TWI602163B - 互動式學習方法及電腦程式產品 - Google Patents

Description

互動式學習方法及電腦程式產品

本發明是有關於一種學習方法及程式產品，特別是指一種互動式學習方法及電腦程式產品。

隨著網路通訊技術之高度發展及普遍化，近年來在校園裡經常可以看到學生使用智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、行動遊戲機、數位照相機等移動式資訊設備，而桌上型電腦、電視遊樂器、隨選視訊等也是學生回到家之後會使用的固定式資訊設備。資訊與通訊技術(Information and Communication Technologies；簡稱ICT)儼然成為年輕學子知識學習、休閒娛樂、訊息交換、人際互動不可或缺的重要工具，相較於上一個世代，他們對於ICT有更深刻的認識與體會，被稱之為「數位原生世代」。

Vodanovich等學者指出如果要將新興科技設計給數位原生世代使用，應該包含個人化(personalized)、互動性(interactive)、直覺性(intuitive)、吸引力(attractive)與社會性(social)等五大要素，而且各要素之間息息相關。因此，為了提高學生主動學習的意願、學習興趣及學習效果，遂有各式結合數位媒體之教具出現。

如中華民國公告第M474995號「拼接式互動教學方法」新型專利案，該拼接式互動教學方法包含複數個手持裝置、伺服器、垂直螢幕與體感偵測器。每一個手持裝置包含觸控螢幕與教學應用程式。伺服器包含資料庫，資料庫儲存該教學應用程式所需的複數個教學物件，伺服器透過通訊協定與該些 手持裝置溝通，並將該些教學物件傳遞至該些手持裝置。垂直螢幕連接於其中一個該些手持裝置，該教學應用程式可顯示於該垂直螢幕上。而體感偵測器連接至該伺服器，透過該體感偵測器以操作顯示於該垂直螢幕上的該教學應用程式。

上述拼接式互動教學方法雖能藉由體感偵測器及教學應用程式達成互動教學或互動學習，但並無法以體感姿勢去選取元件以進行組裝學習，而無法達到較佳之學習效率，有待改進之處。

因此，本發明之一目的，即在提供一種能透過讀取學習者的肢體動作資訊，經由肢體動作辨識與系統及同儕互動以進行學習之互動式學習方法。

本發明之一目的，即在提供一種以可用程式的方式將該互動式學習方法建構成一電腦程式產品，進而能儲存於一可讀取記錄媒體內，以供一電子裝置讀取及安裝，或可儲存於如伺服器內以供線上下載。

於是，本發明互動式學習方法，包含下列步驟：將多數待選元件分別編設一肢體姿勢，並透過一人機介面呈現；藉由一體感偵測裝置讀取一實際肢體動作，並與該等肢體姿勢進行比對，任一肢體姿勢與該實際肢體動作相符合時，相對應的該待選元件被選取並存入一元件資料庫中而成為待組元件，如此重覆進行多次直至符合一組裝圖樣所需數量，且呈現於該人機介面；該組裝圖樣規劃有多數分別隸屬於各該待組元件之元件預設影像位置，透過特定肢體動作從該人機介面所呈現之該元件資料庫中虛擬取出該等待組元件並分別置於各該元件預設影像位置；以及 經判斷該等待組元件均位於所屬之各該元件預設影像位置時，輸出一正確無誤提示訊息，若經判斷尚有任一待組元件未位於所屬之該元件預設影像位置時，則要求重新放置並經再次判斷，直至全部待組元件均位於所屬之各該元件預設影像位置時，才會輸出該正確無誤提示訊息。

另一方面，本發明電腦程式產品，包含一應用程式，經由一電子裝置載入該應用程式以執行上述互動式學習方法。

本發明之功效在於藉由體感偵測裝置讀取一位以上學習者的肢體動作資訊，經由肢體動作辨識與虛擬的元件互動，以進行特定組裝圖樣之待組元件的選取及組裝，達到互動學習之目的，如此以合作學習的方式，可以激發學習者互相溝通的社交能力，進而能增加同儕間互動的機會，亦可拓展學習者的人際關係，進而提昇學生的學習動機及學習樂趣。

