研究背景與動機

本研究旨在，探究高中職程式設計課程融入體驗學習實施之歷程，以及程式設計 課程融入體驗學習對學生運算思維的影響，以及學生不同背景變項對於運算思維學習 過程之影響。研究者將發展高中職程式設計融入體驗學習之課程內容架構，透過高中 職程式設計融入體驗學習 5 堂課的教學，以蒐集與分析學生運算思維學習成就、學生 學習態度問卷以及學生學習成果。並針對不同學生在學習程式設計融入體驗學習的課 程中，運算思維能力指標之變化加以分析，最終並提出具體建議，以提供給資訊科技 教師及相關單位做參考。本章共分六節 : 其第一節為研究背景與動機、第二節為研究 目的與問題、第三節為研究方法與步驟、第四節為預期成果、第五節為研究限制、第 六節為研究架構，茲詳述如下。

第一節 研究背景與動機

教育築基於未來人才之培育，其根源在於未來社會所需人才之需求的素質，因此 預測與判斷未來社會人才需求進而給予教育方向是重要的。聯合國經濟合作與發展組 織（OECD, 2010）指出，21 世紀應具備之關鍵能力為：學習與創新能力、數位素養、

工作與生活能力。世界經濟論壇（World Economic Forum）預測面對第四次工業革命 所需的十大能力，2020 年應具備的能力應包括：複雜問題解決、批判思考、創意、人 員管理、與他人協調、情緒管理、判斷和決定、服務導向、談判與認知彈性等。另外 根據鳳凰城大學未來研究所（Institute for Future the University of Phoenix Research）提 出 2020 未來工作能力應包括：意義化、社會智商、新奇和適應性思考、跨文化能力、

電腦資料應用及思考、新媒體素養、跨領域、設計思維模式、認知負荷管理、虛擬合 作。21 世紀關鍵能力於 2009 提出如：批判性思考與問題解決、有效溝通、團隊合作、

創造與創新等，而以上所述不論是聯合國經濟合作與發展組織、世界經濟論壇所提出 之數位素養與問題解決、鳳凰城大學未來研究所研究中所提出電腦資料應用及思考之 能力，抑或 21 世紀關鍵能力，有多數都能透過資訊科技能力來培養，因此資訊科技培

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養在世界各國的教育欲培養之能力指標上皆受到重視與關注，歐盟更提出之核心素養 第四項便是數位能力之培養。

綜觀其他國家資訊科技教育之發展脈絡，例如美國二十一世紀學習架構中包含訊 息、媒體和科技能力，2011 的美國電腦科學教師學會（Computer Science Teacher Association，簡稱 CSTA）便修訂了 K-12 電腦科學課程標準，明列了所需的能力及學 習內容，美國白宮更於 2016 年提出的 Computer Science for all 計畫（WhiteHouse, 2016）

便投入了 40 億美元的教育經費給從幼兒園到高中階段的學生，培養資訊科學與創造數 位經濟的能力，也在全美最大的七個學區推動程式設計課程，美國大學委員會也推出 了高中先修電腦科學課程 AP Computer Science Principles（College Board, 2014）課程 著重於資訊科技與程式設計解題之應用。另外，新加坡的二十一世紀素養中最外層之 素養項目為：公民素養、全球化的覺知與跨文化技能，批判性思考與創造性思考，溝 通、合作與資訊技能；芬蘭於 2016 年實施的新課程，旨在培養學生廣泛基礎素養

（broad-based competence）包括下列七種素養：思考學習、文化素養互動與表達、自 我照顧、多元識讀、資訊科技素養、必備工作生活素養和創業家精神、創意、授權與 責任，英國在 2012 年便啟動了老虎計畫（Proge Tiiger），讓小學生從一年級便開始學 習程式設計、網頁架設與應用，藉此培養學生的邏輯思考、創造力與數學能力。到目 前為止，全世界已經有包括歐洲 15 國、澳洲與台灣共 17 個國家，正式將程式設計納 入課綱。另外，南韓、以色列、荷蘭等國，程式設計沒有進入課綱，卻直接成為中小 學課程。由此可知，許多先進發展中國家都已經將資訊科技中程式設計能力列為教育 欲培養之能力重要指標，因此在資訊快速發展的時代，提高國民數位之能力便是發展 國家之關鍵所在，但如何培養國民程式設計能力便是教育之重要課題。

反觀台灣資訊科技教育方向訂定，2001 年教育部頒布的「中小學資訊教育總藍圖」，

揭示了「資訊隨手得，主動學習樂，合作創新意，知識伴終生」等四大資訊教育願景，

2008 年教育部頒布的「中小學資訊教育白皮書 2008-2011」中提到三大願景：「學生能 運用資訊科技增進學習與生活能力、教師能善用資訊科技提升教學品質、教室能提供

