第二章 文獻探討
第五節 Lego Mindstorms 相關研究
近年 Lego Mindstorms 相關研究常以 RCX 可程式化積木為主體居多，並配合 電腦樂高課程 Lego Dacta，主要應用 NXT 的研究並不多見，原因在於 NXT 為 Lego 公司的新產品，然兩者結構、操作原理與理論基礎並無太大差別，所以瞭解 Lego RCX 相關的研究將有助於本研究自變項的深入認知瞭解與近年研究所涉及的領 域，使本節文獻探討更完備。整理其相關研究結果呈現如下：
一、應用 Lego Mindstorms 於高中職學生，探討程式設計、創造力方 面之研究
國內運用 Lego Mindstorms 於高中職的研究大多偏向程式設計領域，可能與該 學習階段之課程有關，而應用 Lego NXT-G 程式採用圖示化的操作界面有助於初學 程式語言，茲分析整理如下：
(一) 劉洲（2004）在研究中針對高中一年級 78 名學生，採準實驗研究法運用 Lego Mindstorms 機器人套件學習程式設計基本觀念的學習成就與興趣的影響，研 究發現：1.Lego Mindstorms 並未能顯著提高學生的學習成就，但郤可以幫助學生 對程式內部運作機制有初步的瞭解；2.學生對運用 Lego Mindstorms 在程式設計教 學顯示濃厚興趣，認為 Lego Mindstorms 有助於程式設計學習；並建議：1.四人共 用一套 Lego Mindstorms 設備是合適的人機比；2.可使用 Lego Mindstorms 作為程 式設計課程前導課程。
(二) 許雅慧（2005）採準實驗研究法，針對高中一年級的 70 名學生為研究樣 本，瞭解學習機器人程式設計是否有助於學生未來學習高階語言程式設計。研究 採準實驗研究法進行，研究結果發現：1.機器人能幫助學生撰寫程式解決問題；2.
機器人有助於學生理解程式設計觀念；3.機器人能產生學習遷移以幫助高階程式設 計的學習。
(三) 高 惠 玲 （ 2007 ） 探 討 高 職 資 訊 科 「 專 業 實 習 」 課 程 實 施 應 用 Lego MINDSTORMS 創新教學成效研究，與本研究相關結論整理如下：1.實施創新教學 後，實驗組學生在「威廉斯創造性思考活動」之開放性的分數顯著優於控制組學 生，即應用 Lego Mindstorms 創新教學所培養之創造力較傳統教學法為佳；2.透過 專業實習課程應用 Lego Mindstorms 創新教學，能激發學生較高的學習動機。
以上研究，研究對象雖以高中職生為主，且研究變項著重在程式設計或專業 實習課程，整理其研究發現結果為：圖形化的程式界面確實比一般命令式的程式 設計能引起學生的興趣，尤其國小高年級學童正處於形式運思與具體運思的轉換 歷程，具體的操作應能有效幫助學童的思考，且對於需要外在動機的國小學童有 正面的誘因，透過程式與 Lego 機器人即時的溝通、互動確能引起學生的興趣。
另外，在人機操作比例上，以上研究皆採四人共用一套電腦樂高設備，雖適 合合作學習小組探究模式進行，但謝健全等人（2004）在其研究中則建議，在國 小階段若採三人一組，可使學生動手操控習得的時間增長，更有助於學習。
再者，在學生程式設計方面，黃世隆（2004）則建議給予學生充分的實作時 間，並提供充足的軟硬體設備支援，以及適當的教學人力協助。這點對於國小學 童面對完全英文的程式界面 Lego NXT-G 軟體是否可以完全接受，值得本研究在課 程設計時的考量，另外研究者採用高中生為樣本，因研究對象的同質性較高，所 以採用小組學習是否能有效促進學習，亦值得進一步探討。
二、探討應用 Lego Mindstorms 於國小學童的相關質性研究
國小階段應用 Lego Mindstorms 的教學研究較不側重電腦程式設計部份，而偏 向動手做的學習經驗歷程，且受限於實驗器材資源分配，研究方法主要以質性居 多，量化為輔，茲分析整理如下：
(一) 吳志緯（2003）採社團活動的模式，使用電腦樂高進行國小學生科學領 域的合作學習，探討國小六年級學生運用電腦樂高教學方案並採探究活動情境，
採個案研究法，其發現整理重點如下：1.在電腦樂高教學方案和探究活動情境中，
能提供豐富且具高互動性的科學學習環境，讓學生可以在活動過程中培養學生科 學過程技能；2.能提供學生問題解決的訓練與培養之情境；3.學生透過同儕的積極 溝通、討論與互助以達合作學習之情形；4.能鼓勵與協助學生關於科學學習態度的 正向發展。其研究發現學童在應用電腦樂高解決問題時之歷程為：1.問題的確定；
2.分工；3.積木設計與組裝；4.程式設計與執行；5.修正。
(二) 李謀正（2005）以現場的觀察與團隊合作學習的方式進行電腦樂高教學，
觀察其對學童創造力的影響。研究發現：1.電腦樂高課程活動能提供學生極佳的科 學過程技能應用環境。透過積木組裝和程式設計課程活動中，培養學生科學過程 技能，並在課程活動中不斷的應用、精鍊科學過程技能；2.電腦樂高科學活動課程 能提升學生問題解決的能力及創造力。在課程中參與程度愈高，和同儕間的互動 愈頻繁，課程活動中居於領導者地位者，那麼創造力的進步幅度愈大；3.電腦樂高 課程活動中，學生能應用電腦程式來解決問題。學生應用程式設計來解決問題的 歷程為：瞭解問題、擬定解決計劃、分工並實際行動、積木設計與組裝、蒐集資 訊、測試除錯。
