建构一应用於休闲活动之情境感知学习系统

1、建構一應用於休閒活動之情境感知學習系統區國良 邱奕福 吳銘哲 新竹教育大學 資訊科學研究所摘 要情境感知學習已廣泛及成功地應用於許多研究領域當中。但是，很少有研究討論針對如何將教育情境感知的理論應用於休閒活動。所謂的休閒學習即是教師必須在學習者的休閒活動中，因時因地適切地安排教學內容，並確保不降低學習者的休閒興趣。本文建構一個在行動裝置上協助師生進行休閒活動中之情境感知學習系統，教師可以編輯情境式學習活動來引發學習者將會鄰近的特定景點，而學習者使用將手持裝置包裝為電子導覽系統的學習輔具遊歷各景點，其間學習歷程及旅程路徑將自動紀錄，提供教師即時監控學習者學習成效。藉由無線網路和3G通訊技術協助下

2、，學習者可以即時地與同儕及教師溝通來獲取學習知識。實驗結果顯示，學習者學習成效相較優於傳統旅遊導覽且不降低休閒興趣，以及教師分析學習成效和旅程特徵之間的關連性，因此達到協助教師設計適性化的學習活動。關鍵詞：情境感知、休閒學習、行動裝置、全球定位系統、無所不在學習 3cmA Context-Aware Learning System for Leisure ActivitiesKuo-Liang Ou, Yi-Fu Chiu, Ming-Zhe Wu, Graduate Institute of Computer Science, Nation HsinChu University of Edu

3、cation ABSTRACTIn this Context-aware applications are widely and successfully employed in many research areas. However, there are few discussions address on the educational context-aware applications for students leisure activities. The main issue of designing a leisure educational activity is to en

4、sure students learning without decreasing the enjoyment. This paper constructed a context-aware learning system for leisure activities on mobile devices. Teachers could edit the contextual learning activities which will be triggered by students approaching to the specific scenes. Meanwhile, the lear

5、ning portfolios and journey routes could be recorded and monitored by teachers to control students learning performance. With the assistance of wireless and 3G communication technologies, students could have a real-time interaction between peers and teachers to acquire the information for learning.

6、The result of the experiments reflects that students were learning better than the traditional tour guide without decreasing the leisure enjoyment, and teachers could discover the relationships between students learning performance and the journey features that probability assist teachers to edit th

7、e contextual learning material in adaptive.Keyword：context-aware, leisure learning, mobile devices, GPS, ubiquitous learning3cm3cm1. 前言於教學環境中，情境感知6技術可即時的提供適時的資訊給於學習者，透過個人所在位置、所處的環境資訊，提供與學習任務有關的信息或服務78。關於情境感知的應用1，目前已經有一些許多研究提出設計論點與結構152223，然而，卻很少研究在將教育方面上的情境感知研究應用於休閒活動。由於無所不在學習可以在任何時間、地點接受學習131824，教師

8、需要判斷學習者的學習狀態，並且不僅學習活動在室內或室外，工作時間或閒逾錯字?時間或是在休閒旅遊中，皆給予學習者獲得適切的知識。然而，在休閒學習過程中，很多方面與傳統學習並不相同有著許多與傳統學習不同的特性，例如其休閒動機3通常是無目地的、休閒的路徑可能是未事先安排的、其遇到的景點及人物往往無法預期等等。因此，教師難以在休閒活動中組織結構化的學習內容。此外，休閒動機中的增加個人知識(increase my knowledge)往往遠不及放鬆心智(relax mentally)來得重要19，使得教師在安排休閒學習內容時將面臨不同的挑戰。本文建構一個休閒活動之情境感知學習系統(CALSLA)，並且以

