以概念構圖引導學童學習程式設計成效之行動研究

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

國立臺東大學教育學系 教學科技碩士在職專班

碩士論文

指導教授：蔡東鐘 博士

以概念構圖引導學童學習程式設計成效 之行動研究

研 究 生： 呂建瑤 撰

中 華 民 國 一 ○ 三 年 八 月

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

國立臺東大學教育學系 教學科技碩士在職專班

碩士論文

以概念構圖引導學童學習程式設計成效 之行動研究

研 究 生： 呂建瑤 撰 指導教授： 蔡東鐘 博士

中 華 民 國 一 ○ 三 年 八 月

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

謝 誌

在十年後能夠再次回到東大的求學，恢復學生時代的生活，感謝從報考研究 所到完成論文都一齊相互鼓勵與支持的志成、信嘉，沒有你們就沒有這一段甘苦 與共的學習歷程。

論文的完成首先感謝我的三位恩師，指導教授蔡東鐘老師，兩年來的耳提面 命，並在我困惑無助時給予指導與幫助。兩位口試委員教育系鄭承昌老師與東華 大學劉明洲老師，百忙之餘，細心審閱，給予拙作更臻完善的建議。

感謝文澳國小團隊、輔導團黃德文老師、縣網中心林銘志主任在研究期間對 我的支持與協助，沒有你們的幫忙，研究沒辦法順遂的完成。

感謝最佳工作夥伴文銘、繡雯賢伉儷在為自己的論文焦頭爛額之際，還協助 我處理許多的難題，是我堅強的後盾。

感謝一同打拼論文的好戰友梓菘、皓亭、明財、銘仁、炳勳，沒有你們的協 助與鼓勵，進度落後的我，無法跟上你們的腳步，完成論文。

更感謝我的家人在背後的鼓勵與支持，三個暑假的期間讓我心無旁騖的順利 完成學業。

最後，感謝所有關心我的親朋好友，謝謝你們的支持與鼓勵，讓我得以在兼 顧學業與工作下，順利完成學業，我想把我的喜悅，謹以此文獻給所有曾經支持 與幫助過我的人。

103 年 8 月 建瑤 於教育系電腦教室

© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i

以概念構圖引導學童學習程式設計成效 之行動研究

作 者 ： 呂 建 瑤

國立臺東大學 教育學系

摘 要

本研究是以國小資訊課老師，秉持「教師即研究者」理念，於國小階段實施 程式設計教學課程，從教學計畫到課後反思，採循環的行動研究歷程，以提升研 究者資訊教學專業。研究中以概念構圖引導之教學策略，運用於國小學童電腦程 式設計基礎課程教學，透過訪談、學生作品評比、學生學習心得及教師和研究團 隊間的討論、觀察記錄與反思等多來源的資料處理分析進行研究，探討國小學童 學習程式設計的學習成效與學習態度及課程設計、教學模式的改進。本研究結果 如下：

一、國小學童對於資訊課程排入程式設計教學活動感到喜愛，學生對於概念 構圖引導策略持正向且肯定態度。

二、運用概念構圖引導策略可以提升初學者學習程式的信心與成就感。

三、概念構圖引導策略讓學生學習程式設計時能建立較完整的設計概念，學 生會利用概念圖除進行程式設計與修正。

四、透過概念構圖引導策略實施學生的學習成效，程式設計的完整度都有明 顯的提升。

關鍵字：概念構圖、程式設計、Scratch

An Action Research of Applying Concept Mapping to Guiding Students on Computer Program Designing

Chien-Yao Lu

Abstract

This study was done by an elementary school computer teacher. This researcher embraces the concept of teachers as researchers as the main practice in the elementary stages of implementation of the programming curriculum. In order to enhance the field of researchers’ technology, the study goes through the cycle of action research based on the observation of students.

The researcher applies the strategy of concept mapping in designing the computer programming courses in the elementary school. Through teacher-student interviews, peer evaluations, students’ reflections, and the observation and discussion within the team of teachers, the study uses multiple resources to process and analyze the effects of concept mapping on students’ learning attitudes. Results are summarized as the following:following:

1. The students feel impressed and show a lot of interest in computer progamming. The students keep a positive attitude toward the concept mapping strategy while learning.

2. The students feel impressed and show a lot of interest in computer progamming. The students keep a positive attitude toward the concept mapping strategy while learning.

3. The students feel impressed and show a lot of interest in computer progamming. The students keep a positive attitude toward the concept mapping strategy while learning.

4. 1. The students feel impressed and show a lot of interest in computer progamming. The students keep a positive attitude toward the concept mapping strategy while learning.

