程式設計學習

學習程式設計不僅讓學習者了解程式語言的基礎概念，更能有系統化問題解 決能力、邏輯思考培養學習者具備運算思維(Wing, 2006)，本節針對「程式設計學 習之重要性」、「程式設計初學者之學習困難」、「實體運算裝置微型電腦輔助程式 設計學習」分別進行探討。

壹、程式設計學習之重要性

運算思維是二十一世紀兒童的關鍵技能。然而，目前仍不清楚運算思維如何 以最有效的方式在兒童上發展，目前用以培養運算思維，且備具可能性的其他方 式，例如教育機器人、講故事、不插電的活動、Scratch Jr 等(Pérez-Marín et al., 2018)。

有許多新的學習工具會被用來教電腦科學、機器人及程式設計等等。Moreno-León、

Román-González 與 Robles (2018)整理出五種新技術以教授與學習程式設計與運算 思維，如表2-1。美國 K-12 Computer Science Framework Steering Committee (2016) 則提出而建立運算思維最有效率的方式即是學習電腦科學，豐富的電腦運算環境 像是文字式和圖像式程式設計語言，皆能允許學習者審視、自編指令與操作機器，

以支持學生發展運算思維能力。

表2-1 五種新技術以教授與學習程式設計與運算思維

在CSTA K-12 Computer Science Standards 中，提出 K-12 學童需培養運算思 維能力、電腦基礎概念及簡單的程式編輯能力，Horizon Report K-12 (2017)強調撰 寫程式的素養(Coding as a Literacy)和學生為創作者(Students as Creators)為美國教 育科技發展的重要趨勢。可見程式設計教學的重要性與日俱增，學習程式設計是 為了培養學習者分析問題、邏輯思考及運用解題策略，再經由實作驗證程式執行 結果，並於過程中調整及除錯之問題解決的能力(Korkmaz, 2016; Soloway, 1986)。

而在臺灣108 課綱實施後，程式設計的課程將納入資訊科技領域，但對於程式語 語言概念，造成更多學習困難導致學習興趣低落(Kaya & Cagiltay, 2017)。程式設

學習 者運用程 式的語 法 和 技巧來 解 決日常 周 遭的各種問 題能力(Filsecker &

Hickey, 2014; McCall, 2016)。

程式設計初學者對於解決問題上，常不知從何下手，無法將所學的知識運用 出來，導致無法進入解題的脈絡之中(Lye & Koh, 2014)。當學習者在設計程式時，

需要將問題的描述轉為程式邏輯。將程式運作上的邏輯架構再轉為程式碼的過程 是困難的。程式設計學習是要讓學習者根據程式語言的語法、語言結構與設計技 巧來解決問題(Spohrer & Soloway, 1986)，也就是學習者必須要能夠以程式語言邏 輯的思考方式來解決問題。同時，程式語言的知識屬性為較抽象、不易理解，容 易導致初學者學習困難且學習動機低落(Winslow, 1996)儘管學習程式設計能夠培 養學習者問題解決的能力，但對於先備知識不足的初學者來說，常常不理解程式 背後的抽象概念。既使透過教師講述，但卻不知道程式概念所執行的結果，仍舊 導致對概念的不理解。

參、實體運算裝置輔助程式設計學習

使用程式設計硬體可創造性地設計有形的交互式對象或系統的最終過程就 是現在所稱的實體運算。特別是在 K-12 電腦科學的教育環境中，為使用者提供 了一種跨越硬體和軟體的實體運算體驗為其優勢(Sentance et al., 2017)。現在有許 多支持程式設計和數位學習的物理設備可供使用，他們讓兒童與青少年感到有趣，

且容易獲得或展現創造力(Kalelioglu & Sentance, 2019)。

由英國 BBC 所主導開發的 micro:bit 是袖珍型可進行程式設計的實體運算設 備。該設備有許多功能：它具有內置 25 個紅色 LED 燈可閃爍訊息，2 個按鈕，

透過程式設計可用於控制程式或遊戲，以及可檢測運動和方向的感應器，並且支 持藍牙低功耗無線通信。其可以透過桌上型電腦、筆記型電腦或平板在基於網頁 的環境中編寫程式。在英國微型電腦 micro:bit 已於 2016 年廣泛推廣給七年級學 習者，目前向所有年齡層的學習者，改善他們的科技與工程學習(Kalelioglu &

Sentance, 2019)。

綜合上述，透過學習程式設計培養運算思維，不僅能應用在電腦科學，也能 應用到其他相關科目中，甚至是日常生活裡，是學生需培養終身學習所需的重要 能力之一。因此，本研究以實體運算裝置微型電腦micro:bit 及體驗式學習環引導 學習程式設計，搭配視覺化程式語言網站 MakeCode，期望透過專題式學習任務 培養高層次的思考及增加學習成效與學習動機。