字概念或數字筆劃。

四、電腦支援合作學習(Collaborative Learning)

合作學習分成同步與非同步兩種,同步合作學習是指兩個以上的學生在同一時間一齊學習,例如,他們可以先將欲學習的主題分成多個小子題,分派給各小組。每一小組的成員合作完成子題的學習後,將學習結果與其他小組成員分享。另外,學生可輪流扮演不同角色,例如輪流當小老師接受其他同學的發問、也可當評論者以批判其他同學的作品。當然一齊寫作文、一齊完成作品皆是同步學習的一種。

非同步合作學習指學生在不同時間共同從事學習活動,例如運用電子佈告欄(Bulletin Board System, BBS)做學習活動的平台。在電子佈告欄上老師可公佈一個討論主題,鼓勵學生參與討論,監督學生的討論情形。學生在電子佈告欄上可以針對討論主題提出建解或辯論,經由不斷地腦力激盪,讓主題論點更為清晰。由於電子佈告欄的特性,學生可以在不同時間上網討論,O’Malley (1994) 曾說明電子佈告欄有助於較害羞學生的學習。

一般而言,同步合作學習較容易在教室實施,不易利用網路實施,而非同步合作學習不容易在教室實施,但易於網路實施。目前網路上有很多非同步學習網站,但大多提供教材內容供學生上網瀏覽,尚缺學習活動,依然採用以老師為主的教學方式,符合「從電腦學」的模式,其學習效果令人存疑。

五、電腦支援反思學習(Learning by Reflection)

電腦被當作學習上的智力伙伴,幫助學生能清晰地表達已學的知識,反省所學與所知。上述電腦或網路學習方式提供機會讓學生做內部協商(Internal negotiations)與知識內化(Knowledge Internalizing)。任何在電腦或網路上的學習活動只要滿足建構論以學生為主的觀點,讓學生有機會自我表達知識,就能夠支援學生反思學習。

伍、資訊融入教學的內涵

由上面討論知學習科技理論的發展已支持未來學習模式朝向「用電腦學」的方向,加上電腦與網路科技的進步,使得「用電腦學」成為人類學習的一大里程碑。有鑑於此,在九年一貫課程中資訊融入教學成為相當重要的議題。近幾年來,電腦科技不斷地創新,已進步到足以影響教育的變革,尤其電腦網路與多媒體技術的成熟,促使老師考慮運用電腦在教學上。老師如何運用電腦在教學上的方法很多,如上所述的運用多媒體效果呈現多樣化的知識內容、設計一些教學活動讓學生上網蒐集資料並整合以完成作業、或利用模擬軟體將抽象化的學科知識以視覺化的方式表達出來等皆為其中的一些方式。然而哪些方法對老師最易於實施、或對學生最具學習效果、或兩者兼顧,是值得探討之主題。

九年一貫課程中,學生應培養十大基本能力,其中“生涯規劃與終身學習”、“運用科技與資訊”、“主動探索與研究”、與“獨立思考與解決問題”等能力皆與電腦融入教學有關。換言之,電腦融入教學的意義係指老師運用電腦科技於課堂教學上和課後活動上,以培養學生“運用科技與資訊”的能力和“主動探索與研究”的精神,讓學生能“獨立思考與解決問題”,並完成“生涯規劃與終身學習”。依據電腦融入教學的意義,若欲成功地進行電腦融入教學,需考慮下列內涵:

一、 電腦融入教學的範疇:係指一般學科中哪些教材內容方需運用到電腦教學,如何找到適合電腦融入教學之教材特性是範疇的主題。

二、 電腦融入教學的模式:係指老師從事電腦融入教學的方法,在這些方法中有哪些資源可用,其可行性與效益如何,每種不同的方法對老師角色定位有何改變等。融入教學模式的定義需從教材、教法、學習理論、老師與學生定位等多方面考量。

三、 電腦融入教學的環境:係指從事電腦融入教學時學校的配合措施,在此配合措施中,除了學校的軟硬體建設外,全體教師的電腦素養也是融入教學成功與否的重要因素。

雖然在上節曾說明學習科技的變革與從建構論的觀點討論電腦融入教學的精神,本文更務實地詳細說明此三方面的融入教學內涵,另也將探討在現今校園環境下實行融入教學時可能遭遇的困難與解決之道。

