陳德懷

                                                                     

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陳德懷教授現任學網路學習科技研究所講座教授。他在香港出生、長大。負笈英國取得大學學位後,在美國取得碩士和博士學位。之後一直在台任教。然而,陳教授家人皆已移民加拿大(除了他之外),並持有加拿大公民身分。為了證明自己是「真正」的全球華人,他幽默的表示未來可能會到非洲退休。

數位學習是一個典型科技與人文結合的領域,此領域包含學習軟體技術、教育理論、認知心理、以及網路與人機介面等理論知識與技術。目前數位學習領域是一個新興且急速發展的研究,也是未來教育改革最大的動力。台灣的數位學習研究目前備受歐美各國重視,且領先於亞洲。陳教授正是台灣這研究領域的主要奠基者之一。

 

過去二十五年來,陳教授致力於研究數位學習多個子領域,包括人工智慧在教育的應用、電腦輔助合作學習、數位教室、網路學習社群、行動與無所不在學習。最近他則致力於以數位遊戲為基礎的學習,研究如何使用數位科技增強小學的數學及語文學習。

陳教授曾主持過經費近五億台幣「大學學術追求卓越研究計畫」,這個計畫有三十多位教授參與。其中研發的「亞卓市」的學習平台,帶起國內數位學習熱潮,他也曾協助劉兆漢院士規劃並推動第一期「國家型數位學習科技計畫」。陳教授的貢獻大幅提升了台灣數位學習的研究能量。

二十多年前陳教授在念博士的時候,數位學習是個冷門的題材。在當時電子計算機系所中,少有教授研究教育應用,那時還是主修電子計算機博士生的他,最後克服困難,在博士論文提出模擬「學習同伴」的觀念,應用在人工智慧教育應用領域上,開?了一個新的子領域,並發展數位社會性學習理論。

1989年取得博士後,陳教授即在中央大學任教。來台後的第一項研究,發展了世界第一套專門為網路學習而設計的系統原型,並進行社會性學習的研究。於2000年至2004年間陳教授主持「學習科技 –– 主動社會學習及其應用,從台灣到全世界」的卓越研究計畫。此計畫中所建構的「亞卓市」,是使用後來被稱為的Web2.0技術,且亞卓市是本世紀初全球規模最大的網路學習社群網站,有超過一半台灣的中小學在亞卓市建構網站。自從亞卓市成立之後,與亞卓市架構類似的一些大型整合性網路學習平台才在歐亞地區相繼出現,例如香港後來就有一個「香港教育城」。最近亞卓市也成為美國「歐巴馬政府數位學習國家計畫」的國際參考例子。

除了「亞卓市」之外,卓越計畫中有行動學習教室科技(即俗稱「電子書包」,同一時間朱邦復先生也推廣相同觀念) 的研究,引發他在2003年帶頭與一批歐美學者提倡「一對一數位學習」,即每位學生都有一台無線數位裝置進行學習的研究。陳教授在學界對整個理念的推動,比MIT提倡的「一童一機」還早了幾年。所以陳教授的大力推動造成電子書包和一對一數位學習這些觀念持續的發酵,相信後來才觸發了Intel研發Classmate、台灣華碩公司研發了 Eee PC以及宏眻壎X的低價電腦。

2003年,陳教授以卓越研究計畫的成果作為基礎,協助劉兆漢院士規劃第一期「國家型數位學習科技計畫」,並在2007年協助規劃第二期的「國家型數位典藏與學習科技計畫」中有關前瞻技術研究的部份。由ISI關於國際期刊資料,在六種SSCISCI數位學習期刊中,台灣近五年在論文數和衝擊指數(impact factor)方面,全世界排名第三,僅次於美國和英國。在全球、亞洲以及全球華人在數位學習領域研究社群裡,陳教授極具廣泛影響力。他常被邀請到國際頂尖學術研討會演講,並曾擔任十多種國際期刊的編輯,創立三個數位學習組織,長期投入建構國內、全球華人,以及亞太地區數位學習研究社群。

