第一節 研究背景與動機
從國際上相關教育政策的發展可以發現，許多國家已經注意到電腦科學教育 對未來的生活、工作及國家發展相當的重要，因此在課程標準訂定、教師培訓和 政策宣導上已如火如荼的展開（教育部，2013；ACARA, 2013；Brinda, Puhlmann,
& Schulte, 2009；CSTA, 2011）。2011 年美國電腦科學教師學會（Computer Science Teachers Association, CSTA）修訂 K-12 電腦科學課程標準，明列所需培養之能力 及學習內容，倡議所有學生都應修習該課程（CSTA, 2011）；美國白宮（Whitehouse, 2014）也宣布，將在全美最大的 7 個學區同推程式設計課程，並自 2015 年秋季 開始培訓一萬名電腦科學教師，2016 冬季開始時將會有兩萬五千名老師可以教 受電腦科學，預計將影響全美一千多所中學，計四百多萬青少年學生受惠。美國 大學委員會推出高中先修電腦科學課程 AP Computer Science Principles（College Board, 2014），課程著重以資訊科技及程式設計的實踐與應用來解決運算問題
（computational problem）。英國教育部於 2014 年實施新制定之課程綱要，電腦 將科目名稱更名為 Computing，取代過去 ICT（Information and Communication Technology），以電腦科學為核心概念而非資訊科技的操作及應用（DE, 2013）。
是知名軟體 Skype 發源地的愛沙尼亞，在 2012 年啟動了老虎計畫（ProgeTiiger），
著重於電腦科學教師培訓以及教材發展與推崇，讓小學一年級開始學習程式設計、
網頁應用程式以及網站設計，藉此培養學生邏輯思維、創造力以及數學能力
（HITSA, 2015）。此外，如澳洲（ACARA, 2013）、德國（Brinda, Puhlmann, &
Schulte, 2009）、及以色列（Gal-Ezer & Harel, 1999）等國也意識到電腦科學的重 要性，紛紛將電腦科學或資訊科技納入中小學課程中。
我國教育部（2015）也改訂新的「資訊科技」課程綱要，分別納入國中及高 中必修科目。課程的目的主要是培養學生利用運算思維與資訊科技有效解決生活與 學習問題，並能進行溝通與表達，及以團隊合作的方式進行資訊科技創作。而「運
算思維與問題解決」更是課程學習的主要核心，期望學生能「具備運用運算工具之
運算思維（Computational Thinking, CT）一詞最早是由 Carnegie Mellon University（CMU）的電腦科學學者 Wing（2006）所提出，她指出：「運算思維 是運用電腦科學基本概念來解決問題、設計系統、以及瞭解人類的行為」，是每 個孩童都應具備的基本素養，以及未來生活必備的電腦科學技能與知識。Wing
（2011）後來又進一步定義 CT 為「一種思考歷程，是規劃問題與解決方案的心 智活動，而這些問題解決方案能由人、電腦或兩者的結合來實施」。Wing（2008）
指出如何有效的讓學童（或教師教授）學習運算思維是我們面臨的最大挑戰之一，
而傳統的電腦科學教學大都以一般程式語言（如：C++、Java）工具培養運算思 維，讓初學者藉由程式設計過程學習重要的概念，然而此種方式對中小學學生而 言過於艱澀不適合，Kelleher 及 Pausch（2005）建議以拖拉方式的視覺化程式語 言較適合培養學生運算思維，因此學習運算思維的工具環境應該是要低入門門檻
的特性（Repenning, Webb, & Ioannidou, 2010）。Kazimoglu 等人（2012）讓學生 在遊戲情境中輸入圖像式指令解決問題，並藉由循序、迴圈和程式函式等概念幫 助學生培養運算思維。Settle（2011）則是以紙本的井字遊戲和蛇梯道等遊戲，
讓學生將遊戲規則抽象化，並觀察模式找出之間的脈絡，最後評估最優策略來達 成遊戲目標，藉此一在遊戲情境過程中培養運算思維。上述教學著重在「情境」
的建立，讓學生在構築知識時，免去額外的負擔，同時也在情境中解決問題，藉 此過程來培養運算思維的能力。且台灣即將實施十二年國教課程，然而目前國內 國、高中課程對於運算思維能力之培養的相關研究並不多，主要原因在於目前國 內以運算思維為核心課程之發展尚未成熟，如何發展有效培養運算思維教材是本 篇研究中主要探討的重點之一。因此本研究主要目的為分析國外培養運算思維的 教材與研究，並且以此為基礎來發展適合我國的運算思維的教材，並更進一步探 討其成效與影響。
第二節 研究目的
運算思維普遍被認知是解決問題的過程，而這過程中牽涉到許多電腦科學相 關基礎概念的使用，其中「分解問題」則在許多研究中被認為是重要能力之一，
將複雜的大問題（演算法、作品、流程或系統）分解後，可以更簡單的被執行或 解決、被掌控處理（Curzon, Dorling, Ng, Selby, & Woollard, 2014; ECT, 2015）。因 此，本研究所發展之運算思維教材便是以培養學生分解問題之能力。
本研究旨在發展情境式運算思維的分解問題能力教材，並評估教材對學生分 解問題能力和學習態度之影響。具體的研究目的如下：
一、 發展情境式運算思維之分解問題能力教材
二、探討情境式運算思維之分解問題能力教材對學生分解問題能力的影響 三、探討情境式運算思維之分解問題能力教材對學生學習態度的影響
第三節 研究限制與範圍
本研究的範圍與限制如下：
1. 本研究設計的運算思維教材，主要以培養學生分解問題之能力。電腦 科學知識主要為二元搜尋法、快速排序法以及Scratch程式設計。
2. 本研究之研究對象為女校且資優學校，學生學習態度積極，因此本研 究的結果只適合推論至其他相同背景的班級，不適合做過度推論。
第四節 名詞釋義
本節針對研究出現的名詞釋義，包含運算思維、分解問題、情境式學習。
1. 運算思維：問題解決過程中所包含的一些特性：(1)把問題規劃成可用電 腦或其他工具解決的形式，(2)有邏輯地組織和分析資料，(3)以抽象化表 示資料，(4)建立演算法將解題方案自動化，(5)分析各種可能找到最有效 的解題方案，(6)將問題解決過程一般化以解決其它的問題；以及態度：
(1)有自信去面對複雜的事情，(2)面對困難的問題能堅持下去，(3)容忍模 糊的事物，(4)有能力去處理開放性的問題，(5)有能力與他人溝通合作達 成共同的目標（ECT, 2015）。
2. 分解問題：將複雜的大問題（資料、演算法、作品、流程或系統）分解 後可以更簡單掌控處理並執行或解決（ECT, 2015）。
3. 情境式學習：情境式學習乃是將學習置於真實或模擬的情境之中，透過 學習者與情境間的互動，使學生更有效率的將學習到的知識應用在生活 中（林吟霞、王彥方，2009）。