1‧‧‧電子裝置

2‧‧‧人機介面

21‧‧‧示範姿勢圖樣

22‧‧‧學習者的實際影像

23‧‧‧姿勢判斷圖樣

24‧‧‧組裝圖樣

25‧‧‧組裝圖樣

26‧‧‧組裝圖樣

261‧‧‧元件預設影像位置

27‧‧‧待選元件

271‧‧‧肢體姿勢

28‧‧‧待組元件顯示區

29‧‧‧實際影像顯示區

20‧‧‧任務提示區

3‧‧‧體感偵測裝置

41‧‧‧待組元件

[第一圖]為一示意圖，說明本發明互動式學習方法的一實施例；[第二圖]為一示意圖，說明該實施例中一人機介面之顯示畫面一；[第三圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面二；[第四圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面三，圖中顯示一學習者的實際影像尚未與畫面中所示一示範姿勢圖樣一致；[第五圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面四，圖中顯示該學習者依照該示範姿勢圖樣擺出相同動作時，該姿勢判斷圖樣會由第四圖所示的空心態樣逐漸充滿，為便於圖式呈現，於圖中是以斜線表現；[第六圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面五，輔助說明第五圖，圖中顯示該學習者依照該示範姿勢圖樣擺出相同動作時，該姿勢判 斷圖樣由第五圖所示的局部空心態樣逐漸充滿成實心態樣，為便於圖式呈現，於圖中是以斜線表現；[第七圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面六，顯示「選擇玩家數量」畫面；[第八圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面七，顯示「選擇遊戲關卡」中的Music Radio Station畫面；[第九圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面八，顯示「選擇遊戲關卡」中的NAND Gate畫面；[第十圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面九，顯示「選擇遊戲關卡」中的Two Speed Fan畫面；[第十一圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十，顯示「開始遊戲」畫面；[第十二圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十一，圖中顯示許多待選元件、一待組元件顯示區、一實際影像顯示區，及一任務提示區；[第十三圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十二，圖中顯示該學習者依照所欲選擇之該待選元件相對應之肢體姿勢做出相同動作時，所欲選擇之該待選元件由空心態樣逐漸充滿成實心態樣，於圖中是以斜線表現所欲選擇之該待選元件已充滿成半實心狀；[第十四圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十三，圖中顯示學習者做出向左揮動之肢體動作時，能使該人機介面虛擬切換不同畫面；[第十五圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十四，圖中顯示該學習者依照所欲選擇之另一待選元件相對應之肢體姿勢做出相同動 作時，所欲選擇之該待選元件由空心態樣逐漸充滿成實心態樣，於圖中是以斜線表現所欲選擇之該待選元件已充滿成半實心狀；[第十六圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十五，圖中顯示該學習者欲再選擇另一待選元件；[第十七圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十六，圖中該任務提示區顯示提醒文字內容；[第十八圖]為一示意圖，說明該實施例之該人機介面的顯示畫面十七，圖中該任務提示區顯示鼓勵文字內容；[第十九圖至第二十二圖]為一動作示意圖，說明從畫面右邊的「零件背包」中以手勢虛擬選取多數待組元件，並分別虛擬置於各待組元件所隸屬之元件預設影像位置；[第二十三圖]為一畫面示意圖，說明該實施例中完成組裝「Two Speed Fan」遊戲關卡之組裝圖樣；以及[第二十四圖]為一畫面示意圖，說明該實施例之結束態樣。

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的下述實施例中清楚地呈現。

參閱第一圖，本發明互動式學習方法的一實施例，本方法搭配的系統包括一電子裝置1、一人機介面2，以及一體感偵測裝置3。該電子裝置1可為桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)等，在本實施例中，該電子裝置1是以筆記型電腦做說明，但不應以此為限。該人機介面2可為投影機與投影幕之搭配使用，或是顯示器等，在本實施例中是以大型顯示器做說明。附帶一提的是，該人機介面2也可整合於電子裝置1中。而該體感偵測裝置3在本實施例是採用SoftKinetic DepthSense Sensor，藉此 讓學習者只需站立在電腦前面，在該體感偵測裝置3的體感偵測範圍內，藉由該體感偵測裝置3讀取及辨識學習者的肢體作動資訊。

