第二章 文獻探討
第二節 Scratch 語言與物件導向語言的關係
2.繼承（Inheritance） 3.多型（Polymophism）。
對於 Scratch 語言是否合乎物件導向語言的定義，在 Scratch 官方網站中之
1. Scratch 中的角色(sprites)符合物件導向語言中的「物件」之特質。
2. 透過廣播功能可以讓角色和其他的角色互動，能讓角色存取其他角色中的方 法。
Wegner（1990）指出物件導向程式語言中，物件（object）是許多方法（Method）
的集合，並且用變數來設定物件的狀態（state），當接收到訊息（calls）時，物件
8
選擇便會選擇與訊息相對應的方法來執行動作，這樣的概念稱之為抽象化
（abstract）。若要存取物件中的資料，則必須透過該物件所提供的方法來存取，
這樣的概念稱之為資訊隱藏（Smith, 2010）。
而在 Scratch 的專案中，程式撰寫於角色內部。並透過變數來設定角色的狀 態。例如底下的「貓咪說你好」專案（圖 2.2.1），其觸發機制為「當綠旗被點一 下」，而在執行時使用的則是「切換到造型 2」以及「說『你好!』兩秒」。
圖 2.2.1 貓咪說你好
若其他角色間欲進行互動，則透過「發出廣播」即「接收廣播」指令來達成。
例如圖 2.2.2 中角色鴨子在點擊綠旗之後會「發出廣播『說你好』」，而角色貓咪 必須透過「接收廣播」的指令來執行「說『你好!』兩秒」的方法。雖然 Scratch 語言無法讓使用者自行定義新的資料型態，也不能透過「繼承」和「多型」的方 法產生子類別。但我們依然可從上述的範例中可看出 Scratch 的角色(sprites)具有 物件導向程式設計語言中「物件」、「抽象化」以及「資料隱藏」的特質，仍可歸 類於一種類物件導向語言。
圖 2.2.2 廣播指令示意圖
9
推理、嘗試等問題解決的過程（Malan, 2007、Maloney, 20008）。
二、Scratch 教學研究
Malan 及 Leitner（2007）認為若先透過 Scratch 作為程式設計啟蒙課程，應能 使學生在稍後接觸 JAVA 語言時更易上手。他們使用 Scratch 作為大一新生的電腦 科學入門課程，並選擇 Scratch 語言中使用的指令如:敘述式（Statements）、布林 邏輯（Boolean expressions）、條件判斷（Conditions）、迴圈（Loops）、變數（Variables）、 執行緒（Threads）以及事件（Events）等電腦科學基礎概念作為課程主軸。而大 部分的學生在接觸 JAVA 課程之後，都認為 Scratch 的學習中所建立的程式概念能 幫助他們學習正規的程式設計語言。
Maloney、Peppler（2008）成立了一個 Scratch 課後社團，並鼓勵學生創作 Scratch 作品，在 18 個月之後他們分析了學童們的作品，發現學生最少使用到的 重要指令是邏輯運算、變數及亂數概念。Salant（2010）則從 Scratch 指令中挑選 出以下指令並依照重複迴圈、條件判斷式、訊息傳遞、有限及條件迴圈、變數、
亂數、運算元和運算子、串列、及並行處理的順序進行一學期的教學。Salant 的 研究結果發現大部分學生在 Scratch 課程結束後之測驗表現上，對於程式指令概 念的理解都有進步，但是對於程式初始設定、變數以及多個角色間的互動（廣播）
的學習成效上卻較差。
10
三、引導式程式設計教學
Perkins、Shwartz 及 Simmons（1991） 發現學生常因為無法構思出問題解決 的方法而陷入困境。建議在問題解決的過程中適當給予學生提示。Delcolos （1985）
