簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林育陞
Lin Yu-Sheng
論文名稱: 以擴增實境技術為基礎之月相觀測學習系統
A Study of AR-based Moon Observation System for Learning
指導教授: 唐文華
Tarng Wern-Huar
林秋斌
Lin Chiu-Pin
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 資訊工程學系
Computer Science
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 111
中文關鍵詞: 月相概念行動載具情境感知擴增實境月相觀測
外文關鍵詞: Moon-Phase Concept, Mobile Device, Context-Aware, Augmented Reality, Moon Observation
相關次數: 點閱:2下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 在九年一貫課程「自然與生活科技」領域中,關於月相單元的能力指標包括:「觀察月亮東昇西落的情形,以及藉由每天持續觀察月相,發現月相具有週期性盈虧的現象。」然而月相觀察常因為時間、地點或天候限制而中斷,導致學生無法學到正確的月相概念。
    本研究以Android平台的平板電腦做為行動載具,並利用情境感知結合擴增實境技術開發一個不受時間、地點與天候影響的月相觀測系統,並在系統完成後進行教學實驗,本實驗透過「月相概念學習成就測驗」、「系統接受度量表」與「訪談」蒐集資料,以了解使用本月相觀測系統對月相概念學習成就之影響以及使用者的看法。
    本研究以準實驗研究法之「不等組前、後測實驗設計」,研究對象為台中市某國小五年級兩個班的學生(共56人)為樣本,分別以本研究開發之月相觀測學習系統輔助教學(實驗組)及傳統教學法(控制組)進行教學實驗,以探討不同學習模式在學習成效上的差異,並實施系統接受度的調查以及訪談作為驗證本研究結果之參考。研究結果發現以擴增實境技術為基礎之月相觀測學習系統融入月相教學有助於提升學童月相概念學習成就;問卷調查及訪談結果顯示有九成學童喜歡本系統來觀測月亮,且普遍認為本系統可以幫助使用者尋找月相觀測資訊並協助進行月相紀錄,在系統介面部分:多數人認為清楚且容易使用,未來如有相關需求也會優先使用本月相觀測系統。


    The competence indicators for “The Moon Phase Unit” in the field of "Science and Life Technology" in Grade 1-9 curriculum include: the observation of the rising and setting of the moon and the sun, and by daily observation of lunar phase to find the periodic waxing and waning of the moon. However, the observation of lunar phase is often restricted by time, place and weather, causing the incorrect concepts of students in learning “The Moon Phase Unit”.
    In this study, the Tablet PC based on Android platform was used as a mobile device, and context awareness combined with augmented reality (AR) technology was used to develop a moon observation system which can be used anytime and anywhere without the restriction of weather conditions. A teaching experiment was conducted through the learning achievement tests of the lunar phase concepts, questionnaire survey and interviews to collect data in order to understand the influence of the moon observation system relative to students’ learning achievement and their attitudes.
    In this study, a quasi-experimental research was conducted by dividing students into experimental and control groups by selecting two fifth-grade classes of 56 students in an elementary school in Taichung. The experimental group used the moon observation system to assist instruction and the control group used traditional teaching method; the objective was to investigate the difference of learning outcomes. A survey for the degree of acceptance in science teaching model and interviews were also conducted as a reference to verify the results of this study and the performance of the moon observation system as well.
    The results showed that the moon observation system can enhance students' conceptual development of the lunar phase; the questionnaire survey and interviews revealed that 90% of the students preferred to use the system for observing the moon, and they generally believed that the system could help them obtain the information of lunar phase and record data. Regarding the system interface, most students thought that the user interface was clear and easy to use, and they would use the moon observation system first with similar demands in the future.

