第一節 研究背景
電腦與問題解決是資訊科技概論課程綱要的六大單元之一，目的在培養學生 邏輯思維及運用電腦解決問題的能力（教育部，2008），課程內容即以程式設計教 學為主，先瞭解電腦與問題解決的關係，接著透過程式設計實作課程，讓學生體 驗問題解決的過程，並從中了解電腦科學的內涵，進而達到設定的目標。在研究 者任教高中資訊科技概論課程的經驗裡，如何改善學生在程式設計教學課程的學 習情形，一直是重要的課題。
程式設計教學的授課時數依課程綱要建議為十小時，因為學生幾乎沒有程式 設計的學習經驗，在過去的教學經驗中發現，部分學生容易陷入學習困難：包含 學習意願不高、對程式抽象概念理解困難，以及對程式設計課程不感興趣，對於 教學者而言，這無疑是個挑戰。為了改善這種情形，研究者在程式設計教學工具 與教學策略的選擇上，曾經做過幾次調整，希望能夠提升學生對程式設計概念的 理解，練習設計程式解決問題，並增加學生的學習興趣。
不同的程式設計教學工具需搭配合適的教學策略，而效果亦各有不同。研究 者在使用Ｃ++程式語言的經驗裡，搭配教學設計中用來引導學習的問題和範例，
適合初學者的小型程式，大都與數學計算有關。學生雖然能夠體驗傳統程式設計 知識建構的過程，但是受限於嚴謹的語法要求，以及數學計算的思維，學生往往 以為程式設計就只是計算，缺少了趣味。研究者也曾使用 Scratch 作為程式設計教 學工具，而改以說故事的方式來設計程式，不須撰寫傳統的程式碼，降低撰寫程 式的難度與抽象程度，甚至可以輕易地進行遊戲設計，鼓勵學生發揮創意並增加 學習的趣味。然而程式的功能與用途也受到限制，侷限在程式產生的場景中，數 學計算變得比較複雜，少了撰寫傳統程式碼的訓練過程。
研究者在使用 LEGO Mindstorms NXT 作為程式設計教學工具的經驗中發現，
LEGO Mindstorms NXT 可結合 C++與 Scratch 程式設計教學的優點，其教學範例可 以密切地和生活經驗結合，且可採用與傳統程式語言相同的開發環境，並藉由機 器人的實際運作，直接看到程式執行的結果，增加學生的學習興趣。然而 LEGO Mindstorms NXT 機器人套件價格不菲，學校能夠採購的數量有限，教學活動要以 學生分組的方式進行，在學習評量上就難以個人表現的方式評定成效，再加上授 課班級重複使用的情形下，造成時間衝突、教學運用受到限制，以及機器人套件 的保管維護等困難。
參考相關文獻發現，使用機器人模擬軟體可以保留機器人程式設計的優點，
又可以解決研究者所遭遇的問題。曾義智（2007）與謝亞錚（2009）利用 LEGO Mindstorms 的模擬軟體 LMS 進行實驗，發現模擬軟體對學生的學習成就影響效果 無異於實體機器人；由於減少將程式傳輸至實體機器人的時間，學生因此有更多 時間可以進行思考活動。陳玥汝（2010）為了提升模擬 LEGO 機器人的效果，開 發 LEGO NXT 機器人 3D 模擬軟體，可模擬機器人在真實 3D 環境的行為；程式編 輯器的操作介面與實體機器人類似，並採用傳統撰寫程式碼的方式進行程式設 計。
因此本研究將採用行動研究法，以 LEGO NXT 機器人 3D 模擬軟體作為教學 工具，規劃一系列的單元活動，進行高中程式設計教學。希望藉由模擬軟體的導 入，改善學生的學習情形，並在教學歷程中，透過系統性的探究，將教學過程詳 細記錄，分析學生對教學活動的反應與回饋，探討教學實施的成效並進行教學調 整，而研究者也能從教學過程中得到省思與啟發，促進本身教學專業的成長。
第二節 研究目的
本研究應用 LEGO NXT 機器人 3D 模擬軟體於高中程式設計教學，研究目的 如下：
一、使用 LEGO NXT 機器人 3D 模擬軟體學習程式設計，改善學生學習情形。
二、探討應用 LEGO NXT 機器人 3D 模擬軟體於程式設計課程的相關問題，
包含學生遭遇的困難、使用此工具的優缺點，並提出教學建議。
三、藉由本行動研究，促進研究者的教學成長。
第三節 研究範圍
本研究採用 LEGO NXT 機器人 3D 模擬軟體為教學工具，進行程式設計教學。
教學內容包括：循序結構、變數與運算式、選擇結構、重複結構以及機器人套件 中光源、碰撞感應器的運用。
第四節 名詞釋義
一、模擬軟體（Simulation、Simulator）
本研究之模擬軟體指軟體中具有一主角，該主角是真實物體的模擬，使用者 藉著撰寫程式來控制該主角，使主角與軟體中的環境產生互動，如同在真實世界 的互動情形。