運算思維促進 App 設計學習之研究

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(1)國立臺灣師範大學資訊工程研究所碩士論文. 指導教授：. 李忠謀. 博士. 運算思維促進 App 設計學習之研究 Learning App Development with Prior Computational Thinking Training. 研究生：莊婷如. 撰. 中華民國一零八年八月. 指導教授簽名：.

(2) 摘要在智慧型手機普及化的世代，App 應用程式如雨後春筍般的出現，間接影響學生對於 App 應用程式的學習動機，因此教學環境開始有了變化，許多課程將資訊軟體融入教學活動進而提升學生的學習慾望，視覺化程式語言對於初學者來說也變得相對重要，例如: App Inventor、Scratch、Lego 等，都是各國推崇的項目。其中 App Inventor 的視覺化積木式語言對於初學者來說能簡易的操作 App 應用程式與學習 App 物件，但由於現在許多 App 程式設計課程幾乎都是短期營隊課程，對於想學習更艱深的內容多半需要更長時間學習程式基礎，因此較缺乏實用且有意義的 App 應用程式製作能力。本研究針對已具備程式設計基礎但無 App 物件知識背景的學生，是否在製作 App 程式設計上可以靈活運用每一個元件且製作出實用的 App 應用程式。在為期 36 小時的實驗課程中，以循序漸進的方式帶領學生深入 App 應用程式的設計。研究結果顯示，已具有運算思維程式設計背景之學生能夠將列表、函數、判斷式等程式設計概念使用至 App 應用程式，且該 App 應用程式具有完整資料庫運用。學生不只可以使用先備知識將 App 應用程式的功能使用透徹並能夠輕易將 App 物件學習應用，使學生能獨立開發不同深度及廣度的 App 應用程式。. ‘. 關鍵字 : App Inventor、運算思維與程式設計、視覺化程式語言、App 應用程式。. II.

(3) ABSTRACT In this generation, smart phone is commonly used in the daily life, and appearance of APPs spring up like mushrooms. Thus, these indirectly affect to the learning motivation of students, and changes the learning environments. According this points of view, assimilating the curriculum software into class could improve the learning desires of students, thus visualization formulaic language is an important factor to the beginner. For example, App Inventor, Scratch, Lego, etc. are all highly regarded projects. Among them, App Inventor is a visualization brick language, and this kind of app is operating and learning easily for beginners. Unfortunately, many apps’ curriculums designing is short-term camp course, so students spend more time to learn formulaic basic, if they want to learn the difficult content. Thus, lacking of practical and significant ability for app’s formula production.. This study was aim the students who had the basal understanding of formulaic design, but they did not have knowledge of APPs. To investigate these group of students who could flexible use elements to product a useful app. During 36 hours experiment course, leading students step by step to thorough APPs design. In the result, the students who have mathematical cogitation formulaic design background, they used the formulaic design concepts of lists, functions, and judgments to APP. Otherwise, this APP had a complete database using. Students did not only use knowledge to complete APP’s function, but also utilized App easily and independence to develop the different depth and range APP.. Keywords: App Inventor, computational thinking and programming, visual programming language, app application. III.

(4) 致謝兩年的研究所生活，有困難、有挫折，但更多的是成長與成就。雖然與一開始題目並不相同，但是在學習過程中也獲益良多，在此感謝我的指導教授—李忠謀老師，因為我沒有修過任何教育相關課程，您總是用淺顯易懂的方式告訴我該如何觀察學生學習狀況及探討學習成就，也常告訴我要從根本去思考教育對學生的意義，為何教、如何教？以學生的角度來思考教材的製作。您教導我解決問題的態度，許多問題的流程與細節能夠自己先思考，才能言之有物、言之有理。每一張圖表呈現一定有一個目的，每一個教學決策皆有前因後果，用不同角度看相同事情會有不同的呈現，慢慢地我也能考慮得更全面，這樣的進步是我最大的喜悅，雖然以往皆未學習過教育相關課程，但也因此未教育產生了興趣。感謝 VIPLAB 的成員晏誠、景皓、聿宸、欣芸、奕閔、文賢、可均，願意在我需要測試實驗時每天幫我做 App 課程測試，且暑假課程即將實施時你們也是二話不說就答應擔任助教，真的幫我很大的忙，祝大家可以順利畢業再也不用看到 App Inventor，有任何論文相關問題隨時可以來問我。謝謝我最親密的好友紀諠，整篇論文的完成絕對不能少了你，每次需要人手你總是第一個撥出時間來幫我，每個挫敗、懷疑的時刻都能感受到你的關心與呵護，很高興在我的人生旅途當中遇見你，我會永遠珍惜這個緣分。最後感謝我的家人，給我一個溫暖的家以及好的教育，讓我無後顧之憂的撰寫論文，忙碌之餘總是為我加油打氣，我想我並沒有讓你們失望！也謝謝一路上貴人相助，無論是協助論文修改的明男學長及政杰學長，摘要修改的珊珊姊姊、雅芳及宜錚，或是在論文或課業上總是被我打擾的同在資工所的銘傳夥伴惟傑，感謝大家。. IV.

(5) 目錄第一章前言 ................................................................................. 1 第一節研究動機 ............................................. 1 第二節研究目的 ............................................. 2 第三節研究範圍 ............................................. 2 第四節論文架構 ............................................. 2. 第二章文獻探討 ....................................................................... 3 第一節視覺化程式設計的重要.................................. 3 第二節 App Inventor 學習成效 .................................. 4. 第三章研究方法 ....................................................................... 6 第一節研究設計 ............................................. 6 一.. App 課程教材開發 ...................................................................................................................................... 8. 第二節研究工具 ............................................ 11 一.. 課程目標....................................................................................................................................................... 11. 二.. 課程工具....................................................................................................................................................... 11. 三.. 研究時程....................................................................................................................................................... 13. 第四章實驗結果與討論...................................................... 14 第一節實驗對象背景 ........................................ 14 一.. 研究對象與樣本 ........................................................................................................................................ 14. 二.. 學生程式背景分析 ................................................................................................................................... 16. 三.. 學生對於該課程之期望.......................................................................................................................... 17. 第二節學生對 App 程式學習成效 .............................. 20 一.. 學生 App 物件學習成效 ......................................................................................................................... 20. 二.. 學生專題表現 ............................................................................................................................................. 28. 三.. 學生心得與課堂觀察 .............................................................................................................................. 33 V.

(6) 第五章結論與建議 ............................................................... 38 參考文獻 .................................................................................... 39 附錄 .............................................................................................. 41 附錄一課前問卷 ............................................ 42 附錄二期中問卷 ............................................ 45 附錄三課後問卷 ............................................ 47 附件四 CHIPPY 挑戰賽基礎題 ................................. 49 附件五 CHIPPY 挑戰賽進階題 ................................. 50. VI.

(7) 圖目錄圖 1 研究設計開發步驟 ............................................................................................................................... 6 圖 2 課程大綱介紹 ....................................................................................................................................... 10 圖 3 研究時程時間安排 .............................................................................................................................. 13 圖 4 研究問卷時間安排 ............................................................................................................................. 13 圖 5 學院統計圖 ............................................................................................................................................ 14 圖 6 學習 APP 之經驗................................................................................................................................... 15 圖 7 APP INVENTOR 接觸經驗 .................................................................................................................... 15 圖 8 學生先備知識總表 .............................................................................................................................. 16 圖 9 CHIPPY 答題數 .................................................................................................................................... 17 圖 10 學生興趣分析 .................................................................................................................................... 18 圖 11 報名慾望之強烈度 ........................................................................................................................... 18 圖 12 修課信心度 .......................................................................................................................................... 19 圖 13 課程幫助程度 ..................................................................................................................................... 20 圖 14 基礎物件理解度 ................................................................................................................................ 21 圖 15 進階物件理解度 ................................................................................................................................ 24 圖 16 檔案管理使用率分析 ....................................................................................................................... 25 圖 17 運算思維概念熟練度 ....................................................................................................................... 30 圖 18 學生製作 APP 信心度調查統計.................................................................................................... 34 圖 19 學習 APP 物件技巧能力提升 ....................................................................................................... 35 圖 20 能做出 APP 學生課前信心度 ....................................................................................................... 35 圖 21 對於專題較不滿意之學生對未來學習度................................................................................. 36 圖 22 對於專題較滿意之學生對未來學習度 ..................................................................................... 36 圖 23 未來修課期望 ..................................................................................................................................... 37. VII.

