行動裝置與NFC實物結合在教學上的運用

楊竹星 鄭琮生 盧育群

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行動裝置與NFC實物結合在教學上的運用

楊竹星 鄭琮生 盧育群

臺灣成功大學電機工程學系暨電腦與通信工程研究所

該研究通過建立一個以手持裝置與NFC功能的評量系統(tǒng)，教師可以將寫入數(shù)據(jù)的NFC卷標藏在作為選項的實物中，不會遮蔽或是影響實物的外觀或觸感；而學習者拿到題目之后可以從這些藏有NFC標簽的實物中選擇自己所決定的答案，并使用手機接近這個實物感應里面的NFC標簽來作答。在連續(xù)四周的實驗后發(fā)現(xiàn)，雖然這一評量方式較傳統(tǒng)評量方式耗時，而且所得成績較傳統(tǒng)測驗為差，但經(jīng)過進一步訪談與分析之后發(fā)現(xiàn)，通過這樣的評量方式但唯有真正知道選項是什么才能作答，能真正評估出學習者的學習程度。

多屏幕 簡報軟件 教學系統(tǒng) 多媒體整合

1 前言

在教育上，讓學習者將理論與實務相結合一直是重要目標之一，傳統(tǒng)的評價方式通常都是通過紙筆測驗來評量學生的學習成效，題目的方式不外乎是選擇題、問答題等以文字描述的形式來進行。近年來由于計算機多媒體的普及，使得測驗被大量數(shù)字化，在文字之外也加入了圖片、影片或是動畫的呈現(xiàn)方式，然而這樣的方式并未能完整取代實物，尤其是觸感以及味道的差別。隨著科技的進步和行動網(wǎng)絡的布建，行動裝置開始迅速進入到我們的生活之中，尤其是智能型手機，幾乎每個人都擁有一部，當然也被廣泛地運用在教育上。由于行動裝置體積小、質量輕，學習者方便攜帶著載具到處移動，不再被限制在教室中或是計算機桌前，這也就是行動學習最重要的特性。雖然許多研究都證實，一個設計良好的行動學習活動可以達到很好的教學效果，而在測驗方式上，大部分的行動學習都還停留在將傳統(tǒng)的紙筆測驗題目數(shù)字化。以選擇題為例，使用者的作答方式同樣是以閱讀題目選擇答案，只是輸入方式由手寫轉換成用手觸控，行動裝置上有許多新的技術未被充分利用在學習上。例如NFC(Near Field Communication)，本研究建立一個以結合智能型手機與NFC標簽的新評量方式，學習者可以以自己的手持裝置作為身份識別的憑證來驗證身份并啟動測驗，以實物取代文字或是多媒體的描述來作為選項，并以同一部手持裝置來感應實物上的標簽來取代紙筆作答。

2 研究背景

2.1 實物鑒別試驗

在教育上，評價的目的并非只是用來辨別學習者的優(yōu)劣，還有發(fā)現(xiàn)問題改進教學的積極意義，傳統(tǒng)的教學大多以紙筆進行測驗，這樣的測驗方式也造成學生的學習以背誦與記憶為主，因此現(xiàn)今教育界大力提倡多元評價，績效評估要求學生在接近真實的情境中運用信息解決問題，以了解學生在實際生活中是否真能將技能或知識展現(xiàn)出來，比紙筆測驗更能深入地了解學生對知識的掌握程度，其中績效評估(Performance assessment)是廣泛被運用的評量方式，績效評估分為五個類型，其中之一就是實物鑒別試驗，它是指由各種不同真實性程度的測驗情境所組合成的一種評量方式。例如，在某些情境下，可能要求學生辨認一套工具或一組器具，并且指明它們的功用；或是更進一步在較復雜的測驗情境里，向學生詢問更特殊的表現(xiàn)作業(yè)問題(如：找出電路發(fā)生短路的所在)，此一方式非常適合運用在培養(yǎng)學生實務技能的課程上。例如家政教育或是科技教育或是語言學習上，然而實物鑒別試驗無法像紙筆測驗那樣方便，常常受限于設備或是環(huán)境無法同時多人同時測驗，老師要耗費更多時間來監(jiān)看學生一個一個進行測驗，在實施上相當耗時，所以我們將以結合手持裝置與對應軟件來進行，讓學生在限定的周期內可以自己找時間進行，由系統(tǒng)自動記錄測驗結果，以降低教師的負擔。