9、16位學習者為實驗對象，最後實驗結果證實了學習成效與休閒興趣。學習內容歸納出4種主題，並嵌入至行動裝置，包裝成為可攜式導覽系統，使得學習者無察覺到學習活動已正在進行。而且，教師可以遠端監控學習者的學習狀況，並且溝通於每一個學習者。最後，本文研究提出3個最主要的服務，提供教師與學習者在休閒學習中互相作用，分別為(1)在行動裝置上該如何應用情境感知之互動學習環境；(2)紀錄戶外學習的歷程系統；(3)協助教師監控學習者學習成效的方法。2.相關研究休閒教育主要是提供學習者在休閒時學習的一種教育活動。休閒活動將設計為具有發展性與獨特的休閒劇目，並且有起人際社會互動的作用20。學者Arsenault定義休

10、閒教育為休閒與教育之結合體在一起的2。休閒教育的本質為自由選擇學習活動，以豐富自身的生活體驗。因此，休閒活動的動機不同於傳統的課堂學習。Arsenault的研究表示，學員參與型態可以歸納為6種，分別為活動取向(activity-oriented)型、地理學研究(geographical guru)型、實驗者(experimenter)型、冒險者(adventurer) 型、內容導向(content-committed)型、使用者(user)型。因此，為了提供每個學生擁有個性化無所不在休閒學習，學習活動的設計應為適應不同類型來與情境互動。 學者Dey為情境下的定義為：一個情境感知的系統是可以提供

11、相關的資訊或是服務給使用者，而此相關則是依據使用者的目的6。一個情境感知的應用程式應可使適應於自身行為，為了更適應其需求818。一些研究910建構情境感知學習系統協助學生學習，但是內容很少涉及到休閒學習。最主要的議題為在學生休閒活動中該如何給予學生一個情境感知學習，藉由學生學習動機可自動引發提供情境知識。一些研究以學習者使用行動裝置來提供情境感知相關資訊。例如9建構互動式行動同步學習環境，使學生與教師可透過短訊息系統(short-message-system ,SMS)互相存取共享學習資源。Chen與Markett兩位學者研究皆使用SMS機制，提供教師支架學習者，並且促進之間的互動513。Og

12、ata研究如何藉由數位地圖在PDA上學習語言17。Triantafillou開發了一種適應式考試系統於行動裝置上21。Abowd建構了一個行動情境感知導覽系統，依學生當時所處之地理環境，給予學生更多種類的服務1。總合上述研究觀點，CALSLA應具有以下特徵：(1)提供學習者相關資訊，例如位置資訊、景點、鄰近同儕；(2)依據當時情境引發學習活動；(3)紀錄學習者學習歷程及路徑；(4)提供學習者與教師之間的交流溝通；(5)評估學習者學習成效。3.系統架構本系統依功能區分為三個主要模組：(1)情境感知模組，取得學習者位置資訊引發特定的學習活動；(2)學習歷程模組，提供教師編輯情境式學習活動及自動紀錄

13、學習者學習歷程及旅程路徑；(3)監控模組，提供教師即時監控學習者學習成效及即時溝通於學習者。這些模組建構於Windows Mobile 6作業系統的手持式行動裝置上結合地理資訊系統(GIS)、全球定位系統(GPS)、遙感探測(RS)三種技術，簡稱3S技術。3S技術款廣泛應用於環境監測、評估及管理4。本文中GIS應用於教師編輯情境式學習內容，GPS定位應用於學習者，RS應用於紀錄學習者學習歷程及旅遊路徑。以下為CALSLA模組的介紹： 3.1情境感知模組情境感知模組分為兩種:休閒與學習模式。在休閒模式中，學習者視CALSLA為數位導覽系統，其提供位置資訊、經度、緯度、地圖及相關鄰近知識。在學習模

14、式中，情境感知模組提供學習者即時偵測所在位置及引發該地點相關學習內容。為了偵測使用者位置，每台PDA皆嵌入GPS裝置，透過GPS接收器接收NMEA-018316衛星訊號。經由GPS模組解譯衛星訊號可得到經緯度資訊，以提供當學習者所處的即時位置資訊。 圖1. 景點資訊及網路地圖圖1所示：Error! Reference source not found.左圖為該景點位置資訊。右圖為網路地圖，經由無線網路或3G網路擷取於Google Map。氣球符號為教師所定義15個特定景點。當學習者手持PDA接近特定景點，將引發該景點休閒學習。到達特定景點範圍內，將會引發該景點測驗評量。學習者可自行決定選擇或放

