《網路社會學通訊》第72期，2008年6月15號

交互白板環境下國小數學領域教學設計的互動研究

錢正之

國立臺北教育大學教育傳播與科技研究所所長

劉正山

國立臺北教育大學教育傳播與科技研究所碩士學位在職專班

一、摘要

本研究的目的在實際應用交互白板，透過教學設計、虛擬數學工具及交互白板系統軟體的互動功能，並應用此特性對國小高年級學生進行教學，探討其對國小數學領域教學設計之教室中師生互動現象，尋求互動因素，從而轉變其教學的模式及提高教學效能。本研究量化部分採用準實驗研究方法，即採用「不相等前測－後測控制組設計」(nonequivalent pretest-posttest control group design)實驗設計模式。採用Flanders互動分析系統（Flanders interaction analysis system，簡稱FIAS）將資料依據矩陣分析法，研究教室中語言行為和教室對話態樣的互動，收集前後測數據資料，以兩組的前測分數做為共變量，而進行共變數分析。質化部分採用訪談及次級資料蒐集，利用現象內容分析法進行其他互動現象的因素分析。

關鍵詞：交互白板 數學領域 教學設計 互動 資訊融入教學

二、研究動機與背景

自96 年度起，教育部推動計畫在「建構 e 化教學環境」方案之下，補助部分縣市試辦交互白板導入教室教學，並鼓勵逐步發展學科領域學習中心（Learning Center）。目前政府補助採購交互白板與推動資訊融入教學為政策，在交互白板導入時同步進行相關研究，同時並針對導入交互白板的策略與教學相關問題進行試驗。

因此，著眼於資訊科技融入未來教學之必要性與潛力及數學教育的落實推展，本研究透過認知的學習理論基礎為依據，配合交互白板的特性，藉此瞭解學生的學習型態，在其學習歷程中的各項改變及互動現象，找出相關的互動因素，並做為其他教師在數學領域教學改進與設計交互白板學習資源的參考。

三、研究目的

本研究的目的在實際應用交互白板，透過教學設計、虛擬數學工具及交互白板系統軟體的互動功能，並應用此特性對國小高年級學生進行教學，探討其對國小數學領域教學設計之教室中師生互動現象，尋求互動因素，從而轉變其教學的模式及提高教學效能。

四、交互白板相關概述

首先介紹交互白板這一技術工具的硬體系統和組成，以及搭配的軟體系統，並透過對三種教室教學常應用的媒體教學系統比較，說明交互白板系統的特性。

（一）交互白板技術硬體系統和組成

交互白板(也稱為互動白板或互動式電子白板)是電子感應白板及感應筆等附件(硬體)與操作系統(軟體)的集合而成。它融合了電腦技術、微電子技術與電子通信技術，成為電腦的一種輸入輸出設備，既是白板又是電腦螢幕。螢幕上所顯示的內容可隨意圈點、操作、注釋、修改，並可儲存和列印。

圖1 交互白板運作模式

(資料來源：網奕資訊，http://www.habook.com.tw/)

（二）目前系統軟體

白板軟體是交互白板系統中極其重要的組成部分，白板軟體是否易用在程度上決定了整個交互白板產品的優劣。原則上軟體如沒有特殊限制或版權問題，因應不同廠商開發的系統，可以相互使用在不同品牌或硬體的交互白板上使用，但是有可能會有少量部分功能無法操作，如無線操作、手寫辨識功能等。