(三) 洪秋萍（2005）利用社團活動的時間，藉由電腦樂高課程的進行，將學 生的創造力引發出來。其研究結論為：1.在合作學習方面：合作學習有助於學生的 學習，研究的結果，採合作學習的方式，學生的創造力都進步了，所以在電腦樂 高課程的學習上可以採合作學習的方式，幫助學生學習；2.在性別分組方面：不同 性別的分組，解決問題的方式不同，功能性角色的出現不同，同時對創造力的進 步也不相同，研究顯示，在有男生的組別中，功能性角色的出現及創造力的進步 遠大於只有女生的組別，所以在樂高課程的實施中，可以採用不同性別的分組學 習方式；3.在功能性角色方面：功能性角色的出現影響到創造力的進步，角色出現 的種類或次數愈多，創造力就進步的愈多。
由前述研究結果來看，本研究在課程或教學策略設計時應提供給學生探究、
發現學習的機會，並採分組運作則能收合作學習之成效。
三、應用網路課程輔助電腦樂高教學的相關研究
「網路輔助教學」（Internet-assisted Instruction）是利用網路資訊科技輔助教 學，以補傳統教學方法的不足。以下介紹兩位研究者利用傳統電腦樂高課程結合 網路教學環境的實施方式，探討其對國小學童問題解決態度與學習動機、成效的 影響。
(一) 吳斯茜（2005）依據學理設計一系列網路輔助電腦樂高課程，採準實驗 設計對國小高年級的學童進行十五小時的實驗教學，得到下列結論：1.「網路輔助 電腦樂高課程」能夠提升學生問題解決的態度；2.使用「網路輔助電腦樂高課程」
與「一般電腦樂高課程」進行教學後，學生的問題解決態度無顯著差異。然而接 受「網路輔助電腦樂高課程」教學後的學童，在問題解決態度、問題解決自信、
趨避取向及自我控制上的提升程度上，仍較接受「一般電腦樂高課程」教學後之 學童高。
(二) 蔡學偉（2004）建構一個問題導向學習電腦樂高網路輔助教學方法，依 此設計教學活動與網站，從原來以教學者為主及輔以學習手冊的傳統教學方法，
改為學習者主動探索的問題導向學習網路輔助教學方法。經實驗結果顯示此教學 方法在「電腦樂高」課程上實施的結果能提升學習者的學習動機及學習成效。
以上研究得知，運用網路工具來輔助電腦樂高的學習，在問題解決的歷程、
態度、與學習動機、成效上有一定的幫助。網路學習在現今的學習已蔚為風潮，
討論的不是要不要使用，而是如何使用的問題。研究者認為，Lego Mindstorms 的 操作既己需使用個人電腦來撰寫程式，若能結合並開放網路讓學童觀摩他人的作 品，應能提升學童的學習成效與激發更多的創作靈感。
四、國外應用電腦樂高教學的相關研究
(一) Barnes（2002）運用 Lego Mindstorms 輔助 Java 程式概念的學習，他認 為使用 Lego Mindstorms 的好處包括：1.初學者不需要瞭解內部硬體構造就可以操 作；2.Lego Mindstorms 是看得見、可觸摸的實體，Lego Mindstorms 比模擬軟體 更有吸引力。
(二) Mosley 和 Kline（2006）採用專案導向的學習模式，運用 Lego Mindstorms
教導 Pace University of Pleasantville 的學生學習機器人學、電腦程式設計與題解決 的技巧。研究中對運用 Lego Mindstorms 於教學中有以下幾點建議：1.小班教學較 為合適；2.提供開放的實驗室讓學生自由使用操作；3.學生組裝積木的時間應列入 考量，而且設備應提早準備；4.四人一組較為合適，一人操弄機器人；一人觀察；
其餘二人負責設計；5.給予學生充分時間去理解與操作是重要的；6.若可能的話，
提供其他的延伸套件，以備不時之須。
(三) Shakir Hussain, Jörgen Lindh 和 Ghazi Shukur（2006）在調查為期一年的 樂高訓練成效時，發現國小五年級學生經過訓練後，有助於其數學學業成就；另 外，這研究亦發現，學生在操作 LEGO Dacta 機器套件時有不同的學習風格表現，
因此，也強調教師在教學時當任整合角色的重要性，並使學生學會使用 LEGO 時 進入更高層次的技能。
(四) Gibbon（2007）採準實驗研究設計，研究對象為 142 位五、六年級的學 生，進行為期一周共 10 小時的機器人專案課程（LEGO Mindstorms Robotics Invention System, RIS），活動初期依樂高手冊指示建構所指定的機器人後，再由學 生依自已的想法建構發明，活動結束後給予學生展示並分享他們的創作。實驗前 後施予前後測。研究發現 Lego Mindstorms 對發散性的問題解決具有正面的效果。
經常操作Lego 的兒童在收斂性與發散性的測驗得分中有顯著的提升。再者，五年 級的學童比六年級的學童擁有更優越的表現。
經常操作Lego 的兒童在收斂性與發散性的測驗得分中有顯著的提升。再者，五年 級的學童比六年級的學童擁有更優越的表現。