Keyword：Concept Mapping, Programming Design, Scratch

目 次

摘 要... i

Abstract ... ii

目 次... iii

表 次... vi

圖 次... vii

第一章 緒論... 1

第一節 研究背景與重要性 ... 1

第二節 研究動機 ... 3

第三節 研究目的與問題 ... 5

壹、 研究目的 ... 6

貳、 研究問題 ... 6

第四節 名詞釋義 ... 7

壹、 概念構圖策略 ... 7

貳、 程式設計 ... 7

參、 Scratch ... 7

肆、 程式設計學習成效 ... 8

伍、 程式設計學習態度 ... 8

第五節 研究範圍與限制 ... 8

壹、 研究範圍 ... 8

貳、 研究限制 ... 9

第二章 文獻探討... 11

第一節 概念構圖理論基礎 ... 11

壹、 知識建構論 ... 11

貳、 認知同化論 ... 12

參、 訊息處理論 ... 13

肆、 知識表徵論 ... 13

第二節 概念構圖在教學上的應用 ... 15

壹、 概念構圖在教學上的意涵 ... 15

貳、 概念構圖在教學上的應用方式 ... 16

第三節 程式設計課程 ... 19

壹、 國小程式設計課程現況 ... 19

參、 Scratch 程式設計課程的內容 ... 25

第三章 研究設計... 27

第一節 研究方法與與研究流程 ... 27

壹、 研究方法 ... 27

貳、 行動流程 ... 28

第二節 研究對象與研究範疇 ... 30

壹、 研究對象 ... 30

貳、 研究範疇 ... 32

第三節 研究工具與分析 ... 36

壹、 研究工具 ... 36

貳、 資料分析 ... 38

第四節 研究的信度與效度 ... 40

壹、 研究信度 ... 40

貳、 研究效度 ... 40

第五節 研究倫理 ... 42

壹、 研究倫理 ... 42

貳、 研究限制 ... 43

第四章 結果與討論 ... 45

第一節 程式設計課程觀察與改進 ... 45

壹、 專案階段的課程設計 ... 45

貳、 專案課程的實施省思 ... 48

參、 正式課程階段課程設計 ... 50

肆、 正式課程的實施省思 ... 53

第二節 實施概念構圖策略對學生學習成效的影響 ... 56

壹、 專案課程階段學生學習成效的分析與發現 ... 56

貳、 正式課程階段學生學習成效的分析與發現 ... 66

第三節 實施概念構圖策略對學生學習態度的情形 ... 83

壹、 專案課程階段學生的學習態度的觀察分析 ... 84

貳、 正式課程階段學生的學習態度影響 ... 88

第五章 結論與建議 ... 103

第一節 結論 ... 103

壹、 概念構圖教學策略在學習成效的影響 ... 103

貳、 概念構圖教學策略在學習態度的影響 ... 104

參、 探討程式設計基礎課程的實施模式 ... 105

第二節 建議 ... 105

壹、 教學者教學 ... 106

貳、 教育行政單位推動 ... 106

參、 對未來研究的建議 ... 107

參考文獻... 108

壹、中文部分... 108

貳、外文部分... 110

附錄... 111

附錄 1 單元活動學習心得單 ... 111

附錄 2 SCRATCH 程式課程訪談大綱 ... 113

附錄 3 教師教學歷程與省思札記 ... 114

附錄 4 課堂教學觀察筆記 ... 115

附錄 5 學習成效專家評分表 ... 116

表 次

表 1 資訊科技使用能力指標 ... 2

表 2LOGO 程式相關研究 ... 19

表 3SCRATCH程式相關研究 ... 20

表 4 正式課程教學活動設計 ... 33

表 5 正式教學課程目標 ... 35

表 6 學生學習成效專家評分表 ... 41

表 28 專案階段個別單元教學活動內容 ... 45

表 29 正式課程階段個別單元教學活動內容 ... 50

表 7 專案時期學生作品上傳與評分統計 ... 57

表 8 學生錯誤類型分析表 ... 63

表 9 低得分學生單元作業作品完成情形抽樣表 ... 66

表 10 中得分學生單元作業作品完成情形抽樣表 ... 70

表 11 高得分學生單元作業作品完成情形抽樣表 ... 73

表 12 小貓咪好好玩學習成效評量統計表 ... 77

表 13 小貓咪大冒險學習成效評量統計表 ... 78

表 14 小貓咪吃飽飽學習成效評量統計表 ... 78

表 15 單元二學生作品圖例 ... 81

表 16 第一單元「小貓咪好好玩」學習心得單興趣層面結果分析 ... 89

表 17 第二單元「小貓咪大冒險」學習心得單興趣層面結果分析 ... 89

表 18 第三單元「小貓咪吃飽飽」學習心得單興趣層面結果分析 ... 90

表 19 第一單元「小貓咪好好玩」學習心得單信心層面結果分析 ... 91

表 20 第二單元「小貓咪大冒險」學習心得單信心層面結果分析 ... 93

表 21 第三單元「小貓咪吃飽飽」學習心得單信心層面結果分析 ... 94

表 22 第一單元「小貓咪好好玩」學習心得單信心層面結果分析 ... 95

表 23 第二單元「小貓咪大冒險」學習心得單實用層面結果分析 ... 96

表 24 第三單元「小貓咪吃飽飽」學習心得單實用層面結果分析 ... 97

表 25 第一單元「小貓咪好好玩」學習心得單成就層面結果分析 ... 98

表 26 第二單元「小貓咪大冒險」學習心得單成就層面結果分析 ... 99

表 27 第三單元「小貓咪吃飽飽」學習心得單成就層面結果分析 ... 100

圖 次

圖 1AUSUBEL 的認知同化論中七個關鍵概念 ... 12

圖 2 訊息處理心理歷程模式 ... 13

圖 3 知識階層結構圖 ... 14

圖 4 蜘蛛網圖示例 ... 17

圖 5SCRATCH 程式概念圖說明示範 ... 18

圖 6 國小程式設計課程軟體演進圖 ... 21

圖 7SCRATCH 操作介面介紹圖 ... 22

圖 8 認識小貓咪紹使用的程式 ... 23

圖 9SCRATCH 基本指令圖 ... 25

圖 10 研究流程架構 ... 27

圖 22 程式概念解說圖 ... 47

圖 23 原始版概念圖設計 ... 55

圖 24 第 2 版概念圖設計 ... 55

圖 11 動作控制效果錯誤的迷失概念 ... 58

圖 12 積木類型選擇錯誤的迷失概念 ... 59

圖 13 座標及運算子概念不清楚 ... 59

圖 14 單向選擇結構程式迷失概念圖示 ... 60

圖 15 邏輯值判斷錯誤迷失概念圖示 ... 60

圖 16 專案課程階段學生作品完成人數百分長條圖 ... 63

圖 17 學生認真的完成作品照片 ... 82

圖 18 單元整體學習成效折線圖 ... 83

圖 19 營隊活動問興趣與信心統計圖示 ... 86

圖 20 學生認真製作遊戲程式 ... 88

圖 21 正式課程整體學習態度趨向圖 ... 101

第一章 緒論

本研究旨在討論使用概念構圖引導國小學童學習程式設計(scratch)時，對其 學習成效之提升是否有幫助及學習態度的影響。並針對研究的背景、動機，研究 目的與問題、重要名詞解釋、研究的範圍與限制逐一列舉說明。

第一節 研究背景與重要性

TEDx Taipei 網站在 2013 年一篇「人人都應該學程式設計」的文章中指出「想 創造新科技，就必須學習撰寫程式語言！」(TEDx Taipei, 2013)的論述。這篇文 章是從 MIT Media Lab 團隊的計劃執行長 Mitch Resnick 在 TED 的一場演講 中，依據其演講內容所提出的想法。

在這場演講中 Resnick 提出了特別的看法，他表示：現在的年輕人也就是俗 稱的「數位原生」(Digital Natives)在使用科技、了解科技上顯示高度的運用能力，

但並不熟稔於創造科技。然而，透過學習程式語言，將會開拓更寬廣的學習途徑，

就好比當你學會閱讀時，可以透過閱讀學習更多的知識，同樣的原理也可以類推 到程式設計上。如果你學會撰寫程式，透過程式語言學習到的事物將更為多樣 (TEDx Taipei, 2013)。

另外，在這場演講中 Resnick 提出：「想創新科技，就必須學程式語言」的 看法，他指出愛沙尼亞已經通過法令，將程式語言納入小學一年級的課程中 (TEDx Taipei, 2013)，英國也思考是否應該跟進。反觀我國的資訊課程，自民國 九十二年起九年一貫課程實施至今，資訊教育列為重大的議題項目，而非正式的 課程項目之一。

根據國民中小學九年一貫資訊教育議題的學習目標(92 年課綱)所揭示，資訊 教育旨在培養學生資訊擷取、應用與分析、創造思考、問題解決、溝通合作的能 力，以及終身學習的態度。藉由「資訊科技概念的認知」、「資訊科技的使用」、「資 料的處理與分析」、「 網際網路的認識與應用」、以及「資訊科技與人文素養的統

整」等核心能力之規劃，在認知、情意、技能上培養學生達成以下之教育目標(國 民教育社群網，2013)。

可是實際在資訊課程的實施上，卻僅將課程安排於三至七年級的學習階段，

在三到六年級每學年建議上課節數為 16 節，第七學年則建議 40 節的學習時間。

從時間的安排上，研究者可推論而知的，當年的資訊課程在國中小階段相較於其 他領域是不受到重視的，課程的部分也幾乎一周不足一節課。

經過四年的實施，九年一貫課程綱要在資訊議題的修正內涵中提及「資訊教 育」課程實施與其他議題採融入各學習領域進行有頗大的差異。因資訊實施以來 皆有具體的課程內容與教學時數，本質上此課程即類似學習領域，卻因列於重大 議題，以致無法正常實施，於九十七年時修訂成每學年建議上課節數為 32-36 節 (國民教育社群網，2013)。並且以具體課程實施為主，兼具融入其他領域課程。

並根據課程目標分列分段能力指標，讓各國中小能據以規畫相關課程，在核心能 力－資訊科技的使用項下之學習內涵與欲培養學生之能力指標列如下表。

表 1

資訊科技使用能力指標

學習內涵 能力指標

電腦使用規範 1-2-1 能遵守電腦教室(公用電腦)的使用規範。

作業環境

1-2-2 能操作視窗環境的軟體。

1-2-3 能正確使用儲存設備。

1-2-4 能有系統的管理電腦檔案。

中英文輸入 1-2-5 能正確操作鍵盤。

1-2-6 能熟練中英文輸入。

電腦硬體 1-3-1 能認識電腦硬體的主要元件。

1-3-2 能操作及應用電腦多媒體設備。

程式語言 2-4-1 能認識程式語言及其功能。

資料來源：整理自(國民教育社群網，2013)

程式語言課程安排在第七學年(國一)時實施，課綱也建議在這個階段能學習 程式語言基本概念、圖表製作、影音編輯及資料庫概念等，但對程式設計初學者，

尤其是兒童來說，要了解程式語言的語法是相當困難的(賴健二，2004)，以研究 者個人學習的經驗為例，學習程式語言並非一蹴可幾，若沒有相關的先備經驗就

直接接觸程式語法時，常常模不著頭緒，學習效能低弱。但如果先具備程式設計 的概念，在日後接觸程式語言的寫作，舊經驗的基礎當作鷹架，對於未來學習知 識的建構有一定的助益。所以，在國小階段能先給予學生程式設計的經驗與概 念，對於學生在國中七年級的程式語言課程銜接時，較易形成有意義的學習。

