應用於學習障礙教育之Web-based遠距輔助學習環境





林旻璋、吳東光、邱伶怡

私立明新技術學院 資訊管理技術系
新竹縣新豐鄉新興路1號
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孟瑛如

國立新竹師範學院 特殊教育學系
新竹市南大路521號
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摘要

  本文介紹一個Web-based的遠距合作學習系統,此系統的特色在於以學習障礙教育的應用為設計的考量因素,透過WWW友善的使用者介面,提供學習者包括多媒體教材、即時訊息傳送、會議室、分類討論區、留言板、筆記本、視訊會議及個人信箱的遠距合作學習環境,此系統不僅適合作為學習障礙兒童輔助學習的環境,同時也可提供具有共同經驗的教師或家長,分享及討論其所面臨的學生及小孩的教學問題。而為降低本系統的學習門檻,用戶端只需一般的WWW Browser,不需加裝任何軟體,即可使用本系統。





一、前言

  學習障礙相較於其他的身心障礙教育,算是比較年輕的領域,自1968年Dr. Kirk定義學障名詞開始,至今約僅三十年。隨著特殊教育的發展,學習障礙之定義亦由早年的腦傷演變而為近年來的神經心理功能異常,同時亦幾乎可確定學習障礙為一種終身障礙,需特殊且個別化的教法以達補救教學的目的。然而在學齡兒童階段,學習障礙兒童的外在特徵並不像其他身心障礙類別的兒童那麼明顯且易判別,因此較不易引起他人的注意[1],所以即使根據教育部在民國八十年的特殊兒童普查中,學習障礙兒童僅佔20.53%之比率[2],而實際數字應遠大於此,以美國聯邦政府的統計數字為例,1988至1989年間,年齡3至21歲的就學人口中,即有高達4.94%的學生接受學習障礙教育[3],國內的研究也顯示,數學學習障礙在小學三到六年級的平均出現率為6.6%,且隨著年級的增加而遞增[4],這個結果呼應前述學習障礙為終身障礙,並不會隨著年齡增長而痊癒之說法,同時也意味著國內數學學習障礙的問題相當嚴重,如若未能及早矯正,只會愈來愈嚴重。事實上,每個人或多或少都在不同領域有不同程度的學習障礙。相信很多人都會有類似的經驗及納悶﹕那個小學坐你旁邊,豆漿店老闆的小孩,ㄅㄆㄇ都搞不懂,為什麼計算早點費時,老是比你快又正確?另一方面,研究者在新竹市民富國小學障資源教室的實驗顯示,經由正確的診斷及適當的輔導,學障兒童常能有令人驚喜的學習成效,也就是說,只要方法運用得當,很大比率的學障兒童都可能是潛在的愛迪生第二。綜合以上所言,我們明瞭學習障礙問題是一個現今普遍存在的問題,而學習障礙兒童若能經由嘗試以瞭解其特殊的學習管道及方法,用個別化的教法,一般都能收到頗佳的成效,然而現今最大的問題可能在於學障師資與資源班的嚴重不足且城鄉分佈不均,使得學習障礙兒童耽誤了長期療育的機會,再加以其正常的外表與通常因長期挫折感而伴隨的課堂不良學習行為,學習障礙兒童是最容易被一般師長及家長誤解,亦是最容易因其本身障礙而被懲罰的一群,因此如何增進社會大眾對學習障礙的瞭解,進而使其得到應有的協助,便成當前的重要課題,而用網際網路的功能似乎是目前是一個頗佳的選擇,因其無遠弗屆則能解決目前學障師資與資源班嚴重不足且城鄉分佈不均的問題,更因其廣泛使用的特性而能提供學習障礙兒童所最需要的遠距合作學習環境及心理支持以解決學習障礙兒童不被瞭解的困擾。

  特殊教育在網際網路的應用領域裡是個相對弱勢的領域,而學習障礙更因其在特殊教育領域裡是個相對年輕的發展區而益顯其弱勢,現今國內特殊教育相關網站多偏向智障類,少有專為學習障礙兒童,家長及教師設計的網站,抑或多偏向單向性的資料呈現,少有互動式的學習輔助效果,對於閱讀障礙現象普遍存在,且需認知課程補救的學習障礙族群其實幫助有限,因此,本研究目的即在於建置一個學習障礙教育網路合作學習環境,希望能為學習障礙兒童提供一個互動式的合作學習環境,使其能藉由同質或異質團體的激發達到充分學習的目的,更希望能藉由該網站提供大眾瞭解學習障礙的管道,並提供具有相關經驗的教師及家長一個溝通與成長的園地。基於以上理念我們建置了學習障礙網路合作學習環境(Distance Assisted Learning Environment:DALE)。本文內容架構如下:在第二節我們將簡單介紹網際網路上幾種普遍的訊息溝通及討論的環境與方法,以及網路合作學習的發展現況;第三節列出本環境所提供的功能及特色,系統架構及效能的測試結果則分別敘述於第四及第五節;第六節提出我們的總結及未來繼續發展的方向。