(8) 表目錄表 1 基礎物件用法之差別 ........................................................................................................................... 7 表 2 進階物件用法之差別 ........................................................................................................................... 8 表 3 興趣分析人數表.................................................................................................................................. 17 表 4 學生報名欲望強烈度人數................................................................................................................ 18 表 5 修課信心度人數表 .............................................................................................................................. 19 表 6 課程幫助程度人數表 ......................................................................................................................... 20 表 7 基礎物件分數對照表 ......................................................................................................................... 22 表 8 必要物件正確使用率 ......................................................................................................................... 22 表 9 學生專題基礎物件使用度................................................................................................................ 23 表 10 進階物件評分表 ................................................................................................................................ 25 表 11 進階物件正確使用率 ....................................................................................................................... 26 表 12 學生專題進階物件使用度 ............................................................................................................. 26 表 13 物件使用方式及分數標準 ............................................................................................................. 28 表 14 運算思維概念正確使用率 ............................................................................................................ 31 表 15 學生專題運算思維使用率 ............................................................................................................. 31 表 16 專題總評分 .......................................................................................................................................... 32. VIII.

(9) 第一章前言第一節研究動機由於智慧型手機的普及化，在全球各地 60 億的人口中，有將近一半的人口皆在使用行動裝置(匯流新聞網，2017)。智慧型手機可隨意安裝所需的應用軟體功能造就它的實用性，各式各樣的 APP 設計符合人類的使用需求，甚至讓我們的生活更為便利，這就是為什麼智慧型手機的使用率會如此高的原因。根據資策會 (https://www.iii.org.tw/)的數據調查，臺灣本國內 12 歲以上擁有並使用智慧型手機或者是平板電腦者已達到 1604 萬人，約每 4 人便有 3 人即為行動裝置的使用者。從手機遊戲、影視、書籍甚至是網路購物等等，從中可以發現 App 應用程式正在蓬勃發展，有許多應用程式都與我們的生活息息相關，然而也越來越多公司意識到不能單單只靠網站來發展，必須整合手機上的 App 應用程式才能增加在市場上的競爭力，變相的公司也需要有 App 設計方面的專業人才來幫助公司管理此方面的系統。間接的在市場上具有 App 程式設計人才的需求量也逐漸增加，故越來越多人想要來學習撰寫 App 設計的程式語言，不但可以增加自己的專業性也可以開發另一項專業技能，甚至可以藉由此項技能來開創事業。在 2009 年 Google 推出了 App Inventor 的環境，來吸引學生們對於 App 應用程式的學習動機(https://appinventor.mit.edu/ai2/ReleaseNotes)，此教育計劃不但提高了學生的學習欲望，更是對創造力培養和程式學習有很大的幫助。由於 App Inventor 可以創建真實的應用程式並透過智慧型手機進行檢查與執行，因此它可以有效地提高學生的自我效能和學習動機(Sarah Hug,2013)。對於初學者來說，在 App Inventor 的視覺化積木式語言簡易操作下，可以將他們的想法及創新主題轉化成實用的 App 應用程式，激發學生的學習樂趣與成就感，更因此許多教育計畫皆使用 App Inventor 來做教學。校園或者市面上的 App 設計課程，幾乎都是針對初學者所設計的課程，然而若想學習更進階的 App 設計則是要靠自己的能力摸索，但仍然無法將 App Inventor 的元件使用的淋漓盡致。學習 App 程式設計需要一定的運算思維概念及 App 物件相關知識，許多課程在各方面限制中間接缺少運算思. 1.

(10) 維之概念或者延長了學習時間，使學生受限於只學習 App 物件等概念，而無法接觸相關的運算思維，所以較無能力製作出有意義且實用的 App 應用程式。. 第二節研究目的本研究針對已有基礎運算思維概念的學生來做探討，欲了解已有「變數」、「函數」、「如果、否則」、「重複、迴圈」及「列表陣列」等運算思維概念之學生，在減少學習運算思維概念的 App 程式設計課程中是否能有效學習 App 物件。具體研究問題如下 : (一) 有運算思維先備知識之學生是否能理解 App 程式設計的學習 ? (二) 有運算思維先備知識之學生所製作的 App 應用程式的深度為何 ?. 第三節研究範圍本研究欲建立學生對於 App 程式設計的基礎概念，培養 App 設計能力及 App 物件概念的能力，整體設計著重於介紹 App 功能分解、拆解問題，利用程式語言演算法解決問題。程式語言選用視覺化的程式設計工具，幫助 App 程式設計初學者在不接受特定程式語法的干擾及無須理解產生非預期的錯誤，聚焦在理解程式的執行與邏輯。課程涵蓋物件導向思考及運算思維基本概念。由基礎課程進行引導教學至完成專題的循序性課程，著重於學習 APP 概念及相關應用。李恩萱(2018) 教學實驗中，運算思維概念包含「變數」、「輸入、輸出」、「如果、否則」、「重複」以及「列表」理解與使用。本研究將以上程式概念再次細分為「函數」、「如果、否則」、「單迴圈」、「多迴圈」及「列表陣列」，故本實驗未包含學習「函數」、「如果、否則」、「迴圈」及「列表陣列」等概念。本研究對象為已了解以上五種運算思維概念之學生。. 第四節論文架構本論文共有五個章節，第二章將針對視覺化程式設計學習成效及 App Inventor 學習課程的研究進行探討，第三章探討此研究之研究目的及方法，第四章展現研究成果，第五章為結論。. 2.

(11) 第二章文獻探討本章節第一節說明視覺化程式設計的重要性，第二節探討 App 程式設計入門課程的相關研究，包含課程設計、教學策略與學生的表現差異。. 第一節視覺化程式設計的重要 Johnson(1995)認為在程式設計入門的課程中，常使用專業的程式設計語言，這讓學生花費大量時間及精力在學習該程式語言的特性上，並非專心於解題的設計方法、基礎程式結構以及程式設計等問題轉換的理解及吸收，導致缺乏學習的動力。Johnson(1995)也認為初學者若以 C 語言作為第一個程式語言來學習，學生將會分心於語言的細節與程式語言的除錯中，除錯將是語言中很大的挑戰，為此學生將降低學習動力。由研究指出初學者在程式語言問題中的解決成效在教學模式與學習工具交互作用達到顯著水準，不同特性的學習工具不但會影響學習者的學習經驗，對其問題解決技巧的培養與應用也十分重要(何昱穎, 2010)。林振煇(2003)認為程式設計初學者往往習慣使用高等的人類語言，導致無法運用指令與固定語法的程式語言來解決問題，而 Kirsner(1998)認為程式設計中包含許多解題的方式，這些關鍵時常是初學者不易察覺的部分，然而運用簡易的視覺化程式語言，能提升學生的學習動機及降低學習焦慮。程式設計是資訊專業領域中非常重要的基本能力，但是學習者通常需要經過長時間的歷練，才能由初學者逐漸成為一位專業的程式設計專家，如需將思考問題的過程製作成為流程圖再轉換為程式語言，這樣的思維模式對於初學者來說相當困難，並無法幫助初學者有效的學習寫程式(Winslow, 1996)，為了幫助初學者更能有效發展程式設計能力，選擇有效的程式設計工具是非常重要的，而視覺化開發環境提供學習者更具象化的介面，更能幫助初學者掌握程式設計的架構(Juell, 2006)。因此林育慈(2016)認為應該使用「低門檻，高極限」的程式學習工具，例如:視覺化程式設計，學生藉由不必學習過多程式規則技巧便能夠上手，進而提高學生的學習動力。. 3.

