引導式學習單應用於Scratch程式設計教學之成效分析

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(1)國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文. 指導教授：林美娟. 博士. 引導式學習單應用於 Scratch 程式設計教學之成效分析 An Analysis of the Effects of Using Guiding Worksheets in Scratch Programming Instruction. 研究生：何胤廷. 撰. 中華民國一百零二年二月.

(2) 摘要引導式學習單應用於 Scratch 程式設計教學之成效分析何胤廷. 本研究將引導式學習單應用於國小學童 Scratch 程式設計教學中，目的在於探討引導式學習單是否能有效增進學童的程式設計學習成效。本研究使用準實驗研究設計，分為實驗組及控制組。實驗對象為新北市某國小共 115 人。其中 59 人為實驗組，56 人為控制組。兩組課程內容均以 Scratch 程式設計主題概念為主軸，並配合研究者所設計的 Scratch 專案作為教材。實驗組學生進行專案實作練習時，需依規定填答學習單上的問題，並於作業完成時繳交；對照組學生則由授課老師以口頭、板書及螢幕示範方式進行教學，詳述專案中所需使用之指令及解題步驟。每次專案教學結束後，以該專案所講授之程式設計主題概念作為測驗內容，對兩組學生實施程式設計紙筆及上機測驗。本教學實驗為期 14 週，共進行七次紙筆及上機考試。最後於所有課程及測驗結束後，對實驗組學生實施學習單使用滿意度問卷。實驗結果顯示，在七次的紙筆測驗成績中，實驗組學生均顯著優於對照組；在七次的實作測驗中，實驗組於第二次到第七次的測驗表現均顯著優於對照組。另外問卷調查結果顯示，絕大多數實驗組學生認為本研究所設計之引導式學習單確實能有效幫助學生學習 Scratch 程式設計。. 關鍵字：Scratch 程式設計、程式設計教學、引導式學習單. i.

(3) Abstract An Analysis of the Effects of Using Guiding Worksheets in Scratch Programming Instruction Yin-Ting He. A quasi-experiment involving 115 sixth graders was used in this study to investigate if the use of guiding worksheets would improve the effectiveness of learning Scratch programming. Fifty-nine students from two intact classes were assigned to the experimental group and 56 from the other two classes to the control group. All participants used the same Scratch projects designed by the researcher to learn the fundamental Scratch commands and the process of how to implement a Scratch project. However, each student in the experimental group was required to fill out a worksheet which contained a sequence of questions intended to enhance students’ understanding of the Scratch commands to be used in a specific project and, furthermore, to guide the students through the problem-solving process; in contrast, students in the control group received traditional instruction in which the instructor explained the same Scratch commands orally and demonstrated the problem-solving process by broadcasting her screen to student computers. All students took a test at the completion of each project. Each test included two parts: the written part contained multiple-choice questions to assess students’ comprehension of the Scratch commands they had just learned, whereas the programming part required students to apply those commands in implementing a designated project. Seven sets of test scores were collected during the 14-week period of the experiment. A statistical analysis of the test scores showed that the experimental group significantly outperformed the control group in all seven written tests and six out of the seven programming tests. In addition, the questionnaire survey, which was administered to students in the experimental group at the end of the experiment, revealed that the majority of students considered the guiding worksheets useful in helping them to learn Scratch programming more effectively.. Keywords: Scratch Programming, programming instruction, guiding worksheet ii.

