13以视觉为主的游戏空间辅助全身性学习

國立中央大學網路學習科技研究所碩士論文以視覺為主的遊戲空間輔助全身性學習Vision-BasedGameSpaceforFacilitatingFull-bodyLearning:InteractingwithDigitalContent&PeersbyActions研究生：邱文淇指導教授：劉晨鐘博士中華民國九十五年七月III摘要遊戲中學習(Game-basedlearning)的理論一直以來在輔助教學的系統上被不斷的使用，且遊戲常被用在做為學習上引發動機的要素之一，而近年來利用電腦視覺為主的遊戲(computervisionbasedgames)，如PS2上的EyeToy，已經開始被使用在學習上，但僅止於單人的進行，然而建立互動虛擬環境InteractiveVirtualenvironments的方式將有助於和他人之間的合作與互動，但以往系統還沒有使用學習內容在虛擬環境中。而本研究思考不同以往的遊戲模式，期望讓小朋友以肢體動作代替原本與電腦互動的滑鼠鍵盤裝置，發展出整個互動虛擬學習環境。因此這個研究的目的是為了設計一個給孩子學習知識的環境，將數學角度的知識隱藏在遊戲中，達到情境式合作學習的效果，使得孩子在與電腦互動過程中，操作學習物件上沒有負擔。本研究之系統將強調三個主要的功能。第一，互動：以電腦視覺的方式，利用攝影機去偵測擷取到畫面的像素值，來分辨出使用者所比出的動作，達到與電腦做全身性的互動，動作與學習認知做結合。第二，合作：使用多螢幕(multi-monitor)環繞整個教室，讓在多人合作的環境下，每個人有自己的私人訊息空間(privacyinformation)，並且利用共同螢幕(shareddisplay)，給予共同的目標，完成三人一起合作的任務。第三，環場：物件可以環繞在多人多台螢幕環境之下，讓小朋友不會一直固定在同一台電腦螢幕面前，而是在教室中跑動，感覺環境更真實。本研究之活動觀察尋找小學二、三、四年級的小朋友，經過四次活動，發現本系統可以增進小朋友角度的概念，以及角度大小的觀念，增進小朋友之間的合作，讓他們覺得在學習很有趣，利用動作的方式就可以感覺到數學角度的涵義。關鍵字：遊戲式學習、互動虛擬環境、全身性互動、共同螢幕、環場、遍佈式遊戲、活動理論、合作學習、表徵、數學角度IIAbstractGame-basedlearningtheoryhasbeenappliedonauxiliaryteachingsystempersistently,becauseplayinggameisoneoftheimportantwaystomotivestudentslearning.Inrecentyears,manyresearcheshaveappliedcomputervisionbasedgamessuchasEyeToyofPS2inlearning.HoweverEyeToyisonlyforonepersonandstudentscan’tinteractinthevirtualenvironments.BuildingInteractiveVirtualenvironmentsingame-basedlearningishelpfulforstudentstocollaborativeandinteractwitheachother.Wedesignedadifferentformergame-modeltoapplygame-basedlearninginourresearch.WedesignedInteractiveVirtualenvironments,andstudentscaninteractwithcomputerbytheirbodyactioninsteadofkeyboardormousethere.Ourresearchpurposeisdesigningalearningknowledgeenvironmentaboutangleofmathematicstoreachlearningeffectinsituated-cooperationofgame-basedlearning,andchildrenhavenoloadoperatinglearningobjectwhentheyinteractwithcomputer.Weemphasizethreemainfactorsinoursystem.First,interaction:weuse“computervision”technology–afterutilizingcameracollectionimagedata,computerdetectsspecialcolortoknowtheactionsofuser.Throughthisway,childrencandofullbodylearning,itcombinesactionandcognitivelearning.Second,collaboration:weusemulti-monitorsaroundtheclassroomtomakeeveryuserhavetheirprivacyinformation.Further,theyhaveshareddisplaytoknowthemutualtargetandaccomplishedcollaborativemission.Third,surrounding:theplayingobjectcansurroundthemulti-monitors.Insteadofstandfirmlyinfromofmonitor,itcanletchildrenmovearoundintheclassroomandfeelmorereality.Welookedforsecond-year,third-year,andforth-yearclasselementarychildrentoevaluateoursystem.Theyuseoursystemtolearntheconceptofangle.AfterourIIIexperiment,wefindthatthissystemcouldbuildtheirconceptofangle,andpromotetheirinteraction.Throughthesekindsoflearning,theyfeelmoreinterestingaboutlearning,andtheycanfeelthemeaningofanglebyactions.Keywords:Game-basedlearning,InteractiveVirtualEnvironments,FullbodyInteraction,SharedDisplay,Surrounding,PervasiveGaming,Activitytheory,Collaborativelearning,Representation,AngleofmathematicsIV誌謝首先，要感謝我的指導老師–劉晨鐘教授，在我研究的過程諄諄教誨，給予我研究之路一盞明燈。感謝我的口試委員，周志岳教授、楊接期教授、張智凱教授在學生口試時指出研究不足與改進之處，讓學生的論文更加完整。感謝研究室的夥伴宏展、學弟旺鑫、柏翰，在繁忙之餘，抽空幫忙活動的進行與研究設計的討論，承受與安慰我扭曲的外表下所顯現出來的壓力，感謝研究室淑瑗學姊，陳威學長，所辦助理美蘭姐幫忙找活動對象與聯絡受試者，感謝淑瑗學姊幫忙協助活動觀察之後的追蹤訪談，感謝新勢國小的盧老師以及中福、新勢、麗林國小的小朋友們，配合演出帶領活動的進行，感謝研究室助理香蘭友情贊助當遊戲聲優，感謝學弟彥淇、旺鑫、同學俊嘉、二姐美琇抽空幫忙打逐字稿；感謝翊鶴每晚與我在研究室討論研究上的問題，感謝慶源同學協助指導口試前的注意事項、感謝慶源、永清同學指點活動數據分析方法，感謝舒聖提供遊戲理論參考文獻，雖然他們跟我不同研究室的同學，但一路肩並肩相挺扶持，適時給我打氣。最後，感謝我家人的支持，以及我最感謝的人–君儀，每個深夜聽我訴苦，每次的挫敗伸手將我拉起來，濛濛懂懂的跟我討論研究的想法，幫我畫出一個個可愛的遊戲角色，感謝她默默的替我加油打氣，在我最沮喪最脆弱的時候，給我最溫暖的眼神與關懷。雖然我的研究之路崎嶇多折，但奇蹟總是留給相信的人，所以我一直相信自己能夠在有限的時間完成畢業前所該做的事情，當然要感謝的人實在太多，所以只好感謝自己。雖然對於自己的論文不盡滿意，但最美的一場戰役已經打過，只要過程精彩就可以了，評價就留給後人去憑弔吧。在此，將此篇論文獻給我最愛的佳人，希望這些感謝的話能夠成為我們這群伙伴曾經一起在這裡打拼的見證。中央大學網路學習科技研究所互動科技與學習實驗室研究生邱文淇謹誌於中央大學2006年7月V目錄第1章緒論...........................................................................................11.1研究背景....................................................................................................11.2研究動機....................................................................................................31.3研究目的....................................................................................................51.4問題與對策................................................................................................61.5論文架構..................................................................................................101.6研究限制..................................................................................................10第2章文獻探討.................................................................................112.1表徵系統理論..........................................................................................112.2活動理論..................................................................................................132.2.1遊戲式學習理論..........................................................................142.2.2合作學習理論..............................................................................15第3章系統實作...........................................................................