二、Internet遠距合作學習的現況

  許多研究証實([5],[6]),在學習時以小組討論來共同學習方式,可以提高學習者的學習成效,這種學習方式稱為合作學習 (Cooperative learning)。學習障礙兒童因其神經心理歷程異常之故,而有著與他人迥異的學習管道或類型,在我們試圖瞭解其學習與思路過程的同時,若能經由設計讓有類似背景或困擾的學障兒童做同儕間的合作學習,預期會有頗佳的效果。而近年來,由於Internet的興起,建構在網際網路上的合作學習環境也受到相當的關注,藉由資訊科技的輔助,學習者可以在不同地點,甚至不同時間,共同學習同一種課程,透過這種網路合作學習的方式,讓學習者得以不受時程的限制,選擇適合自己程度的課程,而在學習過程中遇到問題時,也可線上尋求學習者的協助,互相討論並解決問題。類似的網路合作學習環境 (或系統) 若搭配互動式多媒體教材,則不僅可克服特殊教育發展的困境 (亦即師資、空間及設備的缺乏),同時亦能舒緩學障兒童在正常教育體系下的挫折感。

  互動式的討論方式為合作學習的重要功能之一,可作為學習者在學習過程中的溝通討論媒介及遇到問題時的發問管道。ICQ[7]即為目前很流行的一種網路溝通工具,其主要功能就是讓登錄的使用者知道網路上的朋友現在是否上線,然後可以互送訊息或和朋友交談等,目前ICQ在全球的使用人數已經超過一千五百萬人,其受歡迎程度可見一般,事實上,ICQ提供的互動式功能相當適於作為合作學習的溝通工具[8],但ICQ需額外安裝才可使用,且目前TANET為了增加連接至國外的網路頻寬,而限制使用者連線至ICQ伺服器,使得ICQ在TANET下無法使用,另外,ICQ只能以編號、Email Address及ID搜尋好友,使用者需事先知道好友的資料才可和好友溝通,無法搜尋與使用者不相識且欲溝通的潛在使用者。BBS討論區則為目前校園中另外一個熱門的意見交流及溝通的環境,然而其使用者介面為文字模式,操作是以傳統的鍵盤為主,文字模式的討論區有諸多限制,如無法表現數學符號及圖形,這對於一些需要數學符號、流程圖與圖例說明的課程,尤其是以認知課程補救教學為主的學習障礙學生,將使其在互相討論時受限於文字的表示。

  除了ICQ與BBS外,國內最近幾年隨著「國家資訊通信基本建設」(NII)的推展,透過全球資訊網 (WWW) 的遠距教學方式,已經有許多學校積極參與,並已經有了許多成果,其中交通大學的遠距合作學習 (COoperative Remotely Accessible Learning, CORAL)「珊瑚系統」[9]利用視訊會議、電子白板、筆記本和多人談話室來作為合作學習時學生溝通的工具,不過用戶端需另外安裝特殊設計的瀏覽器,才能享受到CORAL提供的完整功能;另外,中央大學LISA (Learning Is Active) [10],中正大學的 ICAL [11] 及台南師院的 「探路者」(Pathfinder)[12]等均為網路遠距學習的例子。然而前兩者的目標使用者均為大學生,而後兩者則分別針對一般的中小學生,目前國內並無針對其實可能是最需網路協助的學習障礙者所設計的遠距合作學習系統。

  因此如果能夠結合BBS討論區和ICQ的功能,再輔以Web友善的使用介面,並參考特殊教育學者的實務經驗,當能建構一個符合特殊教育兒童(特別是學習障礙兒童)需求的遠距合作學習系統。





三、系統功能及特色

  DALE系統的原始目標使用者設定為特教教師、學障兒童及其家長,其許多功能均為特定使用者設計,以提供良好的使用環境。基於保護學習者的考量,系統不會顯示出學習者的真實姓名,而以暱名或英文名字(ID)代表。每位學習者皆是不同的個體,其學習行為模式也不盡相同,是故DALE系統特別注重個別化的使用模式,許多功能中皆提供個人喜好設定,讓每位學習者有適合自己的學習環境。系統中各功能按鈕皆提供語音說明,當使用者將滑鼠游標移至功能按鈕上時,即會播出該功能的語音說明,幫助普遍有閱讀困難現象的學障兒童理解。