(12) 視覺化程式設計工具目的即為提供初學者視覺化的環境，有助於學者理解程式架構(Chao, 2016)，更能專注於學習程式相關問題。有研究提出六個程式學習上的障礙，包含設計、選擇、協調、使用、理解、訊息(Myers Aung, 2014)，在六種障礙中，直接影響學生們的學習成效，更產生學習程式中的最大問題，在視覺化程式語言中解決了選擇、協調及使用這三項障礙，更在使用介面中區分出各種指令，使初學者更能輕易使用。積木式的視覺化設計程式語言能夠解決大部分學生所遇到的專業問題，學生可藉由清楚指令去探索所需要的積木，且可以減少不必要的錯誤。對於不同障礙問題在積木式環境中也提供各式應對方案，例如 : 積木存在特殊的形狀以減少協調性的問題產生，使學生能夠直接簡易的操作且組合積木。整體使用圖示化的語言，讓使用者運用拖拉的方式撰寫程式，視覺化的回饋幫助使用者觀察程式該如何運作。現今社會程式設計學習已被眾多國家認為是具有一定的重要性，每國政府都試圖在此培養有能力的人，各國更是開始提倡視覺化的程式語言教學，Blocky、 Scratch、 Lego 等都是推崇的項目，且在 2009 年 Google 推出了一套 App Inventor 的 App 開發環境，來提升學生們對於 App 應用程式的學習動機，2013 年提出 App Inventor2 的教育計劃不但提高了學生的學習欲望，更是對學生創造力培養和程式學習有很大的幫助。由於 App Inventor 可以創建真實的應用程式並透過智慧型手機進行檢查與執行，因此它可以有效地提高學生的自我效能和學習動機。對於初學者來說，在 App Inventor 的視覺化積木式語言簡易操作下，可以將他們的想法及創新主題轉化成實用的 App 應用程式，激發學生的學習樂趣與成就感。. 第二節 App Inventor 學習成效 App Inventor 是一款為教育而生的工具，在教育領域的應用範圍非常廣泛，如創客教育、機器人教育等等。App Inventor 是基於網頁的開發，無需另外投入教育經費，內置各種傳感器、計時器等模塊，還可調用外部設備，如 GPS 衛星、網際網路還可以與其他手機互聯互通。App Inventor 為視覺化的積木式語言，介面部分使用可見即可得的機制降低了撰寫的難度，易於講授、無需深厚的程式基礎，且教學效率高更使學生易於學習，結果迅速呈現在手機上提升視覺化的效果，一經推出就受到了諸多學習者和研究者的喜愛。自 2009 年起，App Inventor 已被許多. 4.

(13) 國家應用於科學推廣並將 App Inventor 推廣到各年級的教育。 Seong-Won Kim(2017)提到韓國多數研究都使用 App Inventor 來做為教育教材，學生皆對於此程式有相當大的興趣，並有相對應的回饋。且韓國在 2015 年修訂的國家課程中，表明各級學生教育中應該使用 Blocky 相關的編程環境，更大大提升 App Inventor 的使用及教育計畫，在該研究中學生們已能在 2 周內學習完整的數字遊戲設計及開發。 Giorgos Chatzinikolakis (2014)在希臘針對 App Inventor 的教學使用作了一些研究，在為期 4 周的試驗教學中，學生以分組的形式進行課程，在共享行動裝置的模式下了解 CS 中的主題以及如何編程，且運用測試前和測試後問卷來探討學生的領域知識和參與度。在統計後發現雖然 App Inventor 缺乏分享的功能，但是 App Inventor 為 Web 應用程式，且使學生可使用 Android 設備來觀看成品，這樣的形式促進學生對於 CS 的概念有所理解。 Patrik Voštinár (2017)從中探討如何在沒有編程知識的情況下創造行動裝置應用程式，他們認為 App Inventor 是一種用於構建 Android 應用程序的視覺化 Blocky 語言。創造應用程式既簡單又有趣，使用者不需要事先了解任何程式語言，即可完成簡易的 App 應用程式，該專題皆為以數學類型之計算的小工具。 Gestwicki 和 Ahmad 認為，營隊式的學習方法和 App Inventor 教學不僅可以用於非程式設計專業者，甚至可以介紹給程式設計者相關的概念，學習的不僅僅是程式撰寫，而是從中的運算思維(Andrey Soares, 2013)。此研究為期一學年，發現基於 blocky 的程式撰寫經驗可以幫助初學者學習 App 程式設計。透過這些教育計劃，可以確定 App Inventor 的優點和缺點，及學生的意見和教育方法，更能夠善加利用 App Inventor，使其對於 App 程式初學者的教育方針及對程式的吸引力。撰寫 App 程式分為運算思維及 App 技能兩項需學習的能力，但以上文獻探討大多用營隊式教學，時間為期 2 周至 4 周，學生所製作之專題大多數以遊戲為主，請並無太多或深入的運算思維應用。如需教學運算思維與程式設計之概念則為期約一年。則本研究欲探討已有運算思維基礎之學生來學習 App 程式設計，在相同時間內，是否能夠發展更具程式深度的 App 應用程式。. 5.

(14) 第三章研究方法本章提出一套針對已有運算思維與程式設計概念學生之課程，探討學生經由此實驗課程後，對於 App 應用程式運作的了解及對於 App 程式設計的吸收程度，進而分析已有運算思維程式設計學生之學習狀況。. 第一節研究設計參考 App 教學課程文獻後，將以由簡入難的方式規劃，分析 App 應用程式難易度訂定循序性學習目標內容，以專題式學習方式設計教材與課程，並透過實際實施課程驗證本研究之設計，步驟如圖 1 (1) App 應用程式開發環境介紹 (2) App 應用程式的基礎運作方式 (3) App 應用程式的進階操作方式. App 應用程式基本環境介紹 ●. 以圖像方式來呈現. ●. 使用積木模式撰寫. ● 了解App撰寫環境. App 應用程式的基礎運作方式 ● 了解基礎App基礎物件運作 ●. 熟悉使用運算思維來結合. App程式. App應用程式的進階操作方式 ●. 了解進階App物件運作. ●. 使用運算思維來結合複. 雜App程式運作模式. 圖 1 研究設計開發步驟. 6.

(15) 經過進行 App 應用程式課程難易度分析後，App 應用程式的必要物件開發基礎課程內容設計以學習畫布、圖像精靈、顯示文字、按鈕、標籤、下拉選單等 App 應用程式的獨特功能為主，該物件特性為無須運算思維基礎之學生也能簡易使用，如表 1 為有無運算思維概念之寫法，該課程目標希望學生皆能使用運算思維之概念來撰寫，故課程內容皆已有運算思維之寫法來教學。無運算思維概念之寫法. 已有運算思維概念之寫法. 表 1 基礎物件用法之差別. 在 App 應用程式的進階物件技巧設計課程中加入資料庫、函數等進階的 App 程式技術，該物件對於無程式設基礎之學生大多無法輕易使用，該物件皆須使用列表等運算思維概念來完成，若無運算思維概念之學生只能簡易使用標籤儲存，若已有運算思維概念之學生能夠先已列表儲存在只用標籤做存取，如此便能提升微型資料庫的用途及用法，如表 2。故若學生無運算思維基礎概念則需要花些課程時間來學習相關概念，但本課程將針對已有運算思維概念之學生來探討，則預期不會遇到相關問題，也希望參與本研究之學生至少能使用微型資料庫至專題。以上課程中將結合學生已具備的運算思維基礎概念做銜接，使學生專題更具挑戰性。App 的專題應用與製作引發學生思考創作，進行有效的 App 應用程式實作練習，使學生自行研發獨創的 App 應用程式。更從中培養學生 App 程式設計之能力，增加學生的設計與學習的信心。透過 App 應用程式呈現專題結果，能使學生增加成就感，運用運算思維概念進行思考，增強所設計之 App 應用程式的深度。. 7.

(16) 無運算思維概念之用法. 已有運算思維概念之用法. 表 2 進階物件用法之差別. 一. App 課程教材開發 App 應用課程涵蓋內容甚為廣大，因此要為已有程式能力基礎之學生設計適當課程，以達到教學目標，必須針對 App 課程特性分析。根據文獻探討 App 應用課程內容以專題式學習理論為基礎，並採用做中學的模式進行，規劃教學內容時由於學生已有運算思維基礎，故能針對學生據有的先備知識為基礎來設計及考量，讓學生基於既有的基礎上得以延伸學習。發展 App 應用課程教材除了用於課程中傳授知識，培養學生能力，亦為學生專題製作之參考，根據以上論點本研究設計教材內容時的要點如下: (1) 循序主題與教學內容 (2) 活動時間之規劃 (3) 技術與知識的學習本研究所設計教學課程包含 App 開發基本環境介紹、App 的必要物件開發基礎課程、App 的進階物件技巧設計課程及 App 的專題應用與製作，以循序式課程教學，帶領學生動手做與實踐任務。課前課後有問卷來探討學習成效及課程期望，本課程分為以下四階段。 8.

