淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


系統識別號 U0002-1309201716160000
中文論文名稱 比較3D頭盔及平板電腦結合物理虛擬實驗室之使用效能評估
英文論文名稱 The usability testings in comparison of 3D headset and tablet computer combined with physics virtual laboratory
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 教育科技學系碩士班
系所名稱(英) Department of Educational Technology
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 黃書婕
研究生英文姓名 Shu-Jie Huang
學號 603730085
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2017-06-14
論文頁數 119頁
口試委員 指導教授-徐新逸
委員-李世忠
委員-周雲虎
中文關鍵字 3D頭盔  穿戴式設備  HTC VIVE  平板電腦  VR  物理虛擬實驗  使用性  使用效能  使用效能評估  國中生 
英文關鍵字 3D helmet  HTC VIVE  Tablet PC  VR  General Physics  Laboratory  usability  usability testings  Junior High School 
學科別分類 學科別社會科學教育學
中文摘要 臺灣教育部訂定九年一貫課程之科學教育主要以培養學習者對知識的好奇心、主動學習並利用所學知識解決生活問題。然而文獻中發現台灣國高中生的學習動機多因考試而驅動學習,較無自主學習的精神,隨著十二年國教的影響下,原本學習動機就低落的學生們與教師需要共同面對教學的困境。近年來科技快速進步,虛擬實境應用於教學的案例越來越多。亦有許多穿戴式設備與行動載具融入教學現場的案例。因此本研究欲探討透過3D頭盔版與平板電腦版結合物理虛擬實驗室,是否能有效提升學生學習動機與成效。3D頭盔技術興起,其特點在於其沉浸性使人們能有置身於虛擬世界的感官感受。產品或系統與軟體透過評估與修正可節省人力訓練的時間並有效提升效能與效率以及整體的使用滿意度。在教育部於2013年起推動國中、國小與高中行動學習計畫,平板電腦已經在中小學廣泛使用。
本研究對象為台北市某國中八年級未學習過「載流導線磁效應」單元的10位學生,採用自徐新逸及周雲虎(2015)所開發的3D互動物理虛擬實驗室-高中力學實驗篇載流導線磁效應實驗做為測試軟體。研究工具為HTC VIVE、AUSU平板電腦、VR/平板檢核表、使用者體驗問卷、知識測驗前、後測以及訪談大綱。透過工作任務操作、使用效能問卷、知識測驗前、後測此三階段的評估與資料蒐集,探討並比較國中生使用3D頭盔與平板結合物理虛擬實驗室之使用效能。
研究結果顯示操作任務使用效能上,學生使用3D頭盔版比平板電腦版的物理虛擬實驗室操作效率較佳;問卷分析結果顯示學生使用3D頭盔版比平板電腦版整體感受度高。但在學習成效上兩組並無顯著差異。本研究發現,使用不同的載具進行物理實驗並不影響學生學習成效,但操作過程的流暢度與感受度會影響對產品整體的評價。本研究結果欲提供未來使用虛擬實境與穿戴式設備結合物理實驗之設計參考。
英文摘要 Ministry of Education, R.O.C., determines the major purposes of the Grade 1-9 Curriculum are to encourage students to be more curious about knowledge, actively learn knowledge and solve their problems in their daily life by the knowledge which they learned. However, the literatures found that the learning motivations of senior high school students in Taiwan are due to examination rather than self-controlled learning; with the influence of the 12-year basic education, students with low learning motivations and teachers should face the teaching difficulties together. With the advance of technology in recent years, there are more cases of applying virtual reality to teaching. There are also a lot of wearable equipment and mobile carriers integrated with the teaching environments. Thus, the study will investigate whether the leaning motivations and learning performance of students can be improved by combining 3D helmet, tablet computer with physical virtual laboratory.
Currently, the technology of 3D helmet is highly developed; the feature of 3D helmet is that it can make people be enmeshed into virtual world. The products, systems or software can save the time of manpower training and effectively better the performance, efficiency and the overall satisfaction by means of assessment and modification. Ministry of Education, R.O.C., has promoted the mobile learning scheme for elementary schools, junior high schools and senior high schools from 2013, so tablet computers have been comprehensively applied to elementary schools and junior high schools.