數位學習產業是國內規模尚小,但成長快速的新興產業。根據IDC的資料顯示,國內數位學習產業的複合成長率超過60%,比全球、北美和亞洲不足30%的成長率高出許多。多年前發展的教室無線回饋反應系統,是中央大學第一個技術轉移案子,並在1999年促成一間公司的成立,該產品在國內外多所大學和中小學使用。此外,亞卓市自研究計畫結束之後,成功轉移給中華電信公司繼續深化經營,使用人口仍持續增加。

在全球、亞洲以及全球華人數位學習領域研究社群裡,陳教授具有廣泛影響力。他曾擔任十多種國際期刊的編輯,創立三個數位學習組織,並常被邀請到國際頂尖學術研討會演講,例如,2007年在一個國際會議上的演講,陳教授提出未來一百年研究者需要解決的四個問題,都得到廣泛的迴響。又如今年在數位學習重要期刊JCAL的廿五週年特刊,他被邀請發表position paper,此論文描述未來二十年教室因為學習科技可能經歷的改變過程。

 

研究貢獻詳述
陳教授進行過多項開創性研究工作,具體貢獻有下列六項:

1. 提出虛擬「學習同伴」概念
2.
首創全球第一套網路學習系統
3.
發展「未來智慧教室」學習模型
4.
發展「數位社會學習理論」與建構本世紀初全球最大網路學習社會-「亞卓市」
5.
驅動「電子書包」與「行動學習」研究
6.
提出「一對一數位學習」與「無縫式學習空間」概念
7.
建立「明日學校」
8.
發展「興趣驅動創造者理論」

 

1. 提出「學習同伴」概念
1970MIT人工智慧實驗室的James Carbonell 發展了第一套「智慧型家教系統」 (intelligent tutoring systems) ,發展這類系統其中一項重要的原因源自Benjamin Bloom 一個有名的實驗。在研究實驗中,一班學生使用傳統教學方法,即一位老師在課堂教學,而另一班學生採用一位家教對一位學生的教學方法。研究發現,一對一家教學習方式中98%的學生,能夠與傳統課堂教學方法中,成績於班上前2%的學生達到相同的成績。這叫做兩個標準差的問題。因此,一項重要目標是把電腦變成一個聰明的私人家教。所以對於教學內容的知識表徵、教學策略以及需要了解學生學習狀態的「學生模型」成為70年代到80年代的一個主要研究方向。

陳教授的博士論文在80年代後期 (1988) 提出,認為除了只把電腦模擬成智慧型家教,還可以模擬成兩個的虛擬角色,一個是學生的虛擬學習同伴,另一個是學生的虛擬家教。這種學習環境從一個真人學生只面對一個虛擬家教,延伸到面對一個虛擬同伴與一個虛擬家教,有更多的社會互動內涵。比方說,在虛擬家教從旁關注下,學生與同伴可以合作,可以玩競爭遊戲,可以辯論,也可以互相教導對方。從這個觀點,使原來的智慧型家教系統的研究,從設計上有更豐富與寬廣的社會互動學習內涵。同時在論文上面,也首次在數位學習的領域裡,引用著名蘇俄心理學家Vygotsky有關同儕學習的理論,特別是「近側發展區間」(zone of proximal development)觀念,同時也引用到Piaget學派學者所提出的「認知衝突」(cognitive conflict) 理論,對於當時萌芽中的電腦支援合作學習,起著推導作用。現在經過了20年,全世界有十多間實驗室進行學習同伴相關的研究,其中包括史丹福、麻省理工等知名大學,而學習同伴也成為「人工智慧與教育」領域中主要研究議題之一。

國際學者亦曾在2008年舉辦第一個以學習同伴為主題的研討會。陳教授近年的學習同伴研究,主要以動物同伴為重點,基本想法是類似一些迪士尼卡通主角,例如:灰姑娘與花木蘭,他們週遭都有一些不同個性的動物同伴,以不同的方式協助他們的主人(西遊記的唐三藏也類似)。除了學生與動物同伴有學習上的互動,例如:學生教動物同伴,出題目給動物同伴作答等之外,也引導學生藉著關懷與照顧動物同伴來孕育關懷心與同理心。「學習同伴」研究自發表後十多年來,持續獲得國際廣泛的關注。由於該領域研究和技術的進步,致使陳教授試圖為「終身學習同伴」研究建立概念和原型的基礎。

