從穿戴裝置到課堂：考量個體差異的 HRV 生理監測學習分析可行性研究

教學問題

心率變異性（HRV）是學習分析中具潛力的生理指標，能反映認知負荷、壓力與情緒投入。 然而，多數教育場域的 HRV 研究仰賴醫療級 ECG 設備，不適合自然課堂情境。 消費級穿戴裝置（如 Garmin 智慧手錶）是否能在真實課堂中提供有效的 HRV 測量？ 此外，個體間的自律神經基線差異極大，群體層級的分析是否會掩蓋個人層級的有意義模式？

研究方法

本研究在大學 Python 程式設計課程中，使用 Garmin vívoactive 5 智慧手錶搭配自製 iOS 伴隨 App（UeduPAD）， 透過 Garmin Health SDK 即時串流五位大學生在兩次 3 小時課堂中的逐拍間距（BBI）數據。 以 5 分鐘滑動視窗計算標準 HRV 指標（RMSSD、pNN50、lnHF、LF/HF）， 並與 Garmin 專有壓力指數進行個人層級的一致性驗證。 課堂事件（靜心基線、講課、程式實作、休息）由教師手動記錄時間戳，與生理數據時間對齊分析。

主要發現

• 穿戴裝置驗證：HRV 指標與 Garmin 壓力指數在個人層級呈現中度至良好的一致性（RMSSD 的 ICC 中位數 = 0.68，pNN50 的 ICC 中位數 = 0.74）
• 個體差異顯著：不同課堂事件的 HRV 反應在個體間高度異質，群體層級無一致模式（Friedman 檢定皆不顯著），凸顯個人中心分析的必要性
• 自律神經平衡與學習：在程式實作期間維持較低交感神經激活（LF/HF 反應性）的學生，展現較大的成績進步（Spearman ρ = −1.0, n = 4）

對教學的啟示

消費級穿戴裝置可作為課堂中個人層級生理監測的實用工具， 但研究者與教師必須採用個人中心的分析取向，避免群體層級的聚合造成誤導。 程式實作期間能維持自律神經平衡的學生傾向有更好的學習成果， 這暗示未來可透過即時 HRV 監測，在學生壓力過高時適時介入， 實現從生理感測到教學行動的閉環回饋。