锚式情境教学法教材设计

1、錨式情境教學法教材設計、發展與應用 The Development of Interactive Videodisc-Based Anchored Instruction in Mathematics Teaching and Problem-Solving for Elementary Students徐新逸 教授淡江大學教育資料科學研究所摘要 錨式情境教學法 (Anchored Instruction)，乃是經由互動式影碟系統， 建立一個故事環境，在故事環境中嵌入所要呈現的內容，經由學習者的探討一一浮現所呈現的內容，並藉以解決一連串的問題。最終目的是幫助學習者發展信心、技能及知識，以便去解

2、決問題， 成為獨立思考者和學習者 (Cognition and Technology Group at Vanderbilt, 1990)。 本研究主要在設計並發展錨式情境教學法教材，名稱生活數學系列：安可的假期，適合國小五年級學童的教學系統並對其教材加以評估。本教材主要內容包括國小四則、時間、時刻表、距離與方向之計算等數學概念。 教學影碟片呈現並以電腦操控。 教材內容以故事 (戲劇 ) 方式提供逼真的環境與課題，教導學生一些數學觀念, 生活常識及解決問題的方法。研究目的 加強學生思考及解決問題的能力是所有教師的共同目標之一。 美國Vanderbilt University 的認知科技群 (C

3、ognition and Technology Group at Vanderbilt， 簡稱CTGV) 提出了錨式情境教學法的理論, 盼能幫助教師達此目標。 除了理論模式之外，CTGV 並運用電腦科技的進步，以多媒體的呈現方式 (即: 影碟+ 電腦 ), 具體地設計出教材 (即: The Jasper Series)。然而，不論是理論模式或是教材樣本, 少見國內學界作此方面的研究。本研究計劃之目的主要在於發展出本土化錨式情境教學法教學系統生活數學系列：安可的假期。 其重要性在於:(1) 推廣此一理論 , 藉以提供教學設計者此教學設計模式。 (2) 以實驗方式, 發展本土化錨式情境教學法之教材

4、, 盼此教材能提供老師們教學方式的革新。同時盼能引起學界的關注，集合更多的專家學者, 共同發展出多樣化錨式情境教學法之教材。研究背景及理論架構一、 研究背景 多數的教育學者皆強調教學應培育學生成為一個獨立思考及問題解決者。然而以傳統的教學方式要想達到此目標並不容易. 主要原因是傳統教學設計, 多半適用於簡單且入門的知識傳授, 而且較適合低層次 (low level) 的學習遷移 (Salomon, 1988)。 學生所學多半成為僵化知識 (inert knowledge), 這些知識無法直接應用到往後解決問題上。針對這種現象, 一些以認知心理學為導向的學者競相提出情境認知的理論(situate

5、d cognition ) (Brown, Collins & Duguid, 1989; Spiro, Feltovish, Jacobson & Coulson, 1991)。 情境認知主要強調 (1) 教學活動的屬實性 (authenticity): 強調知識的學習應建構在真實的活動裡。因為, 唯有學習者在真實的活動中運用其所學的知識, 才能膫解知識的意義, 產生對知識的認同, 進而珍惜此知識的價值, 且視其為解決問題的工具(tools); (2) 以認知見習 (cognitive apprenticeship) 為策略: 強調學習活動應與文化結合 (enculturat

6、ing), 且應提供一個如給學徒般見習的環境。因為讓學生藉著在學習脈絡 (context) 中的摸索, 才能讓他發展出多種屬於自己問題解決策略。二、理論架構錨式情境教學法之源起情境認知的提出, 引起了學界對傳統教學的反省。 美國Vanderbilt University 的認知科技群（ CTGV ）更進一步提出了具體的教案及理論結構。他們以情境認知的理論為基礎，運用新科技來研究學習者的知識建構，提出了錨式情境教學法 (anchored instruction)。 國內的學者對於Anchored Instruction的翻譯名稱各有見解，計有導向式教學(朱湘吉, 民 81)、重點認知(鍾邦友,