（三）交互白板的特性

就對教室教學常應用的黑（白）板、單槍投影系統及交互白板系統三種媒體教學系統的比較如下：

表1 三種常用媒體教學系統的比較

（整理自 中國電化教育雜誌專題論文，2006）

五、交互白板教學應用現狀分析

交互白板首先應用於大中型企業的培訓部門，接著就開始應用於教育領域，包括幼兒、小學、中學、大學甚至特殊教育領域都有涉及，其中以在教室教學領域中應用最多。

（一）國內外關於交互白板教學應用的綜述

1.國外使用現狀

國外關於交互白板在中小學階段(k12階段)的教育應用的研究機構和組織大致分為兩類，分別是SMARTer Kids Research(由目前研究時間最長最成熟的SMARTer Kids Foundation支援的研究)和其他國家包括英、美和澳等國研究機構和組織進行的研究。因此這些國家的研究對交互白板教育應用，特別是教室功用的實施和研究起步較早也較充分。研究側重於對交互白板的有效性評估以及在教育領域的實際應用兩個方面。

（2）國內使用現狀

國內除少數私立中小學及臺北市部分學校有零星採購試用外，大都教育人員都對其相當陌生。民96年開始，教育部為建構整體資訊化基礎環境及共用數位化學習資源，並充實數位化內容，以改善教學與學習環境及開創新的教學模式與學習情境；推動e化教學環境建置專案，並選擇補助部分縣市採購交互白板。

國內使用交互白板資訊與經驗不多，系統概念大都係由廠商設計提供，缺乏教學實驗基礎，須尋求學術或研究機構協助，整合相關資源與教師團隊力量，建立長期實驗計畫。目前研究大多是集中在對交互白板教學應用的評估上，如師生對交互白板使用的態度、交互白板教室教學適應性和有效性等，而較少進行應用交互白板教學的教學法上的研究（陳惠邦，2006）。

（二）交互白板的教學現況分析

交互白板在教學功能上的特性決定了教師在進行教學設計時採用的模式，即要注重對教學資源與交互活動以及教學模式的設計（咸汝平 等人，2005）。

1.強調對學習資源的設計

在交互白板環境中，對教學資源的設計可以分為對白板軟體內建資源的設計和對本機中或網路上其他可利用資源的開發與設計。白板軟體內置資源庫為各科教學提供了教學資源與素材，其開放式的框架也為教師自主開發或開發資源提供支援。課前，教師可以針對教學目標與內容在內建資源庫中選擇合適的素材或資源。對於一般素材，教師要考慮其加工利用方式；對於直接可利用的資源，教師則要結合白板的顯示功能設計其呈現方式。

2.強調對交互活動的設計

對於採取何種教育理論，在何種環境下採用何種媒體工具、何種策略進行教學，好的教學有一些共同的特徵，如強調學生的積極參與，為學生提供在不同情境中練習所學內容的機會，重視學生的個別差異，給學生提供即時的回饋，為學生提供真實的情境，重視學習過程中互動的作用等等。白板的硬體功能和軟體功能為教室上的各種交互提供了平臺。

3.強調對教學模式的設計

Glover（2003）認為可透過四個教學框架步驟，解說、證明、驗證、概念化四個階段，進行上課過程的模式。解說階段及證明階段常被結合在一起，藉由互相影響而進入驗證階段。交互白板最多頻繁被使用在預先準備好的教學材料在驗證的階段中，來讓學生充分明瞭及理解，加強學習及反覆練習原則。藉由交互白板的互動性讓思路更加清晰，全體學生透過密集討論，重新組合思緒並嘗試概念化學習的教材。

（三）交互白板與教師專業培訓的相關研究

Beauchamp (2004)教師使用交互白板輔助教學的程度由淺至深地分為五個階段，並分別以各階段的使用方式，教師在各階段遭遇的困難、建議及使用的教學方法分別說明。

表2 交互白板五階段的使用方式

（四）交互白板與課程整合的相關研究現狀

國外對交互白板的教學應用的推廣與研究，以下就英國、中國北京、香港為例概述。

1.英國教育通訊技術聯絡處(British Educational Communications and Technology Agency,BECTA)發布的研究報告提供了關於交互白板在英國中小學中應用的情況和獲得的經驗。