(4) 誌謝. 論文終於得以付梓，心中實在充滿感謝！腦海中猶記得當時尚在服兵役，收到師大研究所錄取的通知，北上至老師辦公室拜訪的情景，一轉眼我居然完成碩士學業了。兩年多來點點滴滴，謹記心頭。感謝我的指導教授林美娟老師，不斷對我付出耐心、愛心和關心。除了知識上的傳授，也培養我做學問和待人處事的態度，老師您辛苦了，謝謝老師。感謝吳正己老師和王佩瑜老師，耐心和包容的指正我許多論文上的錯誤，給予我許多建議和指導，使我的論文能夠更臻完整。感謝錦程學長不計麻煩，費心為我安排實驗班級。謝謝二重國小的可愛小朋友們。這三個多月的相處，我在你們身上感受許多生命的純真和活力，讓我有難忘的經驗。感謝實驗室東寶學長、文正學長以及秋良學姊，給我許多的幫助和鼓勵。謝謝嘉玲學姊，細心包容提醒我許多大小事項。感謝舜尹學姐、冠宇學長，謝謝信育、曉薇、郁雯、文良、榮慶、孝齊以及傑安。感謝你們在實驗室的陪伴，一起討論研究，彼此提醒和鼓勵，特別是這段時間陪伴我前往二重國小做實驗，辛苦你們了！真的謝謝你們。謝謝我每一位親愛的朋友，謝謝你們的鼓勵，謝謝你們給我許多珍貴難忘的快樂回憶。謝謝江宇及聰妹阿姨，使我能保持正向勇敢的態度。感謝爸爸媽媽及弟弟妹妹，你們對我付出的愛，是我最堅強的力量，使我能體會付出以及愛是生命中多麼珍貴的事情。我好愛你們。感謝每一位住在我心裡的人。. iii.

(5) 目錄表目錄.......................................................................................................................... vi 圖目錄........................................................................................................................... iv 第一章緒論................................................................................................................... 1 第一節研究背景................................................................................................... 1 第二節研究目的................................................................................................... 2 第二章文獻探討........................................................................................................... 4 第一節 Scratch 程式語言...................................................................................... 4 第二節 Scratch 語言與物件導向語言的關係...................................................... 7 第三節 Scratch 程式設計教學.............................................................................. 9 第四節物件導向程式分析與設計....................................................................... 9 第五節綜合論述................................................................................................. 10 第三章研究方法......................................................................................................... 12 第一節研究變項................................................................................................. 12 第二節研究參與者............................................................................................. 13 第三節研究程序................................................................................................. 14 第四節研究工具................................................................................................. 17 第四章研究結果與討論............................................................................................. 33 第一節測驗成績分析......................................................................................... 33 第二節全學期測驗成績整體比較..................................................................... 38 第三節學習單滿意度問卷調查結果分析......................................................... 42 第五章結論與建議..................................................................................................... 43 第一節研究結論................................................................................................. 43 第二節教學應用建議......................................................................................... 44 第三節未來研究建議......................................................................................... 44 iv.

(6) 參考文獻....................................................................................................................... 46 附錄一. 專案一引導式學習單............................................................................... 50. 附錄二. 專案二引導式學習單............................................................................... 56. 附錄三. 專案三引導式學習單............................................................................... 64. 附錄四. 專案四引導式學習單............................................................................... 70. 附錄五. 專案五引導式學習單............................................................................... 75. 附錄六. 專案六引導式學習單............................................................................... 82. 附錄七. 專案七引導式學習單............................................................................... 86. 附錄八. 專案一測驗卷（條件敘述及迴圈概念）............................................... 89. 附錄九. 專案二測驗卷（條件判斷概念）........................................................... 90. 附錄十. 專案三測驗卷（亂數概念）................................................................... 91. 附錄十一. 專案四測驗卷（變數概念）................................................................... 92. 附錄十二. 專案五測驗卷（輸入控制概念）........................................................... 93. 附錄十三. 專案六測驗卷（廣播概念）................................................................... 94. 附錄十四. 專案七測驗卷(廣播概念) ........................................................................ 95. 附錄十五. 小烏龜畫圖專案內容............................................................................... 96. 附錄十六. 水族箱專案內容....................................................................................... 97. 附錄十七. 打地鼠易專案內容................................................................................... 98. 附錄十八. 打地鼠難專案內容................................................................................... 98. 附錄十九. 小烏龜畫圖難專案內容........................................................................... 99. 附錄二十. 小小指揮家專案內容............................................................................. 100. 附錄二十一打棒球專案內容................................................................................... 101. v.