The targets of the study are 10 eighth-grade junior high school students of one junior high school in Taipei City, and they never learn the unit “Magnetic field of current-carrying wire”; the study adopts “3D interactive physics virtual laboratory – Experiment of magnetic field of current-carrying wire of Chapter - senior high school mechanics experiment” developed by Shyu, Hsin-Yih and Chou, Yu-Hur (2015) as the test software of the study. The study tools include HTC VIVE, ASUS tablet computer, VR/tablet computer check list, user experience questionnaire, knowledge pre-test, post-test and interview summary. By the assessment and data collection of the three stages, the operation of working tasks, usage performance questionnaire and knowledge pre-test and post-test, the study investigates and compares the usage performance of the junior high school students using the combination of the 3D helmet, the tablet computer and the physical virtual laboratory.

The result of the study shows that the operation efficiency of the students using the 3D helmet in the physical virtual laboratory is better than that of the students using the tablet computer in the physical virtual laboratory; the questionnaire analysis result shows that the students using the 3D helmet have higher overall feelings than the students using the tablet computer. However, regarding the learning performance, the two groups have not obvious difference. The study finds that using different carriers will not influence the learning performance of the students; however, the fluency and the feeling during the operation process will influence the overall evaluation of the product. The result of the study can be provided for the reference of the design of physical experiments combining virtual reality with wearable equipment in the future.
論文目次 目次
第一章 緒論 1
第一節 研究背景 . 1
第二節 研究動機 . 3
第三節 研究目的 . 6
第四節 研究問題 . 6
第五節 研究限制 . 7
第六節 名詞解釋 . 8
第二章 文獻探討 ....... 10
第一節 科學 教育與自然科學........... 10
第二節 3D物理虛擬實驗室與沉浸性 14
第三節 3D頭盔與平板電腦 .............. 17
第四節 使用效能與相關研 24
第三章 研究方法 ....... 30
第一節 研究流程............................... 30
第二節 研究對象............................... 32
第三節 研究工具............................... 32
第四節 資料整理與分析................... 42
第四章 研究結果....... 44
第一節 3D頭盔結合物理虛擬實驗室之載流導線磁效應單元使用能建議...... 44
第二節 平板電腦結合物理虛擬實驗室之載流導線磁效應單元使用能建議.... 58
第三節 3D頭盔與平板電腦結合物理虛擬 頭盔與平板電腦結合物理虛擬.....73
第五章 結論與建議... 80
第一節 研究結論............................... 80
第二節 研究建議............................... 87
附錄............................. 88
一、 CVLab載流導線磁效應 -VR版檢核表(初稿)88
二、 CVLab載流導線磁效應 -VR版檢核表(實驗版)90
三、 CVLab載流導線磁效應 -平板版檢核表(實驗版)...................... 94