15、棄休閒學習與測驗評量。 3.2學習歷程模組學習歷程模組最主要兩個功能為：(1)提供教師編輯每一景點位置(2)提供教師分析學習歷程及評估實驗結果。首先，教師在個人電腦使用CALSLA標記特別的景點，並且得到景點的經緯度及區域範圍。該景點將會運用GIS模組引發學習歷程或測驗評估歷程。其次，每一景點的學習/評估歷程內容將分為四種知識主題。知識主題分為歷史、建築、地理及當地的特別主題。當GIS模組同步時教師可同時更新PDA與個人電腦知識主題。學習者以PDA依自身興趣選擇彈出式學習主題來學習相關知識。 圖 2. 景點介紹及相關知識圖二所示，學習者旅遊於特定的景點(秀欒公園牌樓)，GPS模組依學習者當前所

16、在位置彈出歷史主題相關介紹顯示在PDA上。若學習者在該地有興趣學習更多相關知識。學習者可以選擇該地相關主題，例如歷史、建築等主題。當每學習者在特定景點經過學習過程後，GIS模組將引發測驗評估程式來評估學習者學習成效。圖3所示，左圖為慈天宮以宗教信仰主題進行測驗評估。右圖為天水堂以建築主題進行測驗評估。測驗評估介面以四個選項提供學習者選擇。測驗評估根據該地本體論分成3種等級：敘述性(了解是什麼/有關什麼)，程序性(了解如何)與情境性(了解何時及為何)1125。測驗評估起始以程序性等級，若學習者答錯，次題目將以敘述性等級測驗，反之答對者，將以情境性等級測驗。學習者對於該景點可以依興趣隨時放棄作答。

17、圖3所示，學習者一開始答錯天水堂程序性之風水(中國獨特建築文化) 12評估測驗，次題目將給予相關風水敘述性知識及引導學習者藉由更深入的探索該景點找尋答案。 圖3 測驗評估 3.3監控模組監控模組提供教師活動後藉由分析系統中所儲存之學習者學習歷程及測驗評估結果來偵測學習成效。並且藉由無線網路及3G網路連線，教師與學習者可交互協助學習及提供線上幫助。經由分析學習成效，擷取得到15個旅遊特徵：觀看地圖次數、停留景點總時間、熱鬧區平均總時間、偏僻區平均總時間、公共場所平均總時間、歷史地點停留時間、購物地點停留時間、總答題時間、總旅遊時間、旅遊總行走距離、測驗完成度、歷史題目表現、建築題目表現、風俗題目

18、表現及產業題目表現。本文使用關聯規則理論14，協助教師分析學習者學習活動後的成效。下圖4為CALSLA系統架構 圖4系統架構4.系統實作本系統環境以北埔鄉內的老街聚落為中心，教師編輯出15個鄰近景點於當地，提供學習者在休閒活動中學習該地點之知識內容。該景點皆位於以北埔老街聚落方圓500公尺，因此學習者可徒步兩小時內完成旅遊。實驗對象為22到28歲之間的學生或上班族，共計16人做為測驗，其中男生有9人，而女生有7人。學習者手持PDA內嵌CALSLA，實地測驗過程皆以北埔秀巒公園牌樓為出發點與結束點。 圖5所示，情境感知模組提供教師編輯北埔老街情境式學習內容。首先，教師標記出特定的景點，並且藉由主

19、題分類編輯該景點相關知識內容。圖5中實心格子區域具有相同知識內容。當學習者手持CALSLA行動裝置接近該景點，CALSLA將切換於學習模式，自動地引發情境式學習活動。學習者可依興趣自行選擇1個或所有的知識主題類別來學習活動。當Error! Reference source not found.學習活動結束後，CALSLA將切換於休閒模式並且引導學習者繼續進行休閒活動。圖5 編輯情境式學習內容為了蒐集學習者休閒學習歷程，CALSLA紀錄以下特徵：(1)藉由時間戳記紀錄學習者旅遊路徑(2)閱讀學習內容的紀錄(3)學習者與教師互相溝通及(4)測驗評估結果。圖6所示，學習者A(圖6左)與學習者B(圖6

