楊竹星 鄭琮生 盧育群

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行動(dòng)裝置與NFC實(shí)物結(jié)合在教學(xué)上的運(yùn)用

楊竹星 鄭琮生 盧育群

臺(tái)灣成功大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系暨電腦與通信工程研究所

該研究通過建立一個(gè)以手持裝置與NFC功能的評(píng)量系統(tǒng)，教師可以將寫入數(shù)據(jù)的NFC卷標(biāo)藏在作為選項(xiàng)的實(shí)物中，不會(huì)遮蔽或是影響實(shí)物的外觀或觸感；而學(xué)習(xí)者拿到題目之后可以從這些藏有NFC標(biāo)簽的實(shí)物中選擇自己所決定的答案，并使用手機(jī)接近這個(gè)實(shí)物感應(yīng)里面的NFC標(biāo)簽來作答。在連續(xù)四周的實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，雖然這一評(píng)量方式較傳統(tǒng)評(píng)量方式耗時(shí)，而且所得成績(jī)較傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)為差，但經(jīng)過進(jìn)一步訪談與分析之后發(fā)現(xiàn)，通過這樣的評(píng)量方式但唯有真正知道選項(xiàng)是什么才能作答，能真正評(píng)估出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)程度。

多屏幕 簡(jiǎn)報(bào)軟件 教學(xué)系統(tǒng) 多媒體整合

1 前言

在教育上，讓學(xué)習(xí)者將理論與實(shí)務(wù)相結(jié)合一直是重要目標(biāo)之一，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式通常都是通過紙筆測(cè)驗(yàn)來評(píng)量學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，題目的方式不外乎是選擇題、問答題等以文字描述的形式來進(jìn)行。近年來由于計(jì)算機(jī)多媒體的普及，使得測(cè)驗(yàn)被大量數(shù)字化，在文字之外也加入了圖片、影片或是動(dòng)畫的呈現(xiàn)方式，然而這樣的方式并未能完整取代實(shí)物，尤其是觸感以及味道的差別。隨著科技的進(jìn)步和行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的布建，行動(dòng)裝置開始迅速進(jìn)入到我們的生活之中，尤其是智能型手機(jī)，幾乎每個(gè)人都擁有一部，當(dāng)然也被廣泛地運(yùn)用在教育上。由于行動(dòng)裝置體積小、質(zhì)量輕，學(xué)習(xí)者方便攜帶著載具到處移動(dòng)，不再被限制在教室中或是計(jì)算機(jī)桌前，這也就是行動(dòng)學(xué)習(xí)最重要的特性。雖然許多研究都證實(shí)，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的行動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)可以達(dá)到很好的教學(xué)效果，而在測(cè)驗(yàn)方式上，大部分的行動(dòng)學(xué)習(xí)都還停留在將傳統(tǒng)的紙筆測(cè)驗(yàn)題目數(shù)字化。以選擇題為例，使用者的作答方式同樣是以閱讀題目選擇答案，只是輸入方式由手寫轉(zhuǎn)換成用手觸控，行動(dòng)裝置上有許多新的技術(shù)未被充分利用在學(xué)習(xí)上。例如NFC(Near Field Communication)，本研究建立一個(gè)以結(jié)合智能型手機(jī)與NFC標(biāo)簽的新評(píng)量方式，學(xué)習(xí)者可以以自己的手持裝置作為身份識(shí)別的憑證來驗(yàn)證身份并啟動(dòng)測(cè)驗(yàn)，以實(shí)物取代文字或是多媒體的描述來作為選項(xiàng)，并以同一部手持裝置來感應(yīng)實(shí)物上的標(biāo)簽來取代紙筆作答。

2 研究背景

2.1 實(shí)物鑒別試驗(yàn)