陸、電腦融入教學的範疇

自從發佈電腦融入各科教學的新課程方向後,有老師質疑此項政策,也有老師無所適從,不知如何實行融入教學。很多老師認為以往的黑板式口授教學方式已能達到良好的效果。然而,近年來的教育改革與教學理論的創新皆促使老師的教學方式需做多元化的變革,電腦融入教學是其中之一。另外,就學習理論而言,電腦融入教學對學生能力的培養確有助益,但是電腦融入教學無可厚非地將對老師造成挑戰,首先面臨的是教材的選擇。到底哪些教材需要利用電腦來幫助教學常造成老師的困擾,下列舉出一些適用於電腦融入教學的教材範圍。

一、抽象化的教材:有些教材所呈現的知識是很抽象的,學生不易了解。例如,自然或數學領域中的式子常令學生無法理解,造成學習動機低落,若欲提高學習動機和增進學習效果,有必要將抽象化的教材以視覺化展現。例如,將數學函數以真實的圖形表現出來更有助於學生理解。視覺化展現的最好工具當屬電腦,尤其電腦多媒體特性更能以多樣化的方式表達出易於理解的效果。另外有些抽象化的教材內含理論模型,不易口頭說明,因此如何用商用軟體的內建數學函數與多媒體展現功能表達抽象模型,也是協助學生理解的方式。前述所舉例的資料庫與試算表功能就可當教材模型化學習的輔助工具,然而由於此兩工具較複雜,因而較少被應用。

二、需要培育從事實物演練的經驗:有些教材需要讓學生實際操作練習以獲取經驗,如各類實驗與實作等。為了讓學生有不斷練習的機會,可運用模擬軟體,例如模擬飛行軟體可協助飛行訓練、數位電路模擬軟體可讓學生練習電路實作等。有些電腦輔助教學軟體是屬於此類,因此可以應用到實際教學活動中做為學生自行練習以獲取經驗。

三、學校無法提供問題解決的環境:課程中有些重要教學活動會用到校外的資源或不易取得的資源,由於資源取得不易致使老師省略這些教學活動。現今網際網路的發達,提供了相當多的教學資源,這些資源也使得老師容易實施教學活動。例如,有些教學活動需要學生收集與整理資料,此時網際網路所提供的多樣化資料庫就有助於學生完成活動。利用網際網路做資料搜尋、整理、與分析是培育學生問題解決能力的一種重要技能。

四、學校所欠缺老師的一些學科:現代的課程愈來愈多元化與專業化,以致學校有些學科欠缺專業化的老師,此時若能利用遠距教學補足老師,對學生接受課程的完整性將有助益。遠距教學方式也可應用到融入教學中。

五、引起學生學習動機:有些教材用口述講授較為單調,無法引起學生興趣,使得學習效果不佳,這些教材可用電腦重新編製,使成多媒體教案。結合文字、圖片、動畫、音效等的教材展現較能引起學生學習動機,使學習集中以獲致較佳學習效果。另外,也可引用有趣的多媒體CAI軟體來幫助教學或讓學生自行學習。

六、自我診斷與自我評量:知識診斷或學習評量對老師而言負擔極重,利用電腦線上評量或診斷系統不但可減輕老師負擔,也可得到學生質的診斷結果,然而,電腦線上評量或診斷系統還有待發展。目前市面上的題庫系統僅注重分數評量,缺少診斷功能,對老師或許有幫助,但對學生的學習效果有待考驗。

七、學習能力的發展:九年一貫課程的實施目標是為了培育學生具有十大基本能力,然而其中有些能力並無法由知識面的教學而建立完成,例如“主動探索與研究”、“獨立思考與解決問題”等能力皆需在學習過程由學生不斷地自我省思後養成。一個好的學習環境就是要建立學生持續開發學習能力的機會,電腦工具可以提供這方面的練習機會。前面曾說明如何利用網際網路完成探究學習是其中的一種方法,另外具有開放建構環境 (Open-Ended Construction) CAI軟體也是很好的工具。

八、社會技能的學習:十大基本能力的培育中也考慮到學生相處之道,進入團體或社會的生活技能,如學生的溝通、協商、討論、與評論等能力與尊重他人,禮貌待人、樂於助人等態度。雖然這些社會技能的學習不易由目前的網路化合作學習完成,但可將網路環境當作學生們在課堂上進行合作學習的輔助工具,因此老師可透過團體活動設計,讓學生利用網路功能,如電子佈告欄、電子郵件、網路瀏覽等,進行遠距合作學習。

