圖形組體教學策略

當學習者學習程式語言時，由於缺乏對整體問題解決的規劃，導致只得到片段 零碎的知識，而教學方式也是造成程式語言教學的障礙(Ben-Ari, 1998)。Perkins 與 Martin(1986) 指出程式語言需要特別的教學方式，並可將認知策略加入程式語言教 學。林美娟( 2008)歸納出只要國中小教師找尋不同年齡層適合之程式工具，並且在

Perkins,Schwartz, 與 Simmons(1988)提出使用後設認知課程來協助程式設計的初學者 學習程式設計，其功能有 (1)協助初學者建構其內在的電腦運作模型 (2)幫助初學者 科的概念、知識及知識的運作(林民棟，2006)。基模理論中 Bruner(1974)提出認知發 展的三個表徵階段：動作、影像及符號，教師教學時應由直接具體的動作經驗切入，

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前能力所能理解的輔助。Ausubel（1963）強調新的學習須與個體原有認知結構中的 舊經驗相關連，此即「有意義的學習理論」。因此，圖形組體本身加強了完整建構 所學知識的效果，是一個幫助理解、回想和學習的心智工具(Bromley, Irwin-DeVitis,

& Modlo, 1995)。

一、圖形組體的定義

圖形組體（graphic organizer）的定義是將知識以視覺化的方式呈現出來，以文 字加上圖像結構化來表達概念間的關係（Bromley,Vitis &Modlo, 2005）；圖形組體 的組成元素包含了節點、連結關係和空間配置（Lambiotte ,Dansereau ,Cross &

Reynolds, 1989）；圖形組體是教師可以使用的教學組織工具，能以視覺化來呈現關 鍵內容，對於組織訊息很有幫助（Baxendell , 2003）。

黃永和及莊淑琴（2004）指出圖形組體是藉由節點、關係連結與空間配置等形 基本技巧且能發展高層次思考能力（Bromley,Vitis, & Modlo, 1995）。

圖形組體要能有效地輔助教學與學習，必須融入適當的教學理念中，成為一種

「理論驅動」（theory-driven）的教學工具（黃永和、莊淑琴，2004）。當學生以視 覺工具呈現其認知策略的同時就是在練習後設認知（Hyerle,1996），林香廷(2008)

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溫至帆與計惠卿(2010)指出目前國內圖形組體的研究以概念構圖（concept mapping）與心智圖（mind map）為大宗，對其他圖像形式之研究相對較少。

Bromley, Vitis,與 Modlo(1995)將圖形組體歸類為四種類型：

(一) 階層型（Hierarchical）：包括一個主要概念與次概念的層次或等級，此類 型強調歸納和分類的能力。

(二) 概念型（Conceptual）：包括一個中心概念或類別，可在類別下加以描述事 實、特徵或範例。此類別強調描述、收集、解決問題、進行相對比較等能力。

(三) 序列型（Sequential）：是以時間或發生的先後來排列順序，強調事件的因 果、過程或是問題解決。

(四) 循環型（Cyclical）：此型態描述系列、連續、循環等訊息。

Marchand-Martella, Miller,與 MacQueen(1998)根據不同的教學內容及教學目標將 圖形組體分為四種類型：

(一) 階層型（Hierarchical）：表達主要教學概念及其下的細節。

(二) 比較型 (Comparative) ：比較主要教學概念間的相似及相異之處。

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(三) 序列型(Sequential)：表達教學概念中一系列的步驟及事件。

(四) 圖表型(Diagrams)：表達真實世界的真實物件及系統。

而國內研究者林香廷(2008)為因應主題教學內容將圖形組體分成以下三種：

(一) 以網狀圖與階層圖進行概念性的圖形組體主題教學：網狀圖可表現放射狀 的思考模式、階層圖又稱概念構圖。

(二) 以次序圖進行序列性的圖形組體主題教學：依事件先後關係的次序加以排 列的一種圖形組體，包括順序圖及時間線圖等。

(三) 以維恩圖與框架表進行比較性的圖形組體主題教學：表達兩個物體、事件 或觀念之間的差異性與共通性，以提供相互比較或對比的效果。

本研究以程式設計教學為實驗課程，除了運用圖形組體的概念圖作為實驗組二 的教學策略之外，並運用程式教學常用的流程圖作為實驗組一的教學策略。

四、流程圖教學策略

流程圖在圖形組體的分類中屬於次序圖的一種，程式教學多以流程圖來進行教 學。

林沛宇(2007)認為初學程式語言時以流程圖來學習可以很快進入狀況，而圖形化 的流程圖很容易讓初學者學習到程式語言的觀念。流程圖是利用圖像的呈現方式，

用來描述複雜的過程，像是程式編寫或是排除電腦錯誤等(江翹竹，2006)。郭國長 (2000) 指出為了避免程式會有邏輯上的錯誤，或條件沒有考慮週到，因此，撰寫程 式之前，必須先研究分析解決問題的方法，並將其歸納整理成有系統的步驟，然後 將各步驟以各種不同的流程圖符號表示出來，此即所謂的「程式流程圖」。