在教育上，評(píng)價(jià)的目的并非只是用來辨別學(xué)習(xí)者的優(yōu)劣，還有發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)教學(xué)的積極意義，傳統(tǒng)的教學(xué)大多以紙筆進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，這樣的測(cè)驗(yàn)方式也造成學(xué)生的學(xué)習(xí)以背誦與記憶為主，因此現(xiàn)今教育界大力提倡多元評(píng)價(jià)，績(jī)效評(píng)估要求學(xué)生在接近真實(shí)的情境中運(yùn)用信息解決問題，以了解學(xué)生在實(shí)際生活中是否真能將技能或知識(shí)展現(xiàn)出來，比紙筆測(cè)驗(yàn)更能深入地了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，其中績(jī)效評(píng)估(Performance assessment)是廣泛被運(yùn)用的評(píng)量方式，績(jī)效評(píng)估分為五個(gè)類型，其中之一就是實(shí)物鑒別試驗(yàn)，它是指由各種不同真實(shí)性程度的測(cè)驗(yàn)情境所組合成的一種評(píng)量方式。例如，在某些情境下，可能要求學(xué)生辨認(rèn)一套工具或一組器具，并且指明它們的功用；或是更進(jìn)一步在較復(fù)雜的測(cè)驗(yàn)情境里，向?qū)W生詢問更特殊的表現(xiàn)作業(yè)問題(如：找出電路發(fā)生短路的所在)，此一方式非常適合運(yùn)用在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)務(wù)技能的課程上。例如家政教育或是科技教育或是語言學(xué)習(xí)上，然而實(shí)物鑒別試驗(yàn)無法像紙筆測(cè)驗(yàn)?zāi)菢臃奖?，常常受限于設(shè)備或是環(huán)境無法同時(shí)多人同時(shí)測(cè)驗(yàn)，老師要耗費(fèi)更多時(shí)間來監(jiān)看學(xué)生一個(gè)一個(gè)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，在實(shí)施上相當(dāng)耗時(shí)，所以我們將以結(jié)合手持裝置與對(duì)應(yīng)軟件來進(jìn)行，讓學(xué)生在限定的周期內(nèi)可以自己找時(shí)間進(jìn)行，由系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)驗(yàn)結(jié)果，以降低教師的負(fù)擔(dān)。

2.2 行動(dòng)學(xué)習(xí)

行動(dòng)學(xué)習(xí)是多種渠道式(Multi-Channel)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，通過行動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理、可攜式的筆記型計(jì)算機(jī)或平板計(jì)算機(jī)等渠道進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，不只是數(shù)字化，它還具有移動(dòng)的特性，因此行動(dòng)學(xué)習(xí)比數(shù)位學(xué)習(xí)更邁進(jìn)一步，它更能做到隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，因?yàn)槠洳皇茏郎闲陀?jì)算機(jī)環(huán)境的限制，輕便的行動(dòng)學(xué)習(xí)裝置及無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。其中行動(dòng)學(xué)習(xí)裝置是構(gòu)成行動(dòng)學(xué)習(xí)的重要元素之一，必須具備可攜帶性、無線性以及移動(dòng)性，也就是說裝置須形狀小、重量輕、便于隨身攜帶，可以進(jìn)行無線聯(lián)機(jī)，方便在移動(dòng)中也可以使用。也因?yàn)轶w積的縮小，這些裝置大多以手寫或觸控的方式來操控，與過去一般學(xué)習(xí)科技有很大的不同，我們也嘗試?yán)眠@樣的特性來設(shè)計(jì)一個(gè)新的評(píng)量方式，因?yàn)檫@些行動(dòng)載具都屬于個(gè)人化的設(shè)備，除了可以用來搜尋網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)、閱讀電子內(nèi)容之外，也可以使用自己的行動(dòng)載具作為身份識(shí)別的工具，并攜帶行動(dòng)載具四處移動(dòng)去尋找問題的答案，以行動(dòng)載具取得資料來加以作答，符合這些需求的技術(shù)有QR Code (QuickResponse Code)和NFC。

