第二章 文獻探討
第一節 程式設計教育課程與運算思維的關係
第一節 程式設計教育課程與運算思維的關係 一、什麼是運算思維?
運算思維(Computational thinking)一詞由 Jeannette M. Wing 於 2006 提出，他認 為「運算思維是一種思維方法和基本技能，所有人都應該積極學習並使用，而非 僅限於程式設計師」。運算思維是一種解決問題的過程，這種過程的訓練可以用於 所有學科的問題解決，包括數學、自然科學和人文科學；一種透過邏輯思考，讓 人與電腦可以同時理解並解決問題的程序；它是一種結合電腦的運算力與人類的 觀察力與創造力的高階能力。
運算思維是利用電腦科學的基本觀念進行問題解決、系統設計與人類行為理 解的思維模式，擁有這樣的思維模式可將複雜問題轉成可運算性（computability），
再進一步有效利用運算方法與模式來解決問題（Wing, 2006）。“運算思維讓我們能 擁有電腦科學家面對問題時的思維模式” (Grover & Pea, 2013)。(表 2-1)
根據教育部運算思維推廣中心與 google 的定義，歸納具體的運算思維包含的 因素有：
1. 拆解問題：將問題、數據、流程拆解成較小且可管理的部份。
2. 模式識別：對各種數值、文字和邏輯關係的訊息進行描述、分類、辨認、
和解釋的過程。
3. 抽象化：縮減一個概念或現象的資訊含量，並產生一般性通則。
4. 演算法：設計一個執行步驟去解決問題或類似問題。
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Google for Education (2015)
包含許多特性的問題解決過程，如：邏
Anderson, 2004; Sandberg, 2000）。
「關鍵能力」（key competence）代表一種可轉移且可以運用到不同的情境，
可以達成不同目標、解決不同問題的能力。在全球化的今天，每個人都需要具備 關鍵能力，具備這些能力得以自我實現、融入社會與就業，並成為具備移動力的 國際公民（劉蔚之，2007）。關鍵能力是一種能有系統性思考並能做深度思考的習 慣，具備這樣的能力，才能因應全球未來快速變動的時代。從教育的角度來看，
關鍵能力又稱為核心能力或基本能力（key skills 或 key competencies）指學生應該 具備的重要知識、技能、素養及態度，以適應未來社會的生活。
二十一世紀的學習者究竟需要具備什麼能力，才能面對未來的生活？老師還
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在用過去二十年前學過的東西，教現在的孩子面對二十年後的生活嗎？因此美國 擔心現行教育制度無法培養出有效率、有能力的人才來面對未來多變的世界，於 是由思科、蘋果、微軟等高科技公司與美國教育部，共同成立了二十一世紀關鍵 能力聯盟（P21,Partnership for 21st century skills），透過具有影響力的領導者由下而 上的廣納意見，討論歸納出二十一世紀的重要技能，因而提出的 P21 教育方案，
希望能幫助學校、教師及教育者一同來面對這變化莫測的未來，如何透過教育的 力量，培養學生關鍵能力，為未來所需人才做準備。這些關鍵能力簡稱 4C，即為 批判性思考與問題解決（critical thinking and problem solving）、有效溝通（effective communication）、團隊共創（collaboration and building）、創造與創新（creativity and innovation）。而程式設計課教育正可培養孩子批判性思考、問題解決、溝通、團隊 合作、創新等能力，因此各國家才會不遺餘力的在推廣程式設計教育。
因此近年來各國重新定義了資訊教育的內涵與意義，我國 107 年「資訊科技」
課程(國教院，2015)領域特別重視學生「運算思維」能力的培養，除了學習基本電 腦科學相關知能、技能之外，還能夠透過資訊科技之設計與實作來培養邏輯推理 能力、系統化思考、拆解問題等思維，增進應用能力、解決問題能力、團隊合作 及創新思考能力。國際科技教育應用協會（The International Society for Technology in Education 〔 ISTE 〕）提出應培養學生高層次的技能，如： 資訊 流暢性 運用
（information fluency）、解決問題及決策、批判性思考（ISTE, 2013）。美國 CSTA(The Computer Science Teachers Association)也於 2011 年重新訂定資訊科學課程內涵，將 運算思維視為資訊科學課程的主軸。澳洲數位科技課程（Digital Technologies）中 也強調應培養學生在運算思維上的觀念與技能，能使用數位科技，來培養實作與 解決問題的能力（ACARA, 2013）。英格蘭於 2013 年所修訂的電腦課程標準也將 運算思維列為課程的關鍵過程（key process）與學習目標（DOEE, 2013）。除了教 育界對運算思維的重視，Google 不僅對運算思維下了定義(表 2-2)，亦開發一系列 運算思維的教材。
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表 2-2 Computational Thinking(CT)的 11 項重要概念與定義
CT 11 項重要概念 定義
1.抽象化 (Abstraction) 識別和抽取相關信息以定義主要想法 2 演算法設計
(Algorithm Design) 產出有序指令以解決問題或完成任務
3.自動化 (Automation) 利用電腦或機器重覆任務 4.資料蒐集
(Data Collection) 蒐集與問題解決相關的資料
5.資料分析(Data Analysis) 透過歸納模式或發展深入分析方法以理解資料 6.資料表示
(Data Representation) 用適合的圖表、文字或圖片等表達與組織資料
7. 分解
(Pattern Recognition) 識別資料中所觀察的樣式、趨勢或規規律
11. 模擬 (Simulation) 發展模型以模仿真實世界的程序
資料來源整理：Google (2015). Exploring Computational Thinking. Retrieved from https://edu.google.com/resources/programs/exploring-computational-thinking/