    目錄 摘要 i ABSTRACT ii 目錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 ix 第一章、緒論 1 第一節研究背景 1 第二節研究動機 2 第三節研究目的與問題 5 一、研究目的 5 二、研究問題 5 第四節名詞解釋 6 一、月相概念 6 二、擴增實境 6 三、情境感知 6 四、行動載具 6 第二章、文獻探討 7 第一節中小學月相教學現況探討 7 第二節擴增實境 10 一、擴增實境的定義 10 二、擴增實境的顯示與呈現方式 11 三、擴增實境的應用 16 第三節情境感知 17 第四節行動載具 20 一、行動載具的定義 20 二、行動載具的種類 20 三、行動載具在教育上的應用 21 四、本研究採用之行動載具內建感測器介紹 21 第三章、系統設計與實作 27 第一節系統架構與設計理念 27 第二節系統設計 30 一、系統開發環境與工具 30 二、日、地、月運動模型 30 三、以GPS取得讀取經緯度 35 四、時間控制 37 五、以電子羅盤取得方位角 39 六、以三軸加速度感測器取得仰角 40 七、顯示月相與找尋月亮 42 第三節系統操作介面與主要功能 44 一、系統操作流程 44 二、顯示月相與找尋月亮 45 三、設定日期與時間 47 四、月相記錄 48 五、月球軌跡 49 六、三星運動軌跡 50 第四章、研究方法 51 第一節研究流程 51 一、準備階段 53 二、實驗階段 53 三、資料分析階段 55 第二節研究對象 56 第三節研究工具 57 一、以擴增實境技術為基礎之月相觀測學習系統 57 二、月相概念學習成就測驗 58 三、系統接受度問卷 58 四、訪談 59 第四節資料處理與分析 61 一、資料處理 61 二、資料分析 61 第五章、研究結果與討論 63 第一節學習成就分析 63 一、學習成就前測差異性 63 二、實驗組之學習成就前後測分析 64 三、控制組之學習成就前後測分析 65 四、實驗組與控制組間學習成就分析 66 五、小結 68 第二節實驗組系統接受度與訪談調查分析 69 一、基本資料 70 二、系統感受易用性 71 三、系統感受有用性 73 四、系統使用態度 75 五、系統使用意願 77 六、小結 78 第三節實驗活動歷程紀錄 79 一、教學過程 79 二、記錄資料統計分析 81 第六章、結論與建議 86 第一節結論 86 一、建立可應用在國小自然與生活科技教學之月相觀測學習系統 86 二、探討本月相觀測學習系統對學習成就之影響 86 三、了解學童使用本月相觀測學習系統後之看法 87 第二節建議 88 參考文獻 89 中文文獻 89 英文文獻 91 附錄 95 附錄一 月相概念學習成就測驗 95 附錄二 系統接受度問卷 97 附錄三 月相觀測紀錄表 99 附錄四 5/19到6/18之月出月沒時刻暨每日雨量表 100 附錄五 月球位置表 101   圖目錄 圖1Lunafaqt可依日期、時間及位置顯示即時月相(Nijssen, 2012) 3 圖2Google Sky Map可依學習者的方位顯示即時星空(Google, 2012) 3 圖3傳統的電腦模擬所造成的學習障礙 9 圖4Mixed Reality的連續性概念 10 圖5擴增實境系統架構 11 圖6光學式透視顯示器 12 圖7光學式透視顯示器合成步驟 13 圖8視訊式透視顯示器 13 圖9視訊式透視顯示器合成步驟 14 圖10以顯示器呈現擴增實境 15 圖11情境感知四種因素 18 圖12全球定位系統的人造衛星軌道(林傳節,2012) 23 圖13應用霍爾效應來設計電子羅盤(Pedersen, 2005) 25 圖14加速度感測器的內部構造(SatyrTN, 2008) 26 圖15以擴增實境技術為基礎之月相觀測學習系統的系統架構圖 28 圖16克卜勒的第二定律 31 圖17地球3D 模型的製作過程 32 圖18太陽、地球、月球的座標關係 33 圖19計算月球在公轉軌道位置 34 圖20太陽、地球、月球3D 動態模型 35 圖21使用ShiVa 3D 的API 函式取得GPS 經、緯度座標 36 圖22使用ShiVa 3D 的API 函式取得系統的日期與時間 38 圖23使用ShiVa 3D 的API 函式取得電子羅盤的方位值 40 圖24使用三軸加速度感測器來計算行動裝置顯示面的仰角 41 圖25使用ShiVa 3D 的API 函式取得三軸加速度數值以得到仰角 42 圖26月相觀測模組的運轉流程 43 圖27系統主選單 44 圖28系統以變色箭頭提示月亮的方向 46 圖29當圓圈變成藍紅色閃爍時表示已經找到月亮 46 圖30按下「記錄資料」會提示失敗或成功 46 圖31點選畫面上的日期或時間按鈕來調整系統的日期或時間 47 圖32以擴增實境技術為基礎之月相觀測學習系統的月相記錄畫面 48 圖33月亮在天空運行的軌跡 49 圖34日、月、地三星運動模型和月相變化之關係 50 圖35研究流程圖 52 圖36藉自動偵測學習情境提供月相資訊 57 圖37控制組教學過程 79 圖38實驗組教學過程 80 圖39實驗組與控制組觀測天數比較圖 81 圖40實驗組與控制組紀錄筆數比較圖 82 圖41控制組6月1日觀測資料 84 圖42實驗組6月1日觀測資料 85   表目錄 表1ShiVa 3D 有關GPS系統的API 函式 36 表2ShiVa 3D 有關時間系統的API 函式 37 表3 ShiVa 3D 有關電子羅盤的API 函式 39 表4ShiVa 3D 有關三軸加速度的API 函式變數 41 表5教學實驗變項 53 表6可靠性統計量 59 表7實驗組訪談問題表 60 表8實驗組與控制組之前測分數Levene檢定分析表 64 表9實驗組與控制組之前測分數獨立樣本t檢定分析表 64 表10實驗組前後測分析 64 表11控制組前後測分析 65 表12實驗組與對照組學習成就後測之變異數同質性檢定表 66 表13實驗組與對照組學習成就後測之組內迴歸係數同質性檢驗表 67 表14實驗組與對照組學習成就之單因子共變數分析表 68 表15【問卷】基本資料 70 表16【問卷】系統感受易用性 72 表17【問卷】系統感受有用性 74 表18【問卷】系統使用態度 76 表19【問卷】系統使用意願 78 表20實驗組與控制組觀測天數統計 81 表21實驗組與控制組紀錄筆數統計 82 表22實驗組與控制組每日觀測人數統計表 83