(17) 1.. App 開發基本環境介紹. 以 App Inventor 的開發環境做為工具，並將平時常見的行動裝置應用功能轉換為視覺化的程式語言，App Inventor 擁有多個角色平行處理的特性，因此學生需要理解程式邏輯與手機的流程控制，以利學生之後課程的學習，課程中教學簡易的按鈕、畫布、標籤、文字輸入盒讓學生熟悉 App 程式所需物件，藉由小畫家的 App 應用程式實作來達成此目的。 2.. App 的必要物件開發基礎課程. 學生運用先前所學的運算思維概念，以九宮格拼圖遊戲製作學習 App 應用程式功能。課程內容主要使用列表、變數、迴圈等運算思維概念來操作 App 基礎物件，並介紹 App 應用程式製作流程，針對標籤、按鈕、畫布、圖像精靈做深入且詳細的介紹。過程中使用運算思維概念的列表結合圖像精靈物件來使整個程式運作，透過該課程內容與教學方式，使學生運用所學的運算思維之能力來完成該課程，並從中激發學生創意思考，使得學生有能力已運算思維背景自行製作 App 應用程式遊戲，且課程結束後有能力能思考出各式簡易小遊戲。 3.. App 進階物件技巧設計課程. 由於修課學生為已有運算思維之學生，故選擇進階 App 物件做教學，使用 5 種需使用到運算思維概念的進階物件來使學生專題更具深度及廣度，本研究藉由記帳本的實作來學習 App 應用程式中針對資料新增/修改/刪除的微型資料庫，課程內容使用記帳本所需的統計、判斷、圖表等列表相關程式語法，並運用 App Inventor 針對手機所設計的微型資料庫、檔案管理來結合。該課程針對已有運算思維基礎之學生設計，故在此使用須結合大量的“列表”App 的進階物件來教學。增加微型資料庫物件用法能更加善用 App 應用程式所取得的資料，配合換頁、按鈕等基本套件，更能使學生製作出具有程式意義且可長久使用的 App 應用程式工具。. 9.

(18) App 的專題應用與製作課程. 4.. 學生藉由前三階段課程學習不同的 App 應用程式功能、進階運算思維觀念後，在後續課程中能夠自行創作出具有程式意義且實用的 App 應用程式。預期學生將能把按鈕、標籤、畫布、下拉選單、圖像精靈、文字輸入盒、資料庫等功能使用運算思維之想法運用至專題。課程結束後將了解學生是否能如期至做出預期的 App 應用程式，也在課後探討已有運算思維概念之學生學習能力及學習成效。 App 開發基本環境介紹分為一個單元，App 的必要物件開發基礎課程分為三個單元，App 的進階物件技巧設計課程分為四個單元，將各別專題解析成不同問題，以單元教學的方式解決問題，使學生了解將問題分解之技巧與學習目標，如圖 2 所示。紅色為 App 開發基本環境介紹，用簡易的 App 應用程式使學生產生興趣及了解環境，橘色為 App 的必要物件開發基礎課程，藉由九宮格拼圖 App 應用程式使學生了解 App 物件的使用方法，且了解如何將 App 應用程式製作結合運算思維概念，最後綠色部分為 App 的進階物件技巧設計課程，使用記帳本 App 讓學生了解 App 應用程式中的微型資料庫用法與運算思維的相關聯，使學生最終的專題為以運算思維為基礎的 App 應用程式。圖 2 課程大綱介紹. App開發 • 第一堂課 - App Inventor 環境介紹基本環境介紹. • 第二堂課 - 將運算思維概念跟物件結合 App的必 • 第三堂課 - 學習App應用程式中滑動、判斷等功能要物件開 • 第四堂課 – 兩物件結合之應用發基礎課程. • • App的進 • 階物件技巧設計課 •. 第五堂課 - 文件管理及微型資料庫存檔應用第六堂課 - 運算思維概念與微型資料庫存取及修改第七堂課 - 運算思維概念與微型資料庫使用及分析第八堂課 – 綜合練習. 程 App的專題製作與應用. • 第九~十八堂課 - 專題製作. 10.

(19) 第二節研究工具一. 課程目標課程基於已有基礎運算思維概念之學生來設計，欲使用 App Inventor 來讓學生了解 App 的運作概念及運用運算思維來製作 App 應用程式，最後使學生有能力自行操作 App 應用程式，開始由使用者成為創造者。. 二. 課程工具 1.. App Inventor. 使用 App Inventor (http://ai2.appinventor.mit.edu/#5002992295084032)的程式環境來撰寫，運用「積木式」的方法，如拖、拉、放三個基本動作就能撰寫程式碼，採用完全的雲端操作。學生則需在課前創立 Gmail 帳戶，藉此來登入開發網站，所撰寫的程式將永久保存在該帳號之中，即使課程結束後仍然可持續撰寫程式。App Inventor 在製作過程中，將已完成的檔案輸出為 APK 模式，以利於 Android 設備中執行，另外提供 APK 的 QRcode ，更有利於使用者執行手機程式，這將提高撰寫程式後的視覺回饋。. 2.. 問卷調查. 本研究針對學生學習成效所設計的研究方法，來進行循序式評量問卷，共分為三個部分，欲探討已有程式基礎之學生對於該課程的學習狀況、專題的設計及信心度，並藉由問卷回答來進行結果分析及探討。. (1). 課前問卷. 本研究為探討已有程式基礎概念之學生於 App 課程學習成效，故事先了解學生程式背景、程式能力及對於 App 應用程式的了解。課前問卷設計主要分為 App 應用程式相關概念、運算思維課程的表現及對課程的期望等三個部分，其中 App 應用程式相關概念包括對於 App Inventor 程式了解及對於 App 應用程式之興趣。運算思維與程式設計課程回顧則是欲探討學生程式能力為何，更從中包含 6 題 CHIPPY 挑戰賽之題目，來驗證學生是否已具有相當的程式能力。最後瞭解學生對於課程期待探討包括報名動機及信心程度。 11.

(20) (2). 期中問卷. 期中問卷主要由學生對於課程的學習狀況及專題發想兩個面向來探討，欲了解學生們經過 App 的必要物件開發基礎課程後之學習成效，學習狀況又分為運算思維概念及 App 物件學習能力，App 物件學習能力主要需了解學生對於基礎 App 物件之熟悉度，藉由已有的運算思維概念是否能有效理解及運用該物件，最後探討學生對於專題之想法，了解學生對於專題的概念及設計。. (3). 課後問卷. 最後針對整個課程的學習成效、學習成就及課程回饋三個面向來探討，欲了解已有運算思維基礎之學生在經過 App 的進階物件技巧設計課程及 App 的專題應用與製作後，對於已教學的 App 物件的熟練度及已具備的運算思維概念是否能有效來使用。學習成就希望了解已具備運算思維基礎之學生是否有助於學習及吸收 App 程式設計，及對於自己所做的專題來探討。最後也探討該課程之安排設計是否能讓學生完整吸收，了解課程的完整性及使用性。. 3.. 課堂觀察記錄. 從課堂觀察中瞭解本課程對於學生的學習狀況，包含運算思維能力，App 程式能力及實作時遇到得困難與課程規劃的想法等等，一方面確保學生能有效吸收，另一方面能了解學生是否將已具備之運算思維基礎概念結合 App 物件來使用，並在每日上課結束蒐集該堂課相關問卷回饋，作為課後研究的探討。課堂之後持續觀察已有程式基本概念之學生在專題中是否能製作出有意義之 App 程式，並且完成目標而產出作品與研究分享。預先預期學生將使用到 App 基礎物件如: 標籤、文字輸入盒、按鈕、微型資料庫、圖像精靈、畫布、下拉選單等功能，且運用運算思維概念結合。因此，除了發表成果還需要探討專題過程中是否結合運算思維能力，並且觀察學生在製作專題時，所遇到的困難及問題。以專題作為評量，來測量學生的認知、技能、態度等各方面的學習成效，並探討學生是否將整個課程吸收並且了解學習內容後能做到的專題深度及廣度。. 12.

(21) 三. 研究時程此課程總修課時間為 36 小時，其中包含 2 小時 App 開發環境基本介紹、6 小時 App 的必要物件開發基礎課程、8 小時 App 的進階物件技巧設計課程及 20 小時 App 的專題應用與製作，本課程修課時間為暑假開始之前，為期 9 天，每天時數為 4 小時，希望減少學習運算思維概念，使學生能專注於學習 App 物件。欲從中了解學生每一個階段之學習狀況及吸收程度，且探討學生是否能將所學運算思維概念運用至課堂專題，如圖 3 圖 4 詳細介紹每節課進度。. 圖 3 研究時程時間安排. 圖 4 研究問卷時間安排. 13.