7、民 83)；此外有人認為應該譯成錨固、定錨等等不一而足；而本計劃定名錨式情境教學法，主要在於該教學主要精神在於生活中有許多可資應用的素材範例，將問題重點定位在一個問題情境中，讓學習者將數學解題應用到實際的生活問題。 CTGV 的錨式情境教學以互動式影碟系統為媒介，發展了一系列（六張影碟片）的教材，由 Macintosh 的 Hypercard 操控，每一張影碟以一個生活化的故事為中心，由其主角 Jasper Woodbury 貫穿其中， 讓五或六年級的學童以形成問題，解決問題的方式來學習數學上的一些觀念（如小數點、分數、幾何、代數、容積量的計算）。此教材的名稱為 The Adventures

8、of Jasper Woodbury ， 簡稱為 The Jasper Series (Vanderbilt University, 1992)。CTGV發展錨式情境教學法源受自Whitehead 於 1929 年所提僵化知識（inert knowledge ）啟發 (Whitehead, 1929)。 所謂僵化知識，是一種曾經學過但不能反應到日後問題解決上的知識，即所謂的死知識。 此外，CTGV 亦受到情境認知理論的影響，認為要克服僵化知識的產生，就該提供給學生一個熟識 (everyday cognition) 、 屬實(authentic tasks)， 且以問題為導向 (problem-

9、oriented acquisition) 而非僅以事實為導向(fact-oriented) 的學習環境。除此之外，錨式情境教學法更設計了巨觀情境(macrocontexts), 藉著生活化的故事， 呈現多元化的資訊 , 並採用鑲藏式資料設計(embedded data design) , 讓學生能從豐富的資源, 多種角度 (multiple perspectives) 來思考並解決問題。 CTGV (1991) 並認為以影碟來呈現錨式情境教學法之教材最為適當. 主要理由可從二方面比較 (Bransford, Frank, Vye & Sherwood, 1986): (1) 影碟較書

10、本文字 (text) 適合的理由: 因為影碟較能提供真（ veridical)、生動 dynamic)、視覺化 (visual)、空間感 (spatial) 的情境， 讓學生較容易瞭解問題狀況，並進而發展解決問題的策略。 (2) 影碟較錄影帶 (videotape) 適合的理由：因為影碟的高容量 (一張 30 分鐘的影碟片可存 54,000 frames, 或 368 Mbytes 的資料 ) 較能達到鑲藏式資料設計，及多角度透視問題 (multiple perspectives) 的理念。且又因為影碟快速, 隨機定格逐格的功能 (random- access capabilities)，增加

11、了老師學生找資料的方便性。 三、 錨式情境教學法之設計原則CTGV (1992) 強調要創造一具產生性學習活動的錨式情境教學法教材，有以下幾點設計原則可供參考：(一)影碟的呈現形式 (Videodisc-Based Presentation Format)： 採用影碟做為錨式情境教學法呈現形式最大的理由是要給學習者一個真實、有趣的畫面刺激並幫助學習者理解 (Bransford, 1988)。一旦所要學習的概念能駕輕就熟，便可做學習遷移。影碟除含有主要學習資料（即與解答主要問題有關的資料）外，經常附加了一些其它資料（ Incidental information ）隱存其中。從另一角度來檢視，這

12、些資料就可能是其它問題解決的重要資料， 故可提供不同的探索面向 (Van Haneghan,Baron, Young, Williams, Vye, & Bransford, 1992)。此外，它還有一些其他方面的優點：(1) 它具有激勵的因素， 給予學習者豐富的資料可幫助學習者建立問題情境。(2) 提供足夠的資訊給學習者，便可彌補部份先前經驗不足的學習者，縮短個別差異。(3) 允許學習者發展出重要的架構識別技巧 Pattern recognition skills）。有機會去練習如何定義出主要問題及子問題，搜尋、再認內容情境中那些資料與問題是相關的。(4) 具有隨機檢索的能力。可立即

13、地從影碟片中找到課堂討論所需要資料。(二)敘述故事的方式 (Narrative Format)： 根據 Lipman(1985) 的說法，採用以敘述故事的方式來呈現資料，能創造出一利於問題解決、內容豐富且有意義的學習情境。如此可使學習者更易建立類似此問題情境的心智模式，並且可讓學習者集中注意於問題解決的工作上，而非只是數學的演算。(三)產出性的結構 (Generative Structure)： 錨式情境教學法嚴謹的架構有別於一般故事，除了嚴謹性的特色外，在於他主動不告知學習者下一步該如何做，留給學習者極大的空間思考並自己嘗試去解決問題。根據研究發現，學習者在產出性的結構裡較傾向於由自己決斷故

