第三章 研究方法
第四節 資料收集工具
本研究設計了 9 題實作題目供研究對象進行解題以收集研究資料，同時以 軟、硬體記錄研究對象的解題過程，以下分別詳述之。
一、實作題目：
研究者根據學生過去的學習經驗與電腦課程內容，列舉出初學 Alice 程式設 計者應學會的程式設計概念，包含物件、內建方法（built-in methods）、運算式、
內建函式、變數、選擇結構、重複結構、陣列、自訂方法（user-defined methods）
和參數，再針對這些概念設計了 9 個複雜度漸進的 Alice 程式設計題目，並由三 位現任高中職電腦科教師進行審閱，再根據其意見進行修正與調整。
每個實作題目均包含複數的程式概念，題號越大的題目所包含的程式設計概 念越多，並且涵蓋之前的題目所使用的概念。如此安排的目的為若是學生依照題
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（Programming Constructs）
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動作。此外，本題亦須使用控制結構 Do in order 和 Do together 來控制物件動作發 生的時序。
在場景中建立一個任意物件。
按下執行後，依序執行以下動作
1 物件說「Jump 1.」。 2 讓物件同時執行動作 2.1 與 2.2。
2.1 物件 2 秒內變成其它顏色。
2.2 物件 2 秒內完成跳躍的動作。
3 物件說「Jump 2.」。 4 讓物件同時執行動作 4.1 與 4.2。
4.1 物件 2 秒內再次變成其它顏色。
4.2 物件 2 秒內完成跳躍的動作。
圖 3.2 第一題程式執行示意圖
第二題至第六題為一連續的題組，以內建方法 resize 為主題，每題依序加入 不同的程式設計概念。
第二題：內建函式
本題（圖 3.3）要求程式設計者在場景中建立任兩個身高互異的物件，於程 式執行時，改變矮物件的大小，使其與高物件同高。程式設計者必須使用物件的
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函式（functions）進行數學運算，並將其設定為物件內建方法所接收的參數。此 題依然需要使用第一題中運用內建方法與控制結構的技巧。
在場景中建立兩個身高相異的物件（以下以身高較高的物件為物件 1，較矮的為物件 2）
按下執行後，依以下順序執行動作 1 物件 2 同時執行動作 1.1 與 1.2：
1.1 物件 2 說「Resize as high as (物件 1 之名稱).」。
1.2 透過物件內建方法 Resize 來進行物件大小的改變，使得物件 2 放大至與物件 1 相同 身高。
圖 3.3 第二題程式執行示意圖
第三題：變數
本題（圖 3.4）要求程式設計者在場景中建立任兩個身高互異的物件，於程 式執行時，改變矮物件的大小，使其與高物件同高後，再恢復為原本身高。延續 前一題所使用的方法，本題新增之程式設計概念為變數（variable）的宣告與使用。
由於矮物件增高至與高物件同高後，必須再恢復為原身高，程式設計者必須使用 一個變數來儲存矮物件原本的身高，才能順利將矮物件縮小為原來的身高。
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第四題：選擇結構
本題（圖 3.5）要求程式設計者在場景中建立任兩個身高互異的物件，於程 式執行時，先要求使用者輸入一個數字，並根據使用者輸入的數字進行動作。若 使用者輸入的數字為正數，則改變矮物件的大小，使其與高物件同高後，再恢復 為原本身高；若使用者輸入的數字為負數，則改變高物件的大小，使其與矮物件 同高後，再恢復為原本身高。本題加入選擇結構（if/else）的使用，程式設計者必 須能理解判斷條件的設定方法，並能依條件判斷結果執行相對應的動作，方能完 成此題。
第五題：重複結構（固定次數）
本題（圖 3.6）要求程式設計者在場景中建立任兩個身高互異的物件，於程 式執行時，先要求使用者輸入一個數字，並根據使用者輸入的數字進行動作。若 使用者輸入的數字為正數，則重複改變矮物件的大小三次，使其與高物件同高 後，再恢復為原本身高；若使用者輸入的數字為負數，則重複改變高物件的大小 三次，使其與矮物件同高後，再恢復為原本身高。本題必須使用重複結構（loop）