建議以「老師提問，學生回答」的方式讓學生透過回答老師問題的過程增加理解 件、類別、繼承及抽象化（Rentsch, 1982）。Booch、Rumbaugh 及 Jacobson（1999）
統整各種物件導向方法，建立了目前所熟知的物件導向分析與設計方法。建議透 過一個明確的方法來分析與設計程式，可以使每個階段的目標更明確，進而減低 程式的龐雜度並且降低撰寫時的難度。
Larman（2002）在『Applying UML And Patterns』一書中提及物件導向程式 分析與設計的最大特色及在於「將資料和處理程序一起思考」。Brown（2001）建 議物件導向程式分析與設計的主要流程為:
1. 需求分析：使用個案圖、活動圖等工具，重點在詳細的描述需求。
2. 釐清出需要的物件：建構出一個物件架構，能夠滿足以定義出的需求。
11
12
習單中，以物件導向分析與設計的流程引導學生觀察、分析、設計及實作程 式，並將這些流程設計為引導式學習單，將流程內容轉換為紙筆選擇題及問 答題，透過填寫題目作為提示，避免學生陷入無法構思問題解決方法的困境，
並增加學生學習上的遷移效果。
13
第三章 研究方法
本研究採用準實驗研究法，分為實驗組和對照組，於每個專案教學結束後實 施測驗，並對測驗分數進行統計分析。課程結束後針對實驗組學生實施問卷調查，
以了解學生的學習單使用心得。
第一節 研究變項
一、 自變項
本研究之自變項為「使用引導式學習單」。研究者事先針對課堂練習的每一 個專案設計引導式學習單，於課堂上發給實驗組學生使用。學生進行專案實作練 習時，需依規定填答學習單上的問題，並於作業完成時繳交；對照組學生則由授 課老師以口頭、板書及螢幕示範方式進行教學，詳述專案中所需使用之指令及解 題步驟。相較於實驗組，對照組在教學過程中觀看螢幕示範教學的次數較多，教 師會在螢幕上反覆解釋指令的功能及使用方法，而實驗組學生則將這些時間用於 回答學習單上的問題，藉由學習單的引導理解指令的功能及使用方法。
二、 依變項
（一）七次紙筆測驗成績（用以測驗學生的觀察與分析能力）。
（二）七次實作測驗成績（用以測驗學生之設計與實作能力）。
三、 控制變項
（一）授課時間：兩組的授課時間相同。
（二）授課教材：兩組學生均使用研究者自編之 Scratch 程式設計教材。
（三）學生背景：兩組學生為同一所小學的六年級學生。
（四）教學場域：兩組學生使用同一間電腦教室上課，軟硬體設備皆相同。
14
15
16
17
觀察測驗 題目專案
填寫紙筆
測驗卷 實作專案
圖 3.3.1 教學流程圖
三、測驗實施流程
兩組學生所使用之測驗題目及測驗流程均相同。測驗分為紙筆測驗及程式實 作兩大部分。紙筆測驗主要目的為觀察學生之程式觀察及分析能力。在紙筆測驗 實施前，研究者使用 Chrip-Compiler 軟體將考試題目之 Scratch 專案轉換為執行檔，
經過 Chrip-Compiler 轉換後的 Scratch 專案執行檔將只能呈現專案的執行結 果，學生無法看到專案內部的程式組合方式。學生必須觀察分析專案執行結果，
以填答紙筆測驗題目，接著再寫出完整的程式碼（實作測驗）。
圖 3.3.2 測驗流程圖
18
19
20
表 3.4.3 變數類指令欄
變數類指令 專案 1 專案 2 專案 3 專案 4 專案 5 專案 6 專案 7
○ ○
○ ○
○
表 3.4.4 偵測類指令欄
偵測類指令 專案 1 專案 2 專案 3 專案 4 專案 5 專案 6 專案 7
○ ○ ○ ○ ○
○ ○
○ ○
○
表 3.4.5 動作類指令
動作類指令 專案 1 專案 2 專案 3 專案 4 專案 5 專案 6 專案 7
