數位化時代，數位教材也漸漸的變成學生自學或是老師們課堂上重要的教學輔具，本論文設計三種互動式教學教具。其中針對3-7歲學齡前孩童所設計的程式邏輯訓練教具，包含「程式邏輯學習板」以及「電子書系統與任務地圖」，透過不同難度的任務，兒童可運用程式邏輯學習板與動作積木控制任務機器人，達到不使用電腦也可以學習程式邏輯。還有適合初學生理解剖學的學生的互動式生理解剖學教具，包含「骨骼肌肉實體動態互動系統」與「互動式擴增實境系統」，學習者可透過組裝3D列印人體骨骼與肌肉來學習人體骨骼肌肉的位置，並於互動式擴增實境系統觀察真實人體肌肉的樣貌和運動方式，增加更多元的互動方式，更有效的學習生理解剖學。而針對5-7歲孩童所設計的沉浸劇場中包含「數位互動模組」與「沉浸體驗故事腳本」，兒童可透過不同的故事腳本與搭配的互動式模組來建置一個專屬的沉浸式故事，並於說故事時搭配模組使用達到更多元的故事效果，並讓兒童對於故事細節更有印象和樂趣。此論文開發之教具，希望透過互動、動手及遊戲式學習的方式協助學習者，培養邏輯思考能力、建立思考、激發創造力。

Digital teaching Aids have gradually become students' self-study or important teaching aids in the classroom of teachers. We have designed three interactive teaching aids. The program logic training aids for preschool children include "program logic learning board" and "e-book system and task map". With different level of tasks, children can use programming logic board and programming blocks. Controlling the task robot to learn the programming logic without using a computer. We also designed interactive anatomical teaching aids for beginners. The aids including the "Bone Muscle Entity Dynamic Interaction System" and the "Interactive Augmented Reality System". Students can learn the position of human skeletal and muscles by assemble the human bones and muscles. They also can observe movement of human muscles in an interactive augmented reality system. The aids can increase the interaction of more elements and learn physiological anatomy more effectively. We also designed immersion theater. It includes "Tactile Reward Interactive Module" and "Immersive Experience Story Script". Children can build a unique immersive story with different story scripts and interactive modules. When children telling a story, they can use the module to achieve a more massive story effect. The aid can let the children have more impressions and fun of the story details. The teaching tools developed in this paper hope to assist learners through interactive, making by hands and game-based learning, cultivate logical thinking skills, build thinking and stimulate creativity.

目錄
致謝I
中文摘要II
英文摘要III
目錄V
圖目錄VIII
表目錄XI
第一章緒論1
1.1研究動機與目的1
1.1.1互動式程式邏輯訓練教具2
1.1.2互動式生理解剖學教具設計4
1.1.3沉浸式劇場5
第二章背景知識與相關研究8
2.1兒童程式教育8
2.2遊戲與學習9
2.3平板電腦及網頁程式教學軟體10
2.4樂高Lego14
2.5生理解剖學15
2.6膝關節運動傷害16
2.7虛擬擴增實境18
2.8遊戲式數位學習19
2.9互動桌遊20
第三章程式邏輯互動式教具設計21
3.1程式邏輯互動式教具系統介紹21
3.2實體化的圖形化程式介面21
3.2.1動作積木22
3.2.2程式邏輯學習板24
3.2.3數位學習邏輯板介面25
3.3任務機器人電子組裝說明書27
3.4電子書與故事任務地圖27
第四章 應用於生理解剖學之互動式教具設計34
4.1 應用於生理解剖學互動式教具系統介紹34
4.1.1骨骼肌肉互動系統34
4.1.2骨骼肌肉組裝說明書37
4.1.3互動式擴增實境系統39
第五章沉浸式劇場創作互動式教具設計40
5.1沉浸式劇場創作互動式教具系統介紹40
5.2數位互動模組41
5.3故事角色布景卡牌45
5.4數位故事庫48
5.5沉浸體驗故事腳本50
第六章系統測試55
6.1互動式程式邏輯訓練教具課程設計55
6.1.1系統測試55
6.1.2測驗結果59
6.2互動式生理解剖學教具課程設計62
6.2.1系統測試62
6.2.2測驗結果68
6.3沉浸式劇場創作互動式教具實驗設計69
6.3.1系統測試69
6.3.2實驗結果74
第七章結論與未來展望77
參考文獻79
附錄85
 
