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Abstract Touch-based tablets have grown extremely rapidly in recent years. Since the touch-based interface is simple, intuitive and easy to learn, touch-based tablets have been adopted quickly in the Education market. However, touch-based tablet lacks tangible and tactile feedback, thus it constrains children s learning ability of sensations. In this paper, we aimed at 3~6 years old children and designed a children s learning app with tangible toys on the tablet. By extending Frobel and Montessori s tactile learning theory, we implemented two game-based learning applications with tangible toys to bring a novel interactive learning experience for children. We conducted the preliminary study of 4 kindergarten children. The result showed that children were interested in tangible toys and had more fun in the learning activities. Finally, our capacitive tags can be used to design various forms of digital manipulatives on the tablets. keyworddigital manipulatives, tangible learning, game-based learning, tangible toy, tablet 3
4
... 2... 3... 5... 7... 9 1... 10 1.1... 10 1.1.1... 10 1.1.2... 11 1.1.3... 12 1.2... 13 1.3... 13 1.4... 14 2... 15 2.1... 15 2.1.1... 16 2.1.2... 17 2.1.3... 20 2.2... 27 2.2.1... 27 2.2.2... 29 2.2.3... 30 2.3... 32 2.4... 41 2.5... 43 3... 45 3.1.... 45 3.2.... 47 3.2.1... 47 3.2.2... 48 3.3.... 51 3.3.1... 51 3.3.2... 52 3.3.3... 53 3.4.... 57 3.4.1... 58 5
3.4.2... 59 4... 62 4.1... 62 4.2... 63 4.3... 66 4.4... 71 5... 72 5.1... 72 5.2... 72 5.3... 76... 79... 84 6
啓 01 02 () 7
8
(Johnson, 1987) 9
1 1.1 10
利 練 利 練 3~6 來 索 識 行 力 (Maria Montessori, 2003) 練 更 力 力 力 力 利 利 類 gift 11
(Wang, 95AD) Andy Anderson 說 裡 不 行 了 了 Prensky (Prensky, 2007) 3~6 Tangible Toys 12
1.2 1.3 13
1.4 14
2 2.1 15
2.1.1 (Piaget,J. & Inhelder, 1962) 1. 2. 1. 2. 1. 1. 2. 16
2.1.2 2.1.2.1 Amos Comenius, 1592-1670 (Piaget,J. & Inhelder, 1962) (, 2003) tree 2.1.2.2 John Locke, 1632-1704 啓 mind(tabula rasa) (Locke, 1693) 17
2.1.2.3 Jean Jacques Rousseau, 1712-1788 18 不 林 裡 老 北 路 利 (Locke, 1693) 2.1.2.4 Johann Heinrich Pestalozzi, 1746-1827 Thinks before words,concrete before abstract (Pestalozzi, 1803) (, 1996) NumberFormLanguage(Heafford, 1969) 18
a. (apple) b. c. 19
2.1.3 learning object 2.1.3.1 Montessori, 1870-1952 a. (M. Montessori, 1949) ~ ~ (Infancy) ~ (Childhood) ~ b. 0~6 (Maria Montessori, 2003) 3~6 3~6 20
