行动装置与NFC实物结合在教学上的运用

杨竹星 郑琮生 卢育群



行动装置与NFC实物结合在教学上的运用

杨竹星 郑琮生 卢育群

台湾成功大学电机工程学系暨电脑与通信工程研究所

该研究通过建立一个以手持装置与NFC功能的评量系统，教师可以将写入数据的NFC卷标藏在作为选项的实物中，不会遮蔽或是影响实物的外观或触感；而学习者拿到题目之后可以从这些藏有NFC标签的实物中选择自己所决定的答案，并使用手机接近这个实物感应里面的NFC标签来作答。在连续四周的实验后发现，虽然这一评量方式较传统评量方式耗时，而且所得成绩较传统测验为差，但经过进一步访谈与分析之后发现，通过这样的评量方式但唯有真正知道选项是什么才能作答，能真正评估出学习者的学习程度。

多屏幕 简报软件 教学系统 多媒体整合

1 前言

在教育上，让学习者将理论与实务相结合一直是重要目标之一，传统的评价方式通常都是通过纸笔测验来评量学生的学习成效，题目的方式不外乎是选择题、问答题等以文字描述的形式来进行。近年来由于计算机多媒体的普及，使得测验被大量数字化，在文字之外也加入了图片、影片或是动画的呈现方式，然而这样的方式并未能完整取代实物，尤其是触感以及味道的差别。随着科技的进步和行动网络的布建，行动装置开始迅速进入到我们的生活之中，尤其是智能型手机，几乎每个人都拥有一部，当然也被广泛地运用在教育上。由于行动装置体积小、质量轻，学习者方便携带着载具到处移动，不再被限制在教室中或是计算机桌前，这也就是行动学习最重要的特性。虽然许多研究都证实，一个设计良好的行动学习活动可以达到很好的教学效果，而在测验方式上，大部分的行动学习都还停留在将传统的纸笔测验题目数字化。以选择题为例，使用者的作答方式同样是以阅读题目选择答案，只是输入方式由手写转换成用手触控，行动装置上有许多新的技术未被充分利用在学习上。例如NFC(Near Field Communication)，本研究建立一个以结合智能型手机与NFC标签的新评量方式，学习者可以以自己的手持装置作为身份识别的凭证来验证身份并启动测验，以实物取代文字或是多媒体的描述来作为选项，并以同一部手持装置来感应实物上的标签来取代纸笔作答。

2 研究背景

2.1 实物鉴别试验

在教育上，评价的目的并非只是用来辨别学习者的优劣，还有发现问题改进教学的积极意义，传统的教学大多以纸笔进行测验，这样的测验方式也造成学生的学习以背诵与记忆为主，因此现今教育界大力提倡多元评价，绩效评估要求学生在接近真实的情境中运用信息解决问题，以了解学生在实际生活中是否真能将技能或知识展现出来，比纸笔测验更能深入地了解学生对知识的掌握程度，其中绩效评估(Performance assessment)是广泛被运用的评量方式，绩效评估分为五个类型，其中之一就是实物鉴别试验，它是指由各种不同真实性程度的测验情境所组合成的一种评量方式。例如，在某些情境下，可能要求学生辨认一套工具或一组器具，并且指明它们的功用；或是更进一步在较复杂的测验情境里，向学生询问更特殊的表现作业问题(如：找出电路发生短路的所在)，此一方式非常适合运用在培养学生实务技能的课程上。例如家政教育或是科技教育或是语言学习上，然而实物鉴别试验无法像纸笔测验那样方便，常常受限于设备或是环境无法同时多人同时测验，老师要耗费更多时间来监看学生一个一个进行测验，在实施上相当耗时，所以我们将以结合手持装置与对应软件来进行，让学生在限定的周期内可以自己找时间进行，由系统自动记录测验结果，以降低教师的负担。