2. 首創全球第一套專屬網路學習系統
陳教授沿著由虛擬「學習同伴」帶進「社會學習理論」的思路,來台後的第一個國科會計畫(1990),讓「虛擬」學習同伴轉為是「真人」學習同伴,也就是學生透過電腦學習之外,同時透過網路與另外一端的電腦──即另一位同學──連線互動,系統的發展透過RS-232連線兩台IBM相容個人電腦進行兩位學生的合作學習以及競爭遊戲學習(WEST遊戲),練習二進位計算。這套系統在當時中央大學電機系的電腦教室,把所有電腦兩兩相連,讓一班大一的學生進行實驗。這一研究在1992年發表,就文獻所知,是全球第一套專屬為了學習而開發的網路學習系統:學生能夠透過電腦即時(同步)與同儕互動,支援學生合作學習或競爭遊戲學習。至於應用網際網路(當時還不是叫網際網路)於教學,最早是在80年代中的New Jersey Institute of Technology,使用類似現在的email的方式,進行非同步討論,以配合使用錄影帶與電視的傳統遠距教學。

3. 發展「未來智慧教室」模型
陳教授稱每位學生一台電腦連線與同儕互動的學習環境為「未來智慧教室」(futuristic intelligent classroom),從1992年起,陳教授帶領團隊進行一系列「未來智慧教室」的學習模式研究,除了自學、合作學習、競爭遊戲式學習外,陳教授認為未來一個重要的學習方式是「教中學」,因而在「未來智慧教室」環境研究「同儕互教系統」(reciprocal tutoring systems)中,由在電腦一端的學生連線教導另一端的學生去解決一道問題,下一道問題再由兩位學生彼此交換身份,而當學生擔任小老師時,電腦會有一位學習同伴輔助這位小老師教學。此時學習同伴變成虛擬的小老師,去幫助真人小老師教導連線另一端的學生。這項研究發表在International Journal on Artificial Intelligence in Education,最近被該期刊入選為經典論文。

4. 發展「數位社會學習理論」與建構本世紀初全球最大網路學習社會-「亞卓市」
依循著學習同伴、社會性學習、網路學習,以及90年代後期開始進行的「無線行動學習」研究方向,陳教授逐步深入探討「數位社會學習理論」,並以此作為建構「亞卓市」研究的基礎。學習是人類的本能,只有通過學習,個人潛能才得以發揮。對於人類來說,打從呱呱墜地,呼吸第一口空氣開始,就已經在世上學習。但是,如果把學習當作有目的地去吸收新知識的行為,那麼,簡單的說,「社會學習」就是群體學習,即不管在有或沒有數位科技支援的環境底下,讓人與人之間做出各種互動的學習方式。首先,從社會學習觀點看,知識就是共識。學習就是透過群體互動重新建構共識的過程,包括合作、討論、解釋、辯論、競爭、模仿及角色扮演等互動過程。然而,數位科技對教育所產生的最大影響,是它改變了並增強了我們的學習方式。

從「數位社會學習」的光譜來看,光譜的一端是學習者把電腦作為學習的工具或玩具,少與其他人互動;光譜另一端是學習者透過網路與其他人密集溝通,包括電腦模擬的學習同伴等。對數位社會學習來說,學習活動的設計與布置處於核心部份,這是因為學習環境是針對學習活動而建立,學習內容是針對學習活動而設計,而學習社群亦是針對學習活動而形成。換言之,透過學習活動,網路連結教材內容、運算能力、學習社群的作用、以及取得這些學習資源的能力,才能發揮出來。同時, 將帶動相關資訊技術、教材設計以及社群互動的研究。在數位社會學習活動中對學習者所激發出來的活力、創意,是我們現在難以想像的,例如學習者將來能自行選擇學什麼、如何學,以及與什麼人學。數位社會學習活動將會促使一個由學習者主導(learner oriented)的「網路學習型社會」出現,它能有效組織學習社群及學習內容,它是一個會演化的生態系統及社會組織,它最終演化成一個「全球教育網路」。

2000年獲得教育部補助第一梯次「大學學術追求卓越發展計畫」之「學習科技:主動社會學習及其應用,從台灣到全世界」,帶領全台灣三十多位教授,一百多位研究生進行研究。