14、事結果。在傳統的教學中，一般問題的答案通常只有一種設想與解決的方向，學習者要朝既定目標去解題，缺乏考慮實際問題情境中存在變項。 但錨式情境教學法的故事是開放性的（Open-ended ），學習者需要考慮各種可能因素，因此可能產生不同的答案， 讓學習者有多面向的思路可走，激發學習者內在的興趣與動機。(四)隱藏資料的設計 (Embedded Data Design)： 錨式情境教學教材設計上最大的特色在於隱喻資料（ embedded data ）。 所謂隱喻資料即隱藏在故事影片中，但不明示學習者它是否就是與解題相關的資料。在文字式的問題 (word problem) 中，幾乎與解題有關的數據與語句

15、才會出現在題目裡，學習者不需要去判讀。但在錨式情境教學教材中解決一問題的資料卻廣布於數十分鐘的影片， 與其它資料混在一起。 故學習者先得對相關資料做研判、搜尋以決定所需資料。CTGV 認為這樣的設計有助於學習者主動學習。(五)問題的複雜度 (Problem-Complexity)： 在 Jasper Series 裡所要解決的數學問題， 大多需要分解成 15 個或是更多的解題步驟與子問題。這些需要經過謹慎的計劃與設計，並且在提供真實情境中蘊含了一個具體的目標，讓學習者對問題進行分析、計劃與決策。透過這種練習，可增加學習者對自己解題能力的自信，克服他們可能會放棄解題的恐懼心理與想法。(六)配對式

16、的冒險故事： 在 Jasper Series 的六個冒險故事裡， 主要可分為三個主要課題：一是有關計劃旅行；一是有關經商計劃；一是有關尋路計劃。每一主題有兩個冒險故事。這種配對式的教材在設計上有三個目的：一對於所要學習的核心知識或基模有額外重覆演練的機會。二因為兩個故事呈現的是不同的環境文化，可使得在達到遷移學習以外，也能幫助學習者釐清前面所學到的各個知識技能，何者可以運用而何者不行。三協助學習者勾勒出類似問題的思考。(七)多樣學科領域的設計: 傳統教學裡所學的知識都按照著既定的學科傳授，數學知識只會在數學課中學習，而歷史只會在歷史課學，每個學科知識似乎是毫不相關，但在實際生活上並非如此。因此

17、， CTGV 在發展教材時強調了多樣學科領域結合設計的理念，如此做法將有三種優點： ()可以幫助學習者將數學思考延伸到其它知識領域如歷史等。 ()可達到知識整合的目的。 ()可支援學習者資料的獲得、分析與表達。教材介紹 生活數學系列：安可的假期是一以科技為基礎、刺激學習動機為設計重點, 並幫助他們學習者學習如何去思考與推理複雜問題的教學計劃。課程本身的設計是以影碟為工具、故事式的敘述所組成的一冒險故事，因此它陳述出一複雜且待解決的問題給學習者，讓他運用隱藏在故事陳述中的資料做問題解決的工作。延伸此一觀念，便是要使學習者做 "What if" 的思考方式，並且跨越不同的學科領

18、域予以結合於教材中。一、教材簡介 本研究研發教材之主要課題為國小程度數學觀念 - 四則運算、時間、時刻表、距離、方向。 對象為國小五年級學童。本教材之發展採系統化教學設計模式, 以分析, 設計, 製作, 評鑑四大步驟進行。 教材軟體為 30 分鐘生活故事之影碟, 程式以Authorware Professional for Windows 編輯軟體在PC上操控。 硬體配備為影碟機(Pioneer VD-4400), 電視螢幕, 及個人電腦 PC-386 以上機種 (至少含有 8MB RAM 及20MB 硬碟 )。教學配備請參考圖一。 個人電腦最主要為執行程式之運作, 藉以控制影碟機之播放與檢索