本發明互動式學習方法係可用程式的方式建構一電腦程式產品，並將所述電腦程式產品儲存於一可讀取記錄媒體內，以供該電子裝置1讀取及安裝，此外亦可儲存於如伺服器內，以供線上下載，並由該電子裝置1執行下列步驟：在執行前，要特別說明的是，在本實施例中，本方法是以計算機概論之基礎電路與數位邏輯單元為核心，該科目為資訊管理系學生重要的基礎概念，當學習者對基礎電路與數位邏輯系統的設計與建構有深刻的認識與理解時，將有助於日後進階課程的學習。其中基礎電路的概念包含電壓、電流、電阻、電導、電容、電感、功率與電能等八種，邏輯閘元件包含反相器、AND閘、OR閘、NAND閘、NOR閘、XOR閘與XNOR閘等七種，電路與邏輯閘可以設計出許多不同的應用情境，例如：風扇啟動器、警報器、燈泡控制器等等。因此，在本實施例之方法中係設計有Music Radio Station、NAND Gate與Two Speed Fan等三個遊戲關卡(即為預設學習項目)，每個關卡又分為零件選擇與零件組裝兩個階段，進行方法步驟之說明，但本方法之實施並不以上述電子電路之學習為限，例如亦可為積木、拼圖等。另外，遊戲關卡亦不以三個為限，當然亦可由學習者自行排定關卡設定順序，藉此能調整學習之困難度，及增加遊戲學習之樂趣。

上述三個遊戲關卡中，每一個遊戲關卡均配置有一最終組裝完成後的組裝圖樣24、25、26(見於第八、九、十圖)，每一組裝圖樣24、25、26均配設有所需構成之多數待組元件41(見於第八、九、十圖)，且每一組裝圖樣24、25、26均規劃有多數分別隸屬於各待組元件41之元件預設影像位置241、251、261(見於第八、九、十圖)。

參閱第一圖，在執行時，學習者只需站在體感偵測裝置3的體感偵測範圍內，面對該人機介面2(如顯示裝置)，如第二圖所示，該人機介面2顯示「開始遊戲」及「離開遊戲」之選項，學習者只需以手勢虛擬點選「開始遊戲」之選項，該人機介面2便會顯示如第三圖所示之「遊戲操作說明」畫面，說明中是以不同顏色代表不同的學習者，並以不同顏色的光圈代表不同學習者的手部位置，因受限於專利圖式之繪示規定，所以不同顏色的光圈在本實施例之各圖式中是以不同線條方式做表達，分別為一點鍊線及虛線表示。之後，選擇「下一頁」，進入第四圖之畫面。

如第四、五、六圖所示，由於本方法是利用體感肢體姿勢進行遊戲學習，因此，在進入遊戲關卡前，會先讓學習者了解及練習一些特定肢體姿勢。此時該人機介面2會顯示一示範姿勢圖樣21、一學習者的實際影像22，及一姿勢判斷圖樣23，學習者可依照該示範姿勢圖樣21擺出相同動作，經該體感偵測裝置3讀取到學習者的實際影像22後，經辨識學習者的肢體動作是否與該示範姿勢圖樣21一致，如不一致時，畫面會顯示「未確認姿勢」；如一致時，畫面則會顯示「已確認姿勢」，同時畫面中的該姿勢判斷圖樣23會由原來的空心態樣逐漸充滿成實心態樣。如此，學習者可選擇重覆練習多次後，再進入遊戲關卡。

當學習者完成肢體作動練習後，於第六圖之畫面中點選下一頁，即會進入第七圖所示之「選擇玩家數量」畫面，在本實施例中是以二人做說明，完成學習人數之選擇後，點選「下一頁」，即可進入遊戲關卡之選擇畫面，如第八、九、十圖所示，第八、九、十圖分別顯示各遊戲關卡最終組裝完成後的組裝圖樣24、25、26，在本實施例中是以點選第十圖所示之「Two Speed Fan」遊戲關卡(即為所選擇之其中一學習項目)做說明，接著進入第十一圖所示之「開始遊戲」畫面，只要有一名學習者以手勢虛擬點選該畫面，便會進入遊戲。