此卓越計畫有兩項主要成果,一項是建立全球第一個網路學習城市-「亞卓市」,另一項是從「電子書包」、「行動學習」研究發展出「未來教室」和「戶外探索學習」。從社會性學習的觀點中,很容易看出網際網路可能會引出大型網路學習社群,所以陳教授於1998年開始著手規劃「亞卓市」。陳教授選擇「城市」作為隱喻,是因為人類歷經非常多年的生活後才演化出「城市」這一種極為複雜的社會結構,當中包括有各種不同的社會角色,所以假如學生能在此虛擬城市中更早扮演現實生活不能做到的成人角色,例如擔任老師教導一班的同學,如此學生將能更早體驗社會責任感。

對亞卓市的描述,更為簡略的方式,也許可以採用美國歐巴馬政府20103 5 日發表的〈國家教育科技規劃〉(National Education Technology Plan, p.47)草案中的描述:

「連結起來的教學,可以很快跨越學校的圍牆,讓學生沈浸在一個學習社會當中,這件事情大家應該不會覺得奇怪。『學習社會』的觀念,不是一個未來願景:已有例子存在。在2000年,臺灣有一研究團隊發展一個把不同網站連結起來的網絡,名叫亞卓市。它打破學校的圍牆,讓學校參與一個更廣大的社群支援學生的學習,這項創新的領導者陳德懷描述,亞卓市是一個不同社群的階級組織,一共有150萬的學生與老師使用,超過1700所學校參與。」

「臺灣這個線上『亞卓市』代表整個社群,包含學校網站,名叫『亞卓鎮』。一個『亞卓鎮』代表一個學校,『亞卓鎮』以下包含這個學校的班級網站,叫做『亞卓村』,一個『亞卓村』代表一個班,『亞卓村』底下包含不同的『亞卓市民』。亞卓市提供學生線上資源與活動。舉例而言,利用Web 2.0技術(當時還沒有出現Web 2.0這個名稱),『亞卓鎮』(即學校)能夠使用線上應用程式,叫做『服務項目』(service items),由亞卓市提供。每個『亞卓鎮』也可以發展自己的『服務項目』,並與其他的『亞卓鎮』分享。此外,亞卓市系統支援教師合作發展學習材料與教案做為開放內容(open content),還有,每位『亞卓市民』可以在亞卓市上面開設線上課程。」

「亞卓市有一個故事,一位名字叫阿忠的13歲學生,贏得某次亞卓市線上教師的比賽,他所教的課程是Visual Basic,是一種程式語言,他教這門課程的時候,其他學生不知道教他們的教師,竟然是一位年紀比他們都輕的男孩。從此以後,亞卓市發展一套工具叫『全民學校』,讓所有的『亞卓市民』可以開設任何主題的課程給其他的學生。『全民學校』現在有超過1000門課,包括中小學以及企業訓練的課程。」

5. 驅動「電子書包」與「行動學習」研究
自從發展第一套網路學習系統,加上電腦發展的趨勢,一定越來越便宜,也越來越小、越來越輕便,最終所有學生都能夠有一台電腦作為一個學習工具,就像每位學生都有自己使用的筆、自己的書籍,作為學習工具。在90年代後期,陳教授團隊先發展一套「按按按」系統,讓每位學生有一個類似遙控器的小型設備,當老師問問題的時候,學生就可以用這個遙控器即時回答,這種系統後來稱為即時回饋系統。當電腦更為便宜的時候,而且可以在教室使用無線網路,陳教授團隊在2000年就提出「電子書包」的觀念,主要原因是因為注意到如果把這些每天放在書包裡的學習工具都數位化,就變成輕便的「電子書包」,或者將來的書包裡面不太需要帶很多書籍,書包就會減輕。