2.北京對中小學校白板實驗結果的評估。

從2004年6月起，以北京師範大學為主持單位，北京教科院為協助單位，兩個教育專業機構聯手在北京地區的部分中小學校，展開了教室教學中應用交互白板的實驗研究。透過一個多學期的白板實驗，實驗學校師生對白板教學給予了充分肯定。

3.香港教育統籌局2005年交互白板試驗計劃評估研究。

香港教育統籌局邀請四間中學、四間小學及兩間特殊學校參與2005年交互白板試驗計劃，委託香港中文大學教育學院副教授李芳樂進行評估研究。經驗告訴我們交互白板非只是一個展示工具，它可以應用到教學用途，教與學互動交流。

六、對教學設計所依據理論基礎的探討

本研究建構的國小數學領域教學設計，所依據的理論基礎主要為：認知學習理論中的發展區理論及鷹架教學法、社會學習理論與引導式教學對話理論。教學設計研究還涉及到教學互動。

（一）認知學習理論

Vygotsky (1978)潛在發展區理論與鷹架教學法，說明學習者若只由自己與教材內容互動，是無法達到其潛在發展水準，必須要依賴於教學者在學習過程中給予必要之協助，或教學者也可以利用同儕間之互動，利用小老師制度去扮演學習鷹架，給予生手學生協助，亦能達到學習效果。Bandura (1977)的社會學習理論強調學習可經由觀察及模仿而達成，故教學者或其他重要學習對象之示範與楷模表現，在學習過程中就顯得重要了。Holmberg (1995)的引導式教學對話理論強調經由良好的教材設計，能夠促進學習者進行學習，與增進學習的興趣，進而促成學習者與教材之間的互動。

（二）教學互動

「互動性」乃是數位學習科技異於傳統媒體科技的特點，若能掌握互動性就能發展出優質教學內容。

1.人際互動：在教學中，教師應用交互白板運用資源創設情境，學生合作、探究或討論，觀察、發現問題，教師協助並圍繞學生提出的疑問參與討論，學生在交互白板上呈現自己的發現或觀點。這樣把白板作為一個交互的中介和平臺，可以更好地實現教室人際互動，包括師生互動和生生互動。

2.人機互動：交互白板既是電子白板，同時又是電腦觸摸螢幕，使用者透過感應筆可以實現白板與電腦之間的雙向通訊與操作，可以更好地實現人機互動。

3.資源互動：交互白板軟體系統內建了多種資源庫，提供教學使用。交互白板提供了包括電腦本機的各種媒體資源、交互白板資源庫資源、教師自己製作的教材、來自Internet的資源等多種類資源互動的可能，便於教學內容展示和學生參與。

七、研究方法

（一）研究步驟

在本研究中，根據實際的需要，結合三種研究方法。主要包括:

1.文獻研究

研究過程中首先運用多種管道如電子檢索(如全國期刊全文資料庫等)，透過搜索引擎如google等來搜索國外最新的相關研究情況，從不同的角度拓寬了我們的研究思路和研究廣度。

2.準實驗設計

本研究部分採用準實驗研究方法，即採用「不相等前測－後測控制組設計」實驗設計模式。

3.調查研究

透過訪談和問卷調查等調查手段在實驗班級進行調查，以瞭解教室教學的特點及師生的教學和學習需要，然後根據這些需要設計教學並分析其效果，得出自己的研究結論。

（二）研究架構

本研究共分實驗組班與控制組班，共同利用使用相同教學平台及工具設計同一單元教學及製作教材，進行單槍教學，觀察班級互動，採用Flanders互動分析系統（Flanders interaction analysis system，簡稱FIAS）將資料依據矩陣分析法，研究教室中語言行為和教室對話態樣的互動，收集數據資料，做為兩組的前測分數。

再次共同利用使用相同教學平台及工具設計另一單元教學及製作教材，實驗組班進行交互白板教學，控制組班進行單槍教學，觀察班級互動、訪談、心得及問卷，同樣採用FIAS將資料依據矩陣分析法，研究教室中語言行為和教室對話態樣的互動，收集數據資料，做為兩組的後測分數。