(22) 第四章實驗結果與討論本章節以國立大學有修習過運算思維與程式設計課程學生為研究對象來實施 App 應用開發課程，並根據實施結果討論分析研究目的的達成情形。資料取自各階段問卷的作答、課堂觀察紀錄、專題實作等。經由研究資料收集，包含完整階段 18 份有效問卷、學生們的課堂紀錄、作品分享與設計內容。. 第一節實驗對象背景一. 研究對象與樣本參與本研究之樣本預期為已熟悉「變數」、「函數」、「如果、否則」、「重複、迴圈」及「列表陣列」概念等學生，故在此研究中選擇已修習過國立臺灣師範大學所開設的運算思維與程式設計通識課程且分數高於 80 分之非資工系大學生。本研究共 25 人報名，未完成者 7 名，有效樣本為 18 人，其中完成者為完整參加 36 小時課程之學生，多數選擇本課程學生為理學院之學生，如圖 5。如圖 7 可見選修學生幾乎沒有接觸過任何 App 應用程式撰寫經驗，且多數學生對於 App Inventor 是陌生的，甚至是第一次接觸。由於現在多數課程中，並未提供類似課程，導致學生們從未接觸過 App 應用程式製作，故對於圖形化介面的 App Inventor 是陌生的工具，如圖 6。 14 12 10 8 6. 4 2 0 文學院. 教育學院. 圖 5 學院統計圖. 14. 理學院. 藝術學院.

(23) 5%. 6%. 17%. 61%. 11%. 很有經驗. 有些經驗. 有嘗試學過，算是有點概念. 有嘗試學過，但還是不會. 沒有學習經驗. 圖 6 學習 App 之經驗. 5% 11%. 17% 67%. 很有經驗. 有些經驗. 有嘗試學過，算是有點概念. 有聽過，但不算有學過. 沒有聽過. 圖 7 App Inventor 接觸經驗. 15.

(24) 二. 學生程式背景分析篩選修課學生時確認學生皆已修習過運算思維與程式設計課程(李恩萱， 2018)，且學期總成績平均為 92.5 分。由圖 8 中可以看出每一位學生皆使用過 Scratch，則能表示每位學生都有方塊式程式語言的相關背景，此研究課程報名學生大多數學生學習過不同種類的程式語言例 : R 、 C/C++ 、 Java 、 Python 、 Arduino/Raspberry Pi，由此可見少數學生皆有文字式基礎程式設計相關能力。. Scratch Matlab App Arduino/Raspberry Pi Java C/c++ Python R 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 16. 18. 20. 圖 8 學生先備知識總表. 於第一堂課實施 CHIPPY 挑戰賽(https://chippy.csie.ntnu.edu.tw/index.php)中問題導向基礎及進階共六題如附件四及附件五，測驗時間 120 分鐘，測驗內容為移除圖像及動畫輔助，僅使用文字敘述題目。題目內容與生活情境結合，著重受試者問題拆解與分析能力。由問題導向基礎題答題率得知有 6 位學生完整獲得滿分，11 位學生完成兩題，如圖 9。觀察學生程式碼發現包括未完成之學生內有八成以上學生獲得 80 分以上的成績，代表選擇此課程之學生雖無具備完整的問題導向能力，卻已有基礎運算思維概念。由下表可看出有 4 位學生在問題導向進階題中也能獲得滿分，答對兩題學生也僅有 2 名，觀察期程式碼後約三成左右學生能在進階題中獲得 80 分，則能代表該班及中只有少數學生有完整的列表想法，且能熟悉運用。本研究預期學生皆有基礎的運算思維能力，包括「變數」、「函數」、「如果、否則」、「重複、迴圈」及「列表陣列」概念，由 CHIPPY 挑戰賽可以看出 16.

(25) 學生皆已具備所需能力，雖然對於列表只有基礎概念，但已達成本研究應具備的基本運算思維能力。 12. 11. 10 8 6. 6 4. 4. 2. 2. 1. 0 答對三題. 答對兩題問題導向基礎題. 答對一題. 問題導向進階題. 圖 9 CHIPPY 答題數. 三. 學生對於該課程之期望選修學生中 16 位的學生是希望能夠報名成功，僅有 2 位學生為抱持參與看看的態度來參加此課程如圖 11，且本研究將學生學習興趣分為五個等的，以下分成很有興趣、算有興趣、就學學看、沒有一定要學及不是很想學，統計結果如圖 10 顯示全數學生選擇有興趣程度皆高於三分以上，可以得知選擇此課程學生對於學習 App 程式設計均有興趣，故有效樣本的 18 位學生皆全程參與。. App 學習興趣. 很有興趣. 算有興趣. 就學學看. 沒有一定要學. 不是很想學. 8. 8. 2. 0. 0. 表 3 興趣分析人數表. 17.

(26) 44%. 45%. 11% 很有興趣. 就學學看. 算有興趣. 沒有一定要學. 不是很想學. 圖 10 學生興趣分析. 強烈希望一就希望姑且報名，姑且報名，有不想報名但被定要報名能報上沒上就算了點不希望上拉著一起報學生報名態度. 2. 10. 6. 0. 0. 表 4 學生報名欲望強烈度人數. 33%. 56%. 11%. 姑且報名，沒上就算了. 強烈希望一定要報上. 就希望能報上. 圖 11 報名慾望之強烈度. 根據圖 12 結果顯示出，興趣指數高於 3 分之學生對於學習 App 應用程式的信心度雖較為缺乏但皆認為有能力學習該課程，由此可見學習過運算思維與程式設 18.

(27) 計通識課程之學生所學習的能力，是能夠給予學生高度的信心度促使他們參與本課程。本課程的研究對象為運算思維能力較強的學生，App Inventor 相較於其他程式語言複雜度較低也比較容易上手，然而多數對象對於本課程較無信心的回應，由此可推測學生對於 App Inventor 的運作方式並不熟悉。學生想學習該課程原因大多數原因為 “純粹個人興趣，可以炫耀” “想要開發實用的 App 應用程式作為同學、社團、社交上的工具” 由此可見學生對於 App 應用程式的製作展現出相當大的興趣，學生們認為可以藉由這堂課程吸收新知學習不同層面的知識，所學的邏輯思維也可以應用於其他的程式中，然而 App 應用程式也是現代科技的趨勢，這對於程式技術的創作者而言是很有幫助的，如圖 13。藉由課程帶領學生們學習自行創作 App 應用程式，並加入自己的構思，巧妙的應用在 App 的元件上，讓他們成為 App 應用程式的創造者也讓學生們增加對於運算思維能力的深度與廣度。. 很有信心課程信心度 3. 還算有信心. 信心不足但會努力學. 不是很有信心. 沒有信心. 6. 8. 1. 0. 表 5 修課信心度人數表. 17%. 44%. 33%. 6% 很有信心. 還算有信心. 不是很有信心. 圖 12 修課信心度 19. 信心不足但會努力學. 沒有信心.

(28) 很有幫助運算思維幫 5 助程度. 有一點幫助. 有幫助. 還好. 沒有幫助. 11. 1. 1. 0. 表 6 課程幫助程度人數表. 6%. 5%. 28%. 61%. 有一點幫助. 有幫助. 很有幫助. 還好. 沒有幫助. 圖 13 課程幫助程度. 第二節學生對 App 程式學習成效一.. 學生 App 物件學習成效. 為探討已有運算思維基礎之學生經過 App 的必要物件基礎課程後，是否能夠有效學習 App 基礎物件，本研究以 App 的專題設計做為評估學生學習成就之標準。App 的必要物件基礎課程主要教學按鈕、標籤、畫布、圖像精靈、文字輸入盒、下拉選單，預期經過 App 的必要物件基礎課程後學生將能理解每個物件作用，並使用運算思維之概念來完成專題。課程結束後發現可以吸收全數課程且完成所有實作部分有 10 人，可以全部吸收實作上有些小落後有 4 人，認為課程過多且無法吸收後實作有 4 人。學生反映對於課程幾乎是能掌握的，少數學生較無法跟上，故在課後加強輔導，使學生能跟上進度。從學生對於物件的熟悉度上來觀察，能發現超過半數的學生對於基礎物件皆為理解且會運用，由課後回顧發現學生在經過 App 的必要物件基礎課程之後，能夠製作出基礎的 App 應用程式，且明白該使用何種物件。. 20.