當電腦再更小更輕便的時候(就是像現在的手機或平板電腦),學生可以進行「行動學習」,也就是可以無所不在地學習。例如:學生就可以輕易帶著電腦從教室走到校園觀察植物、蝴蝶或戶外賞鳥,到博物館或學校附近的大賣場進行專題學習等。再進一步,將來的電腦晶片是無所不在的,內嵌於我們生活週遭之中,例如:桌子、椅子、客廳的牆壁、校園的樹等,使得室內及室外的大自然環境成為一個巨大的教室或實驗室(現在所說的物聯網)。學生使用行動裝置,不只是為了人與人之間的互動,也是為了與週遭實物更有知識性的互動,以實現情境式學習。瑞典於2002年舉辦第一屆IEEE國際行動學習研討會,因為是新的領域,大會只接受九篇長篇論文,而陳教授與許建平教授、曾煜棋教授帶領的研究團隊投稿了三篇長篇論文全數被接受,讓國際很快得知台灣在這個新興領域的重要地位。

6. 提出「一對一數位學習」與「無縫式學習空間」概念
一對一數位學習(one-to-one educational computing)是指一個學生至少使用一個具無線連線能力的輕便裝置來學習,它對於正規教育教室學習的未來影響絕對不下於網際網路。陳教授發動新一波國際數位學習研究潮流,透過首次結合全球歐、美、亞三洲頂尖學者發表一對一數位學習的願景。今天one-to-one educational computing 已經成為業界 MicrosoftAppleIntel等公司對數位學習產品常用的詞彙。

此外,陳教授發起,與國際學者所提出的「無縫學習」(seamless learning)概念,簡單說,是指一位學生能夠在不同地點、時間、人際社群,甚至使用不同的數位裝置 (如:電子書包),就可以連續進行的學習經驗。無縫學習可能是預先設定好的學習活動,例如學習活動從教室開始,然後透過與同學進行一些非正式討論,或者回到家裡與同學在線上討論,讓學習延續下去。無縫學習也可能是屬於非正式、偶然發生的學習,例如一位學生可能在某些地方讀到一則很有趣的訊息,於是激發他與朋友討論,加深了解這個議題。

7. 發展「明日學校」

在推動「亞卓市」與「電子書包」研究之後,陳教授帶領的團隊,花了十年時間在中壢多所學校進行研究與實驗,六年前在中平國小打造台灣第一所具下列成效的數位典範學校:(1)一至六年級,由家長為學生購買電腦,讓整個學校的學生能夠「自備電腦上學」(Bring Your Own Device, BYOD)(2)以培養興趣、自我進度、合作問題解決的方式學習;(3)國語和數學的學習成就明顯提升;(4)學生未出現視力明顯衰退或其他數位傷害。

在國語方面,中平國小在二年級結束前,平均每位學生的學習表現,在閱讀書本、寫作、識字量、口語表達能力等達到小學三年級結束前的水準。例如二年級一年閱讀超過200本不同的紙本書,其中 32本書學生會重複閱讀,而教育部國教司2007年建議閱讀數量為每年30本;學生享受閱讀的樂趣並養成閱讀。二年級結束前的識字量為2176字,超過三年級結束前的全國常模識字量2108字。數學方面,學生不受標準教科書進度的限制,按照自己的能力進行自我進度學習:每週學生自訂學習目標、自我規劃、自我管理完成的數學任務。學習快的學生,可以額外學習加深、加廣的數學課程;學得慢的學生,教師能花更多時間來進行個別指導。72%的學生練習正確率在90%以上,81%的學生能夠超前進度;學習概念方面,發現式概念學習讓學生顯著進步12%

8. 發展「興趣驅動創造者理論」

推動「明日學校」的背後,是有一套基本的理論,陳教授發動一批亞洲學者,一同發展「興趣驅動創造者式學習理論」:培養學生對學習充滿興趣,習慣地大量吸收知識、大量產出知識,並精煉產出的知識;換言之,我們把學生視為興趣驅動的創造者、把學習過程視為創造過程、把學習成果視為創造品、把學習社會視為創造者社會。陳教授等認為,這種學習方式,不只學生成為自動自發並對學習充滿熱情的學習者,同時學生學習成績等表現也會大幅提升。事實上,今天台灣,面對變化快速與挑戰越來越大的未來,國民必須養成終生學習的習慣,能夠創造知識與物體,並居住在創造者學習社會裡。如果我們的小孩成為終生學習者,就要在學校培養他們的學習興趣,才有可能將臺灣現在的「效率經濟」(臺灣的電子製造業就是屬於效率經濟,只有低微的利潤)轉移為「創新經濟」,我們就要讓學生在學校成為創造者,並培養與維持創造者文化。

