研究設計

本研究採準實驗設計，旨在探討不同學習策略的數位遊戲教材（由下而上式、

由上而下式），對高中二年級學生 Java 程式設計學習成效、學習態度和 Greenfoot 自 我效能之影響。數位遊戲式學習中不同學習策略教材之研究設計及實驗教學活動分 別敘述如下：

一、 不同學習策略之數位遊戲學習教材之研究設計

不同學習策略之數位遊戲學習教材架構如圖 3-1 所示。

自變項 依變項

1、由下而上式學習策略組 2、由上而下式學習策略組

1、程式設計學習成效 2、程式設計學習態度 3、Greenfoot 自我效能 圖 3-1 研究設計架構圖

本研究之自變項為「學習策略」，依據程式設計概念與遊戲功能實作順序，分成

「由下而上式」與「由上而下式」兩種類型，兩組在正式教學前都會教導 Greenfoot 基本操作。「由下而上式學習策略組」的教學內容從程式設計概念開始，學習程式設 計基本概念，學習者利用所學之程式設計概念，實作數位遊戲中的特定功能，由各 項特定功能，組合成一個完整的數位遊戲。在課堂中將提供學習講義，供學生學習 與實作參考；「由上而下式學習策略組」的教學內容以「TankWorld」遊戲整體架構 開始，了解數位遊戲架構與各項功能，在實作各項功能時，學習程式設計概念。

本研究之依變項有三，分別為「程式設計學習成效」、「程式設計學習態度」和

「Greenfoot 自我效能」。本研究之「程式設計學習成效」是指學習者經由教學活動 實驗教學後，學習程式設計相關概念的學習成效，使用程式設計學習成效後測測驗

卷成績進行比較。「程式設計學習態度」是指學習者經由學習活動實驗教學後，接受 程式設計學習態度評量的分數，評量學習者的學習態度感受，其中包括對於程式設 計的看法、對於上課教材的看法、個人學習情況和其他改進建議。「Greenfoot 自我 效能」是指學習者經由數位遊戲式學習活動實驗教學後，接受 Greenfoot 自我效能量 表的分數，測量學習者對於 Greenfoot 使用的自我效能。

本研究為配合受試班級的班級、教室與課表的安排，實驗教學以班級為單位，

實驗地點皆在電腦教室進行，教學者為研究者本人，實驗教學為期四週，每週一節 50 分鐘，每班各 200 分鐘。

二、 不同學習策略之數位遊戲學習教材實驗教學活動設計

（1） 學習領域與目標

依據教育部普通高中必修科目「資訊科技概論」課程綱要，課程欲達成目標之 一為培養學生邏輯思維及運用電腦解決問題之能力。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（陳宏煒，2003）。本研究使用 Java 作為程式設計教學的程 式語言，教學活動為教導學生實作「TankWorld」遊戲，從中學習程式設計概念，包 括(1)方法呼叫、(2)參數、(3)資料型態、(4)回傳值、(5)if-敘述句、(6)亂數、(7)按鍵 偵測、(8)多重判斷式、(9)變數與物件宣告、及(10)迴圈。

（2） 數位遊戲設計

本研究使用的遊戲參考「坦克大戰(Battle City)」遊戲，「坦克大戰」是一款平面 射擊遊戲，是 1985 年出版於日本開發商「南夢宮（NAMCO）」。在此遊戲中，玩家 操作一輛坦克，必須消滅所有電腦控制的敵軍坦克，而且保護自己的基地。遊戲中 有許多地形和障礙，例如磚牆可以被雙方的任何坦克銷毀，但是鋼鐵牆只能被玩家

升級後的坦克毀滅。樹林可以擋住玩家的視線，但是對電腦控制的坦克毫無影響。

遊戲中也有許多道具供玩家操作的坦克升級，如炸彈可使敵方的坦克全部炸毀、時 鐘可使敵方的坦克全部停止，過一段時間後又會恢復。「坦克大戰」遊戲畫面如圖 3-2 所示。

本研究簡化「坦克大戰」遊戲，保留適合程式設計教學的部分功能，使用 Greenfoot 發展「TankWorld」遊戲。「TankWorld」遊戲中，玩家操作一輛坦克，坦 克可利用鍵盤方向鍵控制上、下、左、右四個方向前進，按下空白鍵可發射子彈。