第二節 研究動機

研究者目前任教於澎湖縣某國民小學，因學校行政職務的變動，接任資訊組 長的職務，原本授課的內容也從國語、數學等課程，轉變成全職資訊課教師，肩 負全校資訊課程授課規劃與職行課程的責任。

因為這是研究者教學生涯第一次擔任專任的資訊課程老師，在暑期期間就與 先前的老師討論資訊總體課程的安排，並依據學校的課程計畫實施。恰好本縣資 訊輔導團黃老師蒞校分享 Scratch 程式設計融入教學的研習，在第一次接觸後，

就興起了可以融入在資訊課程中的想法，也實驗性的上了 6 周課程。

而研究者在資訊課程進行 Scratch 程式教學時，能完成研究者指定內容作業 完整呈現的人數不多，可見學習效果似乎不佳。許多學者也經過實驗推論國小階 段教授程式設計課程對學童的邏輯推理能力、問題解決能力、創造力都有助益(楊 書銘，2007；蔡孟憲，2009；賴明宏，2009；吳文琦，2012)。且楊朝智(2010) 經過了一個學期的 Scratch 教學，統計學生的分享與回饋結果後顯示有 73%學生 認為軟體易學易懂、有 83%學生認為滿意自己的學習情況，他認為在國小實施 Scratch 教學的是可行且效果良好。但研究者的實際的教學後，卻發現學生的學 習成效不佳，研究者反思教學的過程，即使 Scratch 的操作簡單且可以快速的產 生作品的特點能夠得到許多學生的興趣，製作出動畫與遊戲，但學童在學習 Scratch 上仍有一定的難度。根據國內研究李長駿(2009)表示，學生在學習電腦 程式之學習成效不佳的原因有二點：

1. 學生缺乏解決問題能力之技巧；

2. 學生缺乏有建設性且正確的回饋機制。

而研究者本身非資訊科班教師，亦無程式設計基礎，透過課前的單元的設計 與預先練習，依照傳統教學方法，透過講述的方式，仍無法直接且精闢的解釋程 式設計的概念，讓學童有程式計設全面性的概念，學生如上述原因第一點缺乏解 決問題的能力的技巧。且實際課程教學時，若同時有多名學生向教師提出不同程 度的問題時，有些同學已經完成指定動作指令，更進一步構思較複雜或進階的指 令效果時，仍有些同學苦思於要用哪種類型的指令完成指定動作，更有程式指令 設計錯誤的學生，無法解決等待救援。教學者無法顧及所有的學生，無法解決所 有人的問題，造成真正需要老師協助的學生，無法即時給予協助，學生詢問周遭 同學又難獲得正確的概念，如上述原因二，學生缺乏有建設性的且正確的回饋機 制，造成學習成就低落。

因為在一般資訊課程，大都是以軟體教學為主軸，重視軟體的操作與功能的 使用，所以，教學上常以傳統的講述法，配上一個口令一個動作的實施，整個學 習過程僅為領域特定的程序知識學習，對於問題解決與創新部分難有成效。程式 設計的過程除了需要了解指令的功能外，還須注意指令相互間的運動，與指令動 作的一定執行流程順序，學生對於問題解決需要多加的思考與分析。研究者分析 學習成效不佳的問題與教學的歷程，認為學生對於預設計的程式整體概念不足，

無法做較周延且縝密的思考，如果能夠透過一開始合適的教學法建立完整的程式 設計藍圖，應該可以改善學生的學習成效。透過改變教學法可以改善初學程式設 計學童學習成效不佳的情形，達到教學成效提升之目的。

先前研究者教授程式設計課程時，都採以傳統教學法及問題導向教學模式相 互配合方式實施。每一個單元目標都會以問題引導引發動機，發展問題解決策 略，最後再以實際的操作演示結尾。俟教學完成後，再讓學生自行習寫練習。只 要能完成研究者規定之項目，即告完成單元任務。

雖然能講授課程的當下學生能了解所有預計進行的任務與及完成任務所需 考慮的方向，但在實際學生操作時，效果並不如預期的好。

以往電腦課程的教學方法多以上機實作為主，在一般的繪圖、文書處理及網 路相關運用課程上，學生多能掌握學習要領，並不會出現相關的問題。而在研究 者第一次嘗試程式設計課程時，可知的是程式設計課程與軟體操作是迥然不同的

在各種學習策略中，哪一種能達到立即見效的要求，實施起來對學生的負擔 最少且最易學習。研究者在使用 Scratch 進行設計時，發現程式的組合，就如同 寫作文一般，一個指定動作的形成與條件的控制，透過積木組合後，事實上解讀 出來就是一串文字的組合。Resnick 說到：假如我們以學習閱讀與寫作的心態來 學習撰程式呢？就好比我們在學習一種新語言，在轉換語法，思考邏輯和表達模 式都能因而發展，人們藉次以新的異國角度檢視習以為常的事物((TEDx Taipei, 2013)；而假使我們不把程式語言當作是「電腦」領域，而是把它當成「語言」

領域，這樣來看，寫程式不過就是寫一篇作文而爾。

如果研究者把程式設計課程中，相關的指令條件動作，當作一段描述文字的 方式來進行教學呢?從這一段的文字中，抽離出相關的程式語言，配合程式語言 的語法邏輯來撰寫程式呢?基於 Scratch 程式設計軟體的指令都是圖像式的，研究 者參閱相關學習輔助的工具發現：概念構圖研究在教育上受到極大的運用，

Aususbel(1968)強調所學事物必須對學生具有意義，方能產生學習，而美國康乃 爾大學教授 Novak 於 1984 年根據 Aususbel 所強調「有意義的學習」學習理論的 論點，來探討知識的階段性架構，並提出了一種新的學習方法，此學習法系將學 生所學來的概念，以平面的圖表列出來，再透過從層次的排列，並以命題連接個 概念間的關係，形成一張有意義的圖畫(余民寧，1997)。

因此，研究者希望藉由透過概念構圖的方式，當作學生學習 Scratch 程式設 計時的學習輔助鷹架，藉由概念構圖提供邏輯思考的方向，期能改善初學程式學 童者常遭遇的問題，並實際運用於程式設計的專案中，以達到輔助學習的成效，

提升教學品質及學生在學習知識架構的完整性。

第三節 研究目的與問題

本研究是在國小五年級學童初學程式設計課程教學中，運用概念構圖引導學 童學習程式設計，探討學童學習的成效與學習態度。研究目的簡述如下。

壹、 研究目的

本研究主要目的為探討透過概念構圖的學習策略，融入國小程式設計課程教 學，初學程式設計學童在學習基礎課程時學習成效、學習態度之影響。並透過行 動研究的方式，檢視學生學習的表現，提升學習程式設計學童製作單元作品的完 整度，課程內容主要有「小貓咪好好玩」、「小貓咪大冒險」、「小貓咪吃飽飽」等 程式設計基礎教學之教學活動單元。希冀透過檢討學習成效、了解學生學習情形 與學習態度的改變及解決學童學習上實際的問題與困擾，並提出於國小兒童學習 程式設計時，可實施的教學方式與基礎課程教材，提供教師在教授基礎課程時之 教學設計參考依據。研究目的條列如下：

一、探討概念構圖引導策略方案在國小學童學習程式設計之基礎課程時期對 學習成效的影響情形。

二、探討概念構圖引導策略方案在國小學童學習程式設計之基礎課程時期對 學習態度的影響情形。

三、檢視國小學童學習程式設計基礎課程教學歷程實際情況，俾利教學改進。

貳、 研究問題

根據上述目的，本研究探討以下研究問題：

一、概念構圖引導策略方案在改善國小學童學習程式設計基礎課程的教學成 效影響為何？

1-1 採傳統口述教學時，國小學童學習程式設計基礎課程學習成效情形為 何?

1-2 實施構圖引導策略方案，對國小學童學習程式設計基礎課程學習成效 的情形為何?

二、概念構圖引導策略方對於國小學童學習程式設計基礎課程時期的教學態 度影響情形為何？

2-1 採傳統口述教學時，國小學童學習程式設計基礎課程學習態度情形為 何?

2-2 實施構圖引導策略方案，對國小學童學習程式設計基礎課程學習態度 的情形為何?

三、國小學童學習程式設計基礎課程教學實際情況為何?教學策略導入，課 程實施的方式為何?

3-1 國小學童學程式設計基礎課程中實際執行狀況為何?

3-2 國小學童學習程式設計時期之過程中遭遇的困難為何?針對困難採取 什麼樣的因應策略?

第四節 名詞釋義

本節茲將本研究所要的探討的重要名詞予以定義。

壹、 概念構圖策略

「概念構圖」就是一種將資訊轉為邏輯方式思考的輔助學習工具(林人龍，

1999)，也是一種教學與學習的策略、方法、也是一種評量技術(林素妃，2007)。

本研究則將「概念構圖」(concept mapping)定義為在學習過程中與學習者共同繪 製出概念圖的歷程。本研究所稱概念構圖策略，係指以程式設計為教材，運用學 習單元之設計條件，與學生共同繪製概念圖當作程式設計藍圖的一種教學模式。

貳、 程式設計

本研究的實驗教學中所指的程式設計是指研究對象在資訊課程上利用視覺 化程式設計軟體 (Scratch) 進行課程單元之遊戲設計與製作。

參、 Scratch

Scratch 是 MIT (美國麻省理工學院) 於 2007 年發展的一套新的程式語言，

目前已更新到 2.0 版本，已經是全網頁版的程式寫作方式，學生不用安裝在個人 電腦上，直接連上官網就可以直接操作程式 ( Scratch 想像．編程．分享，2013)。

支援中文介面，程式介面將複雜的程式語法變成積木視覺化的型態，這是專門設 計給程式語言的初學者或是小朋友來學習編寫程式的最佳工具。小朋友就像在玩 遊戲一般去堆疊積木，就可以輕輕鬆鬆的做出遊戲、互動式故事、音樂及美工程 式並且可以輕易的分享至網路上。而本研究所使用的是 Scratcth 1.4 單機版，可

安裝於電腦上直接使用，不需透過網路，可避免課堂中出線網路斷線，影響教學 進行的情形。

肆、 程式設計學習成效

學習成效是學習者在接受學習活動後所獲得成就指標。本研究程式設計學習 成效，是指學童經過概念構圖策略引導教學活動後，對於程式設計實作課程所展 現的成果，經協同研究者一致評分後之成績。其程式完成度愈高，所得的成績愈 高，代表學童的學習成效愈好；反之，成績愈差，學習成效不佳。

伍、 程式設計學習態度

學習態度（Learning attitudes）是學習者在學習歷程中所產生的知覺與感受。

學習歷程中能影響學習者態度的因素相當多，因此學習態度的意涵相當廣泛。張 春興和林清山（2003）認為學習態度是學習者在進行學習時所持的一種內在準備 狀態，具持久性傾向，會影響個人的行為選擇。張文奇(2009)將 Scratch 學習態 度分為滿易、興趣、實用、信心、合作五個分向指標，而本研究程式設計學習態 度是指學童經過概念構圖策略引導教學活動後，對於程式設計實作課程所展現信 心、興趣、實用、成就四個心理分向層面的狀態，經研究者單元學習心得單與訪 談、觀察記錄三角測量分析處理後所得的結果。

第五節 研究範圍與限制 壹、 研究範圍

本研究以澎湖縣某國民小學五年級學習程式設計基礎課程的學生為研究對 象，利用 Scratch 作為學生學習程式設計軟體，使用自編之教學內容，來比較學 童在學習程式設計課程時以概念構圖引導策略，輔助其學習，探討對其學習成效 與學習態度的影響。

貳、 研究限制

茲從本研究之研究範圍、研究對象、研究方法、研究工具等四方面來說明本 研究的限制。

一、 研究範圍限制

本研究僅就以國小學生初學程式設計時，以基礎課程為範疇，對於是否能適 用在進階課程較艱深的難度範圍中，有效的改善學習成效、學習態度，其結果無 法推論。

二、 研究對象限制

本研究僅選擇澎湖縣某國民小學五年級初學程式設計的學生為對象，於資訊 課程安排 6 周實施，故研究結果無法進行全國學童整體性的推論。

三、 研究方法限制

本研究採行動研究設計方式實施，分析結果僅能代表國小五年級教學之現 況，概無法類推至其他學習階段或學習領域。

四、 研究工具限制

本研究僅就以國小學生初學程式設計時，以視覺化之 Scratch 程式設計軟體 為研究工具，探討有無實施概念構圖引導策略是否對學習成效造成影響，其結果 無法推論到其他未進行實驗之程式設計軟體。

第二章 文獻探討

本章分成三小節進行文獻探討，第一節概念構圖理論基礎、第二節為概念構 圖在教學上的應用、第三節為程式設計課程、第四節為概念構圖在 Scratch 程式 課程的應用。

第一節 概念構圖理論基礎

概念構圖所運用的理論基礎包括：知識建構論、認知同化論、訊息處理論及 知識表徵論。茲分別敘述如下：

壹、 知識建構論

郭金美(1999)認為建構主義強調的是學習者主動參與學習歷程及認知結構 不斷調整重組的過程，她主張學習者不是一個空無一物的白板，每一個人都有個 人認知的觀點。而建構主義，主要分為兩大學派，一是 Piaget 的認知建構論，

另一個是以 Vygotsky 為代表人物的社會建構論。

(一)Piaget 的認知建構論 Piaget 的觀點如下：

1.個體的知識是由個體與其環境交互作用而逐漸發展。

2.在知識發展的歷程中，單單只是遺傳或個體成熟等因素不能構成知識，遺 傳僅賦予個體本能性結構，個體則是透過運用結構去構成知識。

3.個體主動建構知識是由於生存需要，在複雜多變的環境中，個體將其適應 環境所得經驗，逐漸組織發展、建構形成新的知識。

從 Piaget 的觀點而言，「基模」(schemata)是組成心理結構的基本單位，個 體的認知結構或基模，具有兩種互補心理歷程，會因環境的需要而主動改變，即 為同化(assimilation)、調適(accommodation)。同化影響認知基模的成長(量的變 化)，調適則影響認知基模的發展(質的變化)。

Vygotsky 考量社會環境對個人的影響，認為知識是人際互動下所建立的。個 人的心智發展是社會互動與人際分享的過程，需要與別人不斷的互動與修正，以 調整個人主觀建構出來的知識。因此認知乃是社會學習歷程的結果(余民寧，

1997)。從 Vygotsky 的觀點來看，過去的文化歷史影響後代的思考方式，若要 探究心智發展，要考慮個體所生存的文化社會環境，因為社會環境與心理發展兩 者的關係是互相影響的。

貳、 認知同化論

1963 年出版「有意義的語文學習心理學」，在這本書裡 Ausubel 針對學習提 出「認知同化論」(assimilation theory for cognitive learning)的觀點，認為學習的 歷程是由七項概念逐一進化，學習者就可以將新概念與舊概念聯結。

關於 Ausubel (1963) 認知同化論內涵中的七個關鍵概念。如下圖 1 所示。

(資料來源：余民寧，1997)

圖 1

Ausubel 的認知同化論中七個關鍵概念 提綱挈領

有意義的學習

含攝學習

統整調和

層級學習

漸進分化

機械式的學習

新知識與認知結構原有概念建立連結

將新知識包含到原有概念之下

整合新舊知識成為一新的概念

兩個以上有關聯但不同階層的概念連結 學習不斷發生，概念與命題的意義會逐漸 精緻化與類別化

設計出一種簡單、有意義的學習綱要

反覆練習，強化認知系統連結 有

意 義 的

―

―

― 機 械 式 的 學 習 連 續 向 度

參、 訊息處理論

訊息處理理論的代表人物為美國心理學家米勒(G. Miller)，其興起的原因是 1950 年代末，電腦科學發展興起，使認知心理學者藉助電腦處理訊息的過程為 喻，來說明人類學習與認知的歷程。訊息處理的過程，包括感覺收錄、短期記憶、

長期記憶等主要過程，理解知識形成的基模。

個 人 訊 息 處 理 的 歷 程 包 括 選 擇 (selection) 、 建 構 (construction) 、 統 整 (integration)、與獲得(acquisition)等四個主要成分，其中「建構」屬於一種「內在 聯結」，是指學習者於工作記憶中建立新訊息或觀念之間的聯結(connection)。「統 整」則為「外在聯結」，指學習者於長期記憶中提取先備知識(prior knowledge)，

並將其傳送到工作記憶中來統整新的訊息。訊息處理模式如下圖 2：

資料來源：張春興(1995)

圖 2

訊息處理心理歷程模式

肆、 知識表徵論

張春興(1995)指出布魯納將人類對環境周遭的事物，經知覺而將外在的事件 (物)轉化成內在心理事件的過程，稱為知識表徵(representation of knowledge)或認 知表徵(cognitive representation) 。知識表徵是個體經過認知活動後的產物，係由 心理活動過程中所產生的各種內在心象(余民寧，1997)。

長期記憶(LTM) 情節記憶 語意記憶

複習

短期記憶(STM) (時間) 運作記憶(WM)

(功能) )

注意

感官 收錄 (SR)

輸入

環 境 中 的 刺

激 _遺

忘 遺

忘

反應(輸出)

Collins and Quillian 1969 年所提出的階層網路結構模式(hierarchical network structure model)是認知科學界對人類知識結構的第一個看法(余民寧，1997)。根 據這個模式的看法，可以瞭解在人類的記憶系統中，知識結構是由許多代表基本 概念的節點(node)，以及節點與節點間用某種符號聯結而成的一種語意網路 (semantic network)關係來表示，如下圖 3 所示，概念構圖強調學習者需將其學習 內容依據認知概念的屬性分類(如鳥、魚)，再依照概念的範圍大小進行上下階層

的排列( )，並且以

聯結線及聯結語來表示概念之間的關係，此構圖歷程就是將原本的線性敘述進一 步表徵成階層化網狀結構。因此，知識表徵論解釋知識結構的組織、統整與儲存，

是概念構圖一個相當重要的理論基礎。

資料來源：余民寧(1997)

圖 3 知識階層結構圖

第二節 概念構圖在教學上的應用

學而不思則罔，思考，是一種複雜的歷程，是一個釐清事實的，了解事實的 方法。然而小學階段的學生一般思考大多不依照邏輯的順序，有時流暢、有時跳 躍或偏離主題，有時陷入泥淖。所以教師在進行教學活動時，若能提供一套整合 資訊的學習工具來幫助他們做邏輯性的思考將有助於其學習。本捷概念構圖在教 學上的應用分為兩方向來探討，一為概念構圖在教學上的意涵，一為概念構圖在 教學上的應用方式。

壹、 概念構圖在教學上的意涵

概念圖是由美國康乃爾大學教授 Novak 等人所發展，主要是用來做為描述 概念之間的關係結構(Novak & Gowin, 1984)，概念圖是利用個人已存在的概念，

採圖像方式，整合新舊概念，因此，可以用來讓學生了解自己的認知發展，同時 也可以用來評估學生的知識結構。

「概念構圖」就是一種將資訊轉為邏輯方式思考的輔助學習工具(林人龍，

1999)，也是一種教學與學習的策略、方法、也是一種評量技術(林素妃，2007)。

概念構圖即是在教學歷程中給予學生不同概念，要求學生將這些概念用適當的連 結語把它們連結起來，成為一幅概念圖。這種方法不僅可以當作一種學習評量的 工具，也是一種後設認知學習策略，以用來幫助學生學會如何去學。因為它不像 機械式學習，只要求學生記住原理原則，而是要求學生針對所要學習內容的概 念，先做階層性的分類和分群，並將各概念間的關係聯結，在聯結線上標記稱呼，

用來輔助說明概念與概念間的聯結關係，最後形成一幅網狀結構圖(Novak &

Gowin, 1984)。

學生可以透過概念圖的過程自我檢視是否了解各個概念及其階層性與排列 性；教師則可以藉由概念圖中概念間的聯結是否正確、概念層級的安排是否適 當，來了解學生的學習情況、分析出學生的知識結構及其錯誤概念(林素妃，

2007)。

學者在概念圖與科技認知學習研究中發現：概念構圖(concept mapping)技術 提供了認知學習更有效的方法，而概念圖(concept map)可以整合文字、圖形，運 用圖像式思考更能增強科技概念的學習(林人龍，1999)。

貳、 概念構圖在教學上的應用方式

Novak 和 Gowin(1984)指出概念構圖教學在教育上的應用(引自潘淑琦，

2011)：

(一)經由概念圖可了解學習者已經知道什麼。

(二)概念圖是一種描繪學習途徑的工具。

(三)概念圖可將教科書中的意義萃取精煉。

(四)概念圖可幫助學生從實驗、田野研究中淬取出精義。

(五)概念圖有助於學生在報章雜誌的閱讀理解。

(六)概念圖可幫助學生從直線思考轉換成階層性的思考，有助於學生撰寫文 章。

本研究針對研究的目的在於提升學童在程式設計課程的學習成效與學習歷 程觀察，及課程教學活動後之感受。故概念構圖策略將於以上述功能之第(一)、

(二)、(三)、(六)點為主要的支持之教學理論。

概念圖(concept map)的建構歷程即稱為概念構圖(concept mapping)。目前關 於概念構圖之研究，主要分為三個系統：

(一)概念圖 (concept map)，為美國康乃爾大學學者 Novak 與其同僚所發展，

其主要特色為圖示具有階層性，以無箭頭直線作為概念間的聯接線，同 時使用無特定分類之聯結語，可用來自由表現概念之間的關係；最初運 用於科學教育，後推廣至 其他學科，可作為教學、學習、研究、評量之 工具(Novak & Gowin,1984)。

(二)多重關係語意圖(multirelational semantic map)，又稱知識圖(knowledge map)，主要為德州克利斯汀大學(Texas Christian University，簡稱 TCU) 所發展，知識圖同樣使用聯接語來表示概念之間的關係，但並不像概念 圖強調要領概念與附屬概念間結構的階層性，而是以三種不同樣式的箭

(三)心智圖(mind map)，特徵為樹枝狀的訊息分枝，作為展示關鍵性的要領 概念及其他附屬概念之間的關係，大多運用於語文閱讀領域上，相較傳 統劃記重點的方式效率更佳，同時也能訓練學習者思考及創造的能力 (Margulies, 1991)。

其實以上陳述的三種概念構圖系統，其中彼此相似的地方多過於不同之處 (Brennan, 1996)，主要目的都是用來銜接、統整學習概念之間的關係。研究者分 析實驗教材內容後，採用洪麗卿(2003)所歸納聯結相關概念之概念圖「蜘蛛網 圖」，其符合 Scratch 程式設計的特性。

如下圖 4，蜘蛛網圖通常以一個或多個重要的要領概念為發展圖示中心，與 要領概念相聯結的是地位平等的附屬概念，再以附屬概念為主繼續發展次級附屬 概念，依此類推，形成眾多層次的概念圖示。

圖 4 蜘蛛網圖示例

主要 要領概念

附屬 概念

附屬 概念 附屬

概念 附屬 概念

附屬 概念 次要附屬概念

次要 附屬 概念

次要 附屬 概念

次要附屬概念

現今，概念構圖常被拿來當作各學科教學的工具，更許多研究顯示，概念構 圖策略確實可以加強穩固學生知識結構，減少學習干擾及遺忘的因素，增進其學 習，達成有意義的學習(潘淑琦，2007)。概念構圖是一種有效的學習和知識表徵 的方法，不像傳統教學法讓學生所學到的知識是比較片段的與零碎(陳俊宏，

2004)。

綜上所述，人知對於知識建構可細分到一最小單位，如基模或概念。知識架 構是透過基模或概念不斷的累積、擴充，匯聚成一龐大的資料庫。假若人類不能 將各自的基模或概念間，找到一個連接的方式，那基模或概念將是片面的知識，

無法形成有意義的組合。學習要產生意義，一定要找到一個可以將概念連結的方 法或策略，有效地去管理概念，組織概念，方能產生新的知識。

然而，概念構圖策略提供了一個很好的方法，利用概念圖將片面的知識串 起，連結關係。另外構圖能表現學生心像能提供知識階層式關係能作為評量工具 能做為學習記錄反應學習歷程的變化的最佳工具。

概念圖對教師而言是一種教學策略，對學生而言則是一種學習策略，本研究 是透過與學生互動討論的課程中，共構出概念圖後，據以輔助國小學童學習程式 設計幫助學生了解課堂中上課主題概念間的階層化結構與所需的 Scratch 程式概 念積木(如圖 5)。

圖 5

第三節 程式設計課程 壹、 國小程式設計課程現況

依據九年一貫課程綱要，國小階段不須安排程式設計課程。但 Papert(1980) 在 Mindstorm 書中提出，讓兒童學習程式語言可以可以發展邏輯思考、批判思考 與學習如何學習的能力(引自楊書銘、 賴阿福、蔡俊明，2008 )。早期國小電腦 程式設計課程，幾乎是以 LOGO 程式為教學的素材，且國內外皆有學多的學者 在研究，研究結果接顯示學童學習程式設計可以帶來正面的助益。許宏彰(2005) 針對兒童學習 Logo 程式設計的學習態度研究中，建議可在國小的資訊課程中加 入 Logo 程式語言課程，多給學童解決問題的情境與機會，多培養學童分析及觀 察的能力。但研究者在探討文獻時發現，Logo 程式的研究都集中在 2006 年之前，

如下表 2，而 2006 年之後相關的研究幾乎消失了。

表 2

Logo 程式相關研究

研究者 年分 研究主題

張富強 1992 Logo 環境中學習幾何之研究

徐龍政 1995 Logo 作為國小資訊課程初學者語言之適用性研究 林裕雲 2002 實施電腦 LOGO 程式設計教學對台灣國小學生解題能

力之影響

仇永善 2005 國小六年級學生在 Logo 環境中學習多邊形概念之研究 黃文聖 2001 國小學童在 Logo 學習環境中數學學習與解題之研究

吳惠娟 2005 電腦程式 Logo 環境在四邊形補救教學成效─國小四年 級數學低成就學童之個案研究

許宏彰 2005 國小學童 LOGO 語言程式設計思維歷程之研究

黃佩芬 2005 以 LOGO 程式語言探討國小聽障兒童平面幾何解題歷 程的改變

李畇龍 2006 引導合作學習對於國小學童學習 Logo 程式設計之影響 資料來源：研究者自行整理

蔡孟憲(2010)指出 Logo 程式語言畫面過於單調，所以在進行設計時候，學童 需要記憶相關英文指令，造成困擾，而且程式除錯不易。相較於 Logo 程式，由 麻省理工學院所發展的 Scratch 程式不但兼具 Logo 程式語言視覺化特性，其設 計的畫面生動，可配合聲音的插入、角色外觀的特效，最重要的是以程式積木代 替複雜的英文程式指令，對學生不會造成太多的學習負擔，減少指令背錯、打錯 的情形，因此，在 2007 年後，針對 Scratch 教學的研究舉日倍增，研究結果也對 Scratch 納入國小階段資訊課程持正面態度。研究者針對國內 Scratch 相關研究整 理如下表

表 3

Scratch 程式相關研究

研究者 年分 研究主題

楊書銘 2007 Scratch 程式設計對六年級學童邏輯推理能力、問題解決能力 及創造力的影響

蘇育生 2009 在問題導向程式教學探討電腦支援註記的角色:以 Scratch 程式 課程之案例研究

蔡孟憲 2009 Scratch 程式設計對國小五年級學生幾何概念及邏輯推理能力 的影響

何秀美 2009 創造思考技法融入國小 Scratch 程式設計教學之研究

蕭信輝 2009 Scratch 程式設計對國小五年級學童科學過程技能、問題解決 能力及後設認知之影響

楊建民 2009 探究式教學法與講述式教學法在國小 Scratch 程式教學學習成 效之研究

賴明宏 2009 Scratch 程式對國小五年級學童邏輯推理能力與科學問題解決 能力影響之研究

李長駿 2009 一套註記工具支援教學策略來改善學童學習程式語言之學習 成效

林盈芳 2010

國小電腦課與表演藝術之協同教學：以 Scratch 程式設計與聲 音表演藝術之結合為例

郭士豪 2010 同儕教學法對國小學生學習 Scratch 程式設計之影響 王曉璿

陳文鴻 邱宜箴

2010 運用概念圖輔助國小學童主題式程式設計課成效益探究

張俊傑 2011 Scratch 程式語言教材設計與發展-以國一數學直角座標及直線 方程式為例

曾聖鴻 2011 圖像式思考策略教學應用於國小學生 Scratch 程式設計之研究

陳經燁 2011 國小學童親子共學 Scratch 程式設計之個案研究

吳婉珍 2012 應用 Scratch 程式設計對提升國中學習障礙學生直線方程式之 成效研究

吳文琦 2012 問題解決教學策略對國小學童 Scratch 程式設計學習成就、態 度與問題解決歷程之影響

何胤廷 2012 引導式學習應用於 Scratch 程式設計教學之成效分析

李俊霖 2012 運用程式模組輔助國小學童 Scratch 程式設計之研究

徐曉彤 2013 Scratch 協作專題導向式學習之學習態度與學習成效之研究

資料來源：研究者自行整理

根據文獻探討資料顯示，其實在國內程式設計課程研究約在 1985 年時，就 有徐龍政老師在國立臺東師院附屬國民小學針對五、六年級教授 Logo 程式。

在這之後相關針對的 Logo 研究一直到 2006 年都有發現。在 2007 年後由楊書 銘老師針對六年級教授 Scratch 程式，截至今日為止，Scratch 仍是當前程式設計 課程的主流。國內程式設計課程的演進情形如下圖所示：

圖 6

國小程式設計課程軟體演進圖

國內針對 Scratch 的相關研究中，研究者發現研究的目的由早期 Scratch 輔 助領域學期演變成學習 Scratch 課程在態度、創新、問題解決能力的研究，到近 期都是針對 Scratch 程式設計課程之教學方法上的研究，這是一個蠻令人開心的 結果，代表已經有越來越多的教師開始教授程式設計課程。

研究者以關鍵字(國小+程式設計)在 Google 網站搜尋後，發現在 1,060,000 項 結果裡面，前 40 筆最多人瀏覽資料裡面，Scratch 程式就佔了 38 筆，可見當前 的國小程式設計課程裡，Scratch 程式已經是個最受國小老師歡迎的軟體了。

貳、 程式設計課程的教學

一、 Scratch 程式語言

Sctatch 是一套視覺編譯環境的程式設計軟體，它適合的年齡層從八到十六 歲，可以用來設計個人的、有意義的專案如動畫故事與遊戲(Maloney, J., Resnick, M., Rusk, N., Silverman, B., and Eastmond, E., 2010) 。在 Scratch 上寫程式是透過 積木堆疊組合而成。 Scratch 將所有的程式語言，設計成不同類型的積木，若無 法堆疊時代表程式不相容，無法執行。簡易的滑鼠拖拉，經過組裝後，就可以產 生動作或效果，學童可以輕易的完成一隻程式。遊戲介面如下圖 7：

圖 7

Scratch 操作介面介紹圖

Scratch 將複雜的程式碼，都變成的積木，不需記憶背誦，輸入任何的程式 指令，也不用擔心打錯程式碼，學童們可以很輕鬆的上手，因為， Scratch 是程 式語言中最容易入門，適合國小學童學習程式設計的程式語言(楊書銘，2008)。

二、 Scratch 操作的方式

Scratch 的操作方式十分簡單，只要先選定好角色後，將想到的指令區內指 令積木拖拉到程式腳本區，而在舞台區的角色就會依據設定的指令進行動作。如 圖 8 為第一堂課示範的程式。

圖 8

認識小貓咪紹使用的程式

由上圖可以知，學童只要透過拖拉指令積木到程式腳本區，可以直接執行判 斷程式是否出錯。根本不需要去記憶指令，只需要有概念即可。

Scratch 指提供「動作」、「外觀」、「聲音」、「畫筆」、「控制」、「偵測」、「運 算」、「變數」等 8 大類別共 100 多個積木指令。說明如下，圖示指令見圖 9。

(一)動作：控制角色的位置、方向、旋轉、及移動。

(二)外觀：控制角色的造型及特效，並有文字框顯示。

(三)聲音：控制聲音的播放、音量控制、設定樂器、彈奏音符。

(四)畫筆：執行畫筆繪圖功能，可設定畫筆顏色、及畫筆大小。

(五)控制：設定當某事件發生時執行程式、及程式流程控制，含循序結構、

重複結構、選擇結構。

(六)偵測：碰撞判斷、取得滑鼠資訊、及取得與物件的距離。

(七)運算：含算術運算、邏輯運算、取得亂數、及字串運算。

(八)變數：產生變數來儲存程式執行時之資訊。

圖 9

Scratch 基本指令圖

除了上述八種類型的指令可以完成程式設計的需求外，Scratch 本身還有內 建各種類性的圖片素材與音效素材可直接選用，同時也提供了繪圖編輯器方便社 記者自己描繪背景與角色，想要製作出一隻自己設計的小遊戲程式，其實是非常 簡單的事情。

參、 Scratch 程式設計課程的內容

研究者利用 Google 搜尋引擎，搜尋相關 Scratch 課程教學網站，以臺灣地 區相關 Scratch 教學網站的內容，做為教學課程設計之參考。

資料參考來源：

一、澎湖人自由軟體交流網

http://www.phcno1.net/

二、臺北市民生國小楊書銘老師 scratch 學習分享網站

http://myhome.msps.tp.edu.tw/myhome/00132/scratch/

三、宜蘭縣中小學 Scratch 競賽官方網站

http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/5026

四、維珉老師的 Scratch 課程

http://learn.bles.tp.edu.tw/moodle/course/view.php?id=166

http://ha.shsps.kh.edu.tw/scratch/

研究者瀏覽相關 Scratch 教學網站與競賽網站相關作品，觀察到 Scratch 的 程式設計課程內容，主要分為兩大部分，一者為遊戲設計，一者為動畫設計。在 課程設計上的單元設計分述如下：

(一)遊戲設計類

遊戲設計的課程是最多的，發現有電流急急棒、鬼抓人、接球、射擊、打磚 塊、算數測驗、AirHocky、迷宮等類型。

(二)動畫設計類

在動畫設計部分主題就比較多樣，有短片、賀卡、MTV、介紹簡報等類型，

在宜蘭縣中小學 Scratch 競賽官方網站裏可以發現學生結合時事，設計相關 動畫短片如反霸凌、交通安全等題材，設計十分有創意。

經過相關課程的分析，研究者在基礎課程的部分想直接以遊戲設計為主題切 入課程教學。畢竟，現在的學童上電腦課時，最喜歡的事情就是玩遊戲，透過自 己設計遊戲的誘因下，將學生引入程式設計的這一門領域中。

第三章 研究設計

本章說明本研究的設計。第一節呈現研究方法與研究流程；第二節說明研究 對象與研究範疇；第三節說明研究工具與分析；第四節說明研究的信度與效度：

第五節說明研究倫理。

第一節 研究方法與與研究流程

壹、 研究方法

一、 研究設計

本研究源於筆者真實教學情境中所遇到的困境，透過實際行動，進行教學研 究，改善程式設計課程中學童學習成效不佳問題與改進研究者教學品質，故採用 行動研究方式進行。研究方法參考 McNiff, Lomax & Whitehead (1996)將研究程序 分為：「初探研究」、「確認研究問題」、「規劃行動方案」、「資料蒐集分析與校正」

等四個主要的研究步驟做為本研究行動研究模式概念。故本研究以概念構圖引導 學童學習程式設計成效之研究依據行動研究的特性，根據「行動方案」的結果進 行研究與行動的循環檢驗。行動研究之流程架構圖(見圖 9)：

圖 10 研究流程架構

透過行動研究一方面解決實際問題，另一方面也透過創新發展專業能力(蔡 清田，2011)。參照行動研究的方法，在實際程式設計課程教學情境中實施，一 方面探討概念構圖教學策略在程式設計課程之可行性，另一方面可以發展程式設 計課程的教學策略，以因應未來研究者所在縣市若是要將資訊課程安排程式設計 單元的推廣活動需求可能。

在研究期間，依據下列流程實施：擬定程式設計單元的教案教學行動課 程與教學觀察紀錄課後反思與回饋特定教學單元教案的再修正和討論等步 驟不斷循環，對教學活動設計作更深入的教學反思，最後形成研究報告。

二、 教學實驗

為了解研究者設計之程式設計教學單元對教學情境的實用性，考量研究者所 屬學校之班級數量情況，故採教學實驗方式。以文獻探討所得之課程設計與教學 原則，研擬「概念構圖引導學童學習程式設計」課程方案，以五年級為研究對象，

設計「程式課計基礎課程」為主題的教學單元，在實際的教學情進中進行 6 周的 教學實驗，蒐集學生單元作品與未實施「概念構圖引導學童學習程式設計」課程 班級學生的單元作品，經專家評分後，針對兩個班級進行描述性統計比較，瞭解 不同教學策略的融入在學生學習成效與學生學習態度之影響。

三、 學習歷程分析

學習歷程分析根據研究者所蒐集的學生單元作品，自編學習心得單、教師教 學歷程與省思札記、學生訪談、學習成效專家評分表、數位記錄檔等資料，加以 整理、分析、用以瞭解學生學習情形並檢驗學習成效與學習態的改變，亦做為課 程發展與修改之依據。

貳、 行動流程

本研究依實施程序可以分為四個階段，準備階段教學階段資料分析處理 階段研究報告撰寫階段，分別說明如下：

一、 準備階段

這是研究的初期，主要是診斷問題，經初步的分析後，形成研究問題，請專 家教授指導並尋求協同合作夥伴。由研究教師團隊選定主題單元，進行程式設計 課程，包括教材、與教學活動設計。

二、 教學階段

(一) 專案營隊教學初探階段(102.11.16~11.17)

這個專案計畫是在有補助經費下實施，是針對國小學童的資訊營隊活動 ( Scratch 程式寫作體驗營)，對象是本縣國小五、六年級學生，總計 29 位學 童。由外聘資訊教師(為本案協同者黃師)，利用假日時間連續 2 日，在學童 無課業下進行程式設計的教學活動。活動中由研究者進行觀察記錄，課程設 計由協同教師黃師設計。在課堂期間，協同老師由程式基礎課程，不斷引導 學生及利用傳統講述法與操作示範提醒學生該注意的事項，亦將完成程式的 條件，摘錄在黑板上面，供學生參考反覆思考，總共完成了 7 隻不同的程式。

專案的成果與教學階製作程網站，供其他人瀏覽參考，分享資訊。

(二) 正式課程教學實施階段(103.5.19~103.6.24)

此階段研究者是課程設計者也是教學者，根據專案階段的觀察與分析，

由專案階段的課程中，提列兩單元的課程當作基礎課程實施，運用概念構圖 引導學童學習的程式設計教學，在課後立即對學生訪談並做教學日誌。為了 使研究更加嚴謹，研究者邀請 T1(許師)和 T2(張師)教師，進行教學之觀察記 錄、並於教學中進行錄音或錄影，作為資料分析之參考依據。

學生的學習方面，每位學生每單元課程皆須填寫學習心得單，從學生的 學習情形探討概念構圖策略引導學童學習程式設計的教學活動是否可以幫 助學生建立概念，引起學生學習興趣、信心及促進思考題生學習成效。

研究期間，會不定期與協同教師開會、討論教學、交換心得藉以修正教 學計畫進行教學調整。

三、 資料分析處理階段

本研究透過學生學習歷程的課堂錄影觀察，學生的作品、單元學習心得單、

協同教師的課程觀察、教學日誌反思等資料的分析及與專家教授、研究團隊的討 論等多重資料對照，採用不同的方法、資料來源、與研究者的三角查證，針對學 生的學習歷程與學習成效進行三角查證。

四、 研究結果撰寫階段

本研究在決定問題後，開始進入準備階段包括蒐集相關文獻資料、文獻資料 探討與研究架構設計，完成準備階段後即展開進行教學活動，進行資料的蒐集，

討論再進行教學實驗，資料蒐集與分析，將整個研究過程中執行反思修正

再執行的資料詳加描述，最後歸納資料完成結論與建議，進行研究成果報告撰寫。

第二節 研究對象與研究範疇 壹、 研究對象

一、 研究者

本研究以文獻分析及課程設計與教學實施為主要方法。研究開始先進行專案 課程試探性的夏令營營隊教學，隨著學生的學習情況與需求去檢討與修訂課程，

正式課程為期 4 周。研究者目前任教於澎湖縣馬公市小學，擔任資訊組長，負責 高年級資訊課程之專任授課教師，本身畢業於國立臺灣海洋大學及臺東師院教師 職前學分班，非資訊相關科系畢業。

在研究過程中，研究者是專案課程中的觀察者，是正式課程中的實施者、課 程的設計者、亦是教學者，同時收集教學實況資料(包括：教學時攝影、教學觀 察筆記)、學習情況分析(包括：學習心得單、學習成果)，最後進行分析檢討與評 量實施效果。

二、 研究對象 (一) 專案課程

在假日實施，是在無課業壓力的情況下，縣內各校的學童到學校一起學習。

是澎湖縣各國小學童的組合，以五、六年級為主，男生 17 人，女生 12 人共 29 名學童為研究對象。這個縣內的全縣性兒學童夏令營活動，研究者學校負責規 劃，報名者應該大都是對程式設計有興趣的同學，雖然有很多都是父母代為報名 者。

(二) 正式課程

以澎湖縣馬公市某國小五年級學某班級學生為，男生 11 人與女生 10 人共 21 名學童為研究對象。在電腦課方面，已經具備基本文書處理(Word、Excel、

Powerpoint)、網路瀏覽使用及搜查、繪圖(photocap) 等資訊能力 。學童都是初次 接觸程式設計的課程。

(三) 協同研究者

本研究協同研究者共有三位，兩位為本縣國小資訊輔導團團員，分為為許師 (T1)與黃師(T2)，一位為班級導師為張師(T3)。

許師(T1)目前為本校學務處主任，是本校前任資訊組長，亦為本校資訊課程 總體計畫之規畫者，同時也是本縣本縣國小資訊輔導團的主任輔導員。在本研究 中主要為課程實施之觀察者與學生作品之評分專家。

黃師(T2)是本縣教育網路中心前任組員目前為本縣某國小導師兼任網管老 師，同時也是本縣國小資訊輔導團的輔導員，亦是本縣自由軟體推廣的種子教 師，本縣第一位推動 Scratch 程式設計課程並實際於資訊課程中授課的老師。在 本研究中主要為專案課程之教學者，正式課程中學生作品之評分專家。

張師(T3)為實驗班級之導師，對班級學生情形最為了解，在本研究中主要為 正式課程之觀察者。

貳、 研究範疇

一、 教學內容

為使本實驗課程順利進行，研究者與本縣(澎湖縣)資訊輔導員及在學校教授 Scratch 課程的教師進行討論，亦參考臺灣地區相關 Scratch 教學網站的內容，做 為教學課程設計之參考。

資料參考來源：

一、澎湖人自由軟體交流網

http://www.phcno1.net/

二、臺北市民生國小楊書銘老師 scratch 學習分享網站

http://myhome.msps.tp.edu.tw/myhome/00132/scratch/

三、宜蘭縣中小學 Scratch 競賽官方網站

http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/5026

http://learn.bles.tp.edu.tw/moodle/course/view.php?id=166

http://ha.shsps.kh.edu.tw/scratch/

因本實驗學童皆為第一次接觸程式設計課程，研究者主要是以簡單程式作概 念引導，不教授複雜的邏輯思考，透過幾隻簡單的程式的設計與練習，最後，再 請學生完成單元作業的遊戲程式設計。

歷經專案計畫初探階段的教學活動，課後與教學者黃師及研究團隊針對專案 課程實施結果的討論。研究者發現在程式設計課程初期--基礎課程階段，必須先 建立學生較完整的程式概念，若採一般的傳統口述講解，只能讓學生產生片面的 印象與概念，尤其資訊課程在學校課程安排中每周僅有一節課，待下一節課授課 時，上周所學的課程，學生大多遺忘，必須再簡略複習，加強印象。而且因為單 一遊戲設計課程時間的安排，原預估皆為兩周(兩節課)，經過一周後，學生對於 要下周所需完成的課程內容，也大多遺忘，必須要將上周整理的程式條件再一一 提列，恢復學生記憶，才能在進行本周的課程安排。

為了讓學生快速的恢復上周的所學，故修正教學方法為利用「概念構圖引 導」，透過程式概念圖，加強學生對整體設計的概念，也瞭解該運用何種類型的

研究者將基礎課程安排於五年級第二學期下學期五月中進行，這樣可以銜接 六年級上學期的程式設計進階課程，以不致於程式設計課程太過密集，造成學生 興趣疲乏。在基礎課程中，教學者要用適當的概念構圖輔助，幫助學生學習。因 本實驗學童皆為第一次接觸程式設計課程，研究者主要是以簡單程式作概念引 導，不教授複雜的邏輯思考，透過幾隻簡單的程式的設計，最後，再請學生完成 個人專題的遊戲程式設計。研究者設計教學活動與內容如下表：

表 4

正式課程教學活動設計

單元名稱 程式概念 學習內容

小貓咪寫程式

1.動作指令加上迴圈

2.偵測指令加選擇(如果)控 制

3.繪圖編輯器使用 4.角色的編修與創作 5.動作-座標移動

6.變數運用-得分設計、邏輯 值運用

計分三個單元預計寫出三支基礎 程式

單元一小貓咪好好玩 (各式動作的集合) 單元二小貓咪大冒險 (電流急急電的遊戲) 單元三小貓咪吃飽飽 (接球遊戲)

活動一

小貓咪好好玩(1-1 節)

Scratch 綜合練習

1.Scratch 有八種概念積木 2.認識”動作”與”控制”

3.認識”外觀”與”聲音”

1.認識 Scratch 程式介面(10min) 2.知道 Scratch 程式各元素(5min) 3.理解動作指令與效果(10min) 4.自由練習(10min)

5.討論與歸納(5min)

小貓咪好好玩(1-2 節)

新增角色 造型切換

動作指令加上迴圈控制

1.能理解控制與迴圈的效果並能 運用之(5min)

2.能使用繪圖編輯器修改圖示與 自創角色(10min)

3. 能 獨 力 完 成 指 定 實 作 測 驗 (15min)

4.作業繳交與分享(5min)

活動二

小貓咪大冒險(2-1 節)

1.控制與偵測指令的效果 2.控制與運算指令的效果 3.使用繪圖編輯器修改背景 4.使用計時器

1.能理解控制與偵測指令的效果 並能運用之含練習(10min) 2.能理解控制與運算指令的效果 並能運用之含練習(10min) 3.能使用繪圖編輯器修改背景含 練習(10min)

4.能使用計時器(5min) 5.討論與歸納(5min)