中小學資訊科技課程與運算思維

資訊科技課程已普遍開設於各先進國家中小學教育中，例如美國、英格蘭、

德國、荷蘭、日本、中國大陸、香港、以色列及澳洲等國，其中，美國 CSTA 明確指出運算思維為課程五大重要面向之一；ISTE 所提出的學生科技能力指標 中，亦將運算思維概念融入所提之六大標準之中；英格蘭 2013 年公佈的課綱中 更將原有 ICT（Information and Communication Technology）課程更名為電腦運 算（Computing），明列各學習階段運算思維能力培養之核心概念。

以下進一步討論美國與英格蘭之資訊課程以及運算思維理念，並同時探討 臺灣目前之資訊科技課程現況。

壹、 美國資訊科技課程

美國資訊科技教育中，電腦科學教師協會（CSTA）及國際教育科技協會

（ISTE）分別針對資訊科技課程提出明確指引，其中，核心概念皆包含運算思 維，詳細課程指引分述如下。

一、CSTA K-12 電腦科學課程標準

美國電腦科學教師協會（CSTA）提出一套於 K-12 學生電腦科學核心能力 指標，課程包含五個重要面向：運算思維（Computational Thinking）、合作

（Collaboration）、運算實作與程式設計（Computing Practice & Programming）、

電腦與溝通設備（Computers and Communications Devices）、及社會全球與倫理 議題（Community, Global, and Ethical Impacts）。其目標為學生能理解何謂電腦 科學本質及地位；學生能理解電腦科學中概念及技能的緊密關係；學生能使用 電腦科學技能（特別是運算思維）於其他學科的問題解決活動；能擴增學校現 在所提供之先修電腦課程（Advanced Placement Computer Science, APCS）及資 訊科技課程（CSTA, 2011a）。

課程共分為三個階段。階段一（幼稚園至六年級）為「電腦科學與我」

（Computer Science and Me），著重於學生的主動學習、創造力及探索能力；階 段二（七至九年級）為「電腦科學與社會」（Computer Science and Community），

著重於學生的主動學習及探索，並在電腦科學中融入其他課程領域；階段三（十 至十二年級）共包含三門課程，「現今世界中的電腦科學」（Computer Science in the Modern World）、「電腦科學概念與實作」（Computer Science Concepts and Practices）及「電腦科學專題」（Topic in Computer Science），第一門目標是鞏 固學生電腦科學之概念、實踐及領會在社會中的影響力，第二門則更深入於演 算法問題、電腦科學及其他學科關係研究中，第三門提供特定電腦科學領域更 深入之學習，如先修電腦課程、專案導向課程，或以獲得專業電腦證書為前提 之課程。

每個面向中，於不同的學習階段 CSTA 皆明列相對應之能力指標，其中運 算思維於國小階段時，希望學生能理解簡單運算思維之概念；國中階段時，能 將運算思維應用於解題，並將其視為一解題工具；當高中階段面對真實世界問 題時，能利用運算思維設計一個完整的解決方案。

二、ISTE 學生資訊科技能力指標

美 國 國 際 教 育 科 技 協 會 （ The International Society for Technology in Education, ISTE）提出國家資訊科技應用指標（National Educational Technology Standards, NETS），範圍涵蓋學生、教師、行政人員、資訊支援人員及電腦教師，

期望能在學習、教學及領導面，利用科技來提升高層次思考技能。學生資訊科 技能力指標（National Educational Technology Standards for Students, NETS.S）

中，明定出以下六大標準（ISTE, 2007）：

1. 創造及創新（Creativity and Innovation）

學生利用科技展現出創意思考、建構知識、發展創新作品與步驟流程。

2. 溝通及合作（Communication and Collaboration）

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學生利用數位媒體與環境進行遠距溝通及共同合作，包含支援個人學 習，並對他人的學習提供幫助。