圖目錄
圖2.1Scratch程式開發介面[29]10
圖2.2Cargo-Bot遊戲畫面[10]11
圖2.3Code.org一小時的程式課程中的畫面[31]12
圖2.4Cubetto[26]13
圖2.5本系統使用之樂高Mindstorms NXT[27]14
圖2.6右手臂骨骼專有名詞與上臂肌肉[35]15
圖2.7膝關節韌帶與半月板構造（左膝正面）[38]16
圖2.8在現實中捕捉虛擬的寶可夢(Pokemon Go 遊戲)[40]18
圖2.9 閃靈快手桌遊[45]20
圖3.1程式邏輯互動式教具系統示意圖21
圖3.2將複雜程式碼轉換成實體動作積木22
圖3.3程式邏輯學習板設計外觀25
圖3.4副函式擴充學習板25
圖3.5數位學習邏輯板介面26
圖3.6機器人組裝介面與任務機器人27
圖3.7任務題目視窗28
圖3.8簡單等級任務地圖一29
圖3.9簡單等級任務地圖二30
圖3.10中等難度任務地圖31
圖3.11困難難度任務地圖31
圖3.12簡單任務之機器人執行任務路線模擬與動作積木擺放示意圖32
圖3.13困難任務之機器人執行任務路線模擬與動作積木擺放示意圖33
圖3.14數位學習程式邏輯板擺放示意圖33
圖4.1手臂骨骼模型35
圖4.2膝蓋骨骼模型（包括：韌帶、半月板）35
圖4.3十字韌帶受損時的狀態36
圖4.4模擬半月板損壞程度36
圖4.5模擬上臂肌肉收縮與舒張示意圖37
圖4.6說明書之零件表38
圖4.7手臂骨介紹與組裝說明示意圖38
圖4.8互動式擴增實境系統39
圖5.1沉浸式互動劇場系統示意圖40
圖5.2模組內部示意圖(風模組為例)42
圖5.3 風扇模組使用示意圖43
圖5.4熱燈模組使用示意圖44
圖5.5震動模組使用示意圖44
圖5.6 錄音模組使用示意圖45
圖5.7故事布景、故事道具與故事腳色卡(左至右)46
圖5.8貼上布景、道具、腳色的卡牌示意圖46
圖5.9腳色卡牌(大野狼)與數位互動模組47
圖5.10熱燈與爐子道具卡牌47
圖5.11數位故事庫頁面48
圖5.12隨機選擇腳色與模組49
圖5.13模組介紹49
圖5.14三隻小豬故事內容示意圖50
圖5.15豬媽媽告訴三隻小豬要獨立52
圖5.16三隻小豬各有一棟房子52
圖5.17大野狼吹倒豬大哥的屋子53
圖5.18大野狼撞倒了豬二哥的房子53
圖5.19大野狼掉進烤爐示意圖54
圖6.1未接受過程式邏輯訓練的兒童57
圖6.2實驗課程的六位兒童57
圖6.3程式邏輯訓練課程照片58
圖6.4程式邏輯訓練後學生測驗時的照片61
圖6.5實際授課情況(傳統生理解剖學授課方式)65
圖6.6實際授課情況(透過組裝、操作系統學習生理解剖學)65
圖6.7實際教學現場示意圖(a)一年學童遊玩狀況(b)三年級學童遊玩狀況72
圖6.8沉浸式劇場創作互動式學習單73

表目錄
表3.1動作積木對應機器人使用方法23
表3.2任務地圖大小與適合使用方式28
表4.1生理解剖學設計內容34
表5.1數位互動模組41
表5.2數位互動模組42
表5.3模組搭配的故事腳本(舉例)51
表6.1互動式程式邏輯訓練課程設計55
表6.2不同難度題組解題數與平均時間60
表6.3是否接受程式邏輯訓練的學生之平均完成任務時間與失敗次數61
表6.4互動式生理解剖學課程設計62
表6.5問卷調查結果統計66
表6.6沉浸式劇場教學課程設計69

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[46] Genie Espinosa，金利京，三隻小豬，人類文化出版，2017年11月30日