建構(gòu)一應(yīng)用於休閑活動之情境感知學(xué)習(xí)系統(tǒng)

1、建構(gòu)一應(yīng)用於休閒活動之情境感知學(xué)習(xí)系統(tǒng)區(qū)國良 邱奕福 吳銘哲 新竹教育大學(xué) 資訊科學(xué)研究所摘 要情境感知學(xué)習(xí)已廣泛及成功地應(yīng)用於許多研究領(lǐng)域當(dāng)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(yīng)用於休閒活動。所謂的休閒學(xué)習(xí)即是教師必須在學(xué)習(xí)者的休閒活動中，因時因地適切地安排教學(xué)內(nèi)容，並確保不降低學(xué)習(xí)者的休閒興趣。本文建構(gòu)一個在行動裝置上協(xié)助師生進(jìn)行休閒活動中之情境感知學(xué)習(xí)系統(tǒng)，教師可以編輯情境式學(xué)習(xí)活動來引發(fā)學(xué)習(xí)者將會鄰近的特定景點(diǎn)，而學(xué)習(xí)者使用將手持裝置包裝為電子導(dǎo)覽系統(tǒng)的學(xué)習(xí)輔具遊歷各景點(diǎn)，其間學(xué)習(xí)歷程及旅程路徑將自動紀(jì)錄，提供教師即時監(jiān)控學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成效。藉由無線網(wǎng)路和3G通訊技術(shù)協(xié)助下

2、，學(xué)習(xí)者可以即時地與同儕及教師溝通來獲取學(xué)習(xí)知識。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成效相較優(yōu)於傳統(tǒng)旅遊導(dǎo)覽且不降低休閒興趣，以及教師分析學(xué)習(xí)成效和旅程特徵之間的關(guān)連性，因此達(dá)到協(xié)助教師設(shè)計適性化的學(xué)習(xí)活動。關(guān)鍵詞：情境感知、休閒學(xué)習(xí)、行動裝置、全球定位系統(tǒng)、無所不在學(xué)習(xí) 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(xué)環(huán)境中，情境感知6技術(shù)可即時的提供適時的資訊給於學(xué)習(xí)者，透過個人所在位置、所處的環(huán)境資訊，提供與學(xué)習(xí)任務(wù)有關(guān)的信息或服務(wù)78。關(guān)於情境感知的應(yīng)用1，目前已經(jīng)有一些許多研究提出設(shè)計論點(diǎn)與結(jié)構(gòu)152223，然而，卻很少研究在將教育方面上的情境感知研究應(yīng)用於休閒活動。由於無所不在學(xué)習(xí)可以在任何時間、地點(diǎn)接受學(xué)習(xí)131824，教師

8、需要判斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，並且不僅學(xué)習(xí)活動在室內(nèi)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(xué)習(xí)者獲得適切的知識。然而，在休閒學(xué)習(xí)過程中，很多方面與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)並不相同有著許多與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)不同的特性，例如其休閒動機(jī)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(diǎn)及人物往往無法預(yù)期等等。因此，教師難以在休閒活動中組織結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)內(nèi)容。此外，休閒動機(jī)中的增加個人知識(increase my knowledge)往往遠(yuǎn)不及放鬆心智(relax mentally)來得重要19，使得教師在安排休閒學(xué)習(xí)內(nèi)容時將面臨不同的挑戰(zhàn)。本文建構(gòu)一個休閒活動之情境感知學(xué)習(xí)系統(tǒng)(CALSLA)，並且以