進行實作。若程式設計者並未使用 loop，而是以複製目標動作程式碼三次作為解 題方法，訪談者將介入提問，以確保程式設計者使用重複結構進行解題。
第六題：重複結構（不定次數）
本題（圖 3.7）與第五題相似，差別僅在於重複執行的次數乃是由使用者於 程式執行時輸入之數字所決定；換言之，本題著重於透過變數來控制重複結構的 執行次數。程式設計者必須正確處理變數並運用於重複結構之中，程式方可正確 執行。
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在場景中建立兩個身高相異的物件（以下以身高較高的物件為物件 1，較矮的為物件 2）
按下執行後，依以下順序執行動作 1. 物件 2 同時執行動作 1.1 與 1.2
1.1 物件 2 說「Resize as high as (物件 1 之名稱).」。
1.2 透過物件內建方法 Resize 來進行物件大小的改變，使得物件 2 放大至與物件 1 相同 身高。
2. 物件 2 同時執行動作 2.1 與 2.2
2.1 物件 2 說「Resize to former height.」。
2.2 透過物件內建方法 Resize 來進行物件大小的改變，使得物件 2 恢復原來的身高。
圖 3.4 第三題程式執行示意圖
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在場景中建立兩個身高相異的物件（以下以身高較高的物件為物件 1，較矮的為物件 2）
按下執行後，依以下順序執行動作 1. 要求使用者輸入一個數字 N。
2. 若 N > 0，則依序執行動作 2.1 與 2.2。
2.1 物件 2 同時執行動作 2.1.1 與 2.1.2。
2.1.1 物件 2 說「Resize as high as (物 件 1 之名稱).」。
2.1.2 改變物件 2 的大小，使得物件 2 的放大至與物件 1 相同身高。
2.2 物件 2 同時執行動作 2.2.1 與 2.2.2：
2.2.1 物件 2 說「Resize to former height.」。
2.2.2 改變物件 2 的大小，使得物件 2 恢復原來的身高。
3. 若 N < 0，則依序執行動作 3.1 與 3.2。
3.1 物件 1 同時執行動作 3.1.1 與 3.1.2。
3.1.1 物件 1 說「Resize as high as (物 件 2 之名稱).」。
3.1.2 改變物件 1 的大小，使得物件 1 的縮小至與物件 2 相同身高。
3.2 物件 1 同時執行動作 3.2.1 與 3.2.2：
3.2.1 物件 1 說「Resize to former height.」。
3.2.2 改變物件 1 的大小，使得物件 1 恢復原來的身高。
圖 3.5 第四題程式執行示意圖
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在場景中建立兩個身高相異的物件（以下以身高較高的物件為物件 1，較矮的為物件 2）
按下執行後，依以下順序執行動作 1. 要求使用者輸入一個數字 N。
2. 若 N > 0，則重複執行動作 2.1 與 2.2 三次。
2.1 物件 2 同時執行動作 2.1.1 與 2.1.2。
2.1.1 物件 2 說「Resize as high as (物 件 1 之名稱).」。
2.1.2 改變物件 2 的大小，使得物件 2 的放大至與物件 1 相同身高。
2.2 物件 2 同時執行動作 2.2.1 與 2.2.2：
2.2.1 物件 2 說「Resize to former height.」。
2.2.2 改變物件 2 的大小，使得物件 2 恢復原來的身高。
3. 若 N < 0，則重複執行動作 3.1 與 3.2 三次。
3.1 物件 1 同時執行動作 3.1.1 與 3.1.2。
3.1.1 物件 1 說「Resize as high as (物 件 2 之名稱).」。
3.1.2 改變物件 1 的大小，使得物件 1 的縮小至與物件 2 相同身高。
3.2 物件 1 同時執行動作 3.2.1 與 3.2.2：
3.2.1 物件 1 說「Resize to former height.」。