四、 CVLab物理虛擬實驗室載流導線磁效應體問卷(實驗版) .... 98
五、 CVLab物理虛擬實驗室載流導線磁效應體問卷-專家效度 .... 100
六、 CVLab載流導線磁效應知識測驗前後-專家效度 .................... 105
七、 CVLab載流導線磁效應知識測驗前、後測(實驗版)............ 111
參考文獻 .................... 113
圖次
圖 1 研究流程圖 ...... 30
圖 2 HTC VIVE ....... 40
圖 3 AUSU平板電腦 K00C ................... 41
圖 4 載流導線磁效應實驗 ...................... 41
圖 5 3D頭盔版 CVLab完成操作任務平均時間分布圖 .... 46
圖 6 3D頭盔 CVLab受測者操做時間分布 ........................ 48
圖 7 平板版 CVLab完成操作任務平均時間分布圖 ............ 59
圖 8 平板電腦 CVLab受測者操做時間分布 ........................ 61
圖 9 物件操作偏移示意圖..71
表次
表 1 3D頭戴顯示技廠牌比較 ................ 17
表 2 研究工具列表 .. 32
表 3 CVLab操作影片內容 操作影片內容 對照表 ......... 33
表 4 3D頭盔與平板電腦 CVLab操作任務表 操作任務表 ...................... 34
表 5 3D頭盔與平板電腦操作任務檢核列表 ........................ 35
表 6 問卷層面與意涵 .............................. 37
表 7 專家回饋之訪談修正內容 .............. 38
表 8 載流導線磁效應知識測驗之專家回饋修正內容 .......... 39
表 9 待答問題的與資料分析蒐集 .......... 43
表 10 3D頭盔版 CVLab完成操作任務總平均時間表 ........ 44
表 11 3D頭盔CVLab受測者完成操作任務時間統計 ........ 47
表 12 3D頭盔版 CVLab操作 觀察記錄 49
表 13 3D頭盔版操作錯誤頻率高之任務項目與說明 .......... 50
表 14 CVLab訪談大綱 訪談大綱 3D頭盔版 ........ 51
表 15 3D頭盔版 CVLab知識測驗前、後分數統計 ........ 52
表 16 3D頭盔版 CVLab知識測驗前、後分數比較 ........ 52
表 17 3D頭盔使用效能問卷分析 平板電腦易用性層面CVLab問卷分析 ........ 53
表 18 3D頭盔使用效能問卷分析 平板電腦動機層面CVLab問卷分析 ............ 54
表 19 3D頭盔使用效能問卷分析 平板電腦沉浸性層面CVLab問卷分析 ........ 55
表 20 3D頭盔 CVLab載流導線磁效之使用效能建議說明 56
表 21 平板版 CVLab完成操作任務總平均時間表 .......... 58
表 22 平板電腦CVLab操做任務使用效率統計 .................. 60
表 23 平板電腦 CVLab操作 觀察記錄 .. 61
表 24 平板電腦版操作錯誤頻率高之任務項目與說明 ........ 63
表 25 CVLab訪談大綱平板版 訪談大綱平板版 ............... 64
表 26 平板版 CVLab知識測驗前、後分數統計 .............. 66
表 27 平板版 CVLab知識測驗前、後分數比較 .............. 66
表 28 3D頭盔使用效能問卷分析 平板電腦易用性層面CVLab問卷分析 ........ 67
表 29 3D頭盔使用效能問卷分析 平板電腦動機層面CVLab問卷分析 ............ 68
表 30 3D頭盔使用效能問卷分析 平板電腦沉浸性層面CVLab問卷分析 ........ 69
表 31 平板版 CVLab載流導線磁效應之使用效能建議說明 .............................. 70
表 32 3D頭盔與平板電腦相同任務均秒數列表 .......... 73
表 33 3D頭盔與平板電腦操作均數 .. 74
表 34 3D頭盔與平板電腦操作總均數差異 ...................... 74
表 35 3D頭盔與平板電腦 知識測驗後測成績 ...................... 75
表 36 3D頭盔與平板電腦後測均數 .. 75
表 37 3D頭盔與平板電腦後測均數差異 .......................... 75
表 38 3D頭盔與平板電腦整體問卷總均數 ...................... 76
表 39 3D頭盔與平板電腦整體問卷均數 .......................... 77
表 40 3D頭盔與平板電腦整體問卷均數差異 .................. 77
表 41 3D頭盔與平板電腦問卷「易用性」均數 .............. 78
表 42 3D頭盔與平板電腦問卷「易用性」均數差異 ...... 78
表 43 3D頭盔與平板電腦問卷「動機」均數 .................. 79
表 44 3D頭盔與平板電腦問卷「動機」均數差異 .......... 79
表 45 虛擬實驗存在感問卷 .................... 85
參考文獻 中文部分
毛傑健、王仁炎(2005)。物理實驗教學的探討。上饒師範學院學報,25(3),42-44。
樊祖燁(2014)。產品有用與產品易用 孰者為重?。致理學報,(34),1229-1253。
范耀文、陳建雄、蕭文信(2011)。多點觸控平板電腦輸入介面之使用性研究。工業設計,(125),113-119。
戴大詠(2016)。穿戴式設備結合物理虛擬實驗室教學軟體之使用性評估-以木尺實驗為例(碩士論文)。取自華藝線上圖書館系統。(系統編號U0002-0809201614511800)