遊戲目標是消滅地圖上所有電腦控制的敵軍坦克，地圖上有兩種障礙物，一種是磚 牆，可以被坦克所發射的子彈銷毀，另一種是鋼鐵牆，無法被銷毀。「TankWorld」

遊戲畫面如圖 3-3 所示。

圖 3-2 坦克大戰遊戲畫面

圖 3-3 TankWorld 遊戲畫面

（3） 數位遊戲實作教材設計

本研究之數位遊戲實作教材設計，是將「TankWorld」遊戲拆解為三部分，坦克、

子彈與地圖，坦克可細分為玩家操作的紅色坦克與電腦控制的綠色坦克，紅色坦克 可由玩家利用鍵盤操控，綠色坦克則在地圖上隨機移動。依據遊戲各部分功能，設 計兩種不同學習策略教材，分別為「由下而上式（Bottom-up）學習策略教材」和「由 上而下式(Top-down)學習策略教材」，圖 3-4 為課程規劃樹狀圖，說明兩個不同策略 學習教材的學習內容與次序。

圖 3-4 課程規劃樹狀圖 學習教材內容分述如下：

1. 由下而上式（Bottom-up）學習策略教材

本學習教材先從 Java 基本程式設計語法與概念的學習開始，並搭配連貫的實作 練習，實作 TankWorld 遊戲中各角色的行為，最後整合成完整遊戲，教學時間為四 堂課，每堂課 50 分鐘。以下分別說明各堂課教學內容：

1.1. 第一堂課

學習內容為程式設計中的「方法呼叫」、「參數」、「資料型態」和「if-敘述句」。

「方法呼叫」對應的實作練習為坦克前進；「參數」對應的實作練習為坦克轉彎、「資 料型態」、「回傳值」和「if-敘述句」對應的實作練習為坦克邊界偵測。

1.2. 第二堂課

學習內容為程式設計中的「隨機亂數」、「按鍵偵測」和「多重判斷式」。「隨機 亂數」對應的實作練習為坦克的隨機行為；「按鍵偵測」對應的實作練習為坦克的鍵 盤控制行為；「多重判斷式」對應的實作練習為障礙物偵測。

1.3. 第三堂課

學習內容為程式設計中的「新增物件」、「移除物件」和「變數宣告」。「新增物 件」和「移除物件」對應的實作練習為子彈發射功能；「變數宣告」對應的實作練習 為子彈冷卻時間功能。

1.4. 第四堂課

學習內容為綜合練習與「迴圈」。綜合練習內容包含「方法呼叫」、「變數宣告」

和「if-敘述句」，對應的實作練習為角色間的碰撞功能；「迴圈」對應的實作練習為 地圖中障礙物的建置。

2. 由上而下式（Top-down）學習策略教材

由上而下式學習策略教材是從遊戲架構出發，解析遊戲中各角色間的規則和各 角色的行為屬性，列出各角色詳細功能，並實作出來。從實作中學習程式設計語法 和概念。教學時間為四堂課，每堂課 50 分鐘。以下分別說明各堂課教學內容：

2.1. 第一堂課

學習內容為遊戲解析和坦克行為。遊戲解析是指向學習者介紹遊戲架構，說明 遊戲規則，並列出遊戲中各角色的屬性功能，如綠色坦克由電腦控制，可在地圖上 隨機移動、紅色坦克由玩家操控，可利用方向鍵移動，和利用空白鍵發射子彈等。

了解遊戲整體架構後，藉由實作坦克移動與轉彎行為，學習程式設計中的「方法呼 叫」和「參數」概念。

2.2. 第二堂課

學習內容為坦克的邊界偵測、隨機移動及鍵盤控制移動。邊界偵測是指讓坦克 在接觸地圖邊界時能回頭，實作時需使用的程式設計概念為「if-敘述句」和「回傳 值」。隨機移動行為是指讓坦克在地圖上能隨機前進和轉彎，實作時需使用的程式設 計概念為「隨機亂數」和「if-敘述句」。鍵盤控制移動是指玩家可藉由鍵盤的上、下、

左、右鍵控制坦克移動，實作時需使用到的程式設計語法有「按鍵偵測」。

2.3. 第三堂課

學習內容為子彈行為，子彈行為有三種，第一種是當坦克按下空白鍵發射子彈 時，新增子彈物件，並讓子彈出現在地圖上，往發射方向前進。第二種是當子彈碰 到其他物件時，必須消失。第三種是當子彈發射一段時間後，若沒有碰到其他物件，

也必須消失。第一種行為實作時需要使用的程式設計概念為「新增物件」。第二種行 為實作時需要使用的程式設計概念為「移除物件」。第三種行為需要使用的程式設計 概念為「變數宣告」。

2.4. 第四堂課

學習內容為地圖建置，地圖建置是指將各種障礙物放置在地圖上，包含坦克、

磚牆、鋼鐵牆等物件，實作地圖建置需使用的程式設計語法為「for 迴圈」和「while 迴圈」。