9、16位學(xué)習(xí)者為實(shí)驗(yàn)對象，最後實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了學(xué)習(xí)成效與休閒興趣。學(xué)習(xí)內(nèi)容歸納出4種主題，並嵌入至行動裝置，包裝成為可攜式導(dǎo)覽系統(tǒng)，使得學(xué)習(xí)者無察覺到學(xué)習(xí)活動已正在進(jìn)行。而且，教師可以遠(yuǎn)端監(jiān)控學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況，並且溝通於每一個學(xué)習(xí)者。最後，本文研究提出3個最主要的服務(wù)，提供教師與學(xué)習(xí)者在休閒學(xué)習(xí)中互相作用，分別為(1)在行動裝置上該如何應(yīng)用情境感知之互動學(xué)習(xí)環(huán)境；(2)紀(jì)錄戶外學(xué)習(xí)的歷程系統(tǒng)；(3)協(xié)助教師監(jiān)控學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成效的方法。2.相關(guān)研究休閒教育主要是提供學(xué)習(xí)者在休閒時學(xué)習(xí)的一種教育活動。休閒活動將設(shè)計為具有發(fā)展性與獨(dú)特的休閒劇目，並且有起人際社會互動的作用20。學(xué)者Arsenault定義休

10、閒教育為休閒與教育之結(jié)合體在一起的2。休閒教育的本質(zhì)為自由選擇學(xué)習(xí)活動，以豐富自身的生活體驗(yàn)。因此，休閒活動的動機(jī)不同於傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)。Arsenault的研究表示，學(xué)員參與型態(tài)可以歸納為6種，分別為活動取向(activity-oriented)型、地理學(xué)研究(geographical guru)型、實(shí)驗(yàn)者(experimenter)型、冒險者(adventurer) 型、內(nèi)容導(dǎo)向(content-committed)型、使用者(user)型。因此，為了提供每個學(xué)生擁有個性化無所不在休閒學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)活動的設(shè)計應(yīng)為適應(yīng)不同類型來與情境互動。 學(xué)者Dey為情境下的定義為：一個情境感知的系統(tǒng)是可以提供

11、相關(guān)的資訊或是服務(wù)給使用者，而此相關(guān)則是依據(jù)使用者的目的6。一個情境感知的應(yīng)用程式應(yīng)可使適應(yīng)於自身行為，為了更適應(yīng)其需求818。一些研究910建構(gòu)情境感知學(xué)習(xí)系統(tǒng)協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)，但是內(nèi)容很少涉及到休閒學(xué)習(xí)。最主要的議題為在學(xué)生休閒活動中該如何給予學(xué)生一個情境感知學(xué)習(xí)，藉由學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)可自動引發(fā)提供情境知識。一些研究以學(xué)習(xí)者使用行動裝置來提供情境感知相關(guān)資訊。例如9建構(gòu)互動式行動同步學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生與教師可透過短訊息系統(tǒng)(short-message-system ,SMS)互相存取共享學(xué)習(xí)資源。Chen與Markett兩位學(xué)者研究皆使用SMS機(jī)制，提供教師支架學(xué)習(xí)者，並且促進(jìn)之間的互動513。Og

12、ata研究如何藉由數(shù)位地圖在PDA上學(xué)習(xí)語言17。Triantafillou開發(fā)了一種適應(yīng)式考試系統(tǒng)於行動裝置上21。Abowd建構(gòu)了一個行動情境感知導(dǎo)覽系統(tǒng)，依學(xué)生當(dāng)時所處之地理環(huán)境，給予學(xué)生更多種類的服務(wù)1?？偤仙鲜鲅芯坑^點(diǎn)，CALSLA應(yīng)具有以下特徵：(1)提供學(xué)習(xí)者相關(guān)資訊，例如位置資訊、景點(diǎn)、鄰近同儕；(2)依據(jù)當(dāng)時情境引發(fā)學(xué)習(xí)活動；(3)紀(jì)錄學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)歷程及路徑；(4)提供學(xué)習(xí)者與教師之間的交流溝通；(5)評估學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成效。3.系統(tǒng)架構(gòu)本系統(tǒng)依功能區(qū)分為三個主要模組：(1)情境感知模組，取得學(xué)習(xí)者位置資訊引發(fā)特定的學(xué)習(xí)活動；(2)學(xué)習(xí)歷程模組，提供教師編輯情境式學(xué)習(xí)活動及自動紀(jì)錄