○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○
○ ○ ○
○ ○ ○ ○
○
○
21
22
23
表 3.4.10 「小小指揮家」專案內容
遊戲開始時，所有樂手皆停止演奏。
當指揮家面向小提琴手時，小提琴手 會開始演奏，其他樂手則保持安靜。
當指揮家面向鋼琴手時，鋼琴手會開 始演奏，其他樂手則保持安靜。
當指揮家面向小號手時，小號手會開 始演奏，其他樂手則保持安靜。
表 3.4.11 則詳列學生於撰寫「小小指揮家」程式時所需使用之 Scratch 指令 及組合方式。
24
表 3.4.11 「小小指揮家」專案程式
指揮家所使用之指令
小提琴手所使用之指令
鋼琴手所使用之指令
小號手所使用之指令
二、 引導式學習單
引導式學習單之設計以物件導向分析與設計流程為基礎，規劃為四個主要階 段。在此以「小小指揮家」專案所使用之學習單為例做說明，其他學習單的詳細 內容請參閱附錄一至附錄七。
1. 觀察階段：觀察專案中的角色並回答問題
此階段的目標在於要求學生觀察專案中包含了那些角色，並瞭解專案完成後的 執行結果，如表 3.4.12 所示。
25
26
27
表 3.4.14 「小小指揮家」學習單之設計階段 小小指揮家 設計階段
28
29
(4)
5. 請問哪一個指令可使小提琴手接收到「停止演奏」的通知呢？
(1) (2) (3)
(4)
6. 請問哪一個指令可讓小提琴手切換到停止演奏時的造型呢？
(1) (2) (3) (4) 7. 接收到停止通知之後，該用哪個指令來停止音樂？
(1) (2) (3) (4)
8. 現在你完成了小提琴手的指令，請試著操作指揮家來指揮小提琴手。
接下來請你：
(1) 想想看鋼琴手的指令該怎麼寫呢？跟小提琴手有什麼不一樣？請你將 程式碼寫出來。
想想看小號手的指令該怎麼寫呢？跟小提琴手以及鋼琴手有什麼不一樣？
請你將程式碼寫出來。
三、課後延伸練習
學生完成課堂專案後，教學者給予學生簡單的實作練習題，目的是使學生更 熟悉課堂中所講授的主題概念及應用方式，並且培養學生的近遷移（near transfer）
能力。表 3.4.16 以小小指揮家之課後練習題為例說明之。
30
表 3.4.16 小小指揮家之課後練習作業
小小指揮家 課後練習題 班級: 姓名: 座號:
1. 請寫出「當按下方向鍵下時, 指揮家會朝向正面, 並且每個樂器都會停 止演奏」的程式碼。
2. 接下來請修改剛才寫的程式碼, 使程式變成「當按下空白鍵時, 指揮家 會朝向背面，並且每個樂手都會開始演奏」。
四、學習成就測驗
本研究在每個專案結束後實施學習成就測驗，總共實施 7 次，各次測驗之重 點分別為：敘述式與迴圈、判斷式、亂數、變數、輸入控制、廣播 1、及廣播 2。
（由於廣播指令對於學生而言較為複雜難懂，因此分配較多的教學時間，並施予 兩次考試。)
各次測驗均分為兩部分：第一部分為紙筆測驗，主要測驗學生的觀察與分析 能力；第二部分為上機實作測驗，主要測驗學生的設計與實作能力。表 3.4.17 以
「小小指揮家」專案所搭配之成就測驗「貓咪問問題 2」為例說明試題內容。在 此範例中，學生必須設定貓咪能夠提問「你上次數學考幾分？」，並且讓使用者 輸入分數；接著貓咪會判斷使用者輸入之分數，並使用廣播指令通知大頭做出相 對應的表情，而大頭則需使用廣播指令接收貓咪所傳送的通知，並切換到對應的
「小小指揮家」專案所搭配之成就測驗「貓咪問問題 2」為例說明試題內容。在 此範例中，學生必須設定貓咪能夠提問「你上次數學考幾分？」，並且讓使用者 輸入分數；接著貓咪會判斷使用者輸入之分數，並使用廣播指令通知大頭做出相 對應的表情，而大頭則需使用廣播指令接收貓咪所傳送的通知，並切換到對應的