最後，實驗組班與控制組班比較交互白板教學及單槍教學的互動性現象因素差異，將所得之相關資料進行量化質化分析。

（四）研究流程

1.設計階段(規劃階段)

第一階段的教學設計及教材製作，主要設計是透過交互白板及單槍特性，搭配多媒體電子數學工具箱中的各式數學工具來設計數學教材進行課程教學。

2.觀察階段(發現階段)

此階段的觀察法，主要是觀察教學者與學習者在單槍教學及交互白板教學學習環境的數學領域教學設計下，所發生的互動現象。本研究使用結構式觀察法來觀察並記錄互動現象。本研究量化部分採用準實驗研究方法，研究教室中語言行為和教室對話態樣的互動，收集前後測數據資料，以兩組的前測分數做為共變量，而進行共變數分析。質化部分採用訪談及次級資料蒐集，利用現象內容分析法進行其他互動現象的因素分析。

3.訪談階段(驗證與補足觀察資料階段)

此階段的目的，主要是根據觀察法所歸納得到的有關互動現象結果，分別針對教學者與學習者設計訪談問題，利用訪談的方式取得有關互動現象更多的證據。

4.輔助資料蒐集階段(驗證與補足資料階段)

為符合本研究之交互白板學習的情境，本階段以師生在下課之後，填寫課後隨堂調查問卷為資料來源，以及收集教師筆記、心得及教案等。

5.找出影響互動現象因素

最後將根據前述四個階段的資料蒐集與分析歸納的結果，找出設計互動的特性及影響互動現象的因素，並提供相關改善互動及教學策略的建議，給日後從事交互白板學習環境的數學領域教學活動的教學者、學習者做參考。

八、研究工具

（一）教材製作工具

本研究將以交互白板搭配多媒體電子數學工具箱(Mult-e-Maths Toolbox)使用。此軟體由出版商劍橋日立(Cambridge-Hitachi)所製作開發。

（二）教室觀察

教室觀察主要採用自然觀察並輔之以教室錄音與錄影的方法，實地調查教室教學中教師行為、學生行為以及師生相互作用的表現，從這些資訊中瞭解師生教室互動的情況，取樣出學生的參與度數據，瞭解學生學習的發展表現情形。

1.分析工具：

Flanders互動分析系統是一著名的教室中師生教學互動行為的觀察系統。其目的在於分析研究教學行為，記錄在教室中師生互動的重要事件；瞭解發生在教室互動情境中事件的影響，以幫助教師瞭解並進而改進其教學行為（Flanders,1970）。本研究對其進行了適當的修改，以適應本研究的需要。

2.分析過程：

FIAS要求觀察者按照時間順序，每隔3秒鐘對教室中的語言取一次樣，用編碼的形式記錄下發生在該時間區間內的教室語言行為。由於採樣時間間隔太短，所以要對錄影反覆觀察。

3.資料分析方法

本研究將採矩陣分析法進行資料分析(interaction analysis matrix)，FIAS矩陣是一個對稱矩陣，可透過FIAS輔助軟體來進行分析。

4.FIAS輔助軟體

它與其他同類軟體相比，功能更強，操作也更為簡單。

（三）教師訪談

教師訪談是分多次進行的，在進入現場觀察之前，需要對師生相關資訊、教材使用、教師對教學設計中所涉及到理論的認同度、教學模式的意義、交互白板在數學教學中的作用等對實驗教師做訪談。

（四）教師教學心得

教師教學心得主要是透過教師反思自己以往習慣的教學方法和交互白板的教學方法，從中獲取教師對本教學設計的認識，促使能為創新教學行動研究的教師。

（五）學生訪談

在學生訪談部分，以數學小老師訪談為主，主要是結合教室教學，來調查學生的知識獲取情況、知識應用能力、問題解決能力、學習方法遷移能力以及自我評量能力。

（六）師生課後隨堂問卷調查

為了避免純主觀性的臆斷，使研究具有充份的事實依據，在分析教室記錄、教師訪談、學生訪談以及瞭解教師對所建構教學設計看法的基礎上，盡量力求事實根據的支持。故此，也設計了用於調查教師、學生對交互白板教學看法的問卷，希望盡可能提供一些量化的數據分析。