3.2.2 改變物件 1 的大小，使得物件 1 恢復原來的身高。
圖 3.6 第五題程式執行示意圖
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在場景中建立兩個身高相異的物件（以下以身高較高的物件為物件 1，較矮的為物件 2）
按下執行後，依以下順序執行動作 1. 要求使用者輸入一個數字 N。
2. 若 N > 0，則重複執行動作 2.1 與 2.2 N 次。
2.1 物件 2 同時執行動作 2.1.1 與 2.1.2。
2.1.1 物件 2 說「Resize as high as (物 件 1 之名稱).」。
2.1.2 改變物件 2 的大小，使得物件 2 的放大至與物件 1 相同身高。
2.2 物件 2 同時執行動作 2.2.1 與 2.2.2：
2.2.1 物件 2 說「Resize to former height.」。
2.2.2 改變物件 2 的大小，使得物件 2 恢復原來的身高。
3. 若 N < 0，則重複執行動作 3.1 與 3.2 |N|次。
3.1 物件 1 同時執行動作 3.1.1 與 3.1.2。
3.1.1 物件 1 說「Resize as high as (物 件 2 之名稱).」。
3.1.2 改變物件 1 的大小，使得物件 1 的縮小至與物件 2 相同身高。
3.2 物件 1 同時執行動作 3.2.1 與 3.2.2：
3.2.1 物件 1 說「Resize to former height.」。
3.2.2 改變物件 1 的大小，使得物件 1 恢復原來的身高。
圖 3.7 第六題程式執行示意圖
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在場景中建立視覺化陣列（ArrayVisualization），並在上面放置任意五個身高互異的物件
按下執行後，依以下順序執行動作 1 要求使用者輸入一個數字 N。
2 若 N > 0，則依序使陣列上的每個物件同時 執行動作 2.1、2.2。
2.1 透過物件內建方法 Resize 來進行物 件大小的改變，將該物件的身高調 成和最左邊的物件一樣高。
2.2 讓該物件右轉 1/4 圈。
3 若 N < 0，則依序使陣列上的每個物件同 時執行動作 3.1、3.2。
3.1 透過物件內建方法 Resize 來進行物 件大小的改變，將該物件的身高調 成和最右邊的物件一樣高。
3.2 讓該物件左轉 1/4 圈。
圖 3.8 第七題至第九題程式執行示意圖
第七題至第九題的程式執行結果皆相同，僅使用方法不同。因此在每題開始 前，訪談者將直接說明該題所需使用之程式設計概念，確保程式設計者使用符合 要求之概念進行解題。
第七題：陣列
本題（圖 3.8）要求程式設計者在場景中建立五個身高互異的物件，並將其 放置於視覺化陣列中。程式執行時，先要求使用者輸入一個數字，並根據使用者 輸入的數字進行動作。若使用者輸入的數字為正數，則陣列中所有物件依序改變
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物件大小與最左邊的人同高，並右轉 90 度；若使用者輸入的數字為負數，則陣 列中所有物件依序改變物件大小與最右邊的人同高，並左轉 90 度。本題要求程 式設計者正確地宣告視覺化陣列，並理解物件在陣列中位置與陣列索引值的對應 關係，方能順利對目標物件進行動作。
第八題：自訂方法
本題的程式執行結果如第七題（圖 3.8），但要求程式設計者必須於程式中宣 告兩個自訂方法（user-defined methods），分別包裝輸入數字為正數或負數的兩種 對應動作。程式設計者必須理解如何宣告自訂方法，並於程式呼叫使用該方法。
第九題：參數
本題的程式執行結果如第七題（圖 3.8），但程式設計者於此題中須將程式包 裝成一個自訂方法，並透過傳遞參數的方式，將使用者輸入的數字傳入自訂方法 中，以作為選擇結構判斷的依據。本題的重點在於如何宣告、傳遞與使用參數。
二、資料收集工具：
本次實驗採用螢幕錄製軟體 PowerCam（http://www.powercam.com.tw）將參 與者的解題過程以錄影的形式進行記錄，同時運用軟體功能，搭配外接麥克風將 參與者與訪談者的問答及對話內容同步記錄。