2.2 行動學習

行動學習是多種渠道式(Multi-Channel)的網(wǎng)絡學習，通過行動電話、個人數(shù)字助理、可攜式的筆記型計算機或平板計算機等渠道進行學習活動，不只是數(shù)字化，它還具有移動的特性，因此行動學習比數(shù)位學習更邁進一步，它更能做到隨時隨地學習，因為其不受桌上型計算機環(huán)境的限制，輕便的行動學習裝置及無線網(wǎng)絡環(huán)境。其中行動學習裝置是構成行動學習的重要元素之一，必須具備可攜帶性、無線性以及移動性，也就是說裝置須形狀小、重量輕、便于隨身攜帶，可以進行無線聯(lián)機，方便在移動中也可以使用。也因為體積的縮小，這些裝置大多以手寫或觸控的方式來操控，與過去一般學習科技有很大的不同，我們也嘗試利用這樣的特性來設計一個新的評量方式，因為這些行動載具都屬于個人化的設備，除了可以用來搜尋網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)、閱讀電子內容之外，也可以使用自己的行動載具作為身份識別的工具，并攜帶行動載具四處移動去尋找問題的答案，以行動載具取得資料來加以作答，符合這些需求的技術有QR Code (QuickResponse Code)和NFC。

2.3 近場通訊（NFC）

NFC是一種短距離的高頻無線通訊技術，由非接觸式射頻識別(RFID)演變而來。它允許電子設備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸，在10cm內交換資料，也就是說可以把多張標簽擺在比較鄰近的距離，只要與感應器的距離在10cm以上就不會互相干擾，可以將附有NFC標簽的物品擺放得較為集中以節(jié)省空間，而其感應為非接觸性的感應，只要感應器在距離之內就可以感應，不需要接觸到或是看到標簽，所以可以將其隱藏在物品之內不影響物品的外觀。在手持裝置運用NFC上，從2006年NOKIA推出第一部內置NFC的手機之后，至今許多手持裝置都已經(jīng)內建了NFC的技術，例如使用Android 4.0以上操作系統(tǒng)的智能手機或是Windows Phone8之后版本手機，而Apple的iPhone系列手機則可以通過加裝方式擁有NFC功能，NFC在手持裝置上運用有下列三種模式:

（1）Read/Write Mode。運用NFC的行動載具可對NFC的卷標進行卷標的內容寫入以及讀取卷標內容信息。

（2）Peer-to-Peer Mode。點對點模式(P2P)將兩個NFC設備靠近后，可立即進行數(shù)據(jù)的交換、傳遞。

（3）Card Emulation Mode。NFC進入卡片仿真模式后，可像一般非接觸的票卡與門禁卡使用。

而NFC卷標里面的信息可以通過對應的軟件來寫入，雖然每一張NFC 標簽成本較QR Code高，但是可以重復寫入、多次利用，可以有效降低建置成本，本研究將采用NFC技術。我們使用CardEmulation Mode作為使用手機來模擬成一張身份辨識卡，使用者可以攜帶自己的手機來進入考場，使用Read/ Write Mode感應事先布建在考場中的NFC標簽，并作答。

3 系統(tǒng)架構

3.1 系統(tǒng)軟硬件架構

在本系統(tǒng)中，我們將建構一個結合手持裝置以及NFC功能的評價系統(tǒng)，所以在手持裝置的選擇上必須選擇具有NFC功能的手持裝置，目前市面上以采用Google的Android OS系列的手機對NFC支持度較佳，普及性也較高，因此在系統(tǒng)的開發(fā)上選擇以Android OS 為開發(fā)平臺。架構分為軟硬件兩部分，在軟件部分，Apache作為服務器，并在此服務器上安裝相關的NFC門禁管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫部分采用MySQL，使用者必須使用Android OS 4.2以上版本的手機，并且安裝我們所開發(fā)的NFC讀取程序的APK文件。在硬件方面，除了必須具有NFC功能手機之外，我們也布置了一個實體的測驗空間，在門口配置了一個NFC的感應裝置，并通過網(wǎng)絡與服務器連接，用來管控使用者的進出，并且在測驗前事先將對應的數(shù)據(jù)寫入各NFC卷標中，再將這些NFC 標簽一一布置到對應的物品中來作為使用者的選項。

3.2 系統(tǒng)功能架構

學習者在接受在線或是實體的課程之后，教師可以指定一段時間讓學習者可以到事先設定好的考場進行測驗，考場的布置見圖1。

圖1 考場布置示意圖

由于測驗所設定的實物都僅只有一份，為了避免學習者間互相干擾以及掌握學習者的考試狀況，在考場門口會加裝一個門禁管制系統(tǒng)，一次只允許一個學習者進入考場進行測驗；而學習者必須手持裝置進行感應再進入，這個手持裝置必須具有NFC功能，并事先安裝我們所開發(fā)的對應軟件，進入考場之后即視為考試開始，手機會與服務器聯(lián)機取得題目，題目的選項都是實物，由教師事先布置在考場之中，并在里面安置NFC標簽，學習者依照所接收到的題目在這些實物中選取對應的答案，題目界面見圖2。