2.3 近場(chǎng)通訊（NFC）

NFC是一種短距離的高頻無線通訊技術(shù)，由非接觸式射頻識(shí)別(RFID)演變而來。它允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，在10cm內(nèi)交換資料，也就是說可以把多張標(biāo)簽擺在比較鄰近的距離，只要與感應(yīng)器的距離在10cm以上就不會(huì)互相干擾，可以將附有NFC標(biāo)簽的物品擺放得較為集中以節(jié)省空間，而其感應(yīng)為非接觸性的感應(yīng)，只要感應(yīng)器在距離之內(nèi)就可以感應(yīng)，不需要接觸到或是看到標(biāo)簽，所以可以將其隱藏在物品之內(nèi)不影響物品的外觀。在手持裝置運(yùn)用NFC上，從2006年NOKIA推出第一部?jī)?nèi)置NFC的手機(jī)之后，至今許多手持裝置都已經(jīng)內(nèi)建了NFC的技術(shù)，例如使用Android 4.0以上操作系統(tǒng)的智能手機(jī)或是Windows Phone8之后版本手機(jī)，而Apple的iPhone系列手機(jī)則可以通過加裝方式擁有NFC功能，NFC在手持裝置上運(yùn)用有下列三種模式:

（1）Read/Write Mode。運(yùn)用NFC的行動(dòng)載具可對(duì)NFC的卷標(biāo)進(jìn)行卷標(biāo)的內(nèi)容寫入以及讀取卷標(biāo)內(nèi)容信息。

（2）Peer-to-Peer Mode。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式(P2P)將兩個(gè)NFC設(shè)備靠近后，可立即進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換、傳遞。

（3）Card Emulation Mode。NFC進(jìn)入卡片仿真模式后，可像一般非接觸的票卡與門禁卡使用。

而NFC卷標(biāo)里面的信息可以通過對(duì)應(yīng)的軟件來寫入，雖然每一張NFC 標(biāo)簽成本較QR Code高，但是可以重復(fù)寫入、多次利用，可以有效降低建置成本，本研究將采用NFC技術(shù)。我們使用CardEmulation Mode作為使用手機(jī)來模擬成一張身份辨識(shí)卡，使用者可以攜帶自己的手機(jī)來進(jìn)入考場(chǎng)，使用Read/ Write Mode感應(yīng)事先布建在考場(chǎng)中的NFC標(biāo)簽，并作答。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)

在本系統(tǒng)中，我們將建構(gòu)一個(gè)結(jié)合手持裝置以及NFC功能的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，所以在手持裝置的選擇上必須選擇具有NFC功能的手持裝置，目前市面上以采用Google的Android OS系列的手機(jī)對(duì)NFC支持度較佳，普及性也較高，因此在系統(tǒng)的開發(fā)上選擇以Android OS 為開發(fā)平臺(tái)。架構(gòu)分為軟硬件兩部分，在軟件部分，Apache作為服務(wù)器，并在此服務(wù)器上安裝相關(guān)的NFC門禁管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫部分采用MySQL，使用者必須使用Android OS 4.2以上版本的手機(jī)，并且安裝我們所開發(fā)的NFC讀取程序的APK文件。在硬件方面，除了必須具有NFC功能手機(jī)之外，我們也布置了一個(gè)實(shí)體的測(cè)驗(yàn)空間，在門口配置了一個(gè)NFC的感應(yīng)裝置，并通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器連接，用來管控使用者的進(jìn)出，并且在測(cè)驗(yàn)前事先將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入各NFC卷標(biāo)中，再將這些NFC 標(biāo)簽一一布置到對(duì)應(yīng)的物品中來作為使用者的選項(xiàng)。

3.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

學(xué)習(xí)者在接受在線或是實(shí)體的課程之后，教師可以指定一段時(shí)間讓學(xué)習(xí)者可以到事先設(shè)定好的考場(chǎng)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，考場(chǎng)的布置見圖1。

