緒論

第一章 緒論

第一節 研究背景與動機

台灣自民國七十二年起在高中設立「電子機算機簡介」之選修課程；八十二 學年度頒布的國小課程標準，在團體活動課程科目的分組中列入電腦項目；八十 三學年度頒布國民中學必修「電腦」課程標準（教育部，1995），並於八十七年 將「電腦」課程納入國中必修科目（何榮桂、陳麗如，2001）；而即將於九十九 年實施的高中課綱將電腦課程（資訊科技概論）納入為高中必修課程（教育部，

2008）。由此可見，電腦課程在中小學的課程中，佔有一定的重要性。在電腦教 學中，「程式設計」為教學的重點之一，許多學者指出，學習程式設計能夠培養 學習者邏輯思考、問題解決、及高層次思考的能力（Papert, 1980; Dagdilelis, Satratzemi, & Evangelidis, 2004）。因此，程式設計的教學方式、時間、教授何種 程式語言等課題一直是資訊教育學者所關心的重點。

在目前即將實施的99年高中「資訊科技概論」課綱中，程式設計的相關教學 內容約佔電腦課程總時數的三分之一；且在過去的高中電腦教學實施現況調查報 告指出（陳宏煒，2003）有37％的教師表示花費超過30%以上的時間講授「程式 語言」，由此可知程式設計課程的重要性，但儘管如此，Beaubouef及Mason（2005）

指出學生常在學習完程式設計課程後僅能理解程式語法，卻無法自行解決問題以 及進行程式規劃，且Guzdial及Soloway（2002）調查指出，放棄或學不好程式設 計的學生占學習總數的30%以上，而在國內，莊雅茹（1995）亦指出多數學生認 為自己的學習成效「差」或「非常差」，因此可看出多數人視程式設計課程為畏 途。莊雅茹（1995）從教師觀點探討高中電腦課程的實施成效調查報告指出，若 將電腦課程分類為「電腦基本知識或概念」、「套裝軟體教學」、「程式語言」等三 部分來看，教師與學生皆認為學習成效最差的是「程式語言」部分。而詳細的調 查結果分析顯示主要原因是學生學習動機差、課程內容較套裝軟體來的枯燥乏

2

味、學生邏輯能力不夠推演、實際上機時間不足，或課餘自我學習的時間大少等 因素（莊雅茹，1995）。由此可知「程式設計」課程在電腦課程中固然扮演極其 重要的角色，但實際教學上卻有種種難題需要克服。

在程式設計的教學過程中，初學者常會認為學習程式設計就是在學習該語言 的語法應用（Beaubouef & Mason, 2005），而國內高中程式設計教學教材目前多 以教授Visual Basic為主，學生常花過多的時間在學習Visual Basic語言本身的語 法、VB編譯環境介面的使用而非專注於問題解決的能力上。du Boualy（1989）

認為程式設計初學者遭遇到的最大問題是在於程式概念太過抽象、不易理解，並 指出適合程式設計初學者的教學應具備簡單化及視覺化等特性。Mayer（1986）

認為透過視覺化工具可以幫助初學者建構正確的概念模型，由他的實驗證明，具 體模型（concrete model）的確有助於學生提升程式設計的學習成效。Robin（2003）

等人則認為程式設計初學者不易了解程式執行的過程，故應協助學生建立適當的 概念機器（notional machine）以了解程式設計中所隱含的多項抽象概念。因此，

如何提供程式設計初學者視覺化工具（或具體模型），以幫助學生學習程式設計，

是一個很值得深入探討的課題。而本研究所使用的LEGO Mindstorms樂高機器人 即為視覺化程式設計教學工具之一，學習者可藉由機器人的動作「實際看到」程 式運行的過程，而非以往程式抽象執行後直接秀出結果。且由於LEGO

Mindstorms的樂高積木可以任意輕易組合變形成各種形狀，搭配可程式化積木載 入不同韌體後，即可輕易以不同的程式語言操控機器人。因此，樂高積木不再只 是玩具，更可應用其做為教學的輔具。亦有為數眾多的研究認為LEGO

Mindstorms 機器人適合應用至程式設計教學中（Dagdilelis, Sartatzemi, & Kagani, 2005; Fagin, & Merkle, 2003; Lawhead et al., 2003; Williams, 2003; Wolfe et al., 2003; Barnes, 2002; Flowers & Gossett, 2002; Patterson-McNeill, & Binkerd, 2001）。

雖然有學者背書及眾多文獻支持以機器人進行程式設計教學，但有關於探討 應用機器人程式設計教學的實證研究並不多，且多數證明以機器人教授程式設計

3

並未改善學生的學習成效。因此，雖然相關文獻皆認為機器人或機器人模擬軟體 有助於程式設計教學，但實證資料卻未能為此論述帶來佐證。到底機器人是否適 合做為程式設計的教學工具？亦或機器人雖然合適做為程式設計教學工具，但是 由於教師工具使用上的不熟悉，或機器人應用在初學者學習程式設計的時機都是 可能影響初學者學習成效的變因。那麼，在何種教學方法才能發揮機器人的優 點？是很值得我們探討的問題。劉洲（2005）建議可使用樂高機器人做為程式設 計教學課程的前導組織；由於學生可能會花過多時間在設計機器人造型而非設計 程式解決問題，因此曾義智（2007）、謝亞錚（2009）嘗試在實驗之前先行將樂 高積木組合成機器車狀，以讓學生專注於以程式設計機器車解決迷宮問題，而非 流於樂高積木的組裝。因此本研究嘗試以實證研究的方法，探討運用組裝完成的 樂高機器車做為前導組織於高中程式設計教學之成效，並進一步探討學生學習態 度，以提供未來教學之參考。

再者，以認知的觀點來看，人類在經歷或學習新事物後，會對事物的發展及 變化，歸納出一些結論，等到重覆或類似的事情再度發生，我們便不自覺的套用 該結論，來預測事物的發展變化，此種行為模式，我們稱之為「心智模型」

（Johnson-Laird, 1983）。而初學者在學習程式設計的過程中也會產生一套屬於自 己的心智模型，用以解釋所學以及撰寫程式。正確的程式設計心智模型會導引學 生寫出能夠適切解決問題的程式，不正確的心智模型可能會導致其在程式設計的 學習上產生困難，以至於無法正確解題。因此，本研究亦欲探討以機器車前導組 織輔助程式設計教學與傳統程式設計教學所形成的心智模型差異為何，以及學生 以機器車前導組織輔助程式設計學習所建立的心智模型是否能夠有效且適切的 幫助學生解題。並希冀本研究結果可以做為未來使用機器車於程式設計教學參考 之依據。

4

第二節 研究目的

本研究之主要目的是探討以機器車程式設計環境做為傳統程式設計的前導 組織之成效。質言之，本研究的主要目的有以下三點：

1. 探討運用機器車做為程式設計學習的前導組織對學生學習成就的影響。

2. 探討運用機器車做為程式設計學習的前導組織對學生學習態度的影響。

3. 探討運用機器車做為程式設計學習前導組織的學生，其形成的心智模型 與傳統程式設計教學學生的心智模型的差異。

5