    參考文獻
    中文文獻
    王美芬(1991)。自然科錯誤之研究。台北市立師範學院學報,22,367-400。
    王美芬(1992)。我國五、六年級學生有關月亮錯誤概念的診斷及補救教學策略的應用。台北市立師範學院學報,23,357-380。
    交通部中央氣象局(2012)。2012年台中五月月出月沒時刻表。取自 http://www.cwb.gov.tw/V7/knowledge/astronomy/moonrise/Taichung_201205.htm
    交通部中央氣象局(2012)。2012年台中六月月出月沒時刻表。取自 http://www.cwb.gov.tw/V7/knowledge/astronomy/moonrise/Taichung_201206.htm
    交通部中央氣象局(2012)。2012年臺中氣象站逐日雨量資料。取自 http://www.cwb.gov.tw/V7/climate/dailyPrecipitation/dP.htm
    吳鴻(2002)。擴增實境︰虛擬與實境的無限延伸。科學人雜誌,6,36-44。
    呂志峰(2008)。中學生月相盈虧相關迷思概念類型與概念改變過程之探討。國立台灣師範大學地球科學研究所碩士論文。
    李原富(2010)。不同多媒體教學對四年級月相概念學習成就與學習動機之研究。國立臺南大學材料科學系自然科教學碩士論文。
    宋曜廷、張國恩(2005)。行動載具在教學與學習的應用:近十年研究的批判整合。教育部電子計算機中心委託專題研究報告。
    宋曜廷、張國恩、于文正(2005)。整合「人—機—境」互動的行動導覽系統之設計及其對參訪者學習行為和學習效果的應用評估(1/3)。國科會補助研究計畫,編號:NSC94-2515-S-003-003。
    宋曜廷、張國恩、于文正(2006)。行動載具在博物館學習的應用:促進[人—機—境]互動的設計博物館學季刊。20(1),17-34。
    林傳傑(2012)。GPS衛星分佈示意圖。取自http://hep.ccic.ntnu.edu.tw/browse2.php?s=117
    邱美虹、陳英嫻(1995)。月相盈虧之概念改變。師大學報,40,509-548。
    馬紀楨(2008)。3D動畫應用於國小四年級自然領域之教學成效–以月相概念為例。國立臺東大學教育學系碩士論文。
    張國恩、宋曜廷、黃承丞、方瓊瑤(2004)。手持載具在教室形成性即時評量的應用。發表於2004行動學習之數位內容建置及運用技術研究研討,11月20日,臺北。
    教育部(2009)。電子書包實驗教學試辦學校輔導計畫(98 學年度實施)。取自 http://www.edu.tw/files/news/EDU02/981013電子書包實驗教學試辦學校輔導計畫新聞稿補充資料.doc
    教育部(2011)。97年國民中小學九年一貫課程綱要(100 學年度實施)。取自 http://teach.eje.edu.tw/9CC2/9cc_97.php
    曾清凉(2011)。GPS衛星的導航。科學發展,467,58-66。
    黃正中(2005)。漫談全球定位系統。國研科技,7,51-56。
    臺北市立天文科學教育館(2012)。2012年月球表。取自http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/download.asp?xtype=news&mtype=c3&idx=62

    英文文獻
    Azuma, R. T. (1997). A survey of Augmented Reality. Teleoperators and Virtual Environments 6, 4(August 1997), p355-385.
    Bell, R. L., & Trundle, K. C. (2008). The use of a computer simulation to promote scientific conceptions of moon phases. Journal of Research in Science Teaching, 45(3), 346-372.
    Billinghurst, M. (2002). Augmented reality in education.
    Billinghurst, M., Kato, H., & Poupyrev. (2001). The MagicBook: a transitional AR interface. Computers & Graphics, 25(5), 745-753.
