位置服务之行动地理资讯教学系统建置与教学活动设计

1、位置服務之行動地理資訊教學系統建置與教學活動設計蕭顯勝國立台灣師範大學工業科技教育學系教授.tw簡正杰國立台灣師範大學工業科技教育學系研究生69471045.tw洪琬諦國立暨南國際大學通識教育中心.tw摘要近幾年，數位典藏的文化教育內容已有豐富的成果為國內文化教育的內容產業上游奠定了堅實的基礎。在資訊融入教學日漸普遍，以及數位學習產業日漸成形之趨勢下，教學者如何運用資訊科技來提升教學的競爭及能量成為教學經營的新挑戰之一。因此，本文提出一行動地理資訊教學系統，使學習者能利用本系統在戶外與學習場域互動，親自體驗學習。而本文

2、之行動地理資訊系統的教學內容，取用數位典藏的豐富內容，將之應用於無所不在的學習環境之中，以期學習者能達到寓教於樂的創意學習。本文之行動地理資訊教學系統安裝於PDA中，透過PDA之個人化、行動化的功能，結合GPS定位出學習者之目前位置，即時反應學習者當下的環境特徵並提供適合該特徵的學習內容，讓學習者能夠在真實環境中迅速得知所欲習得的課程意涵。本文之教學活動場域在台北縣八里地區之文化學習，學習者透過本系統之輔助學習，實際體驗與感受；這以學習者為中心，將學習與生活經驗結合，從日常生活周遭環境進行學習的方式，有助於學習內容的意義化。最後，本文提出之行動地理資訊系統應用於八里地區文化教學教學設計，結合九

3、年一貫能力指標，讓學生親自體驗並結合行動輔具PDA進行學習。本文希望能藉由教學活動設計，提供給教師教學的參考，讓教師在從事GIS及社區文化之相關教學時獲得依循，並設計出更適合學生的行動學習戶外教學活動。關鍵詞：行動GIS、位置服務、GIS教學壹前言數位典藏國家型科技計畫旨在落實數位典藏資訊的知識化與社會化，朝向知識社會的發展及建構，擴大對於整體資訊社會的影響，讓臺灣的豐富內容建立起文化的主體性，與歐美先進國家同步走進網路全球化、知識社會的時代。近幾年，數位典藏有關於文化教育內容已有豐富的成果，為國內文化教育的內容產業上游奠定了堅實的基礎；然而，中下游的加值應用則需各領域更多的創意與耕耘，因此，

4、本研究之行動地理資訊系統的教學內容，取用數位典藏的豐富內容，將之應用於無所不在的學習環境之中，以期學習者能達到寓教於樂的創意學習。近年來，地理資訊系統（Geographic Information System, 簡稱GIS）融入教學時所使用的GIS軟體已不再受限於本機使用的軟體，而是以網際地理資訊系統（Web GIS or Internet GIS）為主，由於GIS圖文並重的呈現方式和一般人獲得資訊的習慣較類似，因此，目前GIS和網際網路的結合相當普及，可見因應網際網路的快速發展，加上電腦硬體設備的發展，讓GIS可以多種不同的形態呈現。然而目前GIS應用於教學上，大多仍侷限於室內，只能透過個

5、人電腦學習地理資訊相關知識，無法讓學習者親身體驗學習地理資訊相關知識。近年來GIS逐漸在個人數位助理（PDA）上發展出新的方向，GIS逐漸朝向可攜帶（Portable）的方向發展（周天穎，2003）。行動地理資訊系統（行動GIS或Mobile GIS）可以滿足使用者在戶外使用GIS的需求，因為使用者在戶外進各種工作或活動時皆可能產生對地資訊之使用需求，行動GIS藉由動裝置經由無線環境存取、使用地理資訊及功能（楊錦松，2004）。行動 GIS可將原本GIS的工作應用延伸至行動的工作場所，透過即時與實地作業進行地理資料的蒐集、儲存、更新、分析與展示。位置服務（Location-based Serv

6、ice, 簡稱LBS），是指資訊能夠基於使用者處於特定位置被產生與傳遞，主要是基於地理位置並透過行動終端設備傳遞特定資訊。要組成位置服務，需結合行動運算設備，定位系統、伺服器、資料庫及無線網路環境，使用者攜帶具有行動運算能力的行動設備，在無線網路環境中移動，在與空間有關之需求產生時，經由定位系統自動決定使用者即時的空間位置，並由行動設備透過無線網路存取後端應用系統的資料，以即時、即地的給予使用者相關資訊。本研究之行動GIS教學系統安裝於個人化數位助理（Personal Digital Assistant, 簡稱PDA）中，透過PDA之個人化、行動化的功能，結合GPS定位出學習者之目前位置，即時

