研究背景

第一節 研究背景

為什麼要學習程式設計而不要只是學習使用套裝應用軟體？學者（Hartmann, Nievergelt,& Reichrert, 2001）指出電腦的學習不應只是學習如何操作，應該對電腦 的運作有所瞭解，並提倡 4R，即除了閱讀（Reading）、書寫（wRiting）、算術

（aRithmetic）等三個一直強調的基本核心能力之外，需要加上在資訊時代所需具 備的程式設計能力（pRogramming），這裡的「程式設計能力」除了字面上的含義 外，也包還了電腦科學的基礎知識。美國 ACM 學會所制訂的中小學電腦科學課程 綱要中提到，學生應具備電腦科學的基礎理論知識，並能使用演算法式思考 (algorithmic thinking)解決問題(Verno, Carter, Curler, Hutton, & Pitt, 2005)。學者 Clancy 和 Linn 認為程式設計課程有兩項優點：第一是程式設計課程能創造有能力 的電腦使用者，培養對未來新科技的應用和接受力；第二是藉由程式設計課程能發 掘有才能的學生，發展創新的電腦應用以符合現今複雜社會的需求（Soloway, 1993）。

Valente(1995)將程式設計視為解法描述（description）、執行（execution）、反思

（reflection）、除錯（debugging）四個步驟的循環，這樣的循環讓我們更了解學習 的歷程，以及為什麼程式設計可以作為有效的學習活動。

我國目前高中資訊科技概論課程，將培養學生邏輯思維及運用電腦解決問題之 能力視為課程目標之一。課程中特別重視運用電腦解決問題，共 10 節課，佔總時 數的 28%，是資訊課程中的核心單元，而程式設計是運用電腦解決問題的實際方法。

程式設計課程除了瞭解程式語言的基本結構及演算法，更重視如何運用程式設計解 決問題，期待學生在學習程式設計過程中，知道程式設計是演算法的實際表現，解 決特定問題。在一個高中電腦課程的調查研究（陳宏煒，2003）中顯示，目前高中 資訊教師都視程式設計為一重要單元，且大部分的教師也都教授程式設計，主要使 用 Visual Basic 作為講授程式設計的程式語言。

傳統程式設計教學，學生先針對一個程式語言不同的組成結構學起，熟悉語法 結構後，嘗試整合分析、解構等技能將問題分解成不同的組成結構，解決問題 (McDermott , Eccleston & Brindley, 2008)。然而許多學生剛開始接觸程式設計的學生 並不具有演算法式思考的能力(Cooper, Dann, & Pausch, 2000)，同時程式語言的概念 較為抽象，不易理解，容易導致初學者學習困難且學習興趣低落(West & Rose, 2002)。

Brusilovsky 等學者認為初學者使用一般性程式語言（如 Visual BASIC、C、Java 等）

學習程式設計時常會遭遇的問題有三：第一，一般性程式語言語法複雜，對學習者 的認知負荷大；第二，一般性程式語言通常不會提供視覺化方式呈現程式執行歷程，

學習者觀察到的過程是一個「輸出-輸入」的模式。即僅提供程式輸入，程式處理完 畢後輸出結果，學習者對程式執行的過程不瞭解；第三，初學階段所能使用的程式 範例大多以說明語法為主，不易引起學生的學習興趣（Brusilovsky, Calabrese, Hvorecky & Kouchnirenko, 1997）。

為解決學生對程式設計學習興趣低落，研究者認為，應該使用多媒體和視覺化 的程式設計工具在課堂中。Kasurinen 等人將視覺化程式設計工具應用到程式設計課 程還有作業中，提升學生的學習動機和興趣。研究結果顯示，學生對於視覺化工具 的使用，有正面的評價與高度的興趣（Kasurinen, J.,Purmonen,M., & Nikula U. , 2008)。

90 年代早期許多專家使用遊戲製作來做程式設計教學，電腦遊戲應用於教育，本質 上的訴求是讓教師使用一種娛樂性的方法讓程式設計與科技的實務相結合(Squire, 2003)。發展數位遊戲是電腦遊戲應用於教育的其中一種方式，讓學生主動地投入，

因為他們使用一個軟體工具，建構屬於自己的遊戲，這是一個主動的學習經驗。學 生可以自發地學習，藉由遊戲製作將自己的想法實現出來，並且測試、評估自己的 想法(Robertson, J., & Howells, C., 2008)。

Greenfoot 是一個以程式設計初學者教學與學習為目的的整合開發環境(IDE)，

將物件導向程式語言 Java 結合視覺化與互動性回饋。其目標使用族群為 14 歲以上 青少年或是大學的程式設計初學者(Kölling, 2010)。Greenfoot 設計的目標之一，是希

望利用清楚的視覺化呈現 Java 程式設計的重要概念，並可直接對角色進行物件操作，

先介紹重要的基本概念，而不是著重於語法或程式碼，降低初學的學習門檻(Kölling, 2010)。Greenfoot 已廣泛地使用在高中和大學初學階段，然而，缺乏正規的研究來 檢視 Greenfoot 對於學習情況的有效性(Kölling, 2010)。

本研究在高中階段設計兩套不同學習策略的 Greenfoot 遊戲發展教材，讓學生在 數位遊戲發展中，學習程式設計的重要概念，藉由量化評量與書面回饋，檢視學生 的學習成效、學習態度和 Greenfoot 自我效能。分析 Greenfoot 對於高中階段程式設 計學習是否有正面幫助，並試圖找出 Greenfoot 使用時需要注意之處與使用上的限制，

幫助程式設計教學者更有效地使用 Greenfoot 作為新的教學媒介，增進國內程式設計 教學之成效。