柒、 電腦融入教學的模式

選定教材後,如何利用電腦資源將其表現出來,或電腦資源如何配合教學活動等皆為融入教學的接續工作。雖然前面曾討論過多種方法,本節再進一步地檢討目前一般老師較常用的三種方式,分別說明如下。

一、電腦簡報的展示:此種方式如同傳統的投影片教學,但需使用電腦簡報軟體製作。雖然簡報軟體可以結合多媒體做多變化的展示,但不適當的簡報方式會造成較差的教學效果,且對中小學學生而言較不習慣。為提高學習動機與教學效果,教材的簡報需結合"有意義的多媒體展示"或隱喻(Metaphor)效果。所謂有意義的多媒體展示或隱喻效果是指每一媒體的展現皆需包含教學意義,是學生能理解的,而不僅僅是有趣。換言之,任一媒體的展示對老師需有輔助教學的功能,對學生需有認知理解與認知掛鉤(Cognition Hook)的效果。簡報若使用過多或太過複雜的媒體可能會造成多餘效應(Redundant effect)。多餘效應會引起認知負載(Cognition load)問題致使學習效果降低。另外,如前所述,老師也可指導學生使用簡報軟體將所學表達出來,以助知識重整。

二、電腦輔助教學軟體的運用:將抽象化的概念以視覺化的方式表現出來有助於學生觀念的理解,或利用模擬軟體建立學習環境以協助學生操作練習等都是CAI軟體的功用。選擇適當的CAI軟體來幫助老師教學或學生課後學習是融入教學的模式之一。然而,市面上的CAI軟體種類繁多,大多數重視視聽效果,是否能當做融入教學的工具還需探討。一個不具教學理論的CAI不僅沒有教學效果,對學生往後學習還會造成不良影響。選擇適當的CAI軟體可從下列因素考慮。

1. 結合認知理論的學習環境:目前市面上CAI軟體常建立學習環境以利學生練習,但環境的建立只注重多媒體技術的賣弄和趣味性的強調,而忽略認知理論的結合。有些CAI軟體雖號稱具有某種學習理論,但提不出實驗證據。CAI軟體和遊戲軟體的差別在於認知理論的有無,故老師選擇適當CAI軟體的首要條件是軟體的學習內涵。選擇出的CAI軟體定先要能說服老師自己,並得到學習效果的證據。

2. 視覺化或情境化的教學工具:CAI軟體不一定要建立學習環境,也可以是幫助老師教學的工具。在教學時可能碰到老師不易表達或學生不易理解的教材,此時電腦化教學輔助工具就需要了。例如老師在教授抽象概念或描述真實情境時,為了在教學過程中展示學生實際生活經驗可理解的教材,可以利用視覺化或情境化的教學工具,如此較易協助學生達到有意義的學習,這些教學工具對老師教學是很有幫助的。這些軟體工具可以協助學生建構知識,通常稱為心智工具(Mind Tool)

3. 模擬軟體:有些教材描述了與學生生活經驗脫離的知識,例如身體內的血流變化、南半球的星座、飛翔的感覺、電腦內部運作、自然現象等。這些教材在課堂上不易以學生經驗可理解的方式表達出來。如果應用相關軟體模擬這些知識,對老師上課將有助益。另外,有些課程需要學生不斷練習以達熟能生巧或觀念逐漸理解,例如物理與化學之實驗操作、電器之故障排除練習、飛行訓練、技職教育之技能訓練等。若能設計軟體化之實驗平台,也就是將真實世界微型化到軟體中,則此類軟體將有助於學生的學習。通常這種模擬真實世界的軟體稱為微型世界的CAI (Microworld CAI)。

4. 診斷式評量工具:傳統的評量都是採用考試成績,此種量化的結果無法診斷出學生學習的真實狀態,導致不能夠據以因材施教。現今的教育觀點重視質的評量或學生的定性分析。然而質的評量與定性分析是要了解學生知識的認知狀態,診斷出學生的迷失概念。此部份的工作相當複雜而不易實行,因此利用電腦做線上診斷為適當的方法。雖然電腦化診斷工具還很欠缺,但目前已有些研究開始探討此類工具的設計,例如張國恩教授所負責的研究室嘗試發展概念構圖式的知識命題診斷工具 (Chang, Sung, and Chen, 2001)