7、顯示反應學習者當下的環境特徵並提供適合該特徵的學習內容，讓學習者能夠在真實環境中迅速得知所欲習得的課程意涵，本文之教學案例設計，以台北縣八里地區之文化學習為主題，目的是讓學習者，透過本系統之輔助學習，實際體驗與感受，這以學習者為中心，將學習與生活經驗結合，從日常生活周遭環境進行學習的方式，有助於學習內容的意義化。貳行動GIS過去幾網際網技術在各層面蓬勃發展，將分散式概延伸至網際網的架構，建構在這架構上的地資訊系統即稱之為網際網地資訊系統（可稱為Web GIS 或Internet GIS）。 Web GIS使得用戶端必購買昂貴的GIS 軟體就可透過網際網處分析與地位置有關之資訊，也使得廣大的網際

8、網人口能夠方地獲取相關之地資訊。近年來，動用戶也有地空間資的需求，提供地（或位置資訊）對於許多應用場合是具有幫助的，如遊導覽、緊急救助、展覽系統等。許多研究指出當人處於熟悉之環境時，行動裝置提供的即時資訊可以給使用者相當大的用處（Kassinen, 2003；Dru & Saada, 2003），行動地理資訊系統結合GPS，能提供視覺化地圖讓使用者解所在位置的週遭環境，並可執我在哪、最近的餐廳在哪、怎麼去那個地方等空間分析的GIS功能，此種定位服務貼合於使用者之需求。行動GIS與一般GIS主要的差在於動用戶本身是一個移動物體、資傳輸是透過無線環境。行動GIS可以滿足使用者在戶外使用GIS的需求

9、，因為使用者在戶外進各種工作或活動時皆可能產生對地資訊之使用需求，行動GIS藉由動裝置經由無線環境存取、使用地理資訊及功能（楊錦松，2004）。參位置服務位置服務（或適地服務）為結合行動運算設備、定位系統、無線網路環境與後端伺服器四種科技，並用使用者即時的空間位置做為約制條件，在系統框架下進適當運作後，回傳符合需要空間資的一種資訊服務，如圖1所示，使用者攜帶具有動運算能的動設備在無線網環境中移動，在與空間有關之需求產生時，經由定位系統自動決定使用者即時的空間位置，並由動設備透過無線網存取後端伺服器中的資，以即時、即地的相關資訊輔助使用者做出正確的決策（Zeimpekis, 2002）。圖1 位

10、置服務基本運作原理位置服務的形成，主要包括四大單元，以下就位置服務所包括的四項單元作一詳細介紹，其整體架構如圖2所示。一、行動運算設備行動運算設備是位置服務框架中之終端設備，提供使用者設定約制條件與觀看查詢結果，整個位置服務框架在設計上對動設備有一定程式的依賴，在評估一項動設備是否適合於位置服務時，須考慮其運算能、作業平台、輸出輸入介面、電源供應以及銜接其它硬體裝置（如定位系統、無線網）的能。二、定位系統定位系統是位置服務框架中形成空間約制條件的基礎，而空間條件的設定是觸發位置服務的必要條件，在評估一項定位系統是否適用時，必需特別考慮其涵蓋範圍、適用環境、定位精、定位之坐標基準與投影方式與新頻

11、（Hjelm, 2002）。三、無線網路環境無線網路環境負責動用戶與位置服務伺服器間的相互溝通，在評估一個無線網環境是否適用時，必須特別考慮到無線網傳輸速、涵蓋範圍與收費單價，傳輸速影響位置服務的運作效，涵蓋範圍限制可以使用服務的範圍。四、行動GIS行動GIS是以位置服務為基礎建置而成，本文之學習者攜帶PDA（具有動運算能的動設備），在無線網環境中移動，在戶外文化學習過程中（與空間有關之需求產生），經由GPS（定位功能）自動決定使用者即時的空間位置，並由PDA（動輔具）透過無線網存取後端地資訊系統中的資，以即時、即地的方式提供學習者學習資料。位置服務Location-based Service

12、行動運算設備Mobile Computation Terminal定位系統Position Determination System無線網路環境Wireless Internet Environment行動GISMobile Geographic Information System圖2 位置服務的四大單元本文採用之定位方式，根據Giaglis（2003）指出，全球定位系統（Global Positoning System, 簡稱GPS）之定位技術，適合於室外且涵蓋範圍較大，而本研究之實施地點在戶外，符合GPS定位特性，因此，本研究之定位系統採用GPS。至於行動運算設備，考量本研究需要較高的運