圖1 考場(chǎng)布置示意圖

由于測(cè)驗(yàn)所設(shè)定的實(shí)物都僅只有一份，為了避免學(xué)習(xí)者間互相干擾以及掌握學(xué)習(xí)者的考試狀況，在考場(chǎng)門口會(huì)加裝一個(gè)門禁管制系統(tǒng)，一次只允許一個(gè)學(xué)習(xí)者進(jìn)入考場(chǎng)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)；而學(xué)習(xí)者必須手持裝置進(jìn)行感應(yīng)再進(jìn)入，這個(gè)手持裝置必須具有NFC功能，并事先安裝我們所開發(fā)的對(duì)應(yīng)軟件，進(jìn)入考場(chǎng)之后即視為考試開始，手機(jī)會(huì)與服務(wù)器聯(lián)機(jī)取得題目，題目的選項(xiàng)都是實(shí)物，由教師事先布置在考場(chǎng)之中，并在里面安置NFC標(biāo)簽，學(xué)習(xí)者依照所接收到的題目在這些實(shí)物中選取對(duì)應(yīng)的答案，題目界面見圖2。

圖2 系統(tǒng)的答題接口

在選擇的同時(shí)可以觸摸或是觀察這些作為選項(xiàng)的實(shí)物，決定之后再以手持裝置感應(yīng)所選的實(shí)物，當(dāng)手持裝置感應(yīng)到NFC 卷標(biāo)時(shí)Submit按鈕會(huì)亮起，此時(shí)使用者可以按Submit送出答案或是按Cancel重新選擇，送出后答案會(huì)傳送到SERVER中，重復(fù)這個(gè)步驟直至全部的問題結(jié)束，再以手持裝置感應(yīng)門禁管制系統(tǒng)，離開考場(chǎng)換下一個(gè)學(xué)習(xí)者進(jìn)入。

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)建構(gòu)完成后，為驗(yàn)證本研究所建構(gòu)之系統(tǒng)確實(shí)可行，以及是否比傳統(tǒng)的紙筆測(cè)驗(yàn)方式更能測(cè)驗(yàn)出學(xué)生對(duì)實(shí)物鑒別的能力，在系統(tǒng)建構(gòu)完成之后，以臺(tái)灣某高級(jí)中學(xué)一年級(jí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在某班級(jí)的自然與生活科技課程中隨機(jī)抽取10名學(xué)生作為受試者，這些學(xué)生均有自己的智能手機(jī)，平時(shí)也都有使用手機(jī)上網(wǎng)的習(xí)慣。

受試者先花30分鐘閱讀“認(rèn)識(shí)木工材料”教材，這是授課教師自編教材，主要介紹日常生活中常用的木材種類及其特性和應(yīng)用方式，課程結(jié)束后立即進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。

測(cè)驗(yàn)題目共5題，每題20分，由任課教師依照教材中所講述的范圍自編，主要由學(xué)生依照題目所描述的特性來選擇出特定的木材。測(cè)驗(yàn)分兩次進(jìn)行，第一次受試學(xué)生先以手機(jī)上網(wǎng)進(jìn)行作答，以文字描述作為選項(xiàng)，接著馬上進(jìn)行第二次測(cè)驗(yàn)，第二次測(cè)驗(yàn)按本研究所建置的“NFC實(shí)物評(píng)量系統(tǒng)”進(jìn)行，題目與第一次完全相同，但改以預(yù)先加上NFC卷標(biāo)的實(shí)物作為選項(xiàng)。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性，系統(tǒng)在記錄使用者答題的答案之外，也會(huì)記錄每一個(gè)題目答題所用的時(shí)間。

受試者完成兩次測(cè)驗(yàn)之后，再以“系統(tǒng)滿意度問卷”對(duì)其進(jìn)行調(diào)查，該問卷是研究者為了測(cè)量本系統(tǒng)是否能達(dá)到研究目的所編定的量表，經(jīng)過三位專家進(jìn)行“專家信效度分析”之后，再修改詞義不通或語意不明的問題。之后，所得到的題目作為問卷的內(nèi)容。