2.5 4.5 3.5 0 1 1 0 1 2 4 3 5 6 圖 4 兒童 0~6 歲敏感期整理 c. 具有吸收性心智(Maria Montessori, 1994) 0~3 歲 無意識吸收性心智 3~6 歲 有意識吸收性心智 sit y Nat d. 注重感官與手部活動 io al er 成年人害怕孩童伸出小手觸碰家中的一切事物 一方面害怕孩童受傷 n 一方面害怕家裡被搞得很混亂 但家長的舉動卻也讓小孩的發展受到限制 Ch i Un v 動手 是敏感期必須的 兒童在此時期努力 模仿 成年人動作(Maria engchi Montessori, 1994) 但兒童的 模仿 與鸚鵡模仿人類說話是不一樣的 兒童的 模仿 代表著一項建設性的活動 他 已經 知道自己要做什麼了 只是他 想自己嘗試看看 所以 針對兒童想要操作任何事物的動作 蒙特梭利發展出 一系列的 教具 藉以訓練兒童的感官 圖 5 蒙特梭利教具 21 age
2.1.3.2 Froebel, 1782-1852 22
2.1.3.3 Dewey, 1859-1952 2.1.3.4 2D3D (Heiland, 1982)LEGO (Zuckerman & Resnick, 2007) 23
(M. Montessori, 1949) (, 1966) apple (gifts) 20 (Zuckerman & Resnick, 2007) 24
25
a. b. 2D3D LEGO c. 26
2.2 game-based learning (Rousseau, 1762) (John Dewey, 2001) (Britton, 1992) (John Dewey, 2001) 2.2.1 27
(Ellis, 1973) Eisner 28
2.2.2 Gottfried Wilhelm Leibniz,1646~1716 (Mayer, 1966) 19 20 1920 (Johnson, 1987) (flexibility) Johnson (Johnson, 1987) 29
2.2.3 digital game-based learning 30
31
2.3 tangible learning 32
Crickets Programmable Bricks Crickets Programmable Bricks (M. Resnick, Martin, Sargent, & Silverman, 1996) Beads LED LED Beads (M. Resnick, Martin, Sargent, & Silverman, 1996) Resnick PestalozziPestalozzi Pestalozzi Resnick 33
啓 Triangles 2D 3D a b (Gorbet & Orth, 1998) Ryokai and Cassell StoryMat StoryMat (Ryokai & Cassell, 1999) 34
Zowie Smart Toys CD-ROM (Shwe, 1999) Active Cube 3D 3D 3D 3D 3D 3D (Watanabe, Itoh, Kitamura, Kishino, & Kikuchi, 2005) 35
Jabberstamp 4~8 (Raffle, Vaucelle, & Wang, 2007) Smart Blocks exploration modequestion mode Smart Blocks 3D 36
(Girouard et al., 2007) NIKVision 3~6 NIKVision Ishii TokenFiducialToken+Constraint NIKVision (Marco, Cerezo, & Baldassarri, 2010) a. Token toys NIKVision token 37
b. Fiducial toys NIKVision... c. Token constrained toys token (associative)(manipulative) token token 38
It s just a toolbar 4 NetLogoIt s just a toolbar (Olson, Wilensky, & Horn, 2011) Portico tabletgotchi 39
(Avrahami & Wobbrock, 2011) Resnick Beads smart blocksportical storytellingconstructionexploration collaboration Resnick Beads Crickets Programmable Bricks Beads emergent phenomena tangible object Active Cube visual feedback tangible objectmulti-touch NIKVisionvisual feedback token 40
StoryMat Portico 2.4 啓 41
App Icon 42
2.5 43
44
3 3.1 3~6 (, 1994) (Moran, 1988) 45
46