(29) “基本上教學內容都有掌握住，大概基本的 APP 製作是 OK 的。” “感覺內容開始在變複雜，不過我確定我的專題是絕對可以做出來的。”. 16 14 12 10 8 6 4 2 0 按鈕. 標籤. 文字輸入框. 畫布. 圖像精靈. 下拉選單. 非常理解，能夠熟練地運用，且運用至專題理解，遇到較複雜的問題會需要思考普通，知道物件功用但並不熟練不理解，只是知道有這項物件，並不明白如何使用. 圖 14 基礎物件理解度. 由圖 14 可見，學生對於基礎物件的理解大多數為可以理解，少部分學生認為不太明白如何使用。以下針對每一個物件的使用上做相對應評分標準，如表 1。由該表格探討學生使否正確使用該物件，且能夠具備些許的運算思維概念。將每一個基礎物件分解為 5 個部分給分，每一個部分為 2 分，能夠正確且完整使用預期功能者滿分為 10 分，預期學生可完整完成 5 項小功能，由於專題需求不一，故如可使用 4 項小功能也將符合標準，以下預期分數為 48 分，總分為 60 分。. 21.

(30) 表 7 基礎物件分數對照表. 按鈕. 標籤. 畫布. 有使用結合不同物件使用判斷式來區分存入資料庫結合列表有使用結合不同物件使用判斷式來區分取用資料庫資料顯示列表資料有使用結合不同物件使用單迴圈使用判斷式來區分. 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分. 結合列表. 2分. 圖像精靈. 文字輸入盒. 下拉選單. 有使用結合不同物件使用單迴圈使用判斷式來區分結合列表有使用結合不同物件存入資料庫使用判斷式來區分存入列表有使用結合不同物件使用單迴圈使用判斷式來區分. 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分 2分. 結合列表. 2分. 10 位學生在課程之後認為對於專題算有信心，認為以上教學已能達到該專題之目標，有 6 位學生對於專題仍有疑慮，但也認為對於 App 開發的基本內容是有掌握，如果不是太困難之專題是可以勝任的，仍有 2 位學生對於專題並無信心。在專題中可以看出學生對於必要的 App 基礎元件的使用率及正確率，能發現使用率較低原因是 App 物件與該專題主題並不相同，故學生並無使用，但在理解程度上多數學生皆能理解，且如使用該物件的學生大多使用正確，雖然多數遺忘迴圈概念來結合物件，但實質上並無操作上的錯誤。表 8 必要物件正確使用率. 22.

(31) 由表 2 發現，App 物件理解度與使用率呈現正比的現象，且如將課程完全吸收則在專題使用該物件比例較高，推估原因 App 的必要物件基礎課程為學生思考專題之基礎，故如將物件熟悉，便能以該物件之使用方法來發想專題，且如將該課程完全吸收在專題製作之信心也呈正比，能將課程完整吸收者為 14 人對於專題有信心者為 10 人，該反映與結果皆呈現在專題表現上面。物件使用率未達 100% 之原因為該物件與專題並不相符，故學生在使用率尚無法顯示，由使用率中可以分析出學生對於物件皆能達到標準，統計學生缺少的分數以缺少迴圈概念居多，油表 2 可看出，學生對於物件較無法將迴圈概念使用透徹。表 3 為學生專題所使用到之物件統計。表 9 學生專題基礎物件使用度. 密室逃脫猜數字 MEMO Tic Tac Toe 鬼島讀書行事曆 TETRIS19 稀釋小幫手魔術 App 日記 Cube Timer 數獨踩地雷累死你密室脫逃 my_pet 拼圖遊戲打磚塊記帳本. 按鈕 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. 標籤畫布圖像精靈文字輸入盒下拉選單 ● ● ◎ ◎ ◎ ● ● ● ● ◎ ● ● ● ◎ ◎ ● ● ◎ ◎ ◎ ● ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ● ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ● ◎ ◎ ◎ ◎ ● ● ● ◎ ◎ ● ◎ ◎ ◎ ◎ ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ● ● ◎ ◎ ◎ ● ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎:有使用且使用正確、♁:有使用卻使用錯誤、●:未使用. 能發現有運算思維概念的學生能夠輕易學習基礎 App 物件，雖然並不會全數使用至專題，但是能發現有使用的學生在結合運算思維概念部分只有迴圈概念較少人使用，其餘皆使用正確。. 23.

(32) 以下為探討已有運算思維概念之學生經過 App 的進階物件設計課程之後，是否能夠有效學習 App 進階物件設計能力，本研究以 App 的專題設計做為評估學生學習成就之標準。App 的進階物件設計課程主要教學微型資料庫、檔案管理、日期選擇器、對話框、計時器，預期經過 App 的進階物件應用課程後學生將咧解進階物件之使用方法，並使用運算思維之概念來完成專題。課程結束後發現可以吸收全數課程且完成所有實作部分有 7 人，可以全部吸收實作上有些小落後有 7 人，認為課程過多且無法吸收後實作有 4 人。在 App 的進階物件使用課程結束後發現由於課程難度瞬間提升，故無法跟上的學生開始產生，發現原因大多為課程時間過於長，故在後半段無法專注於理解，少數學生解決辦法為課後自行留在教室將無法跟上的地方再次詢問，但多數學生皆將問題帶回家理解隔天再來詢問，但這將造成學生懶散或遺忘問題等等情形，使得後續課程吸收上也產生困難。 “進度蠻快但是真的教了很多很實用的功能和程式應用。” “開發 APP 真不簡單。” 由圖 15 可知，雖然多數學生開始跟不上進度，但是在製作專題上面的信心度卻相對提升，3 位學生對於課程之後認為對於專題非常有信心，認為以上教學已能完整製作出該專題，雖有 4 位學生對於專題仍有疑慮，但也認為對於 App 應用程式內容是有掌握，且能將進階物件使用至專題。 12 10 8 6 4 2 0. 計時器. 檔案管理. 對話框. 資料庫. 日期選擇器. 非常理解，能夠熟練地運用，且運用至專題. 理解，遇到較複雜的問題會需要思考. 普通，知道物件功用但並不熟練. 不理解，只是知道有這項物件，並不明白如何使用. 圖 15 進階物件理解度. 24.

(33) 表 4 針對每一個進階物件的使用上做相對應評分標準。由該表格探討學生使否正確使用該物件，且能夠具備些許的運算思維概念。將每一個進階物件依不同使用方式分解為 4 至 5 個部分，每一個部分針對難易度分別為 2 分或 3 分，能夠正確且完整使用預期功能者滿分為 10 分。在進階物件中僅微型資料庫為預期該使用物件，其餘並無列入預期分數計算，若有使用則以加分來計算。且由於專題需求不一，故預期學生需使用該概念及能夠新增且取出資料，則預期使用分數 5 分，總分為 50 分。表 10 進階物件評分表. 微型資料庫. 日期選擇器. 檔案管理. 有使用新增功能修改功能刪除功能有使用顯示正確日期. 2分 2分 3分 3分 2分 2分. 可選擇時間. 3分. 選擇後顯示選擇時間有使用使用分解功能解析存入資料庫修改檔案結合列表. 3分. 計時器. 對話框. 有使用結合不同物件取得資料使用判斷式來區分有使用產生的方式使用判斷式結束的方式使用判斷式提示功能. 2分 2分 3分 3分 2分 3分 3分 2分. 2分 2分 2分 2分 2分. 未使用 67%. 使用 33%. 很熟練 22%. 未使用使用很熟練熟練. 熟練 11%. 圖 16 檔案管理使用率分析. 25.

(34) 在 App 的進階物件應用課程中大多數學生針對每一個物件僅為知道物件功用並不熟練，對於檔案管理及資料庫能熟練使用的人數甚低。但是在專題中可以看出學生對於進階的 App 元件的使用率及正確率，如表 5。日期選擇器及檔案管理的使用率甚低，該物件使用率較低原因不外乎是該 App 物件與該專題主題並不相同，故學生並無使用。針對檔案管理更看出多數有些學生對於該物件不了解並無法完善使用，又因檔案管理物件較需要非常理解“列表”的運算思維概念才能輕易使用，對於參與本研究之學生在列表的熟悉度本身並不高，故在使用率上僅有 6 人嘗試使用 1 人使用成功，使用之學生對於列表皆一定的熟悉度，但卻也無法輕易地使用如圖 16。其餘有使用該物件之學生多數使用正確，但由於進階物件中大多數為較為特殊時使用，故學生大多只需要使用特定技巧，故無法獲得滿分，但學生們再使用上並無操作上的錯誤。表 6 為每一個專題所使用到之物件統計。表 11 進階物件正確使用率. 表 12 學生專題進階物件使用度. 微型資料庫密室逃脫猜數字 MEMO 終極 Tic Tac Toe. 鬼島讀書行事曆 TETRIS19. 稀釋小幫手魔術 App 日記 Cube Timer. ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. 檔案管理 ● ●. 計時器 ◎ ◎ ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ● ◎ ◎. ♁ ● ● ♁ ● ◎ ● ♁ ♁ 26. 日期選擇起 ● ● ● ● ● ◎ ◎ ◎ ● ◎ ●. 對話框 ◎ ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ● ◎ ◎.