5 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表1可見，第一次(文字接口)的平均成績(jī)明顯優(yōu)于第二次(實(shí)物+NFC)，這樣的結(jié)果顯示，即使可以在紙筆測(cè)驗(yàn)中正確答題，但是在實(shí)物的環(huán)境中并不能確實(shí)辨識(shí)出答案，也就是說，以傳統(tǒng)的文字方式進(jìn)行測(cè)驗(yàn)并不能真實(shí)地測(cè)驗(yàn)出受試者的能力。

訪談受試對(duì)象發(fā)現(xiàn)，大部分的受試者因?yàn)檎n程多以文字或是圖片作為教材，因此對(duì)于突然轉(zhuǎn)變成實(shí)物作為測(cè)驗(yàn)感到不習(xí)慣，且不容易將不熟悉的實(shí)物與文字描述相互聯(lián)系。也就是說，學(xué)習(xí)者在傳統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)中答對(duì)題目不見得是真正完全了解，但實(shí)物測(cè)驗(yàn)時(shí)必須要完全理解才能正確作答，也因?yàn)樗蓄}目的選項(xiàng)都混雜在考場(chǎng)中并未依每一題目區(qū)分，而傳統(tǒng)的試題每一題都有4個(gè)選項(xiàng)，學(xué)習(xí)者有1/4的機(jī)會(huì)猜中，相對(duì)的分?jǐn)?shù)也會(huì)較高。另一個(gè)問題是實(shí)物評(píng)量所耗時(shí)間較多，從表1也可以發(fā)現(xiàn)，通過NFC實(shí)物評(píng)量系統(tǒng)作答所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，而且為兩倍以上，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中的觀察發(fā)現(xiàn)，受試者因?yàn)閷?shí)物測(cè)驗(yàn)的實(shí)物擺放范圍較廣，而且許多題目的選項(xiàng)同時(shí)呈現(xiàn)在考場(chǎng)中，受試者常常需要花費(fèi)更多時(shí)間去尋找。另一個(gè)原因是因?yàn)闇y(cè)驗(yàn)所使用的實(shí)物都是可以讓使用者自行把玩與移動(dòng)，所以上一個(gè)受試者如果沒有將其擺回原來位置，也會(huì)影響下一個(gè)用戶答題的速度；而系統(tǒng)滿意度問卷的結(jié)果則顯示，受試者都肯定以此方式進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，并認(rèn)為可以幫助對(duì)所學(xué)習(xí)的名詞記憶和增加對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容的印象，大多樂意以此系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)驗(yàn)方式。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，本系統(tǒng)使用在測(cè)驗(yàn)上會(huì)影響到學(xué)生評(píng)量的結(jié)果，所得的成績(jī)較傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方式為低，而且會(huì)大幅延長(zhǎng)測(cè)驗(yàn)時(shí)間。雖然如此，以傳統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)并未能完全測(cè)驗(yàn)出學(xué)生對(duì)于教材的理解程度，例如在傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)者可能會(huì)知道要選擇“APPLE”這個(gè)選項(xiàng)，但是不見得知道APPLE的實(shí)物是怎樣，其他如實(shí)際的觸感、質(zhì)量等許多無法以計(jì)算機(jī)文字或多媒體呈現(xiàn)的情境都可以通過這一模式來真實(shí)評(píng)價(jià)，甚至可以進(jìn)一步將實(shí)物結(jié)合到課程教學(xué)中，這樣可以避免學(xué)生在學(xué)習(xí)上死記硬背，讓學(xué)生真正達(dá)到學(xué)習(xí)的效果。這一考評(píng)方式需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行，建議可以將答案選項(xiàng)簡(jiǎn)化，或是多題共享一個(gè)答案選項(xiàng)，也可以依每一個(gè)題目分區(qū)擺放，減少受試者尋找答案的時(shí)間。

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