如第一、十二圖所示，該電子裝置1中之一計時單元(圖未示)開始進行計時，畫面顯示有許多待選元件27、一待組元件顯示區28、一實際影像顯示區29，及一任務提示區20，其中該等待選元件27分別為電子零件，如電阻器、電容器、開關、扇輪、電晶體、二極體等。且該等待選元件27分別編設且顯示有一肢體姿勢。該體感偵測裝置3所讀取到二位學習者的實際影像22會顯示於該實際影像顯示區。配合參閱第十三、十四、十五、十六圖，當欲選擇其中一待選元件27時，只要其中一名學習者依照所欲選擇之該待選元件27所對應之肢體姿勢271做出相同動作，經該體感偵測裝置3讀取到學習者的實際影像22後，經辨識學習者的肢體動作是否與所欲選擇之該待選元件27所對應之肢體姿勢271一致，如一致時，所欲選擇之該待選元件27會由原來的空心態樣逐漸充滿成實心態樣，第十三圖所示係顯示充滿過程，即所欲選擇之該待選元件27由原來的空心態樣逐漸充滿至局部實心態樣。被選取的該待選元件27會存入一元件資料庫中而成為一待組元件41，同時顯示於該待組元件顯示區28(如第十四圖所示)。依此方式由二位學習者從畫面中逐一選取組裝成「Two Speed Fan」之組裝圖樣所需的待選元件27，重覆進行數次直至符合「Two Speed Fan」之組裝圖樣所需數量。另外，在選取的過程中，任一位學習者只需做出向左揮動(如第十四圖所示)或向右揮動之肢體動作，透過體感偵測裝置3讀取及辨識，便能使該人機介面2虛擬切換不同畫面，如進入前一頁或下一頁以提供學習者繼續選擇適當的待選元件27。

參閱第十七圖，當學習者們已完成元件選取，只需做出雙手向上的肢體動作，經體感偵測裝置3讀取後，隨即由該電子裝置1之一處理單元進行辨識及判斷是否已確實完成所需待組元件41之選取，若未完成，該任務提示區會進行文字顯示提醒，如圖中所示「你還有1個零件沒有收集到」。若經判斷 全部待組元件41已收集齊全，該任務提示區則會如第十八圖所示般顯示鼓勵文字內容，如「太厲害了，一點也難不倒你」。

當全部待組元件41已收集齊全後，如第十九圖所示，進入零件組裝階段，畫面右邊顯示「零件背包」即為已選取之待組元件41，畫面中央處顯示多數相交叉之縱線與橫線以模擬安裝電子電路時所使用之一麵包板，並於其中顯示「Two Speed Fan」之組裝圖樣。接著如第二十、二十一、二十二圖所示般，學習者可從畫面右邊的「零件背包」中，以手勢點選並虛擬拉出各待組元件41，再透過旋轉、移動而分別置於各元件預設影像位置261，在整個學習過程中，學習者皆使用雙手做出元件的選取、組裝、旋轉等操作並與系統、同儕互動。如第二十三圖所示，當完成「Two Speed Fan」之組裝圖樣26的組裝後，學習者可虛擬觸碰畫面中的開關，系統即會依照風扇的真實運作現象給予學習者進行旋轉之回饋，完成後學習者可以看到完成的時間。最後該電子裝置1(見於第一圖)之處理單元會依照程式指令之控制而根據學習者的完成時間計算出學習分數，再於畫面中顯示適當的文字內容如「非常熟練」、「再接再厲」等，如第二十四圖即顯示「非常熟練」。

特別說明的是，本發明互動式學習方法是以遊戲式學習做為教學目的，不但能使學習者一邊學習一邊玩遊戲，並藉由遊戲來提高學習動機，讓學習者透過遊戲式學習可以體驗到與以往傳統教學不同的學習方式。其中，遊戲式學習的虛擬遊戲環境最大的優點就是可讓學習者透過不斷的嘗試(Try and error)的方式進行學習，學習者不用擔心錯誤的方式所帶來的結果，反而還可以透過遊戲所給予的錯誤資訊了解其行為的正確性，並透過正向資訊了解如何操作才能形成正確的結果。由於透過本方法所設計之遊戲關卡具有規則、目標以及變動性，所以當學習者達到遊戲中所設定的目標時，可為學習者帶來成就感。因此，上述特性在在都能夠提高學習者的學習動機，讓學習者更願意透過 這樣的方式做學習。此外，透過體感科技與同儕間的互動能夠促成學習者們進行互相學習討論，並形成一個社會互動的環境，讓學習者們互相觀察對方的行為並進而去吸收內化，透過遊戲任務之共同承擔與共同解決，還能夠顯著提升合作學習成效、合作程度感知與任務性衝突感知，同時顯著降低情緒性衝突感知，並且在有趣的學習環境中，將學習科目(如本實施例所舉之計算機概論)學得更好。