 

推動建構數位學習研究社群
陳教授一直認為,如果把時間拉長,科技創新將是改變全世界未來教育的最大動力。然而,在過往一段長時間裡,改革過程是緩慢的,是靜默的。但正如所有科技創新一樣,它對教育帶來的改變是不會回頭的。而且在未來的十年到三十年裡,這個改革速度將會加快。為了迎接未來此一改變趨勢,陳教授體認到,在改革動力的河流中,培養上游的研究人才是最重要的工作。因此,除了投身研究之外,陳教授長期協助建立研究社群。他創立了全球華人和亞太地區兩個數位學習學會,以及全球一對一數位學習研究者網絡,並擔任這些組織總部的負責人。陳教授注意到近年來此領域在加速發展的同時,研究主題愈來愈多元化,因此倡議在台灣、全球華人和亞太地區三個不同層次成立多個主題研究群(Special Interest Groups),讓學者針對個別研究主題做更深入的互動,以增加具有相同興趣的研究者之間的身份認同,形成穩固且有力量的研究社群。

在中央大學方面,先在1994年獲得國科會補助台灣唯一的「學習科技重點實驗室計畫」,成立初期的研究團隊。在2000年「大學學術追求卓越發展計畫」帶動下,中央大學陸續成立資電學院的「網路學習科技研究所」、文學院的「學習與教學研究所」、理學院「認知神經研究所」,以及大學級「學習科技研究中心」。近年來陳教授帶領前述三所教授合作進行國科會「數位學習卓越團隊」和「數位學習卓越中心」計畫,以及教育部「發展國際一流大學及頂尖研究中心計畫」有關數位學習之重點領域研究。

在台灣方面,陳教授長期(共八年)在國科會科學教育處擔任「資訊教育研究群」及後來成立「資訊教育學門」的召集人。2003年協助推動和規劃第一期的「國家型數位學習科技計畫」,以及2006年規劃第二期的大型研究團隊計畫,讓台灣能發動一波接近十年的龐大研究活動。陳教授感到與有榮焉的是,在ISI的研究統計上,台灣數位學習的研究從2004年起,在論文數和衝擊指數(impact factor)上的表現,全球排名第三,僅次於美國和英國。這表明台灣在數位學習這個新興的領域上,有一個高水準及人數規模相當不少的研究社群。而中央大學則是全球排名第二的大學,次於英國的公開大學。

在華人地區方面,1997年協助創立「全球華人計算機教育應用會議」(GCCCE),透過此一會議凝聚海內外華人學者,加上最近兩岸關係趨於密切,未來幾年華人學者社群將會加速互動,加速兩岸數地的年輕華人學者和研究生的交流。

在亞太地區方面,自1993年陳教授成功舉辦ICCE會議之後,ICCE已成為亞太地區最重要的數位學習年會,相關之「亞太數位學習學會」(APSCE)也相繼成立,總部設在中央大學。此學會是建立亞太地區研究社群的火車頭。陳教授透過學會的活動,有系統地培養一批亞太地區年輕領導學者。近來陳教授有鑑於世界各國政府愈來愈重視數位學習的研究,以及在應用上的投資愈來愈龐大,他正規劃組織台灣的研究社群,協助亞洲數位學習比較落後的國家,例如印尼、泰國、越南等,為他們未來幾十年數位學習的研發,做好準備。

在全球方面,陳教授因看見一對一數位學習對未來的重大影響,在2003年邀請歐美亞三大洲頂尖的數位學習學者成立「全球一對一數位學習聯盟」,共同發表一對一數位學習的「願景」文章,並提出「無縫學習」的觀念,針對此一議題鼓吹國際合作。一對一數位學習的一個應用面向,就是幾年前MIT提倡的「百元電腦」,後來觸發Intel研發Classmate,以及之後台灣華碩公司研發的 Eee PC,宏眻壎X的低價電腦。如果把時間推遠一點,這些產品就是2000 年初時陳教授研究團隊以及朱邦復先生所倡議的「電子書包」所演化而來,然而,今日已經演變成一般性使用的電子產品。