九、教學設計與教材製作

（一）教學單元

為配合實驗時程的進行，以及方便發揮教材系統平臺的特性，依96年度翰林版教科書國小數學六下課程架構表，選擇「百分率」為課程單元，進行前測內容；選擇「立體圖形」為課程單元，進行後測內容。

（二）教學設計

預定將依96學年度第2學期六年級數學領域課程計劃，設計兩單元教學活動。

（三）教材製作

在進行多媒體教材製作時，為掌握設計原則，方便學生建構原理原則，明瞭內涵，運用工具設計要項如下：

1.有效地利用工具箱中資源，系統性地規劃設計教學活動，著重內容再加入創意，然後製作圖文訊息。

2.運用色彩、字體、形狀、線條、大小、質感、明亮等技巧強調重要訊息。

3.顯示精簡的重點文字，切忌太多文字擁擠在螢幕上。

4.必要時使用同一物件的不同角度影像來表達學習內容。

5.儘量增加移動物件、操弄物件、改變數值、鍵入資料等互動的學習活動。

6.操作介面的設計路徑選擇、次序控制等維持相當程度的一致性。

7.善用畫面切換及特寫功能，適度的針對概念加以分類，具體而簡潔的表達概念。

8.適當加入規則來填入相關的關係，以便學習者思考所學的數學概念。

9.由簡單的內容單一步驟開始，漸次加深為多步驟的佈題。

10.應與生活連結，並能形成概念、促進思考，提供兒童自我修正的機會。

十、結果與分析

分析教學設計實驗的研究結果，內容分述如下：

（一）在交互白板環境下國小數學領域教學設計教室語言行為和教室對話態樣為何？

1.接受交互白板教學的學生在「教室語言結構」的比率上無顯著差異。

2.接受交互白板教學的學生在「資訊技術的語言比率」的比率上無顯著差異。

3.接受交互白板教學的學生在「教師語言風格傾向」的比率上無顯著差異。

4.接受交互白板教學的學生在無效語言「操作白板」的時間持續地進行次數上有增加的差異。

5.接受交互白板教學的班級在「老師語言行為總和」上比例有增加的差異。

（二）調查並研究交互白板教學與單槍教學在數學領域教學設計教室互動因素的差異為何？

採用師生訪談及次級資料蒐集，由教學者及學習者雙方對互動經驗與感受詮釋結果，利用內容進行互動現象的因素分析。

表3 影響互動現象之因素彙總表

（三）其他研究發現及教學後省思。

1.在後測後進行問卷調查，主要是想對教師及學生對數學科交互白板教學的看法進行研究。

（1）教師問卷調查

結果顯示，教師對於「互動性及課堂效率的看法」，表示同意者（勾選非常同意與同意者）佔85%，同意「上課模式的看法」佔90%，對「光線及視覺的看法」，表示同意者佔50%，對「技術及支援的看法」，表示同意者佔66%，對「學習幫助的看法」，表示同意者佔100%，對「操作程度的看法」，表示同意者佔25%，對「展示功能的看法」，表示同意者佔78%，對「學生參與的看法」，表示同意者佔100%，可見教師對交互白板教學大多持正向的看法。

（2）學生問卷調查

結果顯示，學生對於「師生互動的看法」，表示同意者（勾選非常同意與同意者）佔69.7%，同意「教學模式的看法」佔84%，其次對「技術問題的看法」，表示同意者佔21%，可見學生對交互白板教學前兩項持正向的看法。