13、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)歷程及旅程路徑；(3)監(jiān)控模組，提供教師即時監(jiān)控學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成效及即時溝通於學(xué)習(xí)者。這些模組建構(gòu)於Windows Mobile 6作業(yè)系統(tǒng)的手持式行動裝置上結(jié)合地理資訊系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感探測(RS)三種技術(shù)，簡稱3S技術(shù)。3S技術(shù)款廣泛應(yīng)用於環(huán)境監(jiān)測、評估及管理4。本文中GIS應(yīng)用於教師編輯情境式學(xué)習(xí)內(nèi)容，GPS定位應(yīng)用於學(xué)習(xí)者，RS應(yīng)用於紀(jì)錄學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)模式。在休閒模式中，學(xué)習(xí)者視CALSLA為數(shù)位導(dǎo)覽系統(tǒng)，其提供位置資訊、經(jīng)度、緯度、地圖及相關(guān)鄰近知識。在學(xué)習(xí)模

14、式中，情境感知模組提供學(xué)習(xí)者即時偵測所在位置及引發(fā)該地點(diǎn)相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容。為了偵測使用者位置，每臺PDA皆嵌入GPS裝置，透過GPS接收器接收NMEA-018316衛(wèi)星訊號。經(jīng)由GPS模組解譯衛(wèi)星訊號可得到經(jīng)緯度資訊，以提供當(dāng)學(xué)習(xí)者所處的即時位置資訊。 圖1. 景點(diǎn)資訊及網(wǎng)路地圖圖1所示：Error! Reference source not found.左圖為該景點(diǎn)位置資訊。右圖為網(wǎng)路地圖，經(jīng)由無線網(wǎng)路或3G網(wǎng)路擷取於Google Map。氣球符號為教師所定義15個特定景點(diǎn)。當(dāng)學(xué)習(xí)者手持PDA接近特定景點(diǎn)，將引發(fā)該景點(diǎn)休閒學(xué)習(xí)。到達(dá)特定景點(diǎn)範(fàn)圍內(nèi)，將會引發(fā)該景點(diǎn)測驗(yàn)評量。學(xué)習(xí)者可自行決定選擇或放

15、棄休閒學(xué)習(xí)與測驗(yàn)評量。 3.2學(xué)習(xí)歷程模組學(xué)習(xí)歷程模組最主要兩個功能為：(1)提供教師編輯每一景點(diǎn)位置(2)提供教師分析學(xué)習(xí)歷程及評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先，教師在個人電腦使用CALSLA標(biāo)記特別的景點(diǎn)，並且得到景點(diǎn)的經(jīng)緯度及區(qū)域範(fàn)圍。該景點(diǎn)將會運(yùn)用GIS模組引發(fā)學(xué)習(xí)歷程或測驗(yàn)評估歷程。其次，每一景點(diǎn)的學(xué)習(xí)/評估歷程內(nèi)容將分為四種知識主題。知識主題分為歷史、建築、地理及當(dāng)?shù)氐奶貏e主題。當(dāng)GIS模組同步時教師可同時更新PDA與個人電腦知識主題。學(xué)習(xí)者以PDA依自身興趣選擇彈出式學(xué)習(xí)主題來學(xué)習(xí)相關(guān)知識。 圖 2. 景點(diǎn)介紹及相關(guān)知識圖二所示，學(xué)習(xí)者旅遊於特定的景點(diǎn)(秀欒公園牌樓)，GPS模組依學(xué)習(xí)者當(dāng)前所

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

17、圖3所示，學(xué)習(xí)者一開始答錯天水堂程序性之風(fēng)水(中國獨(dú)特建築文化) 12評估測驗(yàn)，次題目將給予相關(guān)風(fēng)水?dāng)⑹鲂灾R及引導(dǎo)學(xué)習(xí)者藉由更深入的探索該景點(diǎn)找尋答案。 圖3 測驗(yàn)評估 3.3監(jiān)控模組監(jiān)控模組提供教師活動後藉由分析系統(tǒng)中所儲存之學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)歷程及測驗(yàn)評估結(jié)果來偵測學(xué)習(xí)成效。並且藉由無線網(wǎng)路及3G網(wǎng)路連線，教師與學(xué)習(xí)者可交互協(xié)助學(xué)習(xí)及提供線上幫助。經(jīng)由分析學(xué)習(xí)成效，擷取得到15個旅遊特徵：觀看地圖次數(shù)、停留景點(diǎn)總時間、熱鬧區(qū)平均總時間、偏僻區(qū)平均總時間、公共場所平均總時間、歷史地點(diǎn)停留時間、購物地點(diǎn)停留時間、總答題時間、總旅遊時間、旅遊總行走距離、測驗(yàn)完成度、歷史題目表現(xiàn)、建築題目表現(xiàn)、風(fēng)俗題目

