情境式學習與培養運算思維能力之關係

貳、情境式學習發展運算思維的效益

運算思維並不只是資訊科技的使用與問題解決，亦是用來判別與處理生活中 的各種運算問題，以及探究與推論人類生活中自然與人工系統運作的一種思考歷 程（Royal Society, 2012）。所以運算思維已成為分析與處理生活問題的重要能力。

例如，在一長串依字母排序好的姓名中透過線性或二元搜尋快速找出資料；在銀 行、超市、或海關排隊等待運用到工作分析及排程的概念；排定送貨或拜訪行程 同銷售員旅行問題；自助餐店食物取用路線規劃依管線化（pipelining）來配置，

也可以用於探究各種專業領域知識之基本工具，例如，資料探勘與機器學習影響 了統計學的發展，並已運用於解決之前難解的巨量資料或巨量變項的問題；運算 遊戲理論對經濟學家產生影響；新興的運算生物學（computational biology）也影 響了生物學家的思維，奈米運算對化學家思維，以及量子運算對物理學家的思維 不適合（Wing, 2008）。因此在程式語言工具選擇方面，Kelleher 及Pausch（2005）

則建議選用以拖拉方式的視覺化程式語言工具，讓學生不用費心於拼字或語法的 錯誤，更能專心於程式設計中邏輯與結構的思維上來培養。因此學習運算思維的 工具環境應該是要低入門門檻，但具備功能強大、鷹架支持、可遷移、及永續等 特性（Repenning, Webb, & Ioannidou, 2010）。例如Papert（1980）早期發展的LOGO 程式設計環境及嘗試達到這樣的「低門檻、高效用」（low floor, high ceiling）要 求。Scratch、Alice、Game Maker、Kodu、及Greenfoot等的圖像化程式設計環境，

這些工具都容易入手，可以讓學生聚焦於設計與創意，避開不必要的程式語法細

節（Grover & Pea, 2013）。更有學者認為若先進行培養運算思維能力的相關課程，

對於學生在一般程式語言的學習上有更好的表現（Davies, 2008; Lu & Fletcher, 2009）。此外在學習策略選擇方面，Kazimoglu等人（2012）的研究方式是讓學生 以遊戲式學習的策略在遊戲畫面中輸入圖像式指令，並藉由循序、迴圈和程式函 式等概念幫助學生培養運算思維。Settle（2011）的研究主要透過遊玩井字遊戲 和蛇梯道等遊戲，讓學生將遊戲規則抽象化，並觀察模式找出之間的脈絡，最後 評估最優策略來達成遊戲目標，藉此在遊戲的思考過程裡來培養運算思維。

Kuruvada、Asamoah、Dalal和Kak等人（2010）則透過Game Maker以設計遊戲的 方式，讓學生在學習JAVA的概念中培養運算思維，例如抽象化（Abstraction）、

繼承（Inheritance）、多型（Polymorphism）、封裝（Encapsulation）等程式設計 裡的重要概念。上述研究的方法在工具方面以低門檻易用為主，而教學策略都著 重在「情境」的建立，讓學生在構築知識時，免去額外的負擔，同時也在情境中 解決問題，藉此過程來培養運算思維的能力。

因此本節探討情境式學習的重要性以及情境式學習發展運算思維的效益，並 以此為基礎發展教材，使知識的建構發生在真實的情境脈絡之中，讓情境融入資 訊科技概論課程，使學習者透過主動參與和情境互動，達到學以致用的效果。