(7) 表目錄表 3.1.1. 五年級學科能力 t 檢定表 ........................................................................ 13. 表 3.3.1. 實驗實施流程............................................................................................ 14. 表 3.4.1. 控制類指令................................................................................................ 18. 表 3.4.2. 運算類指令................................................................................................ 19. 表 3.4.3. 變數類指令欄............................................................................................ 19. 表 3.4.4. 偵測類指令欄............................................................................................ 19. 表 3.4.5. 動作類指令................................................................................................ 20. 表 3.4.6. 外觀類指令................................................................................................ 20. 表 3.4.7. 聲音類指令................................................................................................ 21. 表 3.4.8. 畫筆類指令 .............................................................................................. 21. 表 3.4.9. 專案及對應之教學主題............................................................................ 21. 表 3.4.10 「小小指揮家」專案內容.......................................................................... 22 表 3.4.11 「小小指揮家」專案程式 .......................................................................... 23 表 3.4.12 「小小指揮家」學習單之觀察階段.......................................................... 24 表 3.4.13 「小小指揮家」學習單之分析階段.......................................................... 25 表 3.4.14 「小小指揮家」學習單之設計階段.......................................................... 26 表 3.4.15. 小小指揮家學習單之設計階段-2 ............................................................ 27. 表 3.4.16. 小小指揮家之課後練習作業.................................................................... 29. 表 3.4.17 「貓咪問問題 2」之程式說明................................................................... 30 表 3.4.18 「貓咪問問題 2」之測驗題目................................................................... 30 表 3.4.19. 學習單滿意度問卷.................................................................................... 32. 表 4.1.1. 第一次測驗結果分析................................................................................ 33. 表 4.1.2. 第二次測驗結果分析................................................................................ 34. 表 4.1.3. 第三次測驗結果分析 .............................................................................. 35 vi.

(8) 表 4.1.4. 第四次測驗結果分析................................................................................ 35. 表 4.1.5. 第五次測驗結果分析................................................................................ 36. 表 4.1.6. 第六次測驗結果分析................................................................................ 37. 表 4.1.7. 第七次測驗結果分析................................................................................ 38. 表 4.2.1. 筆試成績整體比較表................................................................................ 38. 表 4.2.2. 實作成績整體比較表................................................................................ 39. 表 4.2.3. 測驗總分整體比較表................................................................................ 41. 表 4.3.1. 學習單使用滿意度問卷統計表（人次/百分比） .................................. 42. vii.

(9) 圖目錄圖 2.1.1. Scratch 程式設計軟體介面....................................................................... 4. 圖 2.2.1. 貓咪說你好................................................................................................ 8. 圖 2.2.2. 廣播指令示意圖........................................................................................ 8. 圖 3.3.1. 教學流程圖.............................................................................................. 16. 圖 3.3.2. 測驗流程圖.............................................................................................. 17. 圖 4.2.1. 筆試成績整體比較圖.............................................................................. 39. 圖 4.2.2. 實作成績整體比較圖.............................................................................. 40. 圖 4.2.3. 測驗總分結果比較.................................................................................. 42. viii.

(10) 第一章緒論本章第一節說明研究背景與動機，第二節則說明研究目的。. 第一節研究背景 1966 年，師承於教育心理學大師 Jean Piaget 的麻省理工學院教授 Seymour Papert 以建構式教學理念開發了 Logo 程式語言，其主要設計理念是提供孩童一個自由探索與建構知識的環境，讓他們在學習過程中培養程式設計與問題解決能力（Papert, 1992）。Logo 的出現引領了小學生學習程式設計的第一波風潮。多年來 Logo 擁護者陸續開發了多種 Logo 版本，漸次提升了 Logo 的系統功能與操作便利性，也使得 Logo 至今仍不時出現在國小課堂中。四十年後，美國麻省理工學院的多媒體實驗室（MIT Media LAB）於 2007 年推出了 Scratch 程式語言。Scratch 提供了圖像式積木拼圖之操作介面，並結合了豐富的多媒體及網路社群功能，以「多元的想像力」、「豐富的社交性」、「深入的思考性」為設計理念，同時延續了 Logo 所標榜的探索式學習精神，使學童得以在友善的程式開發環境中盡情發揮創意（Resnick, 2009）。Scratch 立即吸引了各國教師的注意，積極引進至課堂教學中，也成功地帶動了國小學童學習程式設計的第二波風潮；此外，Scratch 官網亦吸引了世界各地的 Scratch 愛好者紛紛上網註冊並分享作品。至本文撰寫之際，Scratch 已有 50 種語言版本，其官網註冊人數已達一百三十八萬人並且每個月的點擊率超過一百萬人次，至今已有超過三百萬件作品在線上社群上分享。國內亦有多位學者積極引介 Scratch，而各縣市教育局近年來也為中、小教師舉辦了許多場次的 Scratch 研習課程，再由受訓教師返校講授，使得我國的中、小學生得以同步接觸這個廣受好評的程式設計工具。國內中、小學實施程式設計教學的傳統授課方式，多由老師講述內容並進行示範，接著由學生操作練習。在這種「老師示範，學生操作」的授課方式中，學生容易流於強記老師所示範的解題方法與程式語法，然後依樣畫葫蘆寫出程式，而未能深入思考解題流程並理解指令的功能，其學習效果自然不易彰顯。因此，電腦教師如何於程式設計教學過程中引進適當的教學策略，以正確地引導學生將 1.