綜上所述，本發明互動式學習方法及其電腦程式產品藉由上述設計，利用體感偵測裝置3讀取一位以上學習者的肢體動作資訊，經由肢體動作辨識與虛擬的元件互動，以進行特定組裝圖樣26(或24或25)之待組元件41的選取及組裝，達到互動學習之目的，透過遊戲任務之共同承擔與共同解決等合作學習的方式，可以激發學習者們互相溝通的社交能力，進而能增加同儕間互動的機會，亦可拓展學習者們的人際關係，進而提昇學習動機及學習樂趣。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

2‧‧‧人機介面

27‧‧‧待選元件

271‧‧‧肢體姿勢

28‧‧‧待組元件顯示區

29‧‧‧實際影像顯示區

20‧‧‧任務提示區

41‧‧‧待組元件

Claims (8)

1. 一種互動式學習方法，包含：將多數待選元件分別編設一肢體姿勢，並透過一人機介面呈現；藉由一體感偵測裝置讀取一實際肢體動作，並與該等肢體姿勢進行比對，任一肢體姿勢與該實際肢體動作相符合時，相對應的該待選元件被選取並存入一元件資料庫中而成為待組元件，如此重覆進行多次直至符合一組裝圖樣所需數量，且呈現於該人機介面；該組裝圖樣規劃有多數分別隸屬於各該待組元件之元件預設影像位置，透過特定肢體動作從該人機介面所呈現之該元件資料庫中虛擬取出該等待組元件並分別置於各該元件預設影像位置；以及經一處理單元判斷該等待組元件均位於所屬之各該元件預設影像位置時，輸出一正確無誤提示訊息，若經該處理單元判斷尚有任一待組元件未位於所屬之該元件預設影像位置時，則要求重新放置並經再次判斷，直至全部待組元件均位於所屬之各該元件預設影像位置時，才會輸出該正確無誤提示訊息。
2. 如申請專利範圍第1項所述之互動式學習方法，還包含統計進行學習的時間，並據此計算出學習分數。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之互動式學習方法，還包含於該人機介面呈現該等肢體姿勢，以供比照練習。
4. 如申請專利範圍第3項所述之互動式學習方法，還包含若所讀取之該實際肢體動作為向左揮動或向右揮動，能使該人機介面虛擬切換不同畫面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之互動式學習方法，還包含選擇參與互動學習之學習者人數，每一學習者的實際肢體動作均會被讀取。
6. 如申請專利範圍第5項所述之互動式學習方法，還包含從多數預設學習項目中，選擇其中一學習項目，每一學習項目均編設有多數待選元件、多數 分別對應於該等待選元件之肢體姿勢，以及一組裝圖樣，進入每一學習項目後，從該人機介面所呈現之該元件資料庫中虛擬取出的該等待組元件必須依照相對應之該組裝圖樣放置於所屬之各該元件預設影像位置。
7. 如申請專利範圍第5項所述互動式學習方法，還包含所述學習者活動範圍校正。
8. 一種電腦程式產品，包含一應用程式，經由一電子裝置載入該應用程式以執行一互動式學習方法，該互動式學習方法包含：將多數待選元件分別編設一肢體姿勢，並透過一人機介面呈現；讀取一實際肢體動作，並與該等肢體姿勢進行比對，任一肢體姿勢與該實際肢體動作相符合時，相對應的該待選元件被選取並存入一元件資料庫中而成為待組元件，如此重覆進行多次，且呈現於該人機介面；透過特定肢體動作從該人機介面所呈現之該元件資料庫中虛擬取出該等待組元件並分別置於一元件預設影像位置；以及經一處理單元判斷該等待組元件均位於正確位置時，輸出一正確無誤提示訊息，另外，經該處理單元判斷尚有任一待組元件未位於正確位置時，要求重新放置及再次判斷，直至全部待組元件均位於正確位置時，才會輸出該正確無誤提示訊息。