  當進行合作學習時,學習者會有許多學習夥伴共同參與學習活動,如圖一所示,狀態畫面顯示目前上線(online)和離線(offline)的學習夥伴,並標示出各學習夥伴目前的狀態。使用者狀態共分為五種(標準上線、需要討論、離開電腦、請勿打擾、隱形模式),設定後各學習夥伴皆可得知學習者目前的狀態。狀態畫面提供使用者良好的介面,學生在透過網路實行合作學習及教師、家長相互溝通時,可以輕易的得知目前遠方使用者的狀況,進而產生互動。

  系統並在課程中安排許多學習節點,記錄各學生的學習歷程,並將此資料存入資料庫中,提供給特殊教育教師們做學習障礙之錯誤類型與思路過程之分析研究。當學習者在學習過程中,在某一節點遇到困難,可經由本系統找到先前已學習過的同儕相互討論課程。


圖一 使用者狀態畫面

DALE系統的主要功能如下:

1.學習夥伴

  本系統提供一個簡易的使用者查詢介面,如圖二,學習者(可能是學生、教師或家長)可經由此介面搜尋到其它學習夥伴,並加入夥伴列表中,進而討論課程內容或分享彼此經驗。例如一位正在學習數學除法課程的學生,可以透過本系統提供的介面搜尋曾經或正在學習除法的登錄學生或相關課程教師,進而與其討論或詢問課程內容。而對於教師或家長而言,只需勾選自己學生或小孩的行為特徵、障礙特徵或學習困難的情形,即可搜尋到和自己有相同經驗或困擾的教師或家長。例如一位有學障小孩的家長,其小孩有不主動、馬虎、閱讀遲緩或造詞困難等情形,即可以上述幾個關鍵字找到和他有類似經驗的教師或家長,於網路上認識彼此,進而互相討論小孩教育的相關問題。


圖二 使用者搜尋介面

2.訊息傳送

  訊息傳送是兼具即時性與非即時性的功能,當學習夥伴上線時,可以即時傳送訊息達到相互溝通的目的;學習者也可傳送訊息給離線的學習夥伴,當該學習夥伴上線後即可收到訊息。若有人傳送訊息給學習者時,則在狀態畫面中即會在發送者前顯示閃動的訊息圖示。圖三即為閱讀訊息及回送訊息的畫面,訊息傳送有三個子功能,第一為可將收到的訊息轉寄給其它學習夥伴,第二為可對多位學習者廣播送訊,第三為可查看和某位學習者的歷史訊息。完整的訊息傳送功能可達到充分溝通的目的,提供給學習者在遠距合作學習一個良好的溝通環境。教師可經由此功能即時解答學生的問題,也可和家長相互討論學生的學習情況。


圖三 顯示訊息/回送訊息

3.會議室

  會議室提供給使用者一個即時的討論環境,使用者需同時上線進入會議室討論,使用者均以暱名身分參與討論。會議室分為公眾會議室和私人會議室,公眾會議室即是任何人都可以進入參與討論,私人會議室則是只有特定使用者可進入。當有許多不同的學習課程時,則適合各組自行建立一私人會議室,以避免不同討論主題相互干擾的情況。此外,有些學生家長不希望將自身小孩的情況讓其它人知道,故當家長和教師討論關於特殊小孩時,也可使用私人會議室,使討論內容保密。在輸出談話訊息時,使用者可選擇訊息的顏色及語氣,以臉部表情(如喜、怒、哀、樂的臉型)圖像來表示說話語氣,避免對方的誤會。

4.分類討論區

  分類討論區提供針對特定主題的討論園地,使用者可透過此功能進行意見的交流,達到雙向溝通的目的。討論區為非即時性的,使用者不需同時上線即可相互討論。各討論區以屬性不同予以分類,每個討論區均有其簡介說明、文章總數及未讀文章的數目,方便使用者選擇想要參與討論的討論區。

  為了讓使用者瀏覽討論區文章更為便利,在討論區文章列表中,將同一主題及回覆的文章按時間先後歸類,並應用動態HTML的技術提供展開及收合文章夾的功能。圖四即為討論區文章列表,每一篇文章包含文章的標題、作者、發表日期、人氣指數、同一主題的文章總數及未讀文章數,人氣指數即為此篇文章被讀過多少次,可用來表示出文章的熱門程度。為避免文章過多造成畫面長度過長,列表以每五筆同主題文章分頁,使用者可選擇欲瀏覽頁數。