(11) 學習重點置於程式設計流程規劃以及對於程式指令之深入理解，實乃程式設計教學能否獲致預期成效之重要關鍵。 Scratch 是一種具有物件導向特色的程式語言。一個 Scratch 專案所包含的程式碼乃是依附在該專案的各個角色物件之中，而角色物件之間的同步與訊息傳遞則是透過廣播指令來達成。因此，Scratch 雖然不完全符合物件導向程式語言之嚴謹定義，但仍可被歸為「類」物件導向語言。教學者若能掌握 Scratch 的物件導向特質，系統性地引導學生依循物件導向分析與設計方法，逐步進行專案製作，除可幫助學生習得正確的專案製作流程，不至於茫茫然不知從何著手，或以隨性的方式拼湊程式，教師更可於引導過程中，要求學生確實執行有助於提升學習成效、但卻容易被學生忽略的重要步驟，例如要求學生投入足夠的時間於分析階段以及程式完成之後的反思。過去的研究顯示，在程式設計教學中採用適切的引導，確實有助於提升程式設計學習成效，例如 Lin and Lee（2007）和康錦程（2009）曾分別針對 Logo 語言及 KPL 語言進行引導式教學相關研究，其結果顯示接受引導的實驗組學生之學習成效均顯著優於控制組學生。Logo 與 KPL 均可被歸類為程序式語言（procedural languages），其程式撰寫過程有別於 Scratch 所歸屬之「類物件導向」語言，故而本研究改以 Scratch 為標的進行引導式教學，試圖將此教學策略進一步延伸至非程序式語言，以探討此策略廣泛運用在國小程式設計教學之適切性。. 2.

(12) 第二節研究目的本研究旨在探討引導式教學策略運用於國小 Scratch 程式設計教學所能產生之學習效益。研究者以國小六年級四個班級的學生為對象，進行為期 14 週之準實驗研究。實驗組的兩班學生在課堂上使用研究者事先設計之學習單，依照學習單上的引導步驟進行學習活動；對照組的兩班學生則未使用學習單，而是以「老師講解示範、學生依樣實作」的傳統方式學習。研究者於課堂中觀察記錄兩組學生的學習情形，並針對兩組學生施以課後測驗，進而分析引導式學習單之使用是否使兩組學生的學習成效有所差異。具體而言，本研究試圖回答以下三個研究問題：（一）. 實驗組和控制組之紙筆測驗成績是否有所差異。. （二）. 實驗組和控制組之上機考試成績是否有所差異。. （三）. 實驗組是否喜歡並認同引導式學習單的教學方式。. 3.

(13) 第二章. 文獻探討. 本章第一節介紹 Scratch 程式設計語言及其相關研究；第二節討論 Scratch 語言中物件導向的特質；第三節探討程式設計教學方法；第四節介紹物件導向程式分析與設計之方法；第五節則為綜合論述。. 第一節 Scratch 程式語言一、Scratch 程式語言 Scratch 是美國麻省理工學院多媒體實驗室開發的程式設計軟體，此軟體以 8 至 16 歲學童做為主要使用者，融入「多元的想像力」、「豐富的社交性」、「深入的思考性」作為設計理念，目的是使學生透過創作故事、遊戲、動畫及音樂作品的過程培養程式設計概念以及高階的思考能力（Resnick, Maloney, Monroy, Rusk, Eastmond, Brennan and Millner., 2009）。 Scratch 程式設計軟體的操作介面主要有四個部分：舞台區、角色區、指令組合區及程式指令區。圖 2.1.1 為 Scratch 軟體之介面，介面右上角為舞台區，此處展示程式之完成情形，按下右上角綠旗後會執行程式。舞台區下方是角色物件區，此處顯示此程式中所使用之角色。介面最右邊是程式指令區，Scratch 將程式指令分為八大類，其中涵蓋了迴圈、判斷式、運算子及運算元等基本重要程式設計指令。介面中間則是指令組合區，使用者於此處組合程式指令。. 圖 2.1.1 Scratch 程式設計軟體介面 4.

(14) 二、Scratch 之相關研究 Scratch 推出後迅速引起世界各地教育者及研究者的注意。許多研究明確指出 Scratch 語言的優點及特色。此處以 Scratch 開發團隊所提及之 Scratch 三大特色「多元的想像力」、「豐富的社交性」、「深入的思考性」作為主軸，進行文獻探討。 1.. 多元的想像力：Peppler（2007）認為多媒體也可以是藝術創作的素材，並選擇用 Scratch 作為創作平台鼓勵學生創作電腦遊戲及互動藝術。林盈方（2010）將表演藝術與 Scratch 課程結合，以美術課和電腦課協同教學的方式鼓勵學生以多媒體來創作影像及音樂的表演作品。郭秀蓮（2009）則利用 Scratch 設計出互動式故事，並讓學生在完成故事的過程中學習自然課程概念。另有多位學者如 Fadjo（2008）、Mcinerney（2010）、Wu（2010）、Hsu（2011）使用 Scratch 作為電腦遊戲創作平台，透過創作遊戲的過程教導程式設計概念。Radu（2009）將體感裝置與 Scratch 操作介面整合，創造出新的程式設計學習環境，使 Scratch 作品能結合虛擬實境效果。. 2.. 豐富的社交性：Scratch 軟體在推出時同時成立官方專屬社群網站，口號為「想像･程式･分享」，標誌著分享和創意是 Scratch 重要的設計理念。程式創作者可以自由在網站上觀賞他人作品及分享自己的作品並與世界各地之創作者交流。目前已有超過一百萬人註冊為網站會員，每個月都有一百萬人次以上的點閱率（http://scratch.mit.edu/）。Scratch 開發團隊認為透過社群網站的分享與互動，可以提升學生的學習動機，並藉由觀摩他人的作品激發更多創意及想像力（Resnick et al, 2009）。Sylvan（2007）認為 Scratch 社群網站和其他著名社群網站例如：Youtube、Fricker、Facebook 等最大的不同點在於：當一個專案上傳到 Scratch 網站之後，每一位對該專案有興趣的人都可以下載並改寫該專案程式，接著上傳成果與他人分享，使一個專案有許多的創造者（authorship），在偕同創造的過程中每個人將深入理解其他人的創意以及思考過程。Roque（2012）便以 Scratch 網站作為教學工具的主軸，試圖探討適 5.