18、表現(xiàn)及產(chǎn)業(yè)題目表現(xiàn)。本文使用關(guān)聯(lián)規(guī)則理論14，協(xié)助教師分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動後的成效。下圖4為CALSLA系統(tǒng)架構(gòu) 圖4系統(tǒng)架構(gòu)4.系統(tǒng)實(shí)作本系統(tǒng)環(huán)境以北埔鄉(xiāng)內(nèi)的老街聚落為中心，教師編輯出15個鄰近景點(diǎn)於當(dāng)?shù)?，提供學(xué)習(xí)者在休閒活動中學(xué)習(xí)該地點(diǎn)之知識內(nèi)容。該景點(diǎn)皆位於以北埔老街聚落方圓500公尺，因此學(xué)習(xí)者可徒步兩小時內(nèi)完成旅遊。實(shí)驗(yàn)對象為22到28歲之間的學(xué)生或上班族，共計16人做為測驗(yàn)，其中男生有9人，而女生有7人。學(xué)習(xí)者手持PDA內(nèi)嵌CALSLA，實(shí)地測驗(yàn)過程皆以北埔秀巒公園牌樓為出發(fā)點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)。 圖5所示，情境感知模組提供教師編輯北埔老街情境式學(xué)習(xí)內(nèi)容。首先，教師標(biāo)記出特定的景點(diǎn)，並且藉由主

19、題分類編輯該景點(diǎn)相關(guān)知識內(nèi)容。圖5中實(shí)心格子區(qū)域具有相同知識內(nèi)容。當(dāng)學(xué)習(xí)者手持CALSLA行動裝置接近該景點(diǎn)，CALSLA將切換於學(xué)習(xí)模式，自動地引發(fā)情境式學(xué)習(xí)活動。學(xué)習(xí)者可依興趣自行選擇1個或所有的知識主題類別來學(xué)習(xí)活動。當(dāng)Error! Reference source not found.學(xué)習(xí)活動結(jié)束後，CALSLA將切換於休閒模式並且引導(dǎo)學(xué)習(xí)者繼續(xù)進(jìn)行休閒活動。圖5 編輯情境式學(xué)習(xí)內(nèi)容為了蒐集學(xué)習(xí)者休閒學(xué)習(xí)歷程，CALSLA紀(jì)錄以下特徵：(1)藉由時間戳記紀(jì)錄學(xué)習(xí)者旅遊路徑(2)閱讀學(xué)習(xí)內(nèi)容的紀(jì)錄(3)學(xué)習(xí)者與教師互相溝通及(4)測驗(yàn)評估結(jié)果。圖6所示，學(xué)習(xí)者A(圖6左)與學(xué)習(xí)者B(圖6

20、右)的路線依序顏色為紅、橙、綠、藍(lán)。每種顏色路徑表示學(xué)習(xí)者每一步驟共花25分鐘。學(xué)習(xí)者A總距離路徑少於學(xué)習(xí)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(dāng)有興趣，因此再分析兩者的學(xué)習(xí)歷程。結(jié)果顯示學(xué)習(xí)者A對於歷史景點(diǎn)相當(dāng)熱衷，花上許多時間在瀏覽，而學(xué)習(xí)者B只走熱鬧地區(qū)及試著去探索北埔每個街道和小路，並發(fā)現(xiàn)皆無回答關(guān)於歷史主題測驗(yàn)評估。 圖6 左：學(xué)習(xí)者A路徑，右：學(xué)習(xí)者B路徑表格1 學(xué)習(xí)者旅遊特徵特徵單位平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差觀看地圖次數(shù)次數(shù)17.759.923037景點(diǎn)總停留時間秒1230.438440.5861熱鬧區(qū)平均總時間秒113.555.28039偏僻區(qū)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(diǎn)停留時間秒379.0625136.83購物地點(diǎn)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(yàn)完成度百分比96.8755.439056歷史題目表現(xiàn)分61.6143818.66378建築題目表現(xiàn)分57.4062517.27179風(fēng)俗題目表現(xiàn)分77.5012521.85747產(chǎn)業(yè)題目表現(xiàn)分68.9843718.55743上表格1為16位學(xué)習(xí)者旅遊數(shù)值特徵平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。在表格1中，若每項(xiàng)旅遊特徵標(biāo)準(zhǔn)差高，則表示學(xué)習(xí)者擁