3.2 感知玩具 tangible toy 設計 3.2.1 玩具設計 我們選擇樂高玩具作為底座上方角色拼湊的元件 原因是為了讓小朋友在 習階段依循著福祿貝爾建構的概念 並在拼湊單字的外型下 建構單字代表 意涵 進而加強習單字的記憶效果 除此之外 樂高玩具具有各種形狀的元 件 可以拼湊出符合小朋友的想像形狀 且樂高玩具也是 福祿貝爾恩物 的 延伸發展 其 2D 3D 建構 把樂高堆疊成兔子等物件的樣子 就是希望兒童 以具體事物的接觸 例如 樂高 延伸出抽象的思考 例如 兒童想像的兔 子 所以我們選擇樂高玩具作為底座上方角色拼湊的元件 一開始的時候 以及容易用髒小朋友的手等等的特徵 較不適合與平板搭配使用 所以為了符 我們使用輕黏土材質作為兒童製作底座上方角色的材質 但由於黏土具有黏性 合小朋友製作感知玩具的方便性與易用性 我們改以樂高玩具作為小朋友製作 其想像角色與物件的元件 n er io sit y Nat al Ch engchi i Un 圖 26 具有各種形狀顏色的樂高玩具 圖 27 以樂高玩具拼湊出想像的樹 47 v
3.2.2 (Yu, Chan, Lau, & Tsai, 2011) ipad ID ipad 48
USER ipad Put tag on pad Show the tag's friends Analyze the Tag by 3 points' coordinate Drag the objects from tag Touch the Object on Stage Move the object which is put on the stage Save the Objects' Info in Array (visibleobj) Show the Object's Word & its Spelling Update the Array's (visibleobj) Info Package the Associate Info 49
30 31 ID 01 02 50
3.3 sketch book 3.3.1 sketch book 51
3.3.2 sketch book () 52
3.3.3 sketch book 53
54
55
56
3.4 animation mode 57
3.4.1 animation mode 1. 2. 3. 4. 58
3.4.2 單字動畫模式 animation mode 互動設計 在單字動畫模式的互動設計中 兒童會因為豐富的互動動畫音效加強其 習興趣 並因為感知玩具所表現的動畫過程中輔助習單字 經由虛擬與實 體整合的互動效果 建構單字代表意涵之情境 感知玩具與平板的互動 在拼湊完小朋友自己選擇的單字後 用樂高玩具拼湊出單字的樣子 並 將感知玩具放置於畫面中央的感應範圍內 而在感應範圍的圈圈下方將出現與 感知玩具對應的互動動畫 小朋友可以去操作感知玩具觸發的動畫並與之互動 er io sit y Nat n a l圖 43 觸發感知玩具的感應區 i v n Ch engchi U 圖 44 感知玩具放上後觸發的互動動畫 59
1. 60
61
4 4.1 prototype 62
4.2 1. 3~6 ; ; ; ; 2. 5 15 10 10 15 10 10 63
15 10 10 3. 4 4. 64
65
4.3 user feedback 1. 66
67
68
69
70
4.4 71
5 5.1 5.2 (Mayer, 1966) 20 72
73
74
(Yu et al., 2011) 75
5.3 76
77
4. 5. 78
79
öä ü 80
Éé 81
媖 福 祿 省 立 82
83
附件 系統評估紀錄-兒童1 兒童基本資料紀錄卡 姓名 洪御桀 恰恰 年齡 6 性別 男 慣用手 右手 是否操作過平板 ipad 是否操作過樂高玩具 是否認識上面單字 不認識 訪談問題 是 是 也玩過積木 Learning words 模式 是否玩過其他平板上有趣的應用程式 Angry bird 賽車 在這幾個部份 覺得哪些部份最好玩 Nat al n 角色 拼揍好的角色 系統評估紀錄-兒童2 Ch engchi er io 比較喜歡自己拼湊的角色還是拼湊好的 sit y 例如 Angry bird i Un v 兒童基本資料紀錄卡 姓名 張名妤 年齡 7 性別 女 慣用手 右手 是否操作過平板 ipad 否 玩過手機遊戲 平常彈鋼琴 84
是否操作過樂高玩具 否 家裡有 但沒玩 是否認識上面單字 不認識 訪談問題 在這幾個部份 覺得哪些部份最好玩 兔子媽媽 是否玩過其他平板上有趣的應用程式 無 例如 Angry bird 最喜歡的角色 鼴鼠 兔子 比較喜歡自己拼湊的角色還是拼湊好的 拼揍好的角色 因為比較漂亮 角色 喜不喜歡我們的 App 喜歡的是哪一部 份 系統評估紀錄-兒童3 好玩 兒童基本資料紀錄卡 sit io 女 al 右手 n 慣用手 y 6 er 性別 貞廷 Nat 年齡 姓名 Ch engchi 是否操作過平板 ipad 是 是否操作過樂高玩具 否 是否認識上面單字 不認識 最喜歡的角色 小兔兔 i Un v 訪談問題 在這幾個部份 覺得哪些部份最好玩 找朋友找兔子媽媽的朋友 也喜 歡拼湊燈塔 是否玩過其他平板上有趣的應用程式 85 傑利鼠
例如 Angry bird 最喜歡的角色 鼴鼠 兔子 喜不喜歡我們的 App 喜歡的是哪一部 好玩 份 系統評估紀錄-兒童4 兒童基本資料紀錄卡 姓名 王振宇 年齡 5 性別 男 慣用手 是 是否操作過樂高玩具 否 玩過積木 是否認識上面單字 不認識 Nat n al sit io 訪談問題 斑馬 er 最喜歡的角色 y 是否操作過平板 ipad 在這幾個部份 覺得哪些部份最好玩 Ch i Un 拼湊的 v e n g c h iangry bird 小鱷魚 小淘氣愛 是否玩過其他平板上有趣的應用程式 例如 Angry bird 洗澡 喜不喜歡我們的 App 喜歡的是哪一部 好玩 份 右手 86
1 87
2 88
34 2. 89
90
1-2- 91
3-4- 92
5-6- 93
7-8- 94
9-10- 95