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研究路線總覽

Educational Omics(教育組學)— 類比生物組學的六維度框架,以 AI、生理感測與課堂實踐, 系統性刻畫學習經驗,目前已部署於全台 24 所大學。

24 跨校部署
4,600+ 註冊用戶
420K+ AI 對話訊息
19 篇研究論文
5 個學期運營

Educational Omics 六維度框架

類比生物組學(Genomics, Proteomics, ...),以六個分析維度系統性理解學習經驗。 各維度可獨立運作——沒有穿戴裝置的學校,仍可使用 Cognomics 與 Sociomics。

Cognomics 認知組學

研究對象:認知歷程
透過 AI 對話軌跡自動分類 Bloom's 認知層次(六級),追蹤學生的認知發展。 知識圖譜擷取概念掌握度,並建立跨校、跨學科的 Bloom's 常模基準。

Linguomics 語言組學

研究對象:語言表達
透過 Whisper 語音轉文字、語義嵌入向量分析,記錄課堂音訊與螢幕錄影。 「教師語音 → 自動學習單」工作流,即時將課堂內容轉化為學習材料。

PhysioNeuromics 生理神經組學

研究對象:生理與神經信號
國科會補助計畫
整合消費級穿戴裝置(Garmin、Apple Watch、Health Connect)。 PALM(生理感知語言模型)根據學習者的生理基線,自適應調整 AI 教學對話策略。

Sociomics 社會組學

研究對象:社會互動
討論區、協作編輯(Yjs CRDT)、即時投票、匿名提問牆。 結合經過驗證的心理量表(Holland RIASEC、Big Five、OEJTS)進行學習特質分析。

Environomics 環境組學

研究對象:學習環境
整合政府開放環境資料——中央氣象署氣象測站與環境部空氣品質測站——對應課程所在地的氣象與空品暴露。 座位級 IoT 邊緣感測(光照、溫濕度、噪音、CO₂)與教室空間視覺感測(出席、群體行為分析)為規劃中的擴充。

Ethicomics 倫理組學

研究對象:倫理治理
逐維度細粒度同意機制管理與 IRB 研究倫理審查。 學生可自主控制資料可見範圍,完整的存取稽核軌跡,以及符合 GDPR 規範的資料匯出。

平台子系統

六大模組化子系統,分別實現 Educational Omics 各維度的數據收集與分析

Uedu Core
AI 助教、測驗、問卷、討論區
Uedu Fit
Garmin / Apple Watch / Health Connect
Uedu Mind
PALM 生理感知自適應教學
Uedu Sense
政府開放環境資料(中央氣象署/環境部),預留 IoT 邊緣感測擴充
Uedu Brain
EEG + fNIRS + PPG(開發中)
Uedu Lab
研究資料匯出介面

獲補助研究計畫

由國家科學及技術委員會(NSTC)競爭型計畫支持,驅動 Educational Omics 研究體系中 PhysioNeuromics 維度的核心發展。

國科會 NSTC 補助 新進人員研究計畫 資訊教育學門

生理感知語言模型於人機協作學習之多模態歷程分析與資訊教育模型建構

Physiologically-Aware Language Model for Human-AI Collaborative Learning: Multimodal Learning Process Analysis and Information Education Model Construction
計畫編號
NSTC 115-2410-H-008-028
核定執行期間
2026.08 – 2027.07
計畫主持人
張家凱 助理教授
執行機構
國立中央大學通識教育中心

本計畫發展「生理感知語言模型」(Physiologically-Aware Language Model, PALM),以情感運算(Affective Computing)為理論基礎, 整合對話語意、操作行為與生理訊號等多模態學習歷程資料,探究人機協作學習的動態機制,並據以建構資訊教育理論模型。 計畫以研究團隊開發之 Uedu 平台為核心,採「穩固基礎+自主擴展」雙軌策略:基礎層以已整合的 Uedu Fit(Garmin HRV) 結合 PAD 情緒模型推估學習者的操作性狀態,據以自適應調整 AI 教學對話策略;擴展層則自主開發整合 EEG、fNIRS、PPG 的 低成本教室型生理感測裝置 Uedu Brain,建立「行為、情緒、認知、學習成效」的關聯模型。

研究規劃

階段一
探索與基礎建構
建立多模態資料收集架構,以探索性研究刻畫 HRV 與學習狀態的關聯,完成 Uedu Brain 原型與訊號品質驗證。
階段二
系統開發與驗證
開發 PALM 三大模組(狀態感知 → 狀態預測 → 適性回應),以準實驗設計驗證介入成效並估計效果量。
階段三
情境擴展與理論建構
跨校、跨學科驗證,建構人機協作學習多模態動態理論模型,並將 Uedu Brain 參考設計開源釋出。

五大研究問題

  • 描述RQ1:人機協作學習歷程中,對話語意、操作行為與生理訊號呈現哪些動態模式?
  • 關聯RQ2:三種模態之間存在哪些時序關聯與交互作用?
  • 預測RQ3:多模態特徵組合能否預測學習困難點與學習成效?
  • 介入RQ4:生理感知適性回饋能否有效改善學習焦慮並提升學習成效?
  • 理論RQ5:人機協作學習需要什麼樣的整合性資訊教育理論框架?

關鍵詞

生理感知語言模型 人機協作學習 多模態學習分析 情感運算 心率變異度

已發表與已接受論文

經過同儕審查的 Uedu 研究計畫學術論文

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透過嵌入幾何驗證基於自然語言的教育數位孿生於 Python 課程
Validation of Natural Language–Based Educational Digital Twins through Embedding Geometry in Python Courses
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AI 助教 最佳論文入圍
ACM L@S 2026 (Work-in-Progress)
PALM:透過消費級穿戴裝置與大型語言模型實現可擴展的生理感知 AI 輔導
PALM: Scaling Physiologically-Aware AI Tutoring Through Consumer Wearables and Large Language Models
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