22、有個人旅遊風(fēng)格，所以教師難以研究旅遊特徵與學(xué)習(xí)成效之間的關(guān)聯(lián)。因此，本研究使用關(guān)聯(lián)規(guī)則演算法14的資料探勘技術(shù)探索學(xué)習(xí)成效與旅遊特徵之間的關(guān)聯(lián)，如下表格2所示：表格2 學(xué)習(xí)成效與旅遊特徵之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則關(guān)聯(lián)規(guī)則正確率1偏僻區(qū)平均總時間短測驗(yàn)完成度高12熱鬧區(qū)平均總時間長測驗(yàn)完成度低13公共場所平均總時間短測驗(yàn)完成度高14總答題時間短測驗(yàn)完成度高0.925測驗(yàn)完成度高歷史題目表現(xiàn)差0.9在表格2中，藉由關(guān)聯(lián)規(guī)則演算法共產(chǎn)生5個分類規(guī)則，正確率為90%。規(guī)則1到規(guī)則3顯示不同區(qū)域平均總時間與測驗(yàn)完成度之間的關(guān)係。規(guī)則4顯示總答題時間與測驗(yàn)完成度之間的關(guān)係。最後規(guī)則5顯示測驗(yàn)完成度與歷史題目表現(xiàn)之間的

23、關(guān)係。教師可藉由分析旅遊特徵來監(jiān)控學(xué)習(xí)者休閒活動，並且藉由參考關(guān)聯(lián)規(guī)則，提昇下一次學(xué)習(xí)者更多即時互動。 滿意度問卷顯示，15位學(xué)習(xí)者93.75%同意，比較於閱讀導(dǎo)覽手冊對於北埔有更深入的知識收穫。所有學(xué)習(xí)者一致同意系統(tǒng)設(shè)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(jié)論本文在行動裝置上建構(gòu)了學(xué)習(xí)者休閒活動之情境感知學(xué)習(xí)系統(tǒng)(CALSLA)。學(xué)習(xí)者可以即時地與同儕及教師溝通來獲取學(xué)習(xí)知識。教師藉由分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)歷程來即時監(jiān)控學(xué)習(xí)成效，並線上評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師分析學(xué)習(xí)成效與旅程特徵之間的關(guān)連性，達(dá)到協(xié)助教師設(shè)計適性化的學(xué)習(xí)活動。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示學(xué)習(xí)者學(xué)

24、習(xí)使用CALSLA不降低休閒興趣。情境式學(xué)習(xí)內(nèi)容成功地應(yīng)用於休閒活動，達(dá)到學(xué)習(xí)者無意識到他們在學(xué)習(xí)過程中。如此教師能在任何有情境式知識區(qū)域中，編輯適性化情境式學(xué)習(xí)活動於CALSLA，並引導(dǎo)學(xué)習(xí)者以輕鬆無壓力的方式進(jìn)行休閒學(xué)習(xí)。5.謝誌本文承蒙國科會(計畫編號NSC-96-2520-S-134-001)研究經(jīng)費(fèi)補(bǔ)助，謹(jǐn)此致謝。參考文獻(xiàn)1. Abowd, G., Atkeson, C., Hong, J., Long, S., Kooper, R., & Pinkerton, M., “Cyberguide: A mobile contextaware tour guide”, Wirel

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