    Bimber, O., Encarnação, L. M., & Schmalstieg, D. (2000). Augmented Reality with Back-Projection Systems using Transflective Surfaces.
    Bimber, O., & Raskar, R. (2005). Spatial Augmented Reality Merging Real and Virtual Worlds.
    Brown, J. S., Collins, A., & Duguid, P. (1989). Situated cognition and the culture of learning. Educational researcher, 18(1), 32-42.
    Brown, J. S., & Duguid, P. (1996). Stolen knowledge. Situated learning perspectives, 47-56.
    Caverly, D. C., & MacDonald, L. (2003). Techtalk: How Technology Has Changed Developmental Education. Journal of Developmental Education, 27(1), 38-39.
    Chen, G., & Kotz, D. (2000). A survey of context-aware mobile computing research (No. TR2000-381). Hanover, NH: Dartmouth College, Computer Science.
    Council, N. R. (1996). National Science Education Standards. Washington, D. C : National Academy Press.
    de Jong, T., & Van Joolingen, W. (1998). Scientific discovery learning with computer simulations of conceptual domains. Review of Educational Research, 68, 179–201.
    Google. (2012). Google Sky Map, from http://www.google.com/mobile/skymap/
    GPS.GOV. (2012). GPS Overview, from http://www.gps.gov/
    Harris, P. (2001). Go in Mobile, from http://www.learningcircuits.org/2001/jul2001/harris.htm
    Hsi, S. (2003). A study of user experiences mediated by nomadic web content in a museum. Journal of Computer Assisted Learning, 19(3), 308-319.
    Kathy, C. T., & Randy, L. B. (2010). The use of a computer simulation to promote conceptual change:A quasi-experimental study. Computers & Education 54 (2010), 1078-1088.
    Likert, R. (1932). A technique for the measurement of attitudes.Archives of Psychology, 22(140), 1-55.
    Milgram, P., Takemura, H., Utsumi, A., & Kishino, F. (1994). Augmented reality: A class of displays on the reality-virtuality continuum. Telemanipulator and Telepresence Technologies(2351), 282-292.
    Mistry, P. (2009). SixthSense - a wearable gestural interface (MIT Media Lab), from http://www.pranavmistry.com/projects/sixthsense/
    Nijssen, R. (2012). Lunafaqt sun and moon info, from http://rnijssen.blogspot.tw/
    Pedersen, S. P. (2005). Hall effect, from http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Hall_effect.png#filehistory
    Rekimoto, J., Ayatsuka, Y., & Hayashi, K. (1998). Augment-able Reality: Situated Communication through Physical and Digital Spaces.
    SatyrTN. (2008). Accelerometer, from http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Accelerometer.png?uselang=zh-tw
    Scagliarini, D., Coralini, A., Vecchietti, E., Cinotti, T. S., Roffia, L., Galasso, S., Sforza, F. (2001). Exciting understanding in Pompeii through on-site parallel interaction with dual time virtual models.
    Schilit, W. N. (1995). A System Architecture for Context-Aware Mobile Computing. COLUMBIA UNIVERSITY.
    Schiller, J. H., & Voisard, A. (2004). Location-based services. San Francisco: Morgan Kaufmann.
    Sharples, M., & Beale, R. (2003). A technical review of mobile computational devices. Journal of Computer Assisted Learning, 19(3), 392-395.
    Tarng, W., & Liou, H. (2007). The application of virtual reality technologies in astronomy education. Journal of Advanced Technology for Learning, 4(3), 160-169.
    Ulbricht, C., & Schmalstieg, D. (2003). Tangible augmented reality for computer games. In Proceedings of the Third IASTED International Conference on Visualization, Imaging and Image Processing,950-954.
    Virvou, M., & Alepis, E. (2005). Mobile educational features in authoring tools for personalised tutoring. Computers & Education, 44(1), 53-68. doi: 10.1016/j.compedu.2003.12.020
    Vlahakis, V., Ioannidis, M., Karigiannis, J., Tsotros, M., Gounaris, M., Stricker, D., Almeida, L. (2002). Archeoguide: An augmented reality guide for archaeological sites. Computer Graphics and Applications, IEEE, 22(5), 52-60.
    Winn, W., Stahr, F., Sarason, C., Fruland, R., Oppenheimer, P., & Lee, Y. (2006). Learning oceanography from a computer simulation compared with direct experience at sea. Journal of Research in Science Teaching,43, 25-42.
    Zurita, G., & Nussbaum, M. (2004). Computer supported collaborative learning using wirelessly interconnected handheld computers. Comput. Educ., 42(3), 289-314. doi: 10.1016/j.compedu.2003.08.005

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE