高中資訊教師對電腦科學史融入教學之看法
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(2) 摘要 本研究調查高中資訊教師對電腦科學史融入教學的看法，並以教師背景與課 程實施現況探討影響教師實施電腦科學史教學之因素，調查內容包括教師教學態 度、教學挑戰、教學設計、教學內容與教學支援等向度。研究採問卷調查法進行， 邀請全國公立高中資訊教師進行線上問卷填答，共計 137 位教師參與。 調查結果顯示約有四成教師曾修習電腦科學史相關課程，八成以上實施過電 腦科學史教學活動，教師普遍對課程中帶入電腦科學史持正向態度，但教學時 數、學生興趣、教師背景知識、教材不足等挑戰因素會影響其教學成效。若要實 施電腦科學史教學，教師們認為電腦網路、資訊安全、人工智慧與內儲程式等科 學發展里程碑是高中生應該知道的電腦科學史；以學生較熟悉的近代電腦科學發 展重要人物做為史料選材重點，可提昇學生的學習興趣；依時序或類別彙整重要 事件演進、科學發展的失敗經驗與重要事件發生的時代背景、搭配相關的圖片、 照片、科學家故事與奇聞軼事進行科學史料的舖陳，有助於學生對電腦科學的了 解；在教科書中包含較完整的電腦科學史內容，增加更多教科書以外的電腦科學 史補充教材、中文影音資料庫與科學史網站，則可豐富教師背景知識與教學資源。 建議後續研究者進行高中電腦科學史教學活動設計與教學成效評估，開發電 腦科學史教學指引，協助教師更有效率地在教學中帶入電腦科學史，以提昇教師 對電腦科學史的教學意願。. 關鍵詞：電腦科學、高中、資訊教師、科學史.
(3) Abstract The. purpose. of. this. study. is. to. investigate. high. school. teachers'. perceptions/concerns of teaching computer sciences through history of computing. The research methods adopted in this study are an online questionnaire survey and a follow-up email interviews with selected teachers. The planned questionnaire was designed with five dimensions to unveil teachers’ perceptions and concerns of teaching history of computing including: (I) attitude towards teaching history of computing, (II) challenges in teaching history of computing, (III) instructional design of history of computing, (IV) instructional contents of history of computing, and (V) materials/resources to support teaching history of computing. We also collected extensive demographic data of the surveyed teachers including gender, age, years of teaching, educational background and knowledge of history computing to analyze factors that might affect teachers’ perceptions and concerns. As our survey, we invited about 388 public high school teachers to answer our questionnaire and 137 of them responded. Our survey results showed that most of the respondents considered advantageous to include the historical elements in teaching/learning computer science, and had experience in teaching history of computing in their class. They implemented kinds of teaching strategies, but the instructional efficiency showed differences. Despite there was significant positive relationship between teacher’s interest and desire in history of computing, there were challenges affect teachers’ decisions in teaching history of computing, among them were supporting resources such as learning materials or instructional guides, and students’ interests on history materials. To bring history of computing into high school computer science curriculum, most respondents urged for more supports such as supplementary materials of history of computing, textbooks with more history of computing contents, and professional training in teaching history of computing. We hope the results of this study should provide valuable ideas for textbook authors and curriculum developers; it should offer suggestions for high school teachers in teaching CS through history of computing as well. Keywords: History of science; history of computing; high school computer science; computer science teachers.
(4) 誌 謝 資訊教育學系畢業後教書進入第十八年，教學工作讓我充滿活力與成就感， 這些年來，總是以「傻子的精神、寬闊的胸襟與十足的耐力」勉勵自己，也勉勵 學生。一直夢想重返母校充電，兩年半前，在吳正己老師與林美娟老師的鼓勵下， 就這樣踏上我的尋夢之旅。 入學前半年的探索與基礎能力養成，奠定我日後研究的方向與信心。吳老師 給我最大的自由度與想像空間，適時的提點，讓我在發散的思維中，慢慢聚焦； 美娟老師的英文論文寫作課程培養我研究論述的邏輯與英文寫作的能力，實現我 參加國際學術研討會與獨立發表的理想。接下來選修的每一門課，都是我渴望獲 得的養份，吳老師的電腦科學教育導論，深化我對電腦科學教育的思維，也訓練 我在教學中抓住學習主題的 big idea；亦師亦友的育慈老師，在電腦科學教學法這 門課中，強化我的教學理論基礎，讓我的教學策略與教學設計更明確有效率；而 邱貴發老師的數位學習理論與研究法課程，訓練我站在更高的地方，讓我用更廣 闊的視野看事情。 最要感謝的人是吳老師與師母。謝謝老師包容我思考的不成熟，一步一步引 導我進行反思，精緻化研究問題，還鼓勵我書寫研討會論文，參與電腦科學教育 相關的學術會議，與國際學者進行交流。我知道，每一次的投稿與修改，都讓老 師費盡心思，一封封凌晨三點多寄回來的批閱加註信件，加深了我心中的不安， 期望自己能夠更好，不要讓老師這麼辛苦。謝謝師母對每個人的關心與了解，師 母給予的溫暖，讓我更珍惜當學生的幸福時刻。 謝謝實驗室裡陪伴我走過這段歷程的學弟妹，美文、QQ、阿月、包子、孟凱、 雅茱、筱蔓、依瑪、惠淇、裕明、騏騏、瀞尹、威霖、致平與孝齊，謝謝你們陪 我一起發想、一起討論、一起加油。所辦的嘉玲與魏先生是研究路上的重要支柱， 謝謝你們提供最完善的諮詢，協助我達成每一階段的目標。 而讓我勇敢追求夢想的，是親愛的家人。謝謝爸爸媽媽對我的關心與支持； 謝謝貼心的鵑鵑和涵涵，提醒我休息，幫我搥背、泡一杯熱茶，還讚美我的作業。 謝謝親愛的老公讓我無後顧之憂，縱容我編織夢想。 夢想成真的時刻，滿滿的幸福與喜悅。謝謝，因為有你們！ 怡芬 於 木柵 2013 年 7 月.
(5) 目錄 附表目錄. ......................................................... i. 第一章 緒論 ........................................................ 1 第一節 研究背景與動機................................................................................. 1 第二節 研究目的............................................................................................. 3 第二章 文獻探討 .................................................... 4 第一節 科學史與科學教育............................................................................. 4 第二節 電腦科學史與電腦科學教育............................................................. 7 第三節 教師對科學史教學之看法............................................................... 16 第三章 研究方法 ................................................... 19 第一節 研究對象........................................................................................... 19 第二節 實施程序........................................................................................... 19 第三節 調查問卷........................................................................................... 20 第四節 資料分析........................................................................................... 27 第四章 結果與討論 ................................................. 28 第一節 教師背景........................................................................................... 28 第二節 資訊課程實施現況........................................................................... 30 第三節 電腦科學史教學態度....................................................................... 30 第四節 電腦科學史教學挑戰....................................................................... 32 第五節 電腦科學史教學設計....................................................................... 34 第六節 電腦科學史教學內容....................................................................... 36 第七節 電腦科學史教學支援....................................................................... 41 第八節 教師背景對教學態度的影響........................................................... 43 第九節 教師教學態度與課程實施............................................................... 47 第十節 教師背景與教學挑戰....................................................................... 49 第十一節 課程實施與教學挑戰................................................................... 53 第十二節. 本章總結....................................................................................... 55. 第五章 結論與建議 ................................................. 57 參考文獻. ........................................................ 59. 附錄一：電腦科學史融入教學問卷 (預試問卷) .......................... 63 附錄二：電腦科學史融入教學問卷 (正式問卷) .......................... 66.
(6) 附表目錄 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表. 2- 1 電腦科學發展知識庫 ....................................................................................... 9 2- 2 電腦科學史時間分類方法 ............................................................................... 9 2- 3 電腦科學史學習內容建議 ............................................................................. 10 2- 4 高中電腦課程綱要資訊科學發展重要里程碑 ............................................. 10 2- 5 電腦科學發展上具有重要貢獻與影響的人物分類 ..................................... 11 2- 6 美國電腦科學史相關課程之教學設計 ......................................................... 13 2- 7 電腦科學史教學設計 ..................................................................................... 14 2- 8 教師對科學史融入教學看法之相關研究 ..................................................... 16 3- 1 教師基本資料與屬性 ..................................................................................... 20 3- 2 課程實施與屬性 ............................................................................................. 21 3- 3 電腦科學史融入教學問卷向度與內容說明 ................................................. 22 3- 4 電腦科學史重要人物與貢獻 ......................................................................... 24 4- 1 填答者背景資料 ............................................................................................. 28 4- 2 各縣市參與人數分佈 ..................................................................................... 29 4- 3 各區域參與人數分佈 ..................................................................................... 29 4- 4 資訊課程實施現況 ......................................................................................... 30 4- 5 教師對電腦科學史教學的態度 ..................................................................... 31 4- 6 教師對電腦科學史教學的挑戰 ..................................................................... 32 4- 7 皮爾森相關係數 - 教學挑戰與教學意願的相關 ........................................ 33 4- 8 高中電腦科學史教學實施現況 ..................................................................... 34 4- 9 高中電腦科學史教學實施成效 ..................................................................... 35 4- 10 對學習有幫助的電腦科學史素材 ............................................................... 36 4- 11 高中生應該要學習的電腦科學史內容 ....................................................... 37 4- 12 高中生應該知道的電腦科學發展重要里程碑 ........................................... 38 4- 13 高中生應該知道的電腦科學史重要人物 ................................................... 39 4- 14 電腦科學史重要人物 Top10 ........................................................................ 40 4- 15 電腦科學史教學資源的重要程度 ............................................................... 41 4- 16 教師對教科書中的電腦科學史呈現形式的看法 ....................................... 42 4- 17 教師性別對電腦科學史教學態度的影響 ................................................... 43 4- 18 教師年齡對電腦科學史教學態度的影響 ................................................... 43 4- 19 教師任教年資對電腦科學史教學態度的影響 ........................................... 44 4- 20 教師畢業系所對電腦科學史教學態度的影響 ........................................... 45 4- 21 教師科學史背景對電腦科學史教學態度的影響 ....................................... 45 4- 22 教師電腦科學史背景對電腦科學史教學態度的影響 ............................... 46 4- 23 課程設計與電腦科學史教學態度的關係 ................................................... 47 4- 24 授課教材與電腦科學史教學態度的關係 ................................................... 48 i.
(7) 表 表 表 表 表 表 表 表. 4- 25 教師性別對電腦科學史教學挑戰的影響 ................................................... 49 4- 26 教師年齡對電腦科學史教學挑戰的影響 ................................................... 50 4- 27 教師任教年資對電腦科學史教學挑戰的影響 ........................................... 50 4- 28 教師畢業系所對電腦科學史教學挑戰的影響 ........................................... 51 4- 29 教師科學史背景對電腦科學史教學挑戰的影響 ....................................... 51 4- 30 教師電腦科學史背景對電腦科學史教學挑戰的影響 ............................... 52 4- 31 課程設計與電腦科學史教學挑戰的關係 ................................................... 53 4- 32 授課教材與電腦科學史教學挑戰的關係 ................................................... 54. ii.
(8) 第一章 第一節. 緒論. 研究背景與動機. 1950年代哈佛大學校長 James Conant 主張以個案研究方式將科學史帶入科 學教育之後（Conant, 1957），相繼有許多學者嘗試在科學教育中運用科學史教材 （Kolpfer, 1969；Rutherford, Holton & Watson, 1981）。科學史在教學中扮演重要 的角色，能夠結合科學、科技與社會的特質，加深學生對科學知識與科學經驗的 視野、呈現科學在人文社會的觀點、促進科學概的理解，也能傳達科學方法與科 學本質（許良榮、李田英，1995；Matthews, 1989；Mach, 1895；巫俊明，2002）。 許多科學教育研究發現，在教學中添加人性化的情境，能夠提高學生的學習興 趣，培養學生對科學的正向態度、增進學生對科學概念的理解，也能促進學生對 科學本質的了解 （Galili & Hazan, 2001；邱明富、高慧蓮，2004；姜志忠、張惠 博、林淑梤、鄭一亭，2006；胡瑞萍、林陳涌，2006）。 電腦科學是一門新興的學門，不同領域的科學對電腦科學發展的貢獻，呈現 了電腦科學史更多元豐富的面向，許多電腦科學學者呼籲將電腦科學史納入電腦 課程中，以提昇學生電腦科學素養及學習成效（Impagliazzo et al. 1999）。電腦科 學史融入教學有許多優點，學生可由不同面向認識電腦科學的本質，以更客觀的 態度洞察真實世界的改變，且更深刻地體會電腦科學與社會的互動關係；避免重 蹈科學發展歷程中的錯誤，建立正確的電腦科學知識與脈絡架構；藉由電腦科學 家對人類的貢獻，引起學生學習興趣，並激發探索與創新的能力（Lee, 1997; Gal-Ezer & Harel, 1998; Rupf, 2004; Impagliazzo & Lee, 2004）。 1999 年IFIP TC3 and TC9 Joint Task Group 提出電腦科學史課程建議書，內 容包含電腦科學史的相關教學資源、教學工具與教學方法，期能讓教學者以更有 趣的方式進行教學（Impagliazzo et al. 1999）。我國教育部也於 2008 年首次在高 中電腦課程綱要的「教材綱要」中明列須教授「資訊科學本質與內涵」、「電腦 發展」、及「資訊科學發展重要里程碑」等與電腦科學史相關的主題；在教學重 點中特別提及應介紹電腦科學發展的重要事件或創新貢獻始末，幫助學生瞭解電 腦科學的本質及全貌，使授課更為活潑，學習更為深刻（教育部，2008）。 1.
(9) 雖然許多研究指出應用科學史教學的優點（Lee, 1996; Gal-Ezer & Harel, 1998; Rupf, 2004; Impagliazzo & Lee, 2004），但教師對於教學內容或教學目標的認知依 然是影響教學成敗的關鍵因素之一（Matthew, 1989）。研究發現教師們普遍認為 科學史融入教學對師生都有幫助，但還是遭遇教學資源、教學內容與科學史專業 訓練不足等困境，使得教師缺乏對科學史融入教學的信心（Galili & Hazan, 2001; Siu, 2004；Panasuk & Horton, 2012）。學者們建議，科學史專業知識的教師培訓、 提供良好的教科書教材設計，可強化教師的科學史教學的知識與信心（Galili & Hazan, 2001; Siu, 2004；Panasuk & Horton, 2012）。 近年來國外電腦科學史學者相關研究偏重於高等教育的電腦科學史課程設 計（Cortina & McKenna, 2006; Tcortina, 2006）與教學方法（Impagliazzo & Lee, 2004），較少著墨在於中學教師教學的看法與教科書教材設計。陳秋燕（2009） 分析現行高中電腦教科書的電腦科學史內容，發現多數教材並未介紹電腦科學發 展的重要事件或創新貢獻始末，編寫方式片斷零散，未呈現科學發展脈絡，也未 註明歷史資訊的參考來源。 為了協助高中資訊教師運用電腦科學史教學，提供電腦科學史教學設計與教 學方法之建議，本研究以「教學態度」、「教學挑戰」、「教學設計」、「教學 內容」與「教學支援」向度了解教師對科學史教學的看法與需求。一方面統整電 腦科學史融入教學的有效策略，做為高中資訊教師運用電腦科學史教學之參考； 另一方面則在電腦科學史教材內容與教學資源向度提出建議，期能做為未來教材 開發者之課程設計依據，提供更有效的教學支援，以減低教師運用電腦科學史教 學遭遇的困境。. 2.
(10) 第二節. 研究目的. 本研究分別針對教學態度、教學挑戰、教學設計、教學內容與教學支援五個 向度調查高中資訊教師對電腦科學史融入教學之看法；並以教師背景與課程實施 現況探討影響教師實施電腦科學史教學之因素。具體研究問題如下： 一、 教師對電腦科學史融入教學的態度為何？ 二、 教師認為電腦科學史融入教學面臨的挑戰是什麼？ 三、 教師運用電腦科學史教學的策略為何？ 四、 教師認為學生應該了解的電腦科學史內容為何？ 五、 教師需要的電腦科學史教學支援是什麼？ 六、 教師背景是否影響教師對電腦科學史融入教學的態度？ 七、 教師對電腦科學史融入教學的態度是否與課程實施方式有關？ 八、 教師背景是否影響教師對電腦科學史教學挑戰的感受？ 九、 課程實施方式是否與教師對電腦科學史教學挑戰的感受有關？. 3.
(11) 第二章 文獻探討 本章首先以科學史與科學教育為主題，探討科學史的發展歷程與其在科學 教育中扮演的角色；接著，再以電腦科學史與電腦科學教育為主題，探討電腦科 學史教學的發展歷程、教學功能、教學內容、教學設計與教學成效；最後，整理 教師對科學史教學之相關研究，瞭解其研究方法與問卷設計面向，以做為本研究 調查問卷設計之依據。. 第一節. 科學史與科學教育. 壹、科學史在教育上的發展歷程 二十世紀初期，比利時科學家 George Sarton 編著《科學史導論》，總結十 五世紀以前各門科學的發展歷程，致力於科學史的推動與宣揚。他不但創辦科學 史刊物、建立科學史資料庫、提供大量科學史課程，還建立科學史學會以擴大科 學史的影響。一九二○年代，George Sarton 在哈佛大學倡議科學史的重要性，並 開設獨立課程，讓科學史正式成為一門獨立學科（Eugene, 1985）。 二次世界大戰後，科學史便開始在美國大學非主修科學的課程中嶄露頭角， 其中最具影響力的人物首推哈佛大學校長 Conant（1957），其科學史個案研究的 方法. （case-study approach）廣為學界所採用。一九六○年代初期，Leo Klopfer. （1969）在 History of Science Cases for Schools 計畫中，進一步將科學史導入中 學課程，希望藉由科學史個案增進中學生對科學及科學家的了解。Gerald Holton、 Fletcher Watson、James Rutherford 等人（1981）共同發展適合高中學生研習的哈 佛大學物理課程計畫（Harvard Project Physics Courses，簡稱 HPP），希望由歷史 角度幫助學生瞭解物理科學本質，並改變學生對物理科學的態度。八○年代後期， 各國具體推出與科學史有關的課程計畫及標準，例如，美國的 Project 2061、 National Science Education Standard、及 Benchmarks for Science Literacy，英國的 British National Curriculum，丹麥的 Danish Science and Technology Curriculum 等，皆提倡將科學史納入科學課程中。科學史納入正式課程中成為科學教育的趨 勢（AAAS, 1989, 1993 ; Matthews, 1994）。 4.
(12) 貳、科學史在科學教育中扮演的角色 科學教育學者認為科學史在教學中扮演重要的角色。許良榮、李田英（1995） 認為科學史能夠聯繫科學與人文，帶出科學方法的多樣性、也能協助知識的建 構。將科學史融入科學教學可以讓學生瞭解科學理論的暫時性與不確定性；增加 學生對於科學家及其工作的興趣和鑑賞；透過適當的科學史例子，可幫助學生領 悟科學家創造的過程，讓學生瞭解科學理論是持續的改變著，使學生能開闊心 胸、接受錯誤，更能讓學生瞭解到科學與社會之間的關係，縮小科學與人文的鴻 溝。Matthews（1989）指出教科學史的目的並不是為了教哲學，而是為了促進學 生的學習、增進科學成就的認識與了解、將科學視為一種與其他生活領域間的文 化活動，也能開始了解科學是如何影響我們的生活，影響我們所居住的世界。Mach （1895）認為科學史兼具科學教學工具與內容的功能，以科學史當作學習的工 具，可以幫助學生更真實的了解現代科學的內容，讓學生面對科學當前的問題， 找到克服困境的方法，讓科學更進步；以科學史當作學習的內容，能夠讓科學呈 現出持續動態改變的歷程，幫助學習者透過新理論取代舊理論的過程，重新建構 自己的知識。巫俊明（2002）認為科學史可以幫助教師剷除教科書中經常呈現且 誤導學生的「科學方法」教條，協助學生了解科學家的特質，去除科學缺乏人性 的普通迷思，幫助於學生了解科學想法是如何誕生、發展、與改變，也可以幫助 學生了解科學與社會文化間的交互作用。 科學教育研究顯示，在教學中添加人性化的情境，能夠提高學生的學習興 趣，培養學生對科學的正向態度，也能增進學生對科學概念的理解，傳達科學的 本質觀。Galili 與 Hazan（2001）指出透過科學史能夠加深概念的理解，達到更 有意義的學習。邱明富、高慧蓮（2004）開發一系列科學故事（如：牛頓的科學 故事、生命的演進史教材、海爾的生平、柳樹實驗的故事、地球形狀說法的演變， 以及天動說與地動說等科學史）融入自然課程中，發現以科學史融入的教學方式 可以提昇學生對科學本質的瞭解。胡瑞萍、林陳涌（2006）以遺傳為主題，以歷 史事件圖（Historical Episode Map，簡稱 HEM）教材（遺傳學與生殖學發展、細 胞學發展以及顯微鏡相關技術發展）進行教學，發現科學史有助於提昇學生的科 學態度與科學本質觀。 姜志忠、張惠博、林淑梤、鄭一亭（2006）以物理史融 入教學，讓學生討論歷史情節，並於課後提供詳細的歷史資料與反省作業，協助 5.
(13) 學生學習現代的科學認識觀，結果發現物理史融入教學除了可以提昇學生的科學 認識觀，還可增進學生對物理概念的理解與興趣。 綜而言之，科學史具有結合科學、科技與社會的特質，能加深學生對科學知 識與科學經驗的視野、呈現科學在人文社會的觀點、促進科學概念的理解，也能 傳達科學方法與科學本質。. 6.
(14) 第二節. 電腦科學史與電腦科學教育. 本節除了探討國內外電腦科學史教學的發展歷程，還針對電腦科學史的教學 功能、教學內容、教學設計與教學成效，探討電腦科學史在當前電腦科學教育中 的教學現況。. 壹、 電腦科學史教學的發展歷程 由於電腦科學是一個新興的學門，不同領域的科學對電腦科學發展的貢獻， 呈現了電腦科學史更多元豐富的面向。近年來，電腦科學學者也開始意識到電腦 科學史的重要性。1978年美國電機電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）首度發行 The Annals of the History of Computing 期 刊，鼓勵學術界進行電腦科學史相關研究。1991年美國電腦學會（Association for Computing Machinery, ACM）提出大學電腦課程建議書（Computing Curricula 1991）首度將電腦科學史納入課程中，建議在人工智慧、作業系統、程式語言、 及社會倫理專業議題中教授發展史，具體呼籲實施電腦科學史的教學（Tuck, 1991)。其後 2001 年大學電腦課程建議書（Computing Curricula 2001）中，也具 體的在計算機概論或程式語言概論課程中納入電腦科學史。 就國內的高中電腦教學而言，我國在新修訂的高中電腦課程「資訊科技概論」 （教育部，2008）中首次將電腦科學史納入學習主題。在 2010 年開始實施的高 中課程綱要中，電腦課程由選修改為必修二至四學分，教學目標以培養學生資訊 科學基礎知識、邏輯思維、與運用電腦解決問題為主。其教材綱要中明列須教授 「資訊科學本質與內涵」、「電腦發展」、及「資訊科學發展重要里程碑」等與 電腦科學史相關的主題；在教學重點中特別提及應介紹電腦科學發展的重要事件 或創新貢獻始末，包括電腦硬體及軟體等的重要發展及其影響。. 貳、電腦科學史教學功能 電腦科學史融入教學有許多優點，相關文獻指出電腦科學史對學生學習的助 益。Rupf（2004）認為電腦科學的進化相當快速，學習電腦科學史將有助理解電 7.
(15) 腦科學中不變的本質。他認為科學史不應只是一連串事件的說明、先鋒者的出生 日期，或是誰發明了第一台電腦，它應該是關於這些事件是如何演進，為什麼如 此演進的歷程，可以提供學生以更宏觀的視野了解真實世界。因此，Rupf（2004） 提出許多電腦科學史潛在的優點：（一）置身在電腦科學發展與革新的場域中， 能夠讓學生對電腦科學較有歸屬感；（二）加入「人」的觀點，可以讓電腦科學 變得更有趣；（三）藉由欣賞前人的貢獻，促進不同世代間的連結；（四）讓學 生對電腦科學領域的科學家更熟悉；（五）幫助學生了解電腦科學發展的因果與 脈絡。Zhang & Howland（2005）認為在電腦科學課程中加入科學史，可以啟發 學生、激勵學生，使他們學習到寶貴的經驗與教訓，避免犯同樣的錯誤；透過科 學史讓學生更全面地了解這個學科的內容，在未來的職業生涯有更多的選擇。Lee （1997）也認為學習電腦科學史，學生將可以更客觀的態度探究科技進化的過 程，並瞭解及預測科技對人類生活的影響。 綜而言之，學習電腦科學史可讓學生由不同面向認識電腦科學的本質，以更 客觀的態度洞察真實世界的改變，且更深刻地體會電腦科學與社會的互動關係； 避免重蹈科學發展歷程中的錯誤，建立正確的電腦科學知識與脈絡架構；藉由電 腦科學家對人類的貢獻，引起學生的學習興趣，並激發出探索與創新的能力（Lee, 1997; Gal-Ezer & Harel, 1998; Rupf, 2004; Impagliazzo & Lee, 2004）。. 參、電腦科學史教學內容 電腦科學史的內容可分為「以科學演進為主軸」與「以科學家為主軸」兩種 呈現方式（陳秋燕，2009）。近年來，電腦科學教育學者紛紛提出電腦科學史教 學內容的建議，「以科學演進為主軸」可依概念內容、時間與發展里程碑進行分 類；「以科學家為主軸」則可依其貢獻進行分類。 一、 以科學演進為主軸 (一) 依概念內容分類 Impagliazzo等人（1999）認為要從眾多的歷史事件中挑出教學內容是非常困 難的，因此，在電腦科學史建議書中列出了 17 項對電腦科學發展有重要影響的 事件，做為電腦科學發展知識庫（如表 2- 1，IFIP TC3 and TC9 Joint Task Group, 1999），教學者可依據概念內容選擇適合的事件進行教學。 8.
(16) 表 2- 1 電腦科學發展知識庫 科學發展重要事件 1. 巴貝奇的引擎（差分機、分析機） 2. 人口普查與打孔卡片機 3. 可計算的概念（杜林，哥德爾） 4. ABC 電腦 5. 楚澤的 Z 系列計算機 6. 電子電腦（ENIAC, Colossus） 7. 內儲程式與馮紐曼 8. 電晶體的發明 9. 高階程式語言的發明 10. 積體電路 11. 作業系統與 System/360 12. 超大型積體電路技術與 4004 晶片 13. 平行計算 14. 個人電腦 15. 網際網路 16. 人機互動 17. 最新的電腦科學發展事件 (二) 依時間分類年表分類 對於初次教授電腦科學史的教師而言，建議可以依時間分類年表做為教學設 計架構（如表 2- 2，IFIP TC3 and TC9 Joint Task Group, 1999）。 表 2- 2 電腦科學史時間分類方法 時間分類 解釋 1945 年以前 內儲程式概念之前 1945 ~ 1954 高階程式語言之前 1955 ~ 1970 積體電路發明之前 1971 ~ 1980 個人電腦崛起之前 1981 至今 至今日之前的重要事件 (三) 依電腦科學發展里程碑分類 除了概念與時間的分類法，國內外學者也提出以電腦科學發展的里程碑做為 電腦科學史學習內容（如表 2- 3）。Lee（1996）認為電腦科學史課程應包含核 心概念、關鍵產品，或是科學發展的里程碑。內容需涵蓋電腦硬體、程式語言、 作業系統、人工智慧與個人電腦的發展。Zhang與 Howland（2005）認為電腦科 學史可以做為學習電腦科學的工具，也可以做為學習電腦科學的內容。以工具而 9.
(17) 言，透過電腦科學史能讓學生在科學、科技與社會情境整合下，了解電腦技術的 演進與發展，藉由社會、經濟、科學、數學與科技等學科領域的結合，進行電腦 科學的學習；以內容而言，學習硬體、軟體、資訊理論與其他應用核心領域的電 腦科學發展史，有助於了解電腦科學的全貌。Cortina 及 Mckenna（2006）開設 了獨立的電腦科學史通識課程（CSE 301 History Of Computing），課程內容包含 電腦科學發展的重要里程碑、電腦硬體、軟體、計算理論與倫理相關議題。 表 2- 3 電腦科學史學習內容建議 研究者 Lee（1996）. 學習內容 電腦硬體 程式語言 作業系統 人工智慧 個人電腦 電腦硬體 電腦軟體 資訊理論 其他應用核心領域 電腦硬體 電腦軟體 計算理論 倫理相關議題. Zhang 與 Howland（2005）. Cortina 及 Mckenna（2006）. 我國高中電腦課程綱要的「教材綱要」（教育部，2008）則以 19 個資訊發 展重要里程碑（如表 2- 4）做為電腦科學史教學內容建議。 表 2- 4 高中電腦課程綱要資訊科學發展重要里程碑 重要里程碑 內儲程式概念（stored-program concept） 1. 平行處理（parallel processing） 2. 電腦網路（computer networks） 3. 可計算性（computability） 4. 計算複雜度（computational complexity） 5. 資訊安全（information security） 6. 電晶體與積體電路（transistors and integrated circuits） 7. 數位信號處理（digital signal processing） 8. 電腦模擬（computer simulation） 9. 數值計算（numerical computation） 10. 自動控制（automatic control） 11. 資料庫（database） 12. 10.
(18) 重要里程碑 巨量資料計算（massive data computation） 人工智慧（artificial intelligence） 電腦輔助設計與製造（CAD and CAM） 地理資訊系統（GIS） 資料探勘（data mining） 數位典藏（digital archives） 生物資訊（bioinformatics）. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.. 如同 Impagliazzo 等人（1999）所言，從眾多的事件挑出教學內容是非常困 難的，因此，了解教師們的看法將有助於在教材中選編適合高中生的學習內容。 二、 以科學家為主軸 電腦科學史相關網站 Computer Hope （http://www.computerhope.com/people/） 依科學家的貢獻進行分類（如表 2- 5），整理出數百名在電腦科學發展上具有重 要貢獻與影響的人物，有電腦先驅、電腦工程師、程式設計師、電腦科學家、電 腦之父、企業家、創辦人、發明家、數學家、物理學家、邏輯學家、教授、電腦 科學研究者等多元的分類主題，內容則包含科學家的生卒年、生平簡介與重大貢 獻描述。教學者可依據教學主題選擇適合的人物做為電腦科學史融入教學的內 容。 表 2- 5 電腦科學發展上具有重要貢獻與影響的人物分類 # 分類方式 1. African American computer pioneers 2. Analyst 3. CEO 4. Chairman 5. Coined 6. Computer Engineers 7. Computer programmers 8. Computer Scientist 9. Convict 10. Director 11. Editor 12. Entrepreneur 13. Father's of computing 14. Female computer pioneers 15. Founder 16. Grandmaster 17. Hacker 18. Inventor 11.
(19) # 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30.. 分類方式 Investor Logician Manager Mathematician Personality Physicist Pioneers on Twitter President Professor Researcher Sponsor Writer 陳秋燕（2009）指出高中電腦教科書中有 98.7% 的內容是以科學演進為主軸. 描述科學史，僅少數篇幅是以科學家為主軸介紹科學的發展與貢獻，即使有提 到，也多以早期科學家為主。高中生應該認識那些科學家，那些人物較能引起學 生的學習興趣，是值得深入探討的主題。. 肆、電腦科學史教學設計 在應用電腦科學史教學方面，Lee（1996）提出以個案方式融入科學史教學， 他認為應以概念或領域為個案，整合歷史發展過程中相關概念的脈絡關係。例 如，以「電腦科學」發展為例，科學發展模式可依以下方式呈現：（一）概念的 興起（1940 年代）；（二）其它相關概念的興起（1950 年代）；（三）多元領 域的發展（1960 年代）；（四）跨領域的整合（1970 年代）；（五）專精化與 可能的分化（1980 年代）。 此外，國外電腦科學教育研究者也提出許多電腦科學史課程設計方式（如表 2- 6）。例如：Cortina 及 Mckenna（2006）在 Stony Brook University 開設了獨立 的電腦科學史通識課程（CSE 301 History Of Computing），以教師解說概念，穿 插邀請電腦科學學者專家講述其專長領域的歷史發展，以及閱讀歷史相關文件或 觀賞影片的方式實施。學習活動包含科學史閱讀作業、科學史測驗與文獻報告書 寫。 Rupf（2004）為了讓主修 CS 的大一學生了解電腦結構的發展，特別在在計 算機結構（Computer Architecture）課程中融入電腦科學史教學活動。以教師指派 課外閱讀科學史（A History of Modern Computing, second edition, by Paul E. 12.
(20) Ceruzzi.）的作業實施，於期中期末進行三次小考。 Draper、Kessler 與 Riesenfeld（2009）更以體驗早期科技技術的角度讓學生了 解電腦科學的發展。為期一學期的「History of Electronic Computing」課程中，教 師運用密集寫作、早期程式語言開發環境的體驗、期末專案計畫與口頭報告，帶 領學生了解與電腦科技發展相關的社會經濟議題。 表 2- 6 美國電腦科學史相關課程之教學設計 ＃ 研究單位 課程名稱 課程主題 The History of 1 University 人類簡化計算 of Calgraya Computing 的漫長歷史 2. Virginial Techa. Professionalism in Computing. 3. University History of of Warwicka Computing. 以科技與商業 背景來看電腦 科學發展史. 4. Stony Brook Universityb. CSE 301 History of Computing. 5. University of Utahc. History of Electronic Computing. 電腦發展史的 重要里程碑 （硬體、軟 體、程式語言 與社會倫理議 題） 以社會、經濟 因素看電腦科 技發展 – 重 要人物與公司 的介紹. 6. Southern Polytechnic State Universityd. Computer Architecture. 電腦對人類社 會的影響. 計算機結構課 程/加入歷史 的觀點. a. 教學活動/課程評估 教師講述 3次小考 學生個人報告、課堂 辯論 4次寫作作業、期末考 選讀文章講述、客座 演講 科學史簡介作業、小 論文作業、程式設計 專題 大量閱讀、邀請電腦 科學專家學者演講、 影片欣賞 每週小考、2篇期中報 告、期中/期末考 教師講述、課堂討 論、早期電腦運作模 擬器展示、客座講者 密集寫作課程、每堂 課小考（學生出題小 考）、1篇論文長度的 期中報告、期末分組 專案計畫：早期程式 語言（如：Fortran）設 計的程式展示 指定電腦科學史書目 進行課外閱讀 3次小考. : IFIP TC3 and TC9 Task force (1999). History in the Computing Curriculum. : Cortina & McKenna (2006). The Design of A history of computing Course With a Unique Perspective. c : Draper, Kessler and Riesenfeld (2009). A History of Computing Course with a Technical Focus. d : Rupf(2004). Teaching the History of Computing (Painlessly). b. 13.
(21) IFIP 的報告書（IFIP TC3 and TC9 JointTask Group, 1999）提出以主題式的 叢集（cluster）方式整合歷史內容，包括：軟體發展、法律與社會議題、機械運 算機器、自動運算機器、硬體發展、大型主機時代、演算法及模式等七個叢集。 可進行差異性比較、正反面辯論、與小論文書寫等教學活動（如表 2- 7）。 表 2- 7 電腦科學史教學設計 叢 課程主題 課程描述 集. 教學活動. 1. 軟體發展. 軟體、程式語言與作業系統. 比較差異. 2. 法律與社會議題. 法律與倫理議題實例. 正反面辯論. 3. 機械運算機器. 早期計算裝置與計算方式. 比較差異. 4. 自動運算機器. 電子電腦的發明. 比較差異. 5. 硬體發展. 內儲程式電腦的發明. 以早期機械模擬器寫程 式;比較差異. 6. 大型主機時代. 大型主機的發展與應用. 調查比較大型主機的運 算速度、效能與儲存能 力. 7. 演算法及模式. 提出概念的重要人物. 小論文：描述科學家的 點子、發想與貢獻. 整體而言，電腦科學史課程主題可包含電腦科學的發展史，也包含電腦科學 和人文社會的相關議題。教學活動包含教師講述、電腦科學專家學者演講、科學 史閱讀、影片欣賞、課堂討論、辯論、差異性比較，以及早期系統的模擬與體驗； 課程評估則有小考、期中測驗、閱讀報告或專題製作。除此之外，也可以個案研 究的方式實施電腦科學史教學，強調呈現概念或技術發展的歷史脈絡關係 （Cortina & McKenna, 2006；Rupf, 2004；Draper, Kessler & Riesenfeld, 2009；Lee, 1996）。. 伍、電腦科學史教學成效 應用電腦科學史的教學以多元方式呈現，有獨立開課的通識課程，也有融入 14.
(22) 電腦科學主題的教學，相關研究顯示學生對學習電腦科學史抱持正向的態度。 例如：Stony Brook University 獨立的電腦科學史通識課程以教師講授、電腦 科學學者演講與影片欣賞、閱讀、測驗與文獻報告書寫等多元方式進行電腦科學 史教學。僅管這門課的作業很多，還是吸引了許多來自各個科系的學生參與選 修。學生對這樣的課程設計充滿興趣，也願意主動參與。學期結束後，學生在問 卷中給予正向回饋，尤其是主修電腦科學的學生表示學習電腦科學史對於學習電 腦科學的學生非常重要（Cortina and McKenna, 2006）。 Rupf（2004）在計算機結構（Computer Architecture）課程中融入電腦科學史 教學活動，由教師指派科學史課外閱讀（A History of Modern Computing, second edition, by Paul E. Ceruzzi.），並施行三次小考。課程結束後以問卷方式調查學生 的感受與看法，發現學生普遍認為閱讀電腦科學史是一個很有價值也很有用的經 驗，能讓他們以更深入的觀點了解真實世界中電腦發展的歷程。 Draper、Kessler 與 Riesenfeld（2009）為期一學期的「History of Electronic Computing」課程中，以體驗早期科技技術的角度讓學生了解電腦科學的發展， 教師運用密集寫作、早期程式語言開發環境的體驗、期末專案計畫與口頭報告， 帶領學生了解與電腦科技發展相關的社會經濟議題。課程評估問卷顯示學生們對 電腦科學史課程抱持高度正向的態度，超過九成以上的學生非常肯定課程的內 容、學習目標與專案作業的形式。 整體而言，學生對電腦科學學者演講、電腦科學史影片觀看、科學史閱讀等 學習活動充滿興趣，也願意主動參與（Cortina & McKenna, 2006；Draper, Kessler & Riesenfeld, 2009）；主修電腦科學的學生認為閱讀電腦科學史能幫助他們以更 深入的觀點了解真實世界中電腦發展的歷程（Rupf, 2004）；體驗早期科技技術 有助於學生對電腦科學發展的了解，也能提昇學習態度（Draper, Kessler & Riesenfeld, 2009）。 目前國外電腦科學史學者相關研究偏重於高等教育的電腦科學史課程設計 （Cortina & McKenna, 2006; Tcortina, 2006）與教學方法（Impagliazzo & Lee, 2004），較少著墨在於中學電腦科學史教學設計與學生學習成效。我國教育部雖 已於 2010 年將電腦科學史納入高中電腦科學課綱之教學重點，但現行高中電腦 科學教學中融入電腦科學史的現況如何？教學策略為何？學生學習成效如何？ 是值得探討的議題。 15.
(23) 第三節. 教師對科學史教學之看法. 科學史融入教學在科學教育上已超過五十年，研究顯示科學史的教學有助於 增進學生對科學概念的理解，提高學生對科學的興趣，並促進學生對科學本質的 了解（Matthew, 1989；Rutherfor, Holon & Watson, 1970；姜志忠、張惠博、林淑 梤、鄭一亭，2006；胡瑞萍、林陳涌，2006）。然而，相關研究指出影響學生學 習成效的因素與教師有很大的關係（Matthew, 1989）。因此，教師對科學史教學 的看法是影響教學的關鍵。 許多科學教育學者分別從科學史教學功能、教學態度、實施作法、教學意願、 教學挑戰等面向探討職前教師、專家學者與不同背景之教師對科學史融入教學的 看法（如表 2- 8）。 表 2- 8 教師對科學史融入教學看法之相關研究 研究者 研究對象 研究問題／問卷向度 美國 職前科學教師 研究問題 King Stanford 大學即將任教 1. 新進教師背景、信念與對科學史的態度 (1991) 於中學之應屆畢業生 2. 新進教師對學習科學史的接受度 3. 新進教師的教學目標 13 名參與問卷調查 4. 科學史扮演的角色 11 名參與訪談 問卷向度 1. 新進教師背景 2. 科學教學態度 3. 科學史知識 4. 科學教學目標 以色列 專家學者 研究問題：調查專家學者對科學史融入教 Galili (物理學家、物理教育學 學的看法 (2001) 者與物理科學史學者) 問卷向度 12 名物理專家參與 半結構式訪談 美國 Panasuk Horton (2012). 高中數學教師 367 人參與線上問卷調 查. 1. 物理科學史教學的合理性 2. 最適合的科學史教學方法 3. 科學史教學遭遇的困難 研究問題：探討教師對數學史的看法與影 響教師決定的因素 問卷向度 1. 教師對數學本質的信念 2. 教師使用數學史的情況 3. 教師對數學史的看法 (1) 運用數學史教學者之看法 (2) 不運用數學史教學者之看法 16.
(24) 研究者. 研究對象. 研究問題／問卷向度 4. 影響教師決定的因素 (1) 決定運用數學史教學之因素 (2) 決定不運用數學史教學之因素. 美國 Wang Marsh (2002). 中小學教師. 研究問題：運用科學史概念架構探討教師 運用科學史教學的看法與作法 1. 概念理解（conceptual understanding） 2. 程序理解（procedual understanding） 3. 情境理解（contextual understanding）. 37 位中小學教師 5 位參與焦點訪談. 挪威 Smestad (2009). 4 位年紀、年資相異 挪威中學數學老師. 台灣 侯志洋 許良榮 (2000). 國小自然科教師. 台灣 蔣宗哲 巫俊明 (2002). 職前國小自然科教師. 研究變項： 科學史背景、主修學 科、自然科教學年資. 問卷向度 1.中小學教師運用科學史教學的看法 2. 中小學教師運用科學史教學的作法 研究問題 1. 教師對數學史的了解 2. 教師的數學史背景 3. 教師對數學史的興趣 4. 教師如何在教學中融入數學史 5. 教師在教學中融入數學史的目的 6. 教師對學生學習數學史的看法 7. 教師需要的教學資源 8. 是否需要在教學中融入數學史 研究問題：探討不同背景變項的國小自然 科教師對科學史融入自然科教學之態度有 何差異 問卷向度 1. 「兩者相容」 ：探討科學與歷史可否相容 於自然課程； 2. 「概念平行」 ：探討呈現過時的科學理論 在科學概念學習之價值； 3. 「不當行為」 ：探討科學家的不當行為是 否能在教學中呈現； 4. 「教學功能」 ：探討科學史融入教學時所 具有的教學功能 5. 「教學資源」 ：探討教師認為教學相關資 源是否足夠。 研究問題：探討職前國小自然科教師有關 科學史與科學哲學的背景知識與態度 問卷向度 1. 科學史背景知識 2. 科學史態度. 研究發現多數教師雖然相信科學史有助於激發學生對科學的學習動機、提高 17.
(25) 學習興趣，但並非所有教師都願意在課程中加入科學史（蕭碧茹、洪振方，2000； 巫俊明，2002；Galili & Hazan, 2001；Panasuk & Horton, 2012；Siu, 2004）；其可 能面臨的教學挑戰有（一）教師的科學史素養不足以勝任歷史導向的教學、（二） 教師沒有適合學生的科學史教材、與（三）加入科學史可能佔去原本有限的教學 時間（巫俊明，2002；Galili & Hazan, 2001；Panasuk & Horton, 2012；Siu, 2004； King, 1991；侯志洋、許良榮，2000）。 此外，Smestad（2009）發現教師的背景（年紀、年資、科學史背景知識）不 同，在科學史教學上也會有不同的看法與作法；Wang 與 Marsh（2002）則指出 教師在科學史教學的態度影響其運用科學史教學的意願。 許良榮、李田英（1995 ) 整理科學教科書在科學史方面的問題時，發現現行 教科書中對科學史雖然不是完全忽視，但大多數很簡略地呈現。例如科學史只呈 現於第一章，之後就沒有再出現；或是以日期及科學家名字表示某個理論的發 現。學者認為，融入科學史於教材時並不是把繁雜的史料加入課本中，必須考慮 教學目標、學生程度、上課時數而設計（洪振方，1997）。學者們建議，良好的 科學史素養培訓與適當的科學史教材，能夠強化教師的教學信心，增進教師的教 學意願（Galili & Hazan, 2001；Panasuk & Horton, 2012；Siu, 2004；Wang & Marsh, 2002；King, 1991）。 綜合前述探討可發現，目前國內外學者對教師科學史融入教學的相關研究多 著重在了解教師的科學史背景知識、教師對科學史的態度、看法、作法與挑戰， 較少著墨於科學史學習內容、科學史教學策略與科學史教學成效。因此，本研究 除了要了解教師對電腦科學史的教學態度與挑戰，還將探討適合高中生學習的電 腦科學史內容與教師採用的教學策略與成效，期能統整電腦科學史融入教學的有 效策略，做為高中資訊教師運用電腦科學史教學之參考；另一方面期能在電腦科 學史教材內容與教學資源向度提出建議，以做為未來教材開發者之課程設計依 據，提供更有效的教學支援。. 18.
(26) 第三章 研究方法 本研究採問卷調查了解高中資訊教師運用電腦科學史融入教學之看法，並探 討影響教師實施電腦科學史教學之因素。調查內容包含教師背景資料、課程實施 現況，以及教師對電腦科學史的教學態度、教學挑戰、教學內容、教學設計與教 學支援之看法。根據此研究目的，本章針對研究對象、實施程序、調查問卷與資 料分析分節說明如下。. 第一節. 研究對象. 本研究以全國公立普通高中資訊教師（依據教育部公佈之 101 學年度全國公 私立高中教師 32729 人，資訊科教師 691 人，推估得知資訊教師比例約為 2%； 再以全國公立高中各校教師人數分配，推估各校資訊教師人數，合計得知全國公 立高中資訊教師人數約為 388 人）為調查對象，參與者共 137 人。. 第二節. 實施程序. 本研究以線上問卷調查方式進行全國高中資訊教師對電腦科學史融入教學 之意見蒐集。預試問卷（如附錄一）編製完成後，寄送電子郵件至全國北、中、 南、東 20 所公立高中，邀請具有 10 年以上教學經驗的資訊教師參與線上問卷 調查，回收數為 15 份。隨後根據預試參與者、電腦科學教育學者、電腦科學史 研究團隊之意見，修訂完成正式問卷（如附錄二）。 正式施測階段則寄發紙本公文與邀請信至全國 201 所公立高中，邀請所有 資訊教師參與線上問卷填答，填答時間共計 2 週。為了提高填答率，特別委請 高中資訊學科中心在填答期間協助寄發電子郵件，同步邀請資訊學科教師參與， 總計參與者共 137人。. 19.
(27) 第三節. 調查問卷. 為了瞭解高中資訊教師運用電腦科學史教學的看法，並探討影響教師實施電 腦科學史融入教學之因素，本研究參考國內外科學教育學者「教師對科學史融入 教學之態度相關研究」 （Galili & Hazan, 2001；Panasuk & Horton, 2012；Siu, 2004； Wang & Marsh, 2002；King, 1991；侯志洋、許良榮，2000；蔣宗哲、巫俊明，2002）， 徵詢電腦科學教育學者、電腦科學史研究團隊與現任高中資訊教師之意見，編製 而成「電腦科學史融入教學問卷」作為資訊教師意見調查工具。 問卷內容分為「教師基本資料」、「資訊課程實施現況」與「電腦科學史教 學」三大部分，茲分述如下。. 壹、 教師基本資料 第一部分共 6 題，調查填答者性別、年齡、畢業系所、任教年資、科學史 背景與任教地區（如表 3- 1）。其中，性別、年齡、畢業系所、任教年資與科學 史背景 5 個題項用以了解影響電腦科學史融入教學的態度與其對教學挑戰的感 受之因素；任教地區則用以了解填答者任教區域分佈情形。 表 3- 1 教師基本資料與屬性 基本資料 屬性 女生 性別 男生 30歲以下 31~40歲 年齡 41~50歲 51歲以上 1~5年 6~15年 任教年資 16~25年 25年以上 資訊相關（資工/資科/資教/資管） 工業教育/工業科技教育 畢業系所 數學/應用數學 物理 其他 科學史背景 無 20. 群組 女性 男性 40歲以下 40歲以上 15年以下 15年以上 資訊相關 非資訊相關 無科學史背景.
(28) 基本資料. 任教地區. 屬性 電腦發展史 數學史 物理發展史 科技發展史 其他 台北、新北、台中、台南、高雄 基隆、桃園、新竹、苗栗、彰化 雲林、嘉義、屏東、宜蘭 南投、台東、綠島、蘭嶼、花蓮 金門、馬祖、澎湖. 群組. 有科學史背景. 直轄市 一般縣市 偏鄉離島. 貳、 資訊課程實施現況 第二部分共 3 題，調查填答者之資訊課程實施現況，包含課程設計、授課 時數與授課教材（如表 3- 2）。其中，課程設計與授課教材用以了解資訊課程施 行方式與教師對電腦科學史融入教學態度與教學挑戰之相關；授課時數則用以了 解資訊課程開設現況。 表 3- 2 課程實施與屬性 課程實施 屬性 以課綱六大學習主題為主 以程式設計為主 課程設計 以應用軟體為主 其他 使用審定本教科書 授課教材 未使用教科書 自編教材 2學分 授課時數 4學分 4學分以上. 群組 以課綱為主 非以課綱為主 審定本 非審定本 必修 必修＋選修. 參、 電腦科學史教學 第三部分共 12 小題，分「教學態度」、「教學挑戰」、「教學設計」、「教 學內容」與「教學支援」五個向度，用以了解教師對電腦科學史融入教學的看法。 各向度的功能與量測方式茲分述如表 3- 3。. 21.
(29) 表 3- 3 電腦科學史融入教學問卷向度與內容說明 向度 問卷內容 教學態度 1. 電腦科學史的教學功能 2. 教師對電腦科學史的教學意願 3. 教師對電腦科學史的興趣 4. 學生學習電腦科學史的重要性 教學挑戰 5. 教授電腦科學史面臨的挑戰. 題項 量測方式 9 李克特式五點量表. 6. 李克特式五點量表. 教學設計. 6. 電腦科學史教學活動與成效. 10. 李克特式六點量表. 教學內容. 7. 對學習有幫助的電腦科學史素材 8. 高中生該學習的電腦科學史內容 9. 高中生該學習的電腦科學里程碑 10. 高中生該知道的重要人物 11. 教科書中電腦科學史呈現型式 12. 希望獲得的電腦科學史教學資源. 8 10 19 35. 李克特式五點量表 李克特式五點量表 複選題 複選題 單選 複選. 教學支援. 4 7. 一、「教學態度」向度 本向度共 9 個題項，用以了解教師對電腦科學史教學功能與學生學習的看 法，並了解教師對電腦科學史的興趣與教學意願。每個題項皆採李克特式五點量 表進行量測，分為「非常不同意」、「不同意」、「普通」、「同意」、「非常 同意」 五個選項。 二、「教學挑戰」向度 本向度共 6 個題項，用以了解教師電腦科學史背景知識、電腦科學史教材、 教法、教學資源、授課時間與學生學習興趣之挑戰。每個題項皆採李克特式五點 量表進行量測，分為「非常不同意」、「不同意」、「普通」、「同意」、「非 常同意」 五個選項。 三、「教學設計」向度 本向度共 10 個題項，用以了解教師運用電腦科學史之教學活動實施現況與 成效。教學活動包含教師講述科學史、觀看科學史相關影片、瀏覽網路資源、課 外閱讀、分組討論或辯論、繪製電腦科學史事件圖、電腦科學史角色扮演、書面 報告、口頭簡報與測驗。每個題項皆採李克特式六點量表進行量測，分為「未曾 實施」、「非常不理想」、「不甚理想」、「成效普通」、「效果不錯」、「效 果極佳」 六個選項。. 22.
(30) 四、「教學內容」向度 本向度共 4 小題，分別了解教師對電腦科學史素材（ 8 個題項）、電腦科 學史內容（ 10 個題項）、電腦科學重要里程碑（ 19 個題項）、與電腦科學史 重要人物（ 35 個題項）的看法。 (一) 電腦科學史素材 本題題項共 8 個，係參考陳秋燕（2009）分析電腦教科書之素材形式而定， 包含科學家故事、軼事、第一手史料、科學史相關實物、圖片或照片、科學發展 的一些失敗經驗、重要事件發生的時代背景，以及依時序或類別彙整的科學史資 料。每個題項皆採李克特式五點量表進行重要性量測，分為 1 分 ~ 5 分。 (二) 電腦科學史內容 本題題項共 10 個，係參考相關文獻之建議科學史內容而設計（Lee, 1996; IFIP TC3 and TC9 Joint Task Group, 1999），包含早期機械式計算裝置的演進、電 子電腦的演進、資料儲存方式的演進、程式語言的發展、作業系統的演進、圖形 化介面的發展歷程、網路架構與技術的發展、網路應用服務的發展、資料數位化 的演進、與資訊科學理論的提出與演進。每個題項皆採李克特式五點量表進行重 要性量測，分為 1 分 ~ 5 分。 (三) 電腦科學重要里程碑 本題題項共 19 個，係參考高中電腦課程綱要資訊科學發展重要里程碑（如 表 2- 4，教育部，2008）而設計。採複選題填答，進行次數分配統計，了解教師 對電腦科學重要里程碑之看法。 (四) 電腦科學史重要人物 本 題 題 項 共 35 個 ， 係 參 考 電 腦 科 學 史 相 關 網 站 Computer Hope （http://www.computerhope.com/people/）之人物篇而設計。選取在電腦硬體發展、 作業系統、程式語言、演算法、計算理論、人工智慧、平行處理與網路發展等方 面具有重大貢獻的科學家（如表 3- 4），採複選題填答，進行次數分配統計，用 以調查教師對學生應該知道的重要人物之看法。. 23.