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流程圖的種類可分為三種(郭國長，2000) (一) 系統流程圖（System Flow Chart）：

用來描述整個工作系統中，各個部門間的作業關係。

(二) 程式流程圖（Program Flow Chart）：

用來說明程式內的處理流程，該程式流程圖可說明各種運算及執行的先後次 序。

(三) 資料流程圖（Data Flow Chart）：

資料流程圖是結構化分析的基本工具，不同的圖形將系統內部及系統與外界 間的各種資源傳遞狀況表示出來。

本研究在實施程式教學採用的是「程式流程圖」（Program Flow Chart）進行教學，

能讓學生能夠清楚了解程式中所有執行的先後次序。

26 出組織良好的知識結構(Bransford, 2000)。學習者需主動進行認知和建構，也需依托 於周圍情境的支持。在有效環境的支持之下，個體將可縮短建構和認知的歷程，也 可更快速的建立出概念體系架構 (魏金財，2004)。教師所扮演的角色在積極上是協 助學習者更有效的學習，這包括環境的布置、學習流程的設計、適當的學習內容和 範圍；在消極上則是排除學習上不當的干擾因素(Pratt, 1994)。Spector 與

Davidsen(2000)也提出學習者通常希望有良好的結構和較多的指導，學習者不會在短 的保留與遷移作用及協助知識建構與認知學習的工具。Gordin 與 Pea(1995)指出，具 體的圖形和其他的直觀訊息表徵有助於人們的學習。圖形能增加學習的內在和外在 兩方面的動力，亦可提供學習者一種視覺參考作用，而視覺參考物則是幫助學生看 出所學內容各部分間關係的一種方法(Rieber, 1994)。概念圖(concept map)是將文字方 塊或圖標用線連起來，學習者所表徵出來的型式，顯示其學習的內容是存在著怎樣 的關係。這些組合法也幫助學習者理解複雜概念，以及概念組成部分之間的關係，

這點可幫助學習者對複雜概念的全部理解(Laflore, 2000)。

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概念圖是 Novak 和 Gowin 於 1984 年以 Ausubel 「有意義的學習（meaningful learning）」 理論為基礎所發展出的工具，也是一套可用於教學、學習、研究及評鑑 的方法 (Novak & Gowin, 1984)，更是一種被廣泛使用的教學與學習策略(Novak, 1990)。「有意義的學習」是學習者主動發覺新材料與舊經驗間的的連結關係，進而發 念圖包含了以下三個性質(Novak & Gowin, 1984)：

(一) 階層結構（Hierarchically organized）：

一般性的概念在上層，概括性或較特殊的概念在下層。

(二) 漸進分化（progressive differentiation）：

由較一般性的概念往下到概括性較小、較特殊的概念。

(三) 整合一致（integrative reconciliation）：

當兩個或以上的概念意義發生衝突時，就必須進行概念的整合，可以是上

Novak 與 Gowin(1984)指出在教學上概念圖可以協助教師使學生易於了解課程

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Mintzes, Wandersee,與 Novak(2005)等建構主義學習理論學者認為只有學生將新 知識同化到已有的概念框架中，有意義的學習才會發生，教學就是要採取適合的方

「How people learning: Brain, mind,experience and school」(Bransford, 2000)一書 中提到：新手的知識瑣碎不連貫,專家解決問題的策略比較整體,對於新手而言必須要

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共有 39 篇探討概念圖的論文，民國 90 年-95 年間數量大增為 154 篇論文探究概念圖，

近五年來數量仍有 64 篇論文與概念圖主題有關。由此可知，概念圖在國內研究領域 中占有重要的地位，不管是概念圖是應用在教師教學策略上，學生學習策略上，或 教學評量上都有為數不少的論文加以深入探討學生「有意義的學習」。范瑞東(2005) 分析了 62 篇教學實驗類的概念圖論文或期刊文章，在教學對象部分以國民小學為大 部分，近半數的研究除教學成效外，會輔以問卷或態度量表；在學科上幾乎涵蓋了 所有的學科，但以自然科學為大部分；教學時間短則一小時，長至一學期；大部分 研究均對此教學策略持正向的看法。在教學實驗大部分的論文中以概念圖為教學策 略(法)取代傳統教學或輔助傳統教學，最後用以檢驗學生的學習成效。

因此，概念圖教學策略目前已大量應用於教育上，但較少學者將概念圖融入課 程設計及教材上，特別是概念圖教學策略應用在國小程式設計部分目前則沒有學者 進行這方面的探討。所以，研究者期望以概念圖教學策略融入程式設計課程中，希 望能對學童的程式設計學習成效上有所助益，進而使學童在程式設計上達到有意義 學習的目的。

本研究以程式主題進行教學設計，除了運用圖形組體的流程圖作為實驗組一的 教學策略之外，並使用概念圖作為實驗組二的教學策略。以探討圖形組體教學策略 運用於程式設計教學相較於一般傳統講述對於問題解決能力，程式設計學習成效與 學習態度的差異。

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