2. 根據交互白板學習環境的數學領域教學設計中改善教學互動的反思表，提供教學者意見及建議。

（1）教學設計及其實施反思

結合孩童之具體運思與抽象運思概念，藉由交互白板所附之工具與軟體之功能結合，幫助學生了解教學目標。

（2）教師角色行為反思

充分掌握教學目標為教師設計課程的任務，能透過資訊工具精細的呈現，並搭配教師的引導技巧及發問技術來完成。

（3）學生角色行為評價

學生由被動的課程接收者，轉化為積極的學習者、參與者。學生能經由課程內容，清楚明確的圖形展示及互動歷程，增進學習興趣與信心。

（4）環境與媒體評價與反思

除加強教師資訊工具的知能外，需透過教師分享及團隊參與，建置支援教師充實方便的整合性數位教學資源平台。

（5）互動評價與反思

交互白板與學生的互動方式較為多樣化，教師可藉由拖曳、分類、手寫、圖像、按按按、重製…等不同方式，立即的給予回饋，提供更多互動的機會，且能留下思考的軌跡，提供全班做更深入的互動。

（6）總結評價與反思及改進想法

高品質有效能的教育，必須回歸教育的本質；再搭配有品質的數位教材，讓教師能對學生不斷進行教學。

十一、結論及建議

作者就此次研究主題，歸納下列幾點結論及建議，作為參考：

（一）在實施交互白板教學時，還是需要數學領域教學專業知能，根據單元目標及教學活動來教學設計，配合交互白板的互動特性，編製適宜的教材內容，掌握教室中互動因素，提升教學的內涵。

（二）透過科技層面的學習，師生共同尋求探索更便利的教學工具及策略，將抽象的數學的概念具體化，透過交互白板的視窗功能圖形化操作，漸層式引導，澄清學生每個細微觀點。

（三）不要讓交互白板成為大型的展示畫面工具，僅扮演單槍的角色功能，避免過度倚賴電子文本及簡報教學；更重要地是，熟悉每個工具及軟體的使用，轉換師生在課堂中的角色，讓學生由被動的知識的接受者，成為主動的資訊的傳遞者。

（四）搭配教室中的交互白板環境，符應不同的教學行動方案。活化空間及學習角落，變換學生分組座位，彈性組成學習型組織。充分發揮教室中每種教學設備的功能，善用媒介，擴展學習領域。

（五）重視學校的教師協同教學及分享經驗模式，結合專業教學團隊，發展交互白板有關行動研究，激盪新的思維及定期參與分享活動累積創新教學的能量。

最後，期望以上研究內容，對目前正在全國各縣市推動互動白板教學的先進及教育夥伴有所助益，改善教室教學模式，提升教師教學效能。

參考文獻

一、中文部份

中國電化教育雜誌專題論文（2006）。交互白板促進課堂教學的創新：交互白板的工作原理和基本功能。學科信息化－現代教學，3。

咸汝平、丁興富，謝洵（2005）。應用交互白板的課堂教學設計。2005年12月29日，取自http://www.zbedu.net/edunews/5/55/113027984.htm。

陳惠邦（2006）。互動白板導入教室教學的現況與思考。2006年12月19日，發表於臺北市主辦：全球華人資訊教育創新論壇，宜蘭。

二、西文部份

Bandura, A. (1977). Social learning theory. Englewood Cliffs, New Jersey:Prentice-Hall.

Beauchamp, G. (2004). Teacher Use of the Interactive Whiteboard in Primary Schools: towards an effective transition framework, Technology, Pedagogy and Education, 13(3), 327-348.

Flanders N. A.（1970）. Analyzing teaching behavior. Reading, MA: Addison-Wesley.

Holmberg, B. (1995). Theory and practice of distance education. New York: Routledge.

Vygotsky, L. S. (1978). Interaction between learning and development. In M. Cole, V. John-Steiner, S. Scribner, & E. Souberman (Eds.), Mind in Society: The Development of Higher Psychological Process. Cambridge, MA: Harvard University Press.