5. 問題解決導向軟體:建構論強調知識是由學生自行建立而得,老師可以從旁協助。現今數學教育採用建構論的方式,注重學生問題解決能力的培養,強調學生自我解題。同樣的,重視自我解題經驗的建構論也被應用在其他學科上。一個合適的CAI軟體需能幫助學生培養解題經驗,故問題解決導向的軟體有助於融入教學的實施。

三、網際網路資源的使用:網際網路上有相當多的資源,可視為大型教材庫。教材庫的內容多樣化,而且以多媒體的網頁呈現,可以將其擷取整合到教案中,對老師編輯教案很有幫助。教材庫的內容大略可分為下列四項:

1. 網頁化書本型態:目前有很多單位將傳統的教科書轉成網頁,並具有多樣化與多媒體化。例如教育部的教材資源中心網站(content.edu.tw)、動物園網站、氣象局網站、教育部終身學習網(lifelong.edu.tw)等。這類網站的資源最多,表現方式最多樣化,供老師取材的空間最大。如果配合搜尋引擎,不但讓老師容易取得資料,也可令學生自行蒐集資料、整理分析等。若結合學習理論(如探究學習理論),並充分應用這些網站資訊,將有助於老師教學,也有助於學生問題解決能力的培養。

2. 網路化CAI軟體:網路的普及使得CAI軟體的網路化成為可行,例如臺灣師大物理系所發展的物理實驗室網站(www.phy.ntnu.edu.tw) style="font-family: 標楷體;">就將一些抽象化的自然現象模擬成視覺化的展現,像此種網路化的模擬軟體可供老師輔助教學之用。目前有關網路化CAI軟體的網站還不是很多,值得學術機構繼續發展。

3. 非同步論壇:網路化討論站,如佈告欄(BBSBulletin Board System),有相當多的子題讓有興趣者參與討論,經由討論中的腦力激盪能讓參與者澄清觀念。或有些較害羞的學生雖不敢參與討論,但可經由觀看其他人的討論而獲得正確的知識。討論站的建立相當容易,學校可以協助各科老師建立相關主題的討論區。討論區建立完成後,老師可設定某項教學子題讓學生上網討論,並可觀察學生討論情形以獲知學習狀況。另外老師也可參與討論或回答學生所提出的問題,引導或鼓勵學生深入探討使能獲得正確的知識。學生參與討論除了獲取正確知識外,對人與人之間的溝通協商能力也有所培養。由於網路化討論站的容易建立與高學習效果,故學校可以發展所有學科討論區以利老師教學活動的設計。

4. 遠距教學:其型態分同步與非同步教學兩種。同步教學是指多人同時連上網站進行合作學習。在合作學習當中,參與的學生可以互相討論、互相鼓勵地共同解決問題。雖合作學習具有學習效果,但目前之技術未成熟,發展出的網站並不多。非同步教學網站已有多所學校建置,此類網站允許學生隨時連上進行學習,上網時間不固定。在非同步教學網站中的內容有教材展現、習題與解答公告、討論區、注意事項、或老師回應等。如果老師電腦操作能力較佳,則可建立此類網站以利教學。

依據上述融入教學模式,老師可利用電腦資源設計教案,設計融入教學的教案時應考慮下列項目:

1. 需求性:並非所有教材皆需要利用電腦來輔助教學,若確實需要,則教案設計時所應用的電腦資源也必須滿足輔助教學的需求。

2. 可行性:在應用電腦融入教學時,所使用的電腦資源在學校現有的環境下必須能實行。每所學校的軟硬體環境皆不同,因此可使用的電腦資源也不同,在考慮電腦融入教學時,必須注意到資源應用時的可行性。

3. 符合學習理論:電腦融入教學的目的除了提高學生學習動機外,更大的作用在於增進學習效果,故任何融入方式皆需滿足學習效果的提升,因此教案設計時,電腦資源的融入方式必須符合學習理論。

4. 與原始學科教材之結合程度:融入教學的電腦資源與原始學科教材的差異不能太大,否則在實施教學時會造成認知負載過重。因此教案設計時,所選取的電腦資源應配合原始學科的內容,其展現方式應考慮學科的表現內涵。