2.2 行动学习

行动学习是多种渠道式(Multi-Channel)的网络学习，通过行动电话、个人数字助理、可携式的笔记型计算机或平板计算机等渠道进行学习活动，不只是数字化，它还具有移动的特性，因此行动学习比数位学习更迈进一步，它更能做到随时随地学习，因为其不受桌上型计算机环境的限制，轻便的行动学习装置及无线网络环境。其中行动学习装置是构成行动学习的重要元素之一，必须具备可携带性、无线性以及移动性，也就是说装置须形状小、重量轻、便于随身携带，可以进行无线联机，方便在移动中也可以使用。也因为体积的缩小，这些装置大多以手写或触控的方式来操控，与过去一般学习科技有很大的不同，我们也尝试利用这样的特性来设计一个新的评量方式，因为这些行动载具都属于个人化的设备，除了可以用来搜寻网络上的数据、阅读电子内容之外，也可以使用自己的行动载具作为身份识别的工具，并携带行动载具四处移动去寻找问题的答案，以行动载具取得资料来加以作答，符合这些需求的技术有QR Code (QuickResponse Code)和NFC。

2.3 近场通讯（NFC）

NFC是一种短距离的高频无线通讯技术，由非接触式射频识别(RFID)演变而来。它允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输，在10cm内交换资料，也就是说可以把多张标签摆在比较邻近的距离，只要与感应器的距离在10cm以上就不会互相干扰，可以将附有NFC标签的物品摆放得较为集中以节省空间，而其感应为非接触性的感应，只要感应器在距离之内就可以感应，不需要接触到或是看到标签，所以可以将其隐藏在物品之内不影响物品的外观。在手持装置运用NFC上，从2006年NOKIA推出第一部内置NFC的手机之后，至今许多手持装置都已经内建了NFC的技术，例如使用Android 4.0以上操作系统的智能手机或是Windows Phone8之后版本手机，而Apple的iPhone系列手机则可以通过加装方式拥有NFC功能，NFC在手持装置上运用有下列三种模式:

（1）Read/Write Mode。运用NFC的行动载具可对NFC的卷标进行卷标的内容写入以及读取卷标内容信息。

（2）Peer-to-Peer Mode。点对点模式(P2P)将两个NFC设备靠近后，可立即进行数据的交换、传递。

（3）Card Emulation Mode。NFC进入卡片仿真模式后，可像一般非接触的票卡与门禁卡使用。

而NFC卷标里面的信息可以通过对应的软件来写入，虽然每一张NFC 标签成本较QR Code高，但是可以重复写入、多次利用，可以有效降低建置成本，本研究将采用NFC技术。我们使用CardEmulation Mode作为使用手机来模拟成一张身份辨识卡，使用者可以携带自己的手机来进入考场，使用Read/ Write Mode感应事先布建在考场中的NFC标签，并作答。

3 系统架构

3.1 系统软硬件架构

在本系统中，我们将建构一个结合手持装置以及NFC功能的评价系统，所以在手持装置的选择上必须选择具有NFC功能的手持装置，目前市面上以采用Google的Android OS系列的手机对NFC支持度较佳，普及性也较高，因此在系统的开发上选择以Android OS 为开发平台。架构分为软硬件两部分，在软件部分，Apache作为服务器，并在此服务器上安装相关的NFC门禁管理系统，数据库部分采用MySQL，使用者必须使用Android OS 4.2以上版本的手机，并且安装我们所开发的NFC读取程序的APK文件。在硬件方面，除了必须具有NFC功能手机之外，我们也布置了一个实体的测验空间，在门口配置了一个NFC的感应装置，并通过网络与服务器连接，用来管控使用者的进出，并且在测验前事先将对应的数据写入各NFC卷标中，再将这些NFC 标签一一布置到对应的物品中来作为使用者的选项。

3.2 系统功能架构

学习者在接受在线或是实体的课程之后，教师可以指定一段时间让学习者可以到事先设定好的考场进行测验，考场的布置见图1。

图1 考场布置示意图

由于测验所设定的实物都仅只有一份，为了避免学习者间互相干扰以及掌握学习者的考试状况，在考场门口会加装一个门禁管制系统，一次只允许一个学习者进入考场进行测验；而学习者必须手持装置进行感应再进入，这个手持装置必须具有NFC功能，并事先安装我们所开发的对应软件，进入考场之后即视为考试开始，手机会与服务器联机取得题目，题目的选项都是实物，由教师事先布置在考场之中，并在里面安置NFC标签，学习者依照所接收到的题目在这些实物中选取对应的答案，题目界面见图2。