3. 研究及資訊之熟悉運用（Research and Information Fluency）

學生使用數位工具，以蒐集、評估與使用資訊。

4. 批判性思考、問題解決及做決策（Critical Thinking, Problem Solving, and Decision Making）

學生使用批判性思考技能，以計畫與進行研究、管理專題、解決問題，

並利用適當的數位化工具和資源做出明智的決定。

5. 數位公民（Digital Citizenship）

學生瞭解與科技相關的人類、文化及社會之議題，並能實踐符合法律 與道德之行為。

6. 科技操作及概念（Technology Operations and Concepts）

學生展現出對科技概念、系統與操作之良好認識、觀念、技術、制度 及行動。

ISTE 雖未於此能力指標中明確提及「運算思維」一詞，但已將運算思維能 力之概念融入其標準中，如：使用數位工具蒐集資料、設計問題解決步驟、有 效地解決問題及探索不同的議題。此外，ISTE 與 CSTA 攜手共同合作，除了制 定幼稚園至高中階段運算思維之操作定義外，亦提供相關教材資源供教師與家 長參考（http://www.iste.org/learn/computational-thinking）。

貳、 英格蘭資訊科技課程

英格蘭於 2013 年 9 月公佈最新的國定課程綱要（2014 年實施），將原有 ICT

（ Information and Communication Technology ） 課 程 更 名 為 電 腦 運 算

（Computing），並為中小學之必修課。課程之核心概念為電腦科學而非科技，

其課程目標在於使學生瞭解與應用電腦科學基本原理與概念，包含抽象、邏輯、

演算法和資料表示方法；能以電腦運算分析問題，並撰寫程式解決問題，成為

負責、有能力、有自信與創造力的 ICT 使用者。課程綱要明列四學習階段（幼 稚園、國小、國中及高中）的標準，期望幼稚園學生能理解基本科技、寫簡單 程式設計、摸索網路世界及透過邏輯推測簡單程式的行為；國小學生能設計簡 單程式並除錯、理解網路概念、有效地使用搜尋方法，找到合適的結果、挑選 各種合適的軟體，設計作品及利用邏輯推理解釋演算法；國中學生遇到現實生 活問題時，能使用模擬去設計並評估問題、理解運算思維中關鍵的演算法、使 用至少兩種程式語言解決各種運算問題、知曉科技之應用（軟硬體、布林邏輯、

資料存取與安全隱私）及創作數位作品；高中學生能發展電腦科學及資訊科技 之能力，培養運算思維以設計與解決問題之技能（Department for Education, 2013）。

由此可看出，運算思維貫穿於各學習階段中，於國小階段強調基礎概念及

簡單程式設計學習，並試著拆解問題；國中階段學習運算思維的重要演算法（如：

搜尋、排序），並同時使用程式語言解決運算問題；高中階段進一步發展運用運

算思維解決問題之技能，已為日後學習或職業生涯做準備（Department for Education, 2013）。

參、 臺灣資訊科技課程

資訊科技課程在臺灣已實施三十餘年，歷經選修、必修，甚至廢課之危機，

後因各方壓力，資訊科技課程才保有一席之地。現行九年一貫資訊課技課程中，

授課內容包含資訊科技概念的認知、資訊科技的使用、資料的處理與分析、網 際網路的認識與應用及資訊科技與人類社會（教育部，2008a）。著重的是資訊 科技「應用」面，強調基本認知、操作技能、態度培養及資訊科技融入學習；

課程延續至高中時，希冀由九年一貫重視的「應用」面導至「學理」面，除了 強調資訊科技內涵外，更加強學生的資訊科學內涵與科學原理。而高中授課內 容則為導論、電腦硬體、電腦軟體、電腦網路、電腦與問題解決及資訊科技與 人類社會等主題（教育部，2008b）。

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於教育部目前推動之十二年國民基本教育課程中，國家教育研究院（2013）

科技領域綱要內容前導研究報告草案已先指出，運算思維能力為各國資訊科技 課程之趨勢，建議未來課程綱要修訂需加強運算思維、資訊科技實作能力及其 他關鍵能力之培養。

肆、 小結

由美國及英格蘭之資訊課程可看出運算思維為課程中的重要內涵，並貫穿 於各學習階段，鑒於此，臺灣亦應思考運算思維對於資訊科技課程之定位與份 量。若要培養學生擁有運算思維，需從課程著手，而課程實施之依歸源自於課 程綱要，適逢臺灣教育推動十二年國民基本教育，各學科課程綱要皆須重新修 正擬定，故冀望透過本研究之結果，能對於將要實施之資訊科技課程有一具體 之方向。