19、，電腦控制程式主畫面部份請參照圖二。影碟教材樣本請參照圖三。圖一(略) 圖二(略) 圖三(略) 二、故事大綱 故事開始於文心、阿胖、安可與湘雯等四人打算利用假期時間去戶外烤肉旅行，在整個活動進行的中間，文心卻不慎發生意外扭傷了腳踝，因此擔誤到原本預計的旅程。在這個時候，他們除了要很快的處理意外狀況，也被迫重新考慮後續活動的可行性。在影片中我們可以看到他們從一開始討論活動地點、準備活動所需用品、資料，也會看到他們如何查閱、搭乘交通工具（火車）等。最後學習者將會面臨故事引伸出來有關行程規劃問題，來幫助故事裡的主角決定他們是否可以在規定限制之下繼續其它的旅行活動並來得及回到台北。三、本教材之學習目標

20、 (一)認知技能： (1)數學 a.時間的計算（數學時間的計算） b.時刻表（閱讀火車時刻）c.四則 的運算（旅遊經費的控制） d.距離、方向的計算 (2)社會 a.歷史文化，包括地方文化與地方特色(平溪或附近的歷史文化） b.地理景觀（認識地圖、與生態環境的辨認) (3)健康教育旅遊常識的注重（受傷該送衛生所、急救、安全、落石、雨季避免到河谷、事先收聽氣象報告、應帶器具.） (二)情意：(生活倫理） (1)環保（升火烤肉小心火燭、不丟垃圾） (2)敬老尊賢（讓座） (3)交通安全（頭、手不能伸出車外.） (4)友愛互助的表現（受傷救助） (5)飲食的衛生（郊外飲食的衛生） (三)動作技能：

21、(1)野外升火的技巧 (2)傷者的急救包紮 (3)地圖的研判（指南針的使用）(四).主要安排的學習事項： (1).時間的計算 (2).旅費總開銷及分攤的四則運算 (3).烤肉時的環保概念 (4).意外受傷時的緊急處理 (5).助人為快樂之本的精神(五).生活教育部份 (1). 許多公共電視的節目對學生比卡通更有教育意義， 雖然電視對兒童的一些負面影響不小，但是對於一些好的節目我們亦不可完全抹殺。 (2). 在學生選擇修閒活動上， 現代的兒童或青少年都會選擇如 KTV、打電動等的活動，不良的聲色場所加上學生的好奇難免會有不好的影響。所以我們鼓勵學生多從事正當的戶外休閒。 (3). 從事戶外休閒活

22、動前的準備工作是避免意外事故發生以及協助活動順利進行的必要條件。如藥箱、地圖等都是從事戶外活動前要考慮準備的。 (4). 在乘車的時候，如遇到年長、婦孺、或是行動不便的人， 我們都要發揮禮讓的精神，幫忙提帶行李或是讓出座位，在他們不便時伸出援手。 (5). 在戶外的環境裡，盡量避免一個人離開群體獨自活動。 即使需要獨自離開，也應該要讓其它的朋友知道你去哪裡或者會在哪裡。研究方法本研究採下列三種方法進行:(一). 文獻分析法: 針對錨式情境教學法之理論,特性及相關研究加以分析,並配合本土化環境之特性,歸納出錨式情境教學法在電腦輔助互動式影碟教學系統之設計原則。(二). 教材(影碟及電腦軟體)設計

23、: 選擇適合國小程度數學觀念(四則運算、時間、時刻表、距離、方向)等問題解答之故事情境,進行腳本設計;並以電腦多媒體編輯程式Authorware Professional for Windows進行程式撰寫。 (三). 專家座談及評估: 邀請數學老師和教學設計專家以座談及問卷方式進行教材評估。研究程序 教材研發採系統化教學設計模式, 以分析, 設計, 製作, 評鑑四大原則進行。教材製作流程如下：(流程圖請參照表一)。一、分析準備階段: (1)訂定教學目標 (2)教材設計分析 (包括：主題分析、訂定主題、決定學科單元 、教材分析、學習者分析、決定對象 ) (3)設備資源分析(軟硬體設備、工作人力