賴崇閔、黃秀美、廖述盛、黃雯雯(2009)。3D虛擬實境應用於醫學教育接受度之研究。教育心理學報,40(3),341-361。doi:10.6251/BEP.20080422
劉炯朗(2010)。完美的追求。健康世界,(299),40-43。
劉正達、李孝先(2010)。國中小教師資訊素養與數位落差現況之研究。學校行政,(66),61-83。
劉辰岫(2014)。十二年國教後中學科學教育的未來走向。民103年6月23日,取自:http://pansci.asia/archives/61529
林燦欣(2008)。使用性測試實驗室之設計與發展(碩士論文)。取自華藝線上圖書館系統。(系統編號U0002-1407200814452400)
盧雪梅、毛國楠(2008)。國中基本學力測驗數學科之性別差異與差別試題功能(DIF)分析。教育實踐與研究,21(2),95-125。
羅艾奇(2015)。解決偏鄉問題作為一生的志業。民104年7月20日,取自:http://mag.cnyes.com/Content/20150720/5dfed407ad1d4bc5b8412ddb4c8597f1.shtml
高毓霠(2016)。虛擬實境VR、AR進入生活。禪天下,(137),34-39。
區國良、劉耀暉、唐文華(2016年11月)。虛擬實境場景存在感之初探-以台北樹蛙生態系統為例。載於國立東華大學(主編),TANET2016 臺灣網際網路研討會(1239-1243頁)。台灣:國立東華大學。doi:10.6679/TANET.2016.220
郭孟倫、楊叔卿(2015)。挑選平板電腦應用程式以協助英語低成就學習者之研究。教育傳播與科技研究,(112),19-39。doi:10.6137/RECT.2015.112.02
郭冠樟、葉乘豪(2012)。以沉浸理論、網路外部性、計畫行為理論探討體感遊戲機購買意圖之研究。Electronic Commerce Studies,10(2),199-216。
何琦瑜、賓靜蓀、張瀞文(2012)。搶救「無動力世代」。親子天下雜誌 33期。
何怡靜、梁昭鉉、游穎軒、唐玄輝(2016)。發展遲緩兒童使用平板電腦訓練手部精細動作與手寫功能之療效。北市醫學雜誌,13(4),490-501。doi:10.6200/TCMJ.2016.13.4.03
侯雅齡(2013)。高級中學自然科學術性向測驗編製。科學教育學刊,21(2),189-213。doi:10.6173/CJSE.2013.2102.03
黃維彬、鄭曉倩、林燕慧(2015)。電動輪椅操控訓練的虛擬實境環境。物理治療,40(3),145-150。doi:10.6215/FJPT.PTS1427852160
教育部(2010)。普通高級中學必修科目「基礎物理」課程綱要。
教育部(2010)。數位學習白皮書。
教育部(2014)。十二年國民基本教育課程綱要總綱。民國103年11月28日,取自:https://www.naer.edu.tw/files/15-1000-7944,c639-1.php?Lang=zh-tw
邱嫄珺、李亭儀、葉芳溱(2013)。觸控式電子書使用性滿意度研究。圖文傳播藝術學報,116-126。
邱韻如 (2013)。請重視中學階段的實驗教學。科學月刊,44(6),404-405。
徐新逸 周雲虎 (2015)。雲端物理實驗室(CVLAB)。行政院科技部104學年度專題研究成果報告-雲端物理實驗室之製作與推廣:波、電磁學及光學MOST 104-2511-S-032-001-MY23D虛擬互動實驗室-高中物理實驗篇,未出版。
徐新逸、周雲虎(2016)。3D虛擬實驗在科學教育園遊會之應用。2016年科學教育傳播新途徑國際研討會,台北:國立科學教育館。2016年12月3日。
周家賢、佘永吉(2016)。字母拼讀法結合平板電腦對國中學習障礙學生學習英語字彙之成效。特殊教育季刊,(140),1-10。doi:10.6217/SEQ.2016.140.1-10
周雲虎、徐新逸 (2016)。3D虛擬實驗室製作 - 載流導線的磁效應實驗。2016年科學教育傳播新途徑國際研討會,台北:國立科學教育館。2016年12月3日。
陳琦媛(2016)。「平板電腦補救教學計畫」執行情形之探討。師資培育與教師專業發展期刊,9(2),113-140。doi:10.3966/207136492016080902005
陳淳迪(2012)。運用擴增實境於不同造形複雜度實體草模製作之使用性分析。設計學研究,15(1),39-59。
陳怡君、吳聲毅(2016)。國民小學推動行動學習的覺察與省思。臺灣教育評論月刊,5(12),16-20。
陳怡安(2002)。線上遊戲的魅力。資訊社會研究,(3),183-214。
張欣怡、張淑苑、羅慶璋、洪振方(2015)。知識整合數位課程促進學生科學素養:以化學反應概念為例。教育科學研究期刊,60(3),153-181。doi:10.6209/JORIES.2015.60(3).06
張仁壽(2012)。配合十二年國教之物理課綱怎麼微調?。物理雙月刊,34(6), 456-458。
鄭宜真(2003)。國小自然與生活科技教學—男女有別??。國教輔導,43(2),32-34。
朱慶琪(2009)。中央大學的物理演示實驗教學─歷程與發展。物理雙月刊,31(4),353-363。
蔡崇煌、楊佩真、蔡新聲、林哲鈺、張金堅(2011)。平板電腦式手機使用及簡易醫療應用初探。臺灣醫界,54(6),46-51。
蔡宜恬(2012)。回應偏鄉教育的師資課題。臺灣教育評論月刊,1(8),44-45。
宋同正、張哲肇、李佳頤、候宜廷、張文瑋、楊燿州(2012)。高齡者智慧健康照護之產品使用性研究-以智慧藥盒為例。人因工程學刊,14(1),15-26。doi:10.6273/JES.2012.14(1).02
宋曜廷、周業太、曾芬蘭(2014)。十二年國民基本教育的入學考試與評量變革。教育科學研究期刊,59(1),1-32。doi:10.6209/JORIES.2014.59(1).01