13、算能力及較佳之電力時間，PDA的運算能力較行動電話及SmartPhone來得高且電力也較持久，攜帶上比平板電腦方便許多，因此本研究以PDA做為教學之輔具。肆GIS有助於學習賴進貴（2003）認為，GIS可以克服傳統空間認知教學的缺點，資料可以經由數位儲存、轉換及重複使用，並與網際網路結合，增加其方便性。GIS在中小學教育體系中，具有許多不同形式的應用方式和發展潛能，雖然長期以來，GIS一直被運用在大學及政府單位，和中小學教育的聯繫非常薄弱（賴進貴、丘顯進，2002）。但是，近年來，相關教育工作者對於GIS和中小學教育的結合深感興趣，相關研究正積極推動中，表1是國內外GIS有助於學習的文獻整理。

14、表1 GIS有助於學習的文獻整理Meyer（1999） GIS可以有效減少師生的科技焦慮，且能提高學生的學習興趣。 Furner & Ramirez(1999 )GIS可以做為自然與社會科學的研究工具。GIS可協助將教學、科學為社會科學相整合。邱名秀（2005） GIS可提昇國小學童主動學習的意願。 蔡志勇（2005） 國小教師具有高度意願，結合GIS網站輔助教學。 田于娟（2005） 學生對於GIS輔助地教學的方式持正向、積極的態，將有助於GIS教育的推廣。 在小學階段，關於社區文化教育方面的知識通常以課本上的文字及圖片呈現，對於學生之學習幫助有限，因此學校常辦理戶外教學活動配合學習，但是如

15、以走馬看花之方式，學生易感到無聊且沒有參與感。藉由行動地理資訊系統的輔助教學，可以呈現學生所在位置之學習資訊，立即得到學習的相關資訊，讓學生更有效率的學習，且學生可以自己操作GIS，達到做中學的目的，並培養學生之空間認知及地圖之使用能力。伍位置服務之行動地理資訊教學系統本系統導入位置服務之概念，學習者手持內建本系統之PDA，透過GPS定位，系統可知道學習者當下所處之學習環境，並且顯示目前所在位置之圖層，例如學習者現在位於八里渡船頭，系統會顯示八里渡船頭的點位於螢幕正中央（圖3），學習者可以點選八里渡船頭，系統會立即顯現該學習點位的相關學習資訊予學習者，如圖4所示，學習者可馬上驗證學習資訊並體驗

16、學習。本系統在學習者進行學習時，會輔以問題提問的方式，引導學習者更進一步的學習，透過簡單的任務或是題目（圖5），達到引導學習者學習之目的。此外，學習者在學習途中或是學習結束時，可使用寫心得之功能，紀錄自己學習過程的心得，學習者所建立之個人學習紀錄可立即紀錄於資料庫中，如圖6所示。圖3 GPS定位學習者目前所在位置圖4 學習點位的學習資訊呈現圖5 學習問題之引導圖6 學習心得紀錄至資料庫陸教學活動設計根據前述文獻探討，行動地理資訊系統應用於戶外之文化教學是可行的，本文設計一行動地理資訊系統應用於戶外之社區文化教學活動，以八里地區為例，結合九年一貫能力指標設計課程，並配合指標設計出相對應之教學目標

17、及具體目標。詳細之教學活動設計如表2所示。表2行動地理資訊系統應用於八里地區文化教學活動設計學習領域社會教學年級國小高年級教學時間二節課（80分鐘）教學單元我在哪裡、八里的今與昔教學者教師教學目標1熟悉使用GIS閱讀地圖的方法。2培養運用GIS的能力。3了解八里的位置與區域範圍。4了解八里地名由來與演變。5了解八里地名的由來意義及變遷。具體目標1了解經緯度的意義並知道八里的經緯度。2知道GIS地圖中圖例、分層特色、方向的用法。3應用GIS地圖找到指定的位置。4能說出八里區鄰近的行政區域。5能說出八里重要地名的由來。6能說出地名變化的原因。7能使用GIS探索家鄉其它的地名，並說出自己的想法。8能

18、說出在八里的樂趣與表達愛鄉的情懷。使用GIS能力指標座標定位能力：1. 能理解GIS地圖上網格座標設計的目的。2. 能在GIS地圖上座標定位。3. 能理解經緯度的意義與功能。4. 能利用經緯度定位。空間方向感：1. 能辨識四方位。2. 能辨識八方位。3. 能以主體找客體的方式說出兩地的相對方位。4. 能以主客體的相對關係說出兩地的相對方位。符號化能力：1. 能根據GIS上之圖例，辨識地圖上的符號。2. 能根據GIS地圖中的符號，判讀圖中呈現的空間現象。社會科能力指標人與空間1-1-1辨識地點、位置、方向，並能製作或運用模型代表實物。1-2-1描述住家與學校附近的環境。1-2-3覺察人們對地方與