(35) 數獨踩地雷累死你密室脫逃 my_pet. 拼圖遊戲打磚塊記帳本. ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. ● ● ● ● ● ●. ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. ♁. ● ● ● ◎ ● ● ◎. ● ◎ ◎ ◎ ● ● ◎. ◎:有使用且使用正確♁:有使用卻使用錯誤●:未使用. 能發現有運算思維概念的學生能夠學習進階 App 物件，且多數學生皆能使用至專題，學生在結合運算思維概念部分也能使用正確，雖然在檔案管理的學習上有些許落後，猜測學生原本對於列表就稍微不熟悉，但是檔案管理物件上需要將文件分解再處理成為列表，故在學習上無法完整吸收。但也能發現學生對於微型資料庫皆能有效來學習，雖然學生對於列表不是那麼熟悉，但是能有藉由微型資料庫皆能正確使用。根據上述研究統計發現，App 的進階物件理解度與使用率並無直接相關，在 App 的進階物件應用課程中多數同學認為課程較難無法跟上進度，但是多數學生皆能將物件正確使用。以微型資料庫為例，只有 4 位學生非常理解且認為能運用至專題，但是在專題表現中共有 17 位同學皆能正確使用微型資料庫。因 App 的進階物件應用課程給於學生擴展專題之想法，如需增加專題之深度必須使用上已具備得運算思維之能力，已有運算思維概念之下的學生，無需花費時間理解其餘程式設計之概念故能夠在進階 App 物件多花心思理解，便能加入進階 App 物件想法至專題。也能發現些許進階物件的使用率較高正確率卻較低，探討結果為大多數學生將只使用到該物件中的特定幾項功能，並沒有將該物件全數功能用至專題。. 27.

(36) 二. 學生專題表現為探討已具備運算思維能力之學生經過 App 的必要物件基礎課程及 App 的進階物件應用課程之後，學生是否能將已具備之能力運用至 App 物件上，本研究以 App 專題的設計做為評估學生學習成就之標準。預期學生皆能已運算思維概念來撰寫專題，研究之學生已修過運算思維與程式設計，故對於「變數」、「函數」、「如果、否則」、「重複、迴圈」及「列表陣列」等概念應能熟悉運用。課程預期學生皆能運用到以上運算思維之能力，舉例來說，根據運算思維之想法將圖像精靈存為列表，以列表方式做之後的運用，或將相似動作以函式方式取代簡化程式的複雜度等。預期已有運算思維背景之學生，可以使用已有的運算思維想法來撰寫程式，故在程式方面將會更加簡潔，及減少出錯率。以下分析該物件之正確及錯誤使用方法。表 7 針對每一種概念的使用上做相對應評分標準。由該表格探討學生使否正確使用運算思維之概念。將每一個概念依不同使用方式分解為 2 至 3 個部分，每一個部分針對難易度分別為 5 分或 10 分，如能夠在整個程式中正確且完整使用預期功能者滿分為 20 分，從中欲探討學生的正確使用率。表 13 物件使用方式及分數標準. 未有運算思維概念之使用. 已有運算思維概念之使用. 列表. 使用該運算思維學生滿分為 20 分有正確存為列表 5 分、列表使用正確 10 分、變數命名完整 5 分. 28.

(37) 判斷式. 使用該運算思維學生滿分為 20 分能夠正確判斷者 5 分、使用多重判斷式 5 分、減少使用判斷式為 10 分單迴圈重複結構. 使用該運算思維學生滿分為 20 分能夠使用 for 迴圈者 10 分、能夠取清單中每一個值 5 分、當滿足條件 5 分多迴圈重複結構使用該運算思維學生滿分為 20 分使用雙層迴圈者 10 分、For 與"取清單中每一個"能夠交互應用 10 分. 29.

(38) 函數. 使用該運算思維學生滿分為 20 分能夠化簡程式碼者 10 分、能夠正確使用回傳程序 5 分、能夠正確使用執行程序 5 分 14 12 10 8 6 4 2 0 「判斷式」. 「單迴圈」. 「多迴圈」. 不記得或沒學過. 需複習. 「列表」會運用. 熟練. 「函數」. 整體而言. 很熟練. 圖 17 運算思維概念熟練度. 由表 7 中可以看出已有運算思維概念的學生來撰寫程式，預期該 App 應用程式將比未有運算思維概念之學生所撰寫的程式更加簡潔。根據表 8 可以看出在專題中使用到運算思維想法概念，列表、判斷式使用率為百分之百，雖然在圖 17 中學生對於列表並不是這麼熟悉，但是結合 App 物件卻能使學生更加理解該概念之使用方法，且將列表所需要之功能皆使用正確，這是預期之外的收穫。使用率及正確率較低原因為 App Inventor 中表達迴圈及函數方法變化較多，學生並沒有全數皆能熟悉使用，但能看出有使用的學生皆能獲得 10 分以上。在迴圈方面使用率 30.

(39) 較少，尤其是多重迴圈部分，但是在概念的熟悉度上卻有將近八成學生，由專題中發現學生皆使用"for 迴圈"的概念居多，少部分學生使用到其他不同種類的作法來取得列表中的值，故能看出學生對於迴圈概念僅限於較不複雜之應用。表 14 運算思維概念正確使用率. 表 15 學生專題運算思維使用率. Escape game 密室逃脫猜數字 MEMO 終極 Tic Tac Toe：多想一步鬼島讀書行事曆 TETRIS19 稀釋小幫手魔術 App 日記 Cube Timer 數獨踩地雷累死你密室脫逃 my_pet 拼圖遊戲打磚塊記帳本. 函數 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ● ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. 列表 ◎ ◎ ◎. 判斷式 ◎ ◎ ◎. 單迴圈 ● ◎ ●. 多迴圈 ● ● ●. ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ●. ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ●. ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎. ◎ ● ◎ ◎ ● ● ● ● ◎. ◎:有使用且使用正確、♁:有使用卻使用錯誤、●:未使用. 31.

(40) 表 10 為學生作品根據物件及程式設計之評分方式來評分，分為 App 物件及程式概念，App 物件又細分為必要物件及進階物件，其中必要物件共 6 項總分為 60 分，預期分數為 48 分，如有達成則以紅色為標籤。進階物件 5 項總分為 50 分，預期分數為 4 分，如有達成則以灰色為標籤。程式概念預期能使用全部共 5 項總分為 100 分，預期分數為 60 分，如有達成則以藍色為標籤。預期學生皆能夠使用透徹，但由於些許物件與學生專題並不相符，且運算思維元件種類過多雖然學生能有該運算思維能力卻無法全數使用，以下分析學生的得分。表 16 專題總評分. 稀釋小幫手記帳本讀書行事曆日記 MY_PET 踩地雷 TETRIS19 鬼島 CUBE TIMER 累死你密室脫逃 TIC TAC TOE MEMO 打磚塊猜數字拼圖遊戲 ESCAPE GAME 魔術 APP 數獨. 物件分數滿分為 60/50 預期分數為 48/4 60 32 60 27 60 27 60 27 60 22 48 15 43 19 48 18 56 17 49 15 38 15 42 11 36 4 22 7 34 4 40 13 35 4 8 0. 程式概念分數滿分為 100 預期分數為 60 100 95 90 90 70 90 85 80 60 65 70 40 60 70 60 40 40 60. 雖然有少部分學生專題分數不如預期，且運用之運算思維分數並不高，但是已從信心度中可以看出學生有足夠的信心製作出 App 應用程式人數明顯提升，且對於每一樣 App 物件的熟悉度都已理解居多，代表學生確實已學會製作 App 應用程式的能力。使用物件的正確率中必要物件及進階物件分別為 9 人與 17 人，程式概念正確率為 15 人總符合預期人數為 9 人。能發現正確使用運算思維之學生約為八成以上，由此可知已具備運算思維基礎之學生能夠完整製作出具備程式基礎的 App 應用程式。針對以上結果統計做出專題中，多數學生仍然較於喜歡遊戲類 32.