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師生均等的數位機會」，四個核心理念：「善用資訊科技、激發創意思考、共享數位資 源、保障數位機會」。再從現行之九年一貫課程綱要所述重點，可以得知九年一貫資訊 教育的課程設計，首先著重在使學生瞭解資訊科技與生活的關係，認識電腦硬體及操 作環境，學習基本應用軟體的操作，以及網際網路的使用，其次強調如何使用資訊科 技工具有效的解決問題，並進一步養成學生運用邏輯思維的習慣（教育部，2008a）。

教育部民國 102 年人才培育白皮書則指出，未來十年我國人才應具備 6 項關鍵能力，

分別為：全球移動力、就業力、創新力、跨域力、資訊力、公民力（教育部，2013）。

另外，在教育部十二年國民基本教育課程綱要中的三大面向九大項目中的核心素養中 也加入了「科技資訊與媒體素養」，十二年國教科技領域課程包含資訊科技與生活科技 兩門科目（教育部，2014）；另外，ITSA 與國立台灣師範大學所辦理的大學程式先修 檢測（Advanced Placement Computer Science，簡稱 APCS），也是因程式設計在資訊科 學當中扮演著基礎但也非常重要的角色。我國教育也因而開始重視程式設計中運算思 維的重要性，因此教育部也實施了運算思維推動計畫，透過計劃的推行可以達到紮根 程式學習、培養運算思維、接軌國際活動。資訊科技課程在我國的發展上歷經數次變 革，十二年國教總綱中已將「資訊科技」列為國、高中之必修課程，課綱草案亦已將 運算思維列為重要理念，希冀由運算思維之培養，提升學生善用運算思維與資訊科技 工具解決問題、合作共創、溝通表達等高階能力（林育慈、吳正己，2016）。

在資訊教育中程式設計是相當重要之一環，各國在推行「程式設計」課程上，主 要著重於「聽、說、讀、寫、算」以外的素養，透過程式符號去推理、解決問題，就 像是生活中用各種方法去推敲並有邏輯地解決問題，蘋果電腦創辦人 Steve Jobs 曾說：

「在這個國家中，每個人都應該學習如何使用電腦編寫程式，因為它能教你如何思考」， 這也是資訊科技強調的「運算思維」。程式設計課程中最重要的能力培養項目乃為運算 思維（Computation Thinking，簡稱 CT），電腦科學學者 Wing 所提出：「運算思維是運 用電腦科學基本概念來解決問題、設計系統、以及了解人類的行為。」透過程式設計 課程的學習，培養學習者邏輯思考、系統化思考等運算思維，並藉由程式設計與實作，

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增進運算思維的應用能力、解決問題能力、團隊合作以及創新思考的能力（Wing, 2006）。

Wing 更進一步定義運算思維「架構及解決問題之思考流程，將其以訊息處理者可以有 效執行之形式呈現（Wing, 2011）。」另外，美國電腦科學教師協會將運算思維定義為 電腦可執行的問題解決策略，包括使用抽象化、遞迴、重複等概念，處理及分析資料，

和製作虛擬或實際的成品（CSTA, 2011a）。美國國際教育科技協會（International Society for Technology in Education，簡稱 ISTE）認為運算思維是問題解決的過程，它包括：

架構問題、邏輯化、抽象化、自動化、效率化、及一般化等特性（ISTE, 2011）。Grover 及 Pea 彙總相關文獻後提出，目前廣為人知的運算思維內涵包含：模式一般化與抽象 化（包括建模及模擬）、系統化處理資訊、符號系統及表示方法、流程控制的演算法概 念、結構化分解問題（模組化）、條件邏輯、效率及執行限制與除錯及系統性錯誤偵測 等（Grover & Pea, 2013）。

程式設計中培養運算思維能力之重要性已漸漸備受重視，Wing 在 2006 年所發表 的一份報告中就曾提到：「電腦運算思考的技巧，並非電腦科學家的專利，而是每個人 都應該具備的。」目前教育部推動的十二年國民基本教育，就是希望能將運算思維的 能力培養整合到程式設計課程中，透過程式設計課程之具體規劃與實施，使學習者能 夠具備運算思維的能力，但在高中職程式設計課程實施上較缺乏有架構性之規劃與研 究方案，研究者本身為資訊教師，在高中任教資訊課程 5 年的時間中可以發現，在臺 灣程式設計教育課程的規劃上，目前較缺乏一套有架構的系統，資訊教師大多以自己 的習慣與喜好教授資訊相關課程，此外，對於學生學習程式設計後所產生之運算思維 之變化，及學生不同背景變項與學習運算思維之關係皆沒有相關研究。本研究將發展 高中職程式設計融入體驗學習之課程內容架構，並針對不同學生在學習程式設計融入 體驗學習的課程中運算思維能力指標之變化，加以分析最終並提出具體建議，以提供 給資訊科技教師及相關單位做參考。