20、右)的路線依序顏色為紅、橙、綠、藍。每種顏色路徑表示學習者每一步驟共花25分鐘。學習者A總距離路徑少於學習者B，然而，前者總旅遊時間長於後者。教師對於這種情況相當有興趣，因此再分析兩者的學習歷程。結果顯示學習者A對於歷史景點相當熱衷，花上許多時間在瀏覽，而學習者B只走熱鬧地區及試著去探索北埔每個街道和小路，並發現皆無回答關於歷史主題測驗評估。 圖6 左：學習者A路徑，右：學習者B路徑表格1 學習者旅遊特徵特徵單位平均值標準偏差觀看地圖次數次數17.759.923037景點總停留時間秒1230.438440.5861熱鬧區平均總時間秒113.555.28039偏僻區平均總時間秒124.43754

21、9.55397公共場所平均總時間秒499279.61歷史地點停留時間秒379.0625136.83購物地點停留時間秒165.312578.03總答題時間秒536.5625263.6118總旅遊時間秒3377919.0873旅遊總行走距離公尺2473.606641.8121測驗完成度百分比96.8755.439056歷史題目表現分61.6143818.66378建築題目表現分57.4062517.27179風俗題目表現分77.5012521.85747產業題目表現分68.9843718.55743上表格1為16位學習者旅遊數值特徵平均值與標準差。在表格1中，若每項旅遊特徵標準差高，則表示學習者擁

22、有個人旅遊風格，所以教師難以研究旅遊特徵與學習成效之間的關聯。因此，本研究使用關聯規則演算法14的資料探勘技術探索學習成效與旅遊特徵之間的關聯，如下表格2所示：表格2 學習成效與旅遊特徵之間的關聯規則關聯規則正確率1偏僻區平均總時間短測驗完成度高12熱鬧區平均總時間長測驗完成度低13公共場所平均總時間短測驗完成度高14總答題時間短測驗完成度高0.925測驗完成度高歷史題目表現差0.9在表格2中，藉由關聯規則演算法共產生5個分類規則，正確率為90%。規則1到規則3顯示不同區域平均總時間與測驗完成度之間的關係。規則4顯示總答題時間與測驗完成度之間的關係。最後規則5顯示測驗完成度與歷史題目表現之間的

23、關係。教師可藉由分析旅遊特徵來監控學習者休閒活動，並且藉由參考關聯規則，提昇下一次學習者更多即時互動。 滿意度問卷顯示，15位學習者93.75%同意，比較於閱讀導覽手冊對於北埔有更深入的知識收穫。所有學習者一致同意系統設計的使用者介面，操作上沒有困難，不僅有助於休閒活動，而且，使用CALSLA不會降低休閒興趣。5.結論本文在行動裝置上建構了學習者休閒活動之情境感知學習系統(CALSLA)。學習者可以即時地與同儕及教師溝通來獲取學習知識。教師藉由分析學習者學習歷程來即時監控學習成效，並線上評估實驗結果。教師分析學習成效與旅程特徵之間的關連性，達到協助教師設計適性化的學習活動。實驗結果顯示學習者學

24、習使用CALSLA不降低休閒興趣。情境式學習內容成功地應用於休閒活動，達到學習者無意識到他們在學習過程中。如此教師能在任何有情境式知識區域中，編輯適性化情境式學習活動於CALSLA，並引導學習者以輕鬆無壓力的方式進行休閒學習。5.謝誌本文承蒙國科會(計畫編號NSC-96-2520-S-134-001)研究經費補助，謹此致謝。參考文獻1. Abowd, G., Atkeson, C., Hong, J., Long, S., Kooper, R., & Pinkerton, M., “Cyberguide: A mobile contextaware tour guide”, Wirel

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