19、環境的認識與感受具有差異性。1-2-7說出鄉土的交通狀況，並說明這些交通狀況與生活的關係。1-3-1了解不同生活環境差異之處，並能尊重及欣賞其間的不同特色。1-3-2了解各地風俗民情的形成背景、傳統禮俗的意義及其在生活中的重要性。1-3-4利用地圖、數據、坐標和其它資訊，來描述和解釋地表事象及其空間組織。教學準備PDA（Personal Digital Assistant, 個人數位化助理）教學活動流程1. 學習者手持具有GPS定位功能之行動地理資訊系統，透過GPS即時定位，PDA能立即呈現學習者所在位置之教學資訊。2. 透過實地勘查及教學活動任務指引，並配合PDA之導覽學習八里地區文化相關資

20、訊，例如地名由來，地方特色等。3. 教學活動任務(1) 尋找渡船頭寶藏(設定好的一個點位)，發現寶藏後立即在PDA上作答，並拍攝一張寶藏的相片，即完成任務。(說明：PDA地圖上顯示寶藏所在地，透過GPS定位，當學生到達寶藏點時，PDA畫面會顯示”到達”。)(2) 系統出現地圖請學生在地圖上繪出寶藏所在點。(3) 學生在PDA上繪完寶藏地點後，系統提問寶藏地點位於什麼路上，請學生在PDA的地圖上畫出此條路並寫上路名。(4) 環顧寶藏四周，可看到一條河，請問此河的名稱。該河位於你所在地的哪一方位（以八方位角表示）。（說明：學生可以點選提示，此時系統畫面會出現介紹，學生可以看完介紹後再作答，藉以學習

21、八方位之概念。）(5) 畫面出現八里簡圖，請學生將八里各個景點填入於簡圖中。（說明：學習八里各景點之位置。）(6) 系統呈現八里地圖，請學生選取自己就讀之國小所在點位，請學生平移該圖至特定位置(如右上角)即可過關。（說明：使學生學習GIS圖層平移之功能。）(7) 系統提問：如果將比例尺調到最大，地圖中呈現的內容詳細嗎？請學生比較大小比例尺的不同。（說明：學習比例尺之概念。）4. 透過PDA學習心得紀錄功能，學生可以隨時紀錄此次學習過程之所見所聞。柒結論本文之行動地理資訊教學系統可透過GPS之功能，得知學習者所在之位置，並以多媒體的方式傳送該景點之相關自然生態資訊給學習者，實現在正確時間、正確地

22、點傳送正確資訊以進行適當的學習，符合行動地理資訊系統之可攜性的特性，此外，透過符合九年一貫能力指標的教學活動設計，並且融入行動輔具於其中，達成GIS應用於戶外文化教學的目的。而本文提出之行動地理資訊系統應用於八里地區文化教學教學設計，結合九年一貫能力指標，讓學生運用五官親自體驗並結合行動輔具PDA進行學習。未來將實施教學實驗，以驗證此系統及教學活動。本文希望能藉由教學活動設計，提供給教師教學的參考，讓教師在從事GIS及社區文化之相關教學時，獲得依循，並設計出更適合學生的行動學習戶外教學活動。捌參考文獻田于娟（2005）。地理資訊系統輔助高中地理教學之研究以斗南高中為例。國立高雄師範大學地理學系

23、碩士論文，高雄。周天穎（2003）。地理資訊系統。台北：儒林。柯芝孄（2005）。地圖教學對國小六年級兒童在鄉土地理學習成效之研究。國立台北教育大學社會教育學系碩士論文，台北。邱名秀（2005）。地理資訊系統教學對國小四年級學童空間認知的影響。國立台北教育大學社會教育學系碩士論文，台北。陳國彥、吳宗立（2002）。社會領域教材教法。高雄市：麗文。楊錦松（2004）。行動地理資訊系統伺服器端資料選取架構研究。國立成功大學測量及空間資訊學系碩士論文，台南。蔡志勇（2005）。GIS介面之地理資訊教學網站研究與實作。國立嘉義大學教育科技研究所碩士論文，嘉義。賴進貴、丘顯進（2002）。GIS在中小學

24、教育體系的發展。2002 年ESRI用戶會議暨成果應用發表研討會，台北。賴進貴（2003）。地圖中的世界人文、科技、探索。科學發展，265，6-15。簡良益（2005）。PaPaGO!SDK Mobile行動GIS系統開發實務。台北：研勤科技。Bartoli(2000). Advanced LBS to PDA, A&C 2000 SRL.Dru & Saada(2003). Location-based mobile services : the essentials , Alcatel Sites Worldwide.Furner & Ramirez(1999). Making connections: Using GIS to integrate mathematics and science. TechTrends, 43(4), 34-39.Giaglis(2003). Towards a classification framework for mobile location services. In Mobile commerce(pp.67-85). Technology, Theory and Applications.Hjelm(2002). Creating Location services for the Wireless W