5. 資源性:融入教學所運用的電腦資源是否容易取得或具有合法性,故設計教案時所考慮的教學資源應容易取得,並滿足智慧財產權。

捌、電腦融入教學的環境

學校軟硬體設置、行政配合措施、與老師電腦素養皆會影響電腦融入教學成功與否。為了配合電腦融入教學的實施,學校應有下列配套措施。

一、訓練各科老師具有基本電腦使用能力

老師設計融入教學的教案時需先搜尋電腦資源,運用搜尋到的資源作成教案,完成教案後作教學展示,這些工作皆需利用電腦完成,若老師未具備電腦基本使用能力,就無法實行電腦融入教學,學校有責任協助各科老師具有如下的基本能力:

1. 應用電腦與各週邊的使用能力:指電腦主機的開與關、滑鼠與鍵盤的使用、磁碟機的操作、插座的連接、螢幕的調整、印表機的使用等

2. 中文輸入能力:指中英文輸入、符號輸入、熟練一種輸入法等。

3. CAI軟體評估與使用能力:指判斷CAI軟體的功效、安裝與使用CAI軟體、CAI軟體融入教學的應用等。

4. 資料處理能力:指文書編輯與排版處理、多媒體與文書的結合、簡報製作、資料分析與統計處理、簡易網頁製作等。

5. 網路應用能力:電話撥接上網、瀏覽程式的使用、網路資源的搜尋與取得、電子郵件的使用、電子佈告欄的運用等。

二、規劃人人可上網的環境

網路對融入教學的重要促使全校師生都應有網路帳號,因此規劃全校校園網路就很重要。除了電腦教室網路化外,一般教室的網路化也需規劃。另外,推動學生家堻]置上網環境對老師課後教學活動的安排也是需要的。為了讓學生能從家堣W網,學校有必要設置撥號網路系統。

三、各科成立融入教學研究會

不同科目的教學資源與融入教學方式皆不同,若能集思廣益設計融入教學方案,對老師的幫助相當大。融入教學之教材教法設計與老師以往的訓練不同,成立教學研究會可釐訂新的教材教法原理、設計教材教法規範、與推廣教案製作。

四、鼓勵老師發展融入教學之教材教法

對老師而言,發展融入教學之教材教法是新鮮的,因此可能會造成困難而裹足不前。教育行政當局有必要實行配套措施以鼓勵老師發展融入教學之教材教法,例如舉辦研習會推廣電腦融入教學、製作融入教學教案講習、甄選優良的融入教學教案、選擇與補助示範學校開發融入教學教案等。

五、培育學生電腦基本素養

如同老師的電腦基本使用能力,學生也應該具備電腦基本素養,如應用電腦與使用各週邊設備的能力、中文輸入能力、CAI軟體使用能力、資料處理能力、與網路應用能力等。然而新課程中已無電腦課,如何安排適當的機會教導學生使用電腦為學校當局在新課程實施後應特別考慮的。

玖、結論

本文雖從學習科技說明電腦融入教學的目的、範疇、模式、與環境等,但電腦融入教學對學校行政、老師、學生、與家長皆感陌生,又無經驗可供參考,因此實施時定會遭遇困難。為了排除以後實施上的困難,教育主管單局與學校可在短時間內完成下列事項:

1. 老師電腦基本能力的培訓。

2. 適於融入教學的校園電腦環境之建立。

3. 電腦融入教學認知的推廣。

4. 教材教法的編製研習。

5. 軟體資源的發展與推行。

雖電腦融入教學可以符合九年一貫國民教育十大基本能力指標的培訓、迎接新資訊時代的來臨、結合學習理論的認知發展、與培養學生問題解決的能力等功能,但換取電腦必修課程的停止。而目前就學習科技發展而言,正處於過渡時期,採電腦實習與融入教學並行。若新課程實行後電腦融入教學不落實,又未實施電腦實習課程,勢必影響資訊教育的進展。在知識快速發展的時代,資訊科技對未來國民是相當重要的工具,不但生活上需要,快速獲取知識也需要。有鑑於此,實有必要盡全力發展電腦融入教學,以只許成功不許失敗的精神勇往直前。

參考文獻

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0最後修改紀錄: 2008/03/23(Sun) 11:25:16


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