(31) 表 3- 4 電腦科學史重要人物與貢獻 電腦科學 重要人物 領域 硬體發展. 重要貢獻. 布萊茲·帕斯卡（Blaise Pascal）. 1642 發明機械式計算器（加法 器）. 查里斯·巴貝奇（Charles Babbage） 1837 提出可程式化電腦的概 念，為現代電腦奠定基礎 喬治·布爾（George Boole）. 1847 提出的符號邏輯運算是電 腦科學與數位邏輯的基礎. 艾倫·圖靈（Alan Turing）. 1936 提出圖靈機與圖靈測試概 念，被視為電腦科學之父. 克勞德·夏農（Claude Shannon）. 1937 首度將布林代數應用於電 子領域. 約翰·阿塔納索夫（John Atanasoff） 1939 發明世界上第一台電子數 位計算裝置（ABC電腦） 康拉德·楚澤（Konrad Zuse). 1941 設計出第一個有完備程式 控制功能的圖靈計算機 Z3. 霍華·艾肯（Howard Aiken）. 1943 研製一般用途的電動機械 計算機 Mark I. 約翰·馮紐曼（John von Neumann） 1945 提出內儲程式概念 約翰·莫齊利（John Mauchly）. 1946 發明史上第一台數位電腦 ENIAC. 約翰·艾克特（John Eckert）. 1946 與 John Mauchly 一起發明 ENIAC. 湯姆·基爾（Tom Kilburn）. 1951 研發第一台內儲程式電腦. 傑克·基爾比（(Jack Kilby）. 1958 發明積體電路. 史蒂夫·沃茲尼克（Steve Wozniak） 1970s 發明蘋果電腦 史蒂夫·賈伯斯（Steve Jobs）. 1970s 蘋果公司創辦人. 比爾·蓋茲（Bill Gates）. 1970s 微軟創辦人. 作業系統. 丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie） 1967 開發 Unix 作業系統 布萊恩·柯林漢（Brian Kernighan）. 程式語言. 約翰·巴克斯（John Backus）. 1954 發明全世界第一套高階語 言 FORTRAN. 葛麗絲·霍普（Grace Hopper）. 1959 開發商用電腦程式語言 COBOL. 丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）. 1967 開發C語言. 24.
(32) 電腦科學 領域. 重要人物. 重要貢獻. 布萊恩·柯林漢（Brian Kernighan） 艾倫·凱（Alan Kay）. 1970 設計出最早的物件導向程 式設計語言，並發展出圖形 使用者介面. 尼克勞斯·維爾特（Niklaus Wirth） 1970 開發 Pascal 程式語言，提 出 Algorithms + Data Structures = Programs 計算 機科學的名句 愛達·拜倫（Ada Byron）. 1843 為巴貝奇的《分析機概論》 留下演算筆記。被視為第一 位程式設計師. 東尼·霍爾（C. A. R. Hoare）. 1960 設計出快速排序演算法與 交談循序程式. 艾茲赫爾·戴克斯特拉（Edsger Dijkstra）. 1968 提出最短路徑演算法，並提 出「Goto有害論」. 高德納（Donald Knuth）. 1989 The Art of Computer Programming 作者. 計算理論. 阿隆佐·邱奇（Alonzo Church）. 1936 發表可計算函數的精確定 義，對演算法理論有巨大貢 獻. 人工智慧. 赫伯特·西蒙（Herbert A. Simon） 1956 人工智慧發展的先驅. 演算法. 约翰·麥卡錫（John McCarthy） 網路發展. 1960 人工智慧之父，LISP 語言 發明者. 萬尼瓦爾·布希（Vannevar Bush） 1930 提出 Memex 概念奠定後 世資訊檢索技術發展方向 保羅·巴蘭（Paul Baran）. 1960s 網際網路先驅，提出分封交 換概念. 道格拉斯·恩格爾巴特（Douglas Engelbart）. 1963 滑鼠發明者，開發超文本系 統. 提姆·柏納-李（Tim Berners-Lee） 1990 發明全球資訊網 平行處理. 卡爾·佩特里（Carl Petri）. 1963-1990 對平行運算與分散式 系統建模有貢獻. 資訊安全. 彼得·紐曼（Peter Neumann）. 1971 致力於計算機安全與加密 技術研發. 25.
(33) 五、「教學支援」向度 本向度共 2 小題，用以了解教師對教科書中電腦科學史呈現形式的看法（4 個題項）與希望獲得的教學資源（7 個題項）。教科書中電腦科學史呈現形式包 含補充與融入概念兩類，以單選題進行次數分配統計，調查教師看法之分布情 形；教學資源則包含電腦科學史補充教材、電腦科學史教材教法研習、電腦科學 史教師社群、電腦科學史中文影音資料與中文網站等資源，採複選題填答，進行 次數分配統計，了解教師對教學資源需求之看法。. 26.
(34) 第四節. 資料分析. 本問卷以描述性統計進行「教師基本資料」與「資訊課程現況」結果分析， 了解填答教師的背景和資訊課程實施情況。「電腦科學史教學」則依據填答形式 進行資料量化，並採用平均值、標準差與各選項填答百分比分配解釋教師對運用 電腦科學史教學之看法。量化計分方式如下： 1. 李克特式五點量表-態度題：分為「非常不同意」、「不同意」、「普通」、 「同意」、「非常同意」 五個選項，給予 1 分至 5 分。 2. 李克特式五點量表-成效題：分為「非常不理想」 、 「不甚理想」 、 「成效普 通」、「效果不錯」、「效果極佳」 五個選項，給予 1 分至 5 分。 3. 李克特式五點量表-程度題：依程度分「1 ~ 5」，給予 1 分至 5 分。 4. 複選題：每一選項勾選為 1，未勾選為 0。進行次數分配統計。 5. 單選題：每一選項勾選為 1，未勾選為 0。進行次數分配統計。 為了進一步了解「教師背景」與「資訊課程現況」對教師運用電腦科學史教 學態度的影響，找出影響教師運用電腦科學史教學之關鍵因素，本研究以教師的 背景（性別、年齡、教學年資、主修學科、科學史背景）為自變項，以教師對教 授電腦科學史的「教學態度」、與「教學挑戰」兩觀點為依變項進行獨立樣本 t 檢 定，探討教師背景對教授電腦科學史的態度與教學挑戰之間的關係，回答 6-9 項 研究問題。. 27.
(35) 第四章. 結果與討論. 本研究旨在瞭解高中資訊教師對運用電腦科學史教學的看法，並探討影響教 師實施電腦科學史教學之因素。以下分節描述填答教師背景、資訊課程實施現 況，並依「教學態度」、「教學挑戰」、「教學設計」、「教學內容」與「教學 支援」等觀點探討教師運用電腦科學史教學的看法；隨後進一步分析教師背景和 課程實施因素在教師教學態度與教學挑戰之相關性。. 第一節. 教師背景. 填答者背景資料如表 4- 1，性別分佈（男 - 67% : 女 - 33%）大約符合全國 高中資訊教師 7:3 之男女比例（陳宏煒，2002）；各縣市皆有教師參與（參與人 數分佈如表 4- 2），其中直轄市與一般縣市約占各半（如表 4- 3），調查結果頗 能代表全國公立高中資訊教師之看法。 表 4- 1 填答者背景資料 背景變項 屬性 性別 女生 男生 年齡 30歲以下 31~40歲 41~50歲 51歲以上 任教年資 1~5年 6~15年 16~25年 25年以上 畢業系所 資訊相關 非資訊相關 科學史背景 無科學史背景 有科學史背景 電腦科學史背景 無電腦科學史背景 有電腦科學史背景. 28. 次數 45 92 6 58 64 9 10 62 56 9 112 25 73 64 81 56. 百分比 32.8 67.2 4.4 42.3 46.7 6.6 7.3 45.3 40.9 6.6 82.5 17.5 53.0 47.0 59.1 40.9.