  學習者可在討論區發表新文章或回覆文章參與討論,並可對自己的文章進行修改、刪除等動作。圖五即是文章內容畫面,內容可以是純文字或HTML格式,使用HTML格式即可在文章中加入圖片、聲音等多媒體物件,可提高文章的可讀性。另外為了讓學習者快速的找到想要的文章,討論區提供全文檢索的功能,可對文章標題、內容、作者以關鍵字檢索。討論區管理部分,每個討論區有一管理者,給予該討論區全部的功能權限,便於對討論區進行管理,系統管理者可對討論區進行管理動作,管理者可新增、刪除、修改類別及討論區。

圖四 討論區文章列表圖五 討論區文章內容

5.留言板

  留言板提供使用者留言的功能,使用者可以留下個人的心情、感言等,教師則可在留言板上公佈課程事宜。

6.筆記本

  筆記本可提供學生在學習過程中記錄課程重點及學習心得的工具,方便日後進行複習之用。筆記本分為私人和公用兩種,私人筆記本為個人專用,其他人無法讀取,公開筆記本為所有人皆可讀取、新增筆記。公開筆記本可累積學習者的學習成果,後繼之學習者在學習過程中,可參考前人所留下來的學習資源,由前人對課程的批注、疑惑、解答中,去避開學習的盲點,增加學習速度。筆記中可使用純文字及HTML格式,方便學習者加入圖片、彩色文字等多媒體元件做為輔助。

  此外,為了讓學習者簡易搜尋到想要的資料,系統也提供公開筆記本的全文檢索功能,可對筆記的標題、內容、作者以關鍵字檢索,學生在任一課程節點遇到學習上的問題,也可使用全文檢索功能搜尋前人在該節點所留下的筆記,作為學習時的參考資料。

7.視訊會議

  視訊會議可提供給使用者即時的語音、影像溝通介面,可多位使用者共同參與視訊會議討論,本系統只需加裝CCD攝影機及視訊會議卡即擁有此功能,此外亦支援傳檔、應用程式共享等功能。

8.個人信箱

  個人信箱提供使用者傳送私人電子郵件的功能,若使用者不希望將討論內容公開給其它人知道,則可使用個人信箱相互討論。





四、系統架構

  DALE系統是建構在Windows NT Server v4.0系統上,Web Server為Microsoft Internet Information Server(IIS) v4.0,並使用Microsoft SQL Server v6.5做為後端的資料庫。DALE Server端功能主要以Active Server Pages(ASP)撰寫,客戶端則使用包括HTML/Dynamic HTML、VB Script/Java Script等技術。客戶端只要使用一般WWW瀏覽器即可透過網際網路連上DALE Server,客戶端向Server提出服務的要求,ASP程式經過直譯並執行後,將結果送給客戶端。部分功能需存取資料庫,則使用ODBC (Open DataBase Connectivity) 與資料庫連結。在系統的擴展性方面,為了使將來擴充容易,故採用三層式架構 (參見圖六),Web Server及DALE系統可很容易的轉移到另一機器,且必要時可使用分散式資料庫。


圖六 三層式架構圖

  圖七為DALE系統的架構圖,各功能程式皆由學習者狀態程式呼叫,以開新瀏覽視窗的方式進入各功能畫面,執行使用者指定的動作,如存取資料庫或透過VB Script呼叫Microsoft NetMeeting ActiveX物件等。由於Web為Client Pull的架構,需要Client對Server提出要求才送網頁內容給使用者。當使用者狀態畫面有所改變時 (如有新的訊息或使用者上下線),則需要更新畫面以顯示最新的狀態,我們使用HTML更新 (Refresh) 的功能,固定數秒(使用者自定)更新一次畫面,以檢查是否有新的訊息或事件產生。


圖七 DALE系統架構




五、效能測試與系統限制

  如第四節所述,由於DALE採用Client Pull的運作模式,Client 必須定時對Server提出要求以確定是否有最新的訊息和狀態,Server端在收到要求後,即搜尋資料庫中是否有新訊息及學習夥伴上下線情形,儘管使用者狀態並無改變時,Client仍會向Server提出要求,即使結果和上次相同,Server仍會再搜尋一次資料庫,造成Server運作上不必要的負擔。