顏慧明、徐晨銨、林巧苹(2013)。消費者選購平板電腦關鍵因素之探討。管理資訊計算,2(2),20-35。doi:10.6285/MIC.2(2).03
楊孟麗、謝水南(譯)(民102)。教育研究法:研究設計實務(第二版)(原作者: J.R. Fraenkel, N.E. Wallen, Helen H. Hyun)。台北:心理
楊明獻(2013)。改進國中理化課程教學-趣味科學實驗。科學教育,(361),50-62。
楊文傑、盧大為、林光華(2015)。虛擬實境平衡訓練應用於巴金森症患者:文獻回顧。物理治療,40(3),121-128。doi:10.6215/FJPT.PTS1427775314
魏均寰、許翰殷、管倖生(2010)。奇摩與露天拍賣網站使用性之研究。工業設計,(123),179-184。
衛惠瑜(2014)。以使用者測試觀點探討國中電子教科書使用性評估之研究—以數學科為例(碩士論文)。取自華藝線上圖書館系統。(系統編號U0002-1806201412384300)
王憲正(2012)。台灣偏鄉地區第二層次數位落差之研究(碩士論文)。取自華藝線上圖書館系統。(系統編號U0009-2801201415020481)
王郁青、岳修平(2013)。人力網站首頁版面之使用性評估研究。教育傳播與科技研究,(104),1-15。doi:10.6137/RECT.2013.104.01
岳修平、楊燿州、陳俊宇、李宜儒、周彥良、呂姿儀、徐暐智(2010)。高齡者使用數位化產品之使用性初探研究-以「智慧藥盒與服藥提醒系統」爲例。理工研究學報,44(1),35-49。

英文部分
Cambridge UniversityPress.
Csikszentmihalyi, M. (1975). Beyond Boredom an Anxiety. San Francisco:
Experience: Psychological Studies of Flow in Consciousness. New York:
How One Teacher Got Started With Virtual Reality in the Classroom. Elizabeth Mulvahill (2017) (https://www.weareteachers.com/virtual-reality-classroom/)
ISO 9241-11 (1998). Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs) -- Part 11: Guidance on usability.
Josey-Bass.Csikszentmihalyi, M. & Csikszentmihalyi, I. (1988). Introduction to
Matt Sundstrom (2015)。IMMERSIVE DESIGN。取自:https://backchannel.com/immersive-design-76499204d5f6#.r8fp4fck5
Nielsen, J. (1993). Usability Engineering. San Francisco: Morgan Kaufmann
Ntuli, E., & Kyei-Blankson, L. (2010). Teachers' Understanding and Use of Developmentally Appropriate Computer Technology in Early Childhood Education. Journal of Technology Integration in the Classroom, 2(3), 23-35.
part IV. In M. Csikszentmihalyi, & I. S. Csikszentmihalyi (Eds.). Optimal
Prensky,M.(2001). Digital Game-Based Learning.New York: McGraw-Hill.
Shyu, H. . & Chou,Y. & (2015). How a Virtual Lab can Help High School Students on Static Equilibrium Experiment. Paper Presented to E-Learn 2015 World Conference on e-Learning. Oct. 19-22, Hawii, USA.
The Best VR (Virtual Reality) Headsets of 2017 (http://www.pcmag.com/article/342537/the-best-virtual-reality-vr-headsets)
This Is How Valve’s Amazing Lighthouse Tracking Technology Works(http://gizmodo.com/this-is-how-valve-s-amazing-lighthouse-tracking-technol-1705356768)
Wee Sim, K., Baker, B., Amin, K., Chan, A., Patel, K., & Wong, J. (2016). Augmented and virtual reality in surgery—the digital surgical environment: applications, limitations and legal pitfalls. Annals of Translational Medicine, 4(23).
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2022-09-20公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2022-09-20起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2486 或 來信