(36) 表 4- 2 各縣市參與人數分佈 代號 縣市 參與人數 25 臺北市 1 9 新北市 2 3 基隆 3 7 桃園 4 7 新竹 5 5 苗栗 6 11 臺中 7 8 彰化 8 3 雲林 9 6 南投 10 4 嘉義 11 8 臺南 12 19 高雄 13 7 屏東 14 4 宜蘭 15 5 花蓮 16 3 臺東 17 18 離島（金門、馬祖、澎湖、綠島、蘭嶼） 3 TOTAL 137. 表 4- 3 各區域參與人數分佈 區域 直轄市 a 一般縣市 b 離島偏鄉 c TOTAL. 參與人數 72 48 17 137. 比例 53% 35% 12% 100%. a:台北、新北、台中、台南、高雄 b:基隆、桃園、新竹、苗栗、彰化、雲林、嘉義、屏東、宜蘭 c:南投、台東、綠島、蘭嶼、花蓮、金門、馬祖、澎湖. 填答者年齡主要集中於 31 - 50 歲 （89%）；任教年資也集中於 6 - 25 年 間（86.2%），顯示多數填答者為有教學經驗之教師。此外，多數填答者（83%） 具有資訊相關背景（大學、研究所主修資訊相關科系） ；約近半數的資訊教師（47%） 具有科學史背景，但僅四成具有電腦科學史背景，顯示多數資訊教師於職前缺少 電腦科學史相關教育訓練。. 29.
(37) 第二節. 資訊課程實施現況. 課程實施調查結果如表 4- 4 所示，超過半數的教師（67.2%）以課綱六大 學習主題為教學主要設計；多數教師（76%）使用依課綱編訂之審定本教科書做 為上課教材；而近七成教師（67%）表示資訊課程的時數為 2 學分，也就是依課 綱必修規定授課共 36 小時。 表 4- 4 資訊課程實施現況 課程實施 屬性 課程設計 以課綱六大學習主題為主 以程式設計為主 以應用軟體為主 其他 授課教材 未使用教科書 使用審定本教科書 自編教材 授課時數 2學分 4學分 4學分以上. 第三節. 次數 92 21 22 2 23 103 10 91 34 12. 百分比 67.2 15.3 16.1 1.5 17 76 8 67 25 7. 電腦科學史教學態度. 本節旨在了解教師對電腦科學史的教學態度，調查內容包括教師對電腦科學 史教學功能與學生學習的看法、教師對電腦科學史的興趣與實施電腦科學史教學 的意願。 在調查教師對電腦科學史教學功能的看法時（如表 4- 5 所示）發現，大多 數教師認為帶入電腦科學史元素能夠吸引學生興趣（第 6 題，M = 3.34）、培養 學生正確的科學態度 （第 4 題，M = 3.55）與科學方法（第 5 題，M = 3.47）。 其中六成以上的教師更認為透過電腦科學史可增進學生對電腦科學概念的理解 （第 3 題，M = 3.68）、幫助學生掌握電腦科學主軸（第 2 題，M = 3.70）；高 達七成以上的教師認為電腦科學史有助於引導學生連結科學與社會、人文之間的 關係（第 1 題，M = 3.77），此結果顯示多數教師對學生學習電腦科學史持正面 態度。 30.
(38) 表 4- 5 教師對電腦科學史教學的態度 問. 題. 1. 2. 3. 4. 5. N(%) N(%) N(%) N(%) N(%). 平 均 數. 標 準 差. 3.77 3.70 3.68 3.55 3.47 3.34. .769 .761 .785 .757 .767 .910. 教師對電腦科學史教學功能的看法 1. 了解科學與人類社會的關係 2. 掌握電腦科學主軸及重要概念 3. 對電腦科學概念更加瞭解 4. 建立正確的科學態度 5. 建立正確的科學方法 6. 增加學習電腦科學的興趣. 0(0) 10(7) 0(0) 9(7) 0(0) 10(7) 0(0) 10(7) 0(0) 11(8) 2(1) 23(17). 教師對電腦科學史的興趣 7. 我喜歡閱讀電腦科學史料. 2(1). 教師對電腦科學史教學的意願 8. 我常在教學中帶入電腦科學史. 2(1) 16(12) 65(47) 43(31) 11(8) 3.33 .841. 30(22) 39(28) 41(30) 54(39) 63(46) 51(37). 79(58) 73(53) 69(50) 61(45) 51(37) 49(36). 18(13) 16(12) 17(12) 12(9) 12(9) 12(9). 8(6) 59(43) 51(37) 17(12) 3.53 .841. 教師對學生學習電腦科學史的看法 9. 學生學習電腦科學史是重要的 6(4) 21(15) 60(44) 38(28) 12(9) 3.21 .958 1-非常不同意 2-不同意 3-普通 4-同意 5-非常同意 此外，調查教師對電腦科學史的興趣與實施電腦科學史教學的意願，發現近 半數的教師表示喜歡閲讀電腦科學史相關史料（第 7 題，M = 3.53）；但僅約四 成左右的教師表示會時常在教學中帶入電腦科學史相關知識（第 8 題，M = 3.33），此結果顯示有少部分教師雖然對電腦科學史感興趣，但未必會在教學中 帶入電腦科學史；在問及教師對學生學習電腦科學史的看法時，雖然有半數以上 教師認為學生學習電腦科學史是重要的，但也有近兩成左右的教師認為學生學習 電腦科學史與否並不是這麼重要（第 9 題，M = 3.21）。其可能原因將於下一節 進一步探討。. 31.
(39) 第四節. 電腦科學史教學挑戰. 本節以電腦科學史背景知識、電腦科學史教材、教法、教學資源、授課時間 與學生學習興趣六個題項，探討教師運用電腦科學史教學可能面臨的挑戰。 如同相關研究所言，要將科學史帶入課程中會面臨許多挑戰（Galili & Hazan 2001; Panasuk & Horton, 2012; SIU, 2004 ）。調查結果顯示（如表 4- 6），教師 最大的挑戰是授課時間不足（第 1 題，M = 3.63）的問題，而學生對電腦科學史 不感興趣（第 2 題，M = 3.39）、缺乏適合的教材（第 3 題，M = 3.31）與教法（第 4 題，M = 3.15）也是教師在教授電腦科學史會面臨的挑戰。 有教師在開放式意見回饋中表示「科學史很重要也很有趣，但高中生要學的 電腦科學內容很多，授課時數有限，很難全面帶入科學史」；也有教師表示「以 資訊科技概論課程而言，在授課加入電腦科學史是有益的，但在課程規劃的時間 上，相對會擠壓到其他內容的時間，建議在教授內容時順便帶入，或是減少某些 章節，方能加入電腦科學史的部份。」因此，時間規劃是教師在電腦科學史教學 中亟需解決的課題，有教師提出將科學史自然的融在課程中，或是提供有效的教 學策略與範例，應有助於實施電腦科學史教學。 對於學生對電腦科學史不感興趣的原因是，有教師誤解電腦科學史僅是一堆 需要記憶的人名與事件，因此難以引起學生的興趣；也有教師表示「高一學生對 boolean、algorithm、turing machine 等概念完全不熟，所以如果直接講解這些科學 史，學生一點都不感興趣，但若在教完概念後再帶到發展史，學生就會比較有反 應。」因此，教師對電腦科學史內涵與認知會影響教師對學生學習電腦科學史的 看法，而電腦科學史帶入的方式與時機，也會影響學生的學習興趣。 表 4- 6 教師對電腦科學史教學的挑戰 題. 項. 1. 2. 3. 4. N(%) N(%) N(%) N(%). 1. 沒有足夠時間教電腦科學史 4(3) 2. 學生對電腦科學史不感興趣 3(2) 2(1) 3. 教材少有電腦科學史內容 3(2) 4. 不知道如何教電腦科學史 6(4) 5. 很難找到電腦科學史資源 7(5) 6. 缺乏電腦科學史相關知識 1-非常不同意 2-不同意 3-普通 4-同意. 16(12) 36(26) 26(19) 43(31) 25(18) 49(36) 31(23) 50(36) 39(28) 54(39) 35(26) 53(39) 5-非常同意 32. 5 N(%). 52(38) 29(21) 45(33) 20(15) 50(36) 11(8) 49(36) 4(3) 36(26) 2(1) 38(28) 4(3). 平 均 數 3.63 3.39 3.31 3.15 2.92 2.98. 標 準 差 1.036 1.024 .914 .879 .883 .927.
(40) 為了進一步探討影響教師實施電腦科學史教學的因素，本研究進行教學挑戰 與教學意願之皮爾森相關係數分析（如表 4- 7），發現授課時間的挑戰因素與科 學史教學意願並無直接的相關（r = .070, p = .419）；真正與教學意願高度相關 的，依序是學生對電腦科學史的興趣、電腦科學史教法、教師背景知識、電腦科 學史教材與電腦科學史教學資源。此結果顯示，當教材、資源、教法與教師背景 知識不足時，會讓教師感覺教學較為吃力，影響其教學意願。因此，若能開發較 豐富的電腦科學史教材與教學資源，設計有效的教學策略，提昇教師科學史背景 知識，提高學生對電腦科學史的學習興趣，應能降低教學挑戰，提高教師實施電 腦科學史教學意願。 表 4- 7 皮爾森相關係數 - 教學挑戰與教學意願的相關 教學意願 教學挑戰 r p (**) .000 1. 學生對電腦科學史興趣 -.371 (**) -.354 .000 2. 電腦科學史教法 (**) -.302 .000 3. 電腦科學史背景知識 (**) .000 4. 電腦科學史教材 -.298 (*) .044 5. 電腦科學史資源 -.172 .419 6. 電腦科學史教學時間 -.070 ** * p < .01, p < .05. 33. N 137 137 137 137 137 137.
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