圖2 系統(tǒng)的答題接口

在選擇的同時可以觸摸或是觀察這些作為選項的實物，決定之后再以手持裝置感應所選的實物，當手持裝置感應到NFC 卷標時Submit按鈕會亮起，此時使用者可以按Submit送出答案或是按Cancel重新選擇，送出后答案會傳送到SERVER中，重復這個步驟直至全部的問題結束，再以手持裝置感應門禁管制系統(tǒng)，離開考場換下一個學習者進入。

4 實驗設計

系統(tǒng)建構完成后，為驗證本研究所建構之系統(tǒng)確實可行，以及是否比傳統(tǒng)的紙筆測驗方式更能測驗出學生對實物鑒別的能力，在系統(tǒng)建構完成之后，以臺灣某高級中學一年級學生實驗對象，在某班級的自然與生活科技課程中隨機抽取10名學生作為受試者，這些學生均有自己的智能手機，平時也都有使用手機上網(wǎng)的習慣。

受試者先花30分鐘閱讀“認識木工材料”教材，這是授課教師自編教材，主要介紹日常生活中常用的木材種類及其特性和應用方式，課程結束后立即進行測驗。

測驗題目共5題，每題20分，由任課教師依照教材中所講述的范圍自編，主要由學生依照題目所描述的特性來選擇出特定的木材。測驗分兩次進行，第一次受試學生先以手機上網(wǎng)進行作答，以文字描述作為選項，接著馬上進行第二次測驗，第二次測驗按本研究所建置的“NFC實物評量系統(tǒng)”進行，題目與第一次完全相同，但改以預先加上NFC卷標的實物作為選項。為了驗證系統(tǒng)的可行性，系統(tǒng)在記錄使用者答題的答案之外，也會記錄每一個題目答題所用的時間。

受試者完成兩次測驗之后，再以“系統(tǒng)滿意度問卷”對其進行調查，該問卷是研究者為了測量本系統(tǒng)是否能達到研究目的所編定的量表，經(jīng)過三位專家進行“專家信效度分析”之后，再修改詞義不通或語意不明的問題。之后，所得到的題目作為問卷的內容。

5 結果與討論

實驗所得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實驗結果

從表1可見，第一次(文字接口)的平均成績明顯優(yōu)于第二次(實物+NFC)，這樣的結果顯示，即使可以在紙筆測驗中正確答題，但是在實物的環(huán)境中并不能確實辨識出答案，也就是說，以傳統(tǒng)的文字方式進行測驗并不能真實地測驗出受試者的能力。

訪談受試對象發(fā)現(xiàn)，大部分的受試者因為課程多以文字或是圖片作為教材，因此對于突然轉變成實物作為測驗感到不習慣，且不容易將不熟悉的實物與文字描述相互聯(lián)系。也就是說，學習者在傳統(tǒng)的測驗中答對題目不見得是真正完全了解，但實物測驗時必須要完全理解才能正確作答，也因為所有題目的選項都混雜在考場中并未依每一題目區(qū)分，而傳統(tǒng)的試題每一題都有4個選項，學習者有1/4的機會猜中，相對的分數(shù)也會較高。另一個問題是實物評量所耗時間較多，從表1也可以發(fā)現(xiàn)，通過NFC實物評量系統(tǒng)作答所花費的時間較長，而且為兩倍以上，在實驗進行中的觀察發(fā)現(xiàn)，受試者因為實物測驗的實物擺放范圍較廣，而且許多題目的選項同時呈現(xiàn)在考場中，受試者常常需要花費更多時間去尋找。另一個原因是因為測驗所使用的實物都是可以讓使用者自行把玩與移動，所以上一個受試者如果沒有將其擺回原來位置，也會影響下一個用戶答題的速度；而系統(tǒng)滿意度問卷的結果則顯示，受試者都肯定以此方式進行測驗，并認為可以幫助對所學習的名詞記憶和增加對于學習內容的印象，大多樂意以此系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測驗方式。

從實驗結果看，本系統(tǒng)使用在測驗上會影響到學生評量的結果，所得的成績較傳統(tǒng)測驗方式為低，而且會大幅延長測驗時間。雖然如此，以傳統(tǒng)的測驗并未能完全測驗出學生對于教材的理解程度，例如在傳統(tǒng)測驗中，學習者可能會知道要選擇“APPLE”這個選項，但是不見得知道APPLE的實物是怎樣，其他如實際的觸感、質量等許多無法以計算機文字或多媒體呈現(xiàn)的情境都可以通過這一模式來真實評價，甚至可以進一步將實物結合到課程教學中，這樣可以避免學生在學習上死記硬背，讓學生真正達到學習的效果。這一考評方式需要較長的時間進行，建議可以將答案選項簡化，或是多題共享一個答案選項，也可以依每一個題目分區(qū)擺放，減少受試者尋找答案的時間。

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