24、資源) (4)工作分析及訂定影片製作之工作流程二、影片製作階段： (1)拍攝前置作業 1.人力、器材準備 2.編寫劇本大綱 3.撰寫故事劇本 4.檢查並修改劇本故事之合理性 5.改編成分鏡腳本及場分鏡 6.場地之選擇與安排 7.各項聯絡之準備 (2)拍攝製作 1. 熟悉操作各使用器材 2. 拍攝工作日誌(進度表) 3. 工作分配表(分配每個工作人員之職責) 4. 補拍工作 (3)後製作業 1. 接洽後置作業工作場所 2. 配樂 3. 旁白 4. 剪接 5. 特效 6. 影片帶完成與拷貝 (4)壓製影碟三.程式設計： (1)程式設計工作流程 (2)介面設計 (3)程式撰寫 (4)程式測試及修正(

25、四).教師使用手冊(五)、教材評估：(1)劇本設計評估 (2)教學系統評估 (3)專家評估 開 始 理論分析探討 訂定學科主題 編寫故事腳本 評估故事可行性 修改劇本 可行性 完成劇本及分鏡 拍攝故事影片 影片後製作 壓製影碟片 擬訂程式流程圖 撰寫電腦程式 測試程式 修改程式 教材評估 完 成 【 表一 流程圖 】 研究貢獻本研究有以下之貢獻： (一)、發展本土化錨式情境教學法教材，並測試其有效性，以建立電腦輔助學應用上之模式。 (二)、本研究為 CAI多媒體教學，國內多媒體教學尚處發展階段，本研究有助於此領域之拓展。 (三)、本研究所涉及範圍廣泛，需要多位專家學者參與 (如：國小數學老師，

26、教學設計人員，腳本撰寫人員,演員，攝影師，製片等)。此研究"整合專家"經驗，有助於提供日後類似研究之參考。 (四)、本研究部分協助人員為研究生，藉由參與本計劃，他們亦可獲得相關專業知識及技能之訓練。致謝 本研究係由國家科學委員會科學教育處專題計劃經費補助。專題計劃名稱錨式情境教學法教材設計發展與設計之研究 (I), 計劃編號:NSC82-001-S-032-006。本研究得以完成，感謝研究助理蔣封成、潘素滿及劉君毅的協助。本研究影片拍製工作得以順利完成， 感謝多位淡江大學教資所研究生 - 梁瑞昇、趙文心、黃湘雯、黃崇桄、鄭志宏、劉修豪、陳如琇及教資系學生劉文心鼎力幫忙；並感

27、謝鐵路局、台北車站、侯硐車站、十分車站、十分瀑布育樂公司、新月傳播公司、淡江大學視教組等單位支援協助。參考文獻Baron, J. & Sternberg, R. (1987). Teaching thinking skills. New York: Freeman.Bransford, J.D. (1988) . Designing invitations to thinking. Paper presented to the National Reading Conference, Tucson, AZ.Bransford, J., Frank, J., Vye, N., &

28、 Sherwood, R. (1986). New approaches to instruction: Because wisdom can't be told. Paper presented at the Illinois Conference on Similarity and Analogy, Champaign, ILBrown, J.S., Collins, A., & Duguid, P. (1989). Situated cognition and the culture of learning. Educational Researcher, 18, 32-

29、41.Cognition and Technology Group at Vanderbilt. (1990) . Anchored instruction and its relationship to situated cognition. Educational Researcher., 19, 2-10.Cognition and Technology Group at Vanderbilt (1991). Technology and the design of generative learning environment, Educational Technology, 31,

30、34-40.Cognition and Technology Group AT Vanderbilt (1992). The Jasper Series as an Example of Anchored Instruction: Theory, Program Description, and Assessment Data. Educational Psychologist .27(3) pp.291-315.Lipman, M. (1985). Thinking skills fostered by philosophy for children. In J. Segal, S. Chi

31、pman, & R. Glaser (Eds.). Thinking and learning skills: Relating instruction to basic research (Vol. 1, pp.83-108). Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Association.Nickson, R. (1988). On improving thinking through instruction. Review of Research in Education, 15, 3-57.Salomon, G. (1988). AI in reverse: Computer tools that become cognitive.(ERIC Document Reproduction Service No. ED 295 610).Schoenfeld, A. H. (1985). Mathematical problem solving. O