图2 系统的答题接口

在选择的同时可以触摸或是观察这些作为选项的实物，决定之后再以手持装置感应所选的实物，当手持装置感应到NFC 卷标时Submit按钮会亮起，此时使用者可以按Submit送出答案或是按Cancel重新选择，送出后答案会传送到SERVER中，重复这个步骤直至全部的问题结束，再以手持装置感应门禁管制系统，离开考场换下一个学习者进入。

4 实验设计

系统建构完成后，为验证本研究所建构之系统确实可行，以及是否比传统的纸笔测验方式更能测验出学生对实物鉴别的能力，在系统建构完成之后，以台湾某高级中学一年级学生实验对象，在某班级的自然与生活科技课程中随机抽取10名学生作为受试者，这些学生均有自己的智能手机，平时也都有使用手机上网的习惯。

受试者先花30分钟阅读“认识木工材料”教材，这是授课教师自编教材，主要介绍日常生活中常用的木材种类及其特性和应用方式，课程结束后立即进行测验。

测验题目共5题，每题20分，由任课教师依照教材中所讲述的范围自编，主要由学生依照题目所描述的特性来选择出特定的木材。测验分两次进行，第一次受试学生先以手机上网进行作答，以文字描述作为选项，接着马上进行第二次测验，第二次测验按本研究所建置的“NFC实物评量系统”进行，题目与第一次完全相同，但改以预先加上NFC卷标的实物作为选项。为了验证系统的可行性，系统在记录使用者答题的答案之外，也会记录每一个题目答题所用的时间。

受试者完成两次测验之后，再以“系统满意度问卷”对其进行调查，该问卷是研究者为了测量本系统是否能达到研究目的所编定的量表，经过三位专家进行“专家信效度分析”之后，再修改词义不通或语意不明的问题。之后，所得到的题目作为问卷的内容。

5 结果与讨论

实验所得数据如表1所示。

表1 实验结果

从表1可见，第一次(文字接口)的平均成绩明显优于第二次(实物+NFC)，这样的结果显示，即使可以在纸笔测验中正确答题，但是在实物的环境中并不能确实辨识出答案，也就是说，以传统的文字方式进行测验并不能真实地测验出受试者的能力。

访谈受试对象发现，大部分的受试者因为课程多以文字或是图片作为教材，因此对于突然转变成实物作为测验感到不习惯，且不容易将不熟悉的实物与文字描述相互联系。也就是说，学习者在传统的测验中答对题目不见得是真正完全了解，但实物测验时必须要完全理解才能正确作答，也因为所有题目的选项都混杂在考场中并未依每一题目区分，而传统的试题每一题都有4个选项，学习者有1/4的机会猜中，相对的分数也会较高。另一个问题是实物评量所耗时间较多，从表1也可以发现，通过NFC实物评量系统作答所花费的时间较长，而且为两倍以上，在实验进行中的观察发现，受试者因为实物测验的实物摆放范围较广，而且许多题目的选项同时呈现在考场中，受试者常常需要花费更多时间去寻找。另一个原因是因为测验所使用的实物都是可以让使用者自行把玩与移动，所以上一个受试者如果没有将其摆回原来位置，也会影响下一个用户答题的速度；而系统满意度问卷的结果则显示，受试者都肯定以此方式进行测验，并认为可以帮助对所学习的名词记忆和增加对于学习内容的印象，大多乐意以此系统代替传统的测验方式。

从实验结果看，本系统使用在测验上会影响到学生评量的结果，所得的成绩较传统测验方式为低，而且会大幅延长测验时间。虽然如此，以传统的测验并未能完全测验出学生对于教材的理解程度，例如在传统测验中，学习者可能会知道要选择“APPLE”这个选项，但是不见得知道APPLE的实物是怎样，其他如实际的触感、质量等许多无法以计算机文字或多媒体呈现的情境都可以通过这一模式来真实评价，甚至可以进一步将实物结合到课程教学中，这样可以避免学生在学习上死记硬背，让学生真正达到学习的效果。这一考评方式需要较长的时间进行，建议可以将答案选项简化，或是多题共享一个答案选项，也可以依每一个题目分区摆放，减少受试者寻找答案的时间。

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