(41) App 應用程式，在專題製作上有 13 位學生製作遊戲，僅 5 位學生製作類記帳本的工具，雖然預計學生皆能製作工具類專題，但在遊戲類中學生做出的專題近乎完整，學生將遊戲的完整度製作的完善，這是超出原本預期的。且該專題展示能發現多數學生皆能以運算思維之概念來完成專題，並且將專題完整完成，班級中只有 1 位將全數運算思維概念及 App 概念皆運用至專題，該學生在運算思維課程中成績高達 99 分，該學生原本對於製作出 App 應用程式為較無信心，但在課程之後能夠完善製作出具有運算思維程式概念的 App 程式，由此可知如有完整的運算思維背景，在學習 App 程式設計是較有幫助的。以上整體結果顯示，已有運算思維能力之學生皆能製作出擁有列表、函數、判斷式之 App 應用程式，少數學生皆能運用迴圈概念至專題。. 三. 學生心得與課堂觀察在課程開始前多數學生認為使用方塊式語言的 App Inventor 是容易學習的，但在開始課程之後才知道學習 App 應用程式一樣需要程式基礎及 App 物件基礎，由於修課學生皆已具備程式基礎，故只需專注於 App 物件上的學習，學生們認為. “以前一直想要學 App 應用程式製作但是都沒有一個合適的機會，透過這次的課程我發現其實用對工具可以讓整個過程變得簡單，App Inventor 是一個很好入門的平台，一個禮拜大概就掌握了很好的開發概念，希望未來能夠做出一個產品出來。”. “不得不說花一個星期做出一個小遊戲還是蠻有成就感的，雖然在用 App Inventor 時有些限制，但對於重複性高的物件內容可直接複製方塊及使用背包，真的是非常方便！”. “參加這次的課程，確實學習到了 APP 應用程式的製作方法。透過 App Inventor 製作出可用的 App 應用程式很有趣也很高興，今天發表時看到很多同學的作品，覺得有很多有創意和可以觀摩學習的地方。”. 33.

(42) 100%. 1. 90%. 1 4. 80%. 6. 70%. 8. 60% 50%. 7. 40% 30%. 7. 4. 20%. 3. 10%. 1. 0%. 未開始上課很有信心. 還算有信心. 必要物件課程結束信心不足但會努力學. 進階物件課程結束不是很有信心. 沒有信心. 圖 18 學生製作 App 信心度調查統計. 由圖 21 及 22 可以看出多數學生對於自己專題的完整性感到滿意，雖然有 2 位學生對於該專題認為尚未完整，但在專題作品中已能呈現所要求的想法及功用，且其中一位學生雖然以做出該課程所需要的功能，但學生要求自己做出跟市面上相同的樣式，故需要更深入探討及學習。另一位學生仍在課後詢問問題，能代表該學生對於 App 應用程式製作非常有興趣且希望在未來也能夠繼續學習。而有七成學生認為自己能夠在 20 小時內完成作品感到相當驚訝，由圖 20 結果可以看出這些學生原始對於製作出完整 App 應用程式的信心度是較為缺乏的，但是仍然可以在短時間內完成自己的作品，也提升未來繼續製作 App 應用程式的興趣及動力。由圖 18 可得學生在經過 20 小時製作專題時間中，能提升學生理解物件的熟悉度，雖然時間只有短短 20 小時製作，但多數學生皆能製作出完整且有程式意義的 App 應用程式。. 34.

(43) 39% 同意非常同意 61%. 圖 19 學習 App 物件技巧能力提升. 6% 18% 23%. 18%. 77%. 35%. 1分. 2分. 3分. 4分. 5分. 不是很有信心. 還算有信心. 很有信心. 信心不足但會努力學. 圖 20 能做出 App 學生課前信心度. 由學生回應片段可以看出修課結束後的反映，學生認為該課程能學習到 App 相關物件的使用，促使他們有信心繼續學習相關的 App 應用程式製作。針對對於專題較不滿意的學生去分析，多數學生希望能繼續學習 App 相關知識，來彌補專題不滿意之處，如圖 21，對於對專題已滿意之學生作探討，則多數學生希望能夠開發新的 App 應用程式，可以看出學生對於 App 程式設計是有相當的興趣及動力，希望在未來繼續學習，如圖 22。. 35.

(44) 17% 28%. 39% 44%. 6% 5%. 滿意. 非常滿意. 完成該專題，不一定繼續學習. 繼續學習且完成該專題. 專題已完成，開發新專題. 圖 21 對於專題較不滿意之學生對未來學習度. 33%. 33%. 61% 28%. 6%. 不滿意. 還可以. 繼續學習且完成該專題. 專題已完成，開發新專題. 圖 22 對於專題較滿意之學生對未來學習度. 此課程中多數學生認為該堂課的教學過程符合選課的期望，在正式課程中學習到 App 應用程式中相關的物件，但學生們認為需要增加不同的遊戲專題來激發課後專題的想法，少數學生認為課程些許過快，無法詳細理解每一個元件完整功用，故在課後需要更多時間來理解。對於課程安排及內容設計約九成學生給予高度肯定的評價，但是在時間安排上仍然是多數學生認為需改進的。時間安排上由於需要教學的元件過多，以至於時間上的安排過於緊湊，連續 4 小時使學生專注力無法集中，更無法將學生想法直接表達在專題中。但是大多課程是學生給予肯定，認為使用 App Inventor 是簡單易上手的好工具，且真的做出日常生活中自己最需要的應用程式。. 36.

(45) 在助教及老師協助及自行研究後學生對於該作品的滿意度甚高，且對於課程內容及未來發展非常有興趣，高於九成學生在課程結束之後仍然想繼續精進 App 應用程式的開發，也希望日後可以開設更多類似課程，甚至每位同學皆推薦想學習 App 程式設計的學弟妹來修習此課程，如圖 23。. 14 12 10 8 6 4 2 0. 若未來有機或開課我會推薦學弟妹們選修本課程未來若有機會我會考慮加修其他程式設計應用. 非常同意. 同意. 普通. 不同意. 圖 23 未來修課期望. 37. 非常不同意.

(46) 第五章結論與建議本研究針對已具備運算思維基礎之學生，藉由 App Inventor 來學習 App 物件，探討經過 App 開發基礎環境介紹、App 的必要物件開發課程、App 的進階物件設計課程及 App 的專題應用與製作後的學習成效，從研究中能明顯看出有運算思維先備知識的學生在無需額外學習運算思維之下，能夠專注於學習 App 物件，且在學習 App 應用程式開發中能輕易上手。學生從未接觸 App 應用程式至著手開始研究及設計 App 應用程式，在課程結束後能自行製作出完整的 App 應用程式，此成果尚為滿意。App Inventor 課程中不需接受特定程式語法及面對產生的非預期錯誤，且減少程式基礎教學只焦距在理解程式的執行與邏輯的方式且學生又已有運算思維程式基礎，更能提升學生學習 App 應用程式的效率。本研究結果顯示，具有運算思維背景之學生能夠設計的 App 應用程式廣度甚廣，在短短一周的製作時間內所製作出的專題內大多皆有按鈕、標籤、畫布、圖像精靈、文字輸入盒、微型資料庫，少數學生專題內也能運用到日期選擇器、對話框、下拉選單、計時器，且學生皆能已運算思維概念來撰寫，可以看出已有運算思維概念之學生確實能藉由此課程吸收 App 物件知識，且善用已具備的能力來完成專題。學生皆已能製作出具有列表、函數、判斷式等運算思維概念及具有完整資料庫運用的手機程式，無論是完整的單機遊戲，或是隨手可見的小工具，皆可以使用已具備的先備知識將 App 應用程式功能運用的透徹。在學習方面多數同學能夠輕易使用上課所教學之物件，少數物件因為每一個學生專題需求不一，故在專題使用率沒有預期的高，但是在課程觀察中仍可以統計出學生的學習成效皆有成長。學生對於檔案管理該物件並無法透徹學習，能看出以修習過運算思維之學生對於列表的熟悉度仍然須加強，學生須在此部分做深入的探討與學習，故在使用上有明顯降低。本實驗課程藉由手機的運作及積木式的組合程式來提升學生對於 App 程式設計的興趣，使學生能獨立開發不同深度的手機 App 工具。未來研究方向將針對已具備運算思維基礎之學生開設不同種類課程，探討對於學習不同種程式語言是否也能有效學習，學習環境將不侷限在視覺化程式設計中，可考慮直接使用文字式語言來做研究。在未來也希望能將此課程延伸，探討已有 App 物件概念及運算思維之學生是否能運用文字式程式語言來製作類似的 App 應用程式。. 38.