  為了解Client Pull機制對DALE系統之效能影響,我們進行了兩種不同的測試,分別以Pentium II 266 雙CPU (512MB RAM) 及Pentium II 266 CPU (128MB RAM) 交替作為Database Server及Web Server (作業系統均為Windows NT Server v4.0)。由於當使用者更新畫面時,系統均會搜尋資料庫一次,因此起初我們判斷Database Server將會是系統的瓶頸。於是第一次測試我們使用容量較大的平台作為Database Server。假設在每位使用者均20秒更新一次畫面且Client只是單純地發出 Refresh 要求,並無產生訊息及事件的前提下,模擬10、20、50、100台電腦連上DALE Server的運作情況,觀察Web及Database Server兩台電腦CPU的使用量,每0.5秒記錄一次,求出20次的平均值,其測試結果如表一(測試一)。由測試一的結果發現Database Server的CPU使用量在100人時僅維持在9.05%,顯然Database Server並不是系統的瓶頸,反而Web Server在人數50人時,其CPU使用量即已達80.60%,人數增為100人時系統已不堪負荷。

  因此,當第二次測試我們將兩台伺服器平台所擔任的角色互換,其測試結果如表一(測試二)。結果Web Server在50人使用時CPU使用量已降為61.30%,100人時已由原來的不堪負荷降為67.30%,Database Server的運作效能也尚可。此兩次測試可歸納出一個結論,以Client Pull方式更新畫面的架構系統 (測試二的組合),應可足夠符合中小型 (100人以內) 的遠距學習環境的應用。

表一 Web Server及Database Server測試結果
使用人數10人20人50人100人


Web Server CPU平均使用量(%) 7.0512.9580.60100.00
Database Server CPU平均使用量(%) 1.802.808.409.05


Web Server CPU平均使用量(%) 8.9521.2561.3067.30
Database Server CPU平均使用量(%) 3.707.3016.5523.95




五、結論與未來發展

  本文介紹了一個為學習障礙教育所設計的遠距合作學習系統 (DALE),DALE系統具有目前在網際網路深受歡迎的 ICQ 之功能,並結合 BBS討論區,以WWW友善介面呈現。學生可藉由此系統進行遠距合作學習,家長與教師則可透過此系統尋找相同興趣或類似經驗的夥伴,進而相互溝通分享經驗。此系統目前已經多位學障的專業教師及台北市學習障礙者家長協會之會員及子女使用測試,並針對系統的功能及操作方式提供許多珍貴的建議,使本系統的功能日漸完善。DALE系統將在開學後正式於新竹市民富國小學習障礙資源教室供學障兒童試用,屆時將收集更多意見,以提供更完善、專業的特教遠距合作學習環境。DALE網址為http://www.dale.nhctc.edu.tw/dale/。

  同時由於系統是在Web的環境以Client Pull機制更新畫面,造成Web Server不必要的負荷。由測試結果得知,Client Pull 的方式可能會限制 DALE 系統擴充至類似 ICQ 的使用者規模,因此目前我們也著手進行 DALE 版本的更新,在新的版本中,我們將改採以 Server 端 JAVA Application 與 Client 端 Applet 間直接通訊的機制 (類似 Server Push),只有當 Server 察覺使用者狀態改變時,才會送出訊息通知 Client 端更新其顯示畫面,但仍將保有 WWW 的介面。此外,我們也將持續強化系統所提供的功能,提供更友善的使用者介面,並結合語音(Voice)、傳真(Fax)功能在訊息傳送、討論區等服務中,讓不同使用者可經由他們熟悉的媒介(語音、傳真或是原來的WWW介面),與夥伴進行溝通或取得想要的資訊。





參考文獻

[1] 毛連塭, "學習障礙兒童的成長與教育", 心理出版社

[2] 教育部特殊兒童普查工作執行小組, "第二次全國特殊兒童普查工作報告", 教育部

[3] 周台傑, "學習障礙", 輯於特教園丁雜誌社主編﹐特殊教育通論 (119-158), 五南圖書出版公司

[4] 陳麗玲, "國小數學學習障礙學生計算錯誤類型分析之研究", 國立彰化師範大學特殊教育系碩士論文

[5] 洪啟元, "建構主義取向的電腦輔助合作學習設計之研究", 國立交通大學傳播研究所碩士論文

[6] 高明賢, "遠距合作學習環境媥ル耵滌Q論行為及模式研究", 國立交通大學資訊科學研究所碩士論文

[7] ICQ, http://www.icq.com/

[8] 吳東光、孟瑛如、吳勝虎、洪國恩、林旻璋、邱伶怡, "學習障礙互動式 Web 網站之建置 - 一個遠距合作的實例", 第十三屆 (1998) 技術及職業研討會論文集, pp. 181-187

[9] CORAL, http://coral.cis.nctu.edu.tw/

[10] LISA, http://www.lisa.src.ncu.edu.tw/

[11] ICAL, http://ical.cs.ccu.edu.tw/

[12] Pathfinder, http://pathfinder.ntntc.edu.tw/