(15) 合社群網頁學習的教學模式。Kafai（2011）則以作品分享的方式嘗試讓學生合作創作，並發現透過網頁的合作能讓學生更加投入 Scratch 的創作過程。 3.. 深入的思考性：Scratch 開發團隊認為透過程式設計的學習能培養孩童深入的思考能力。Calder（2010）發現透過 Scratch 的學習所培養出思維能力，有助於數學課程的學習。Lai（2009）發現經過一個學期的 Scratch 課程之後，學生的邏輯思考能力以及科學問題解決能力有明顯的提升，並且對於 Scratch 的學習感到很有興趣。Brown（2009）使用 Scratch 作為數學課程的輔助教材，將數學課程與 Scratch 課程整合進行教學，透過 Scratch 程式撰寫的過程來讓學生理解數學概念。. 三、 Scratch 推展現況許多教育者及研究者致力於 Scratch 之推廣並積極將 Scratch 引入課堂。例如香港青年協會便和香港中文大學及 MIT Media LAB 合作推動「創藝科藝工程計劃」（LEAD），透過工作坊、講座以及程式設計比賽，積極向香港學術界及教育界推廣 Scratch。英國則有教學者 Crook（2009）使用 Scratch 取代國小電腦課程中文書處理、影像處理等傳統教學主軸的課程，透過 Scratch 的課程讓學生學習多媒體影像、數位音樂的編整以及電腦科學的概念。希臘學者 Fesakis 及 Serafeim（2009）發現師培生學習了 Scratch 之後，普遍提升了對於程式設計語言的興趣，並願意在未來課堂中增加資訊科技融入教學相關課程之比例。在台灣亦有許多教學者積極推廣 Scratch 課程，例如:北市民生國小楊書銘老師 Scratch 教學網站、小貓咪程式設計網、新上國小鬼塚阿玉老師教學網。他們除了在本身任課班級實施 Scratch 教學，也努力推薦 Scratch 給其他教學者認識。各縣市教育局例如新北市、台中市及宜蘭市，近年來也為中、小教師舉辦了許多場次的 Scratch 研習課程，再由受訓教師返校講授，使台灣教育界也掀起學習 Scratch 的風潮。 6.

(16) 彙整以上的討論，我們可以看出 Scratch 是一套易於學習程式設計語言。並透過與網路及多媒體素材的高度結合建立豐富多元的學習環境，使原本枯燥難懂的程式設計課程能夠和學生本身的興趣連結，以提升學習的動機。學生能在 Scratch 的課程中能夠激起學習興趣，並培養邏輯思維、問題解決等高階能力。許多教學研究者和教師皆非常支持 Scratch 的推廣以及學習，本研究將以 Scratch 語言規劃國小生程式設計教學課程，並進一步探討 Scratch 程式設計語言的教學方法。. 第二節 Scratch 語言與物件導向語言的關係關於 Scratch 語言是否確實符合物件導向語言的定義，目前並沒有特別的相關研究進行討論。一般認為物件導向語言必須具備三大特質:1.封裝（Encapsulation） 2.繼承（Inheritance） 3.多型（Polymophism）。對於 Scratch 語言是否合乎物件導向語言的定義，在 Scratch 官方網站中之 Scratch-Wiki 討論版（http://wiki.scratch.mit.edu/wiki/Object-Oriented_Programming）有以下的討論：認為 Scratch 不是物件導向程式語言之主要論述如下: 1. Scratch 使用者不能定義新的資料型態。 2. Scratch 只能夠由程式設計者來建立新角色，不符合物件導向語言中「繼承」和「多型」等能夠藉由程式指令動態產生子類別的特性。認同 Scratch 屬於物件導向程式語言之主要論述如下: 1. Scratch 中的角色(sprites)符合物件導向語言中的「物件」之特質。 2. 透過廣播功能可以讓角色和其他的角色互動，能讓角色存取其他角色中的方法。 Wegner（1990）指出物件導向程式語言中，物件（object）是許多方法（Method）的集合，並且用變數來設定物件的狀態（state），當接收到訊息（calls）時，物件 7.

(17) 選擇便會選擇與訊息相對應的方法來執行動作，這樣的概念稱之為抽象化（abstract）。若要存取物件中的資料，則必須透過該物件所提供的方法來存取，這樣的概念稱之為資訊隱藏（Smith, 2010）。而在 Scratch 的專案中，程式撰寫於角色內部。並透過變數來設定角色的狀態。例如底下的「貓咪說你好」專案（圖 2.2.1），其觸發機制為「當綠旗被點一下」，而在執行時使用的則是「切換到造型 2」以及「說『你好!』兩秒」。. 圖 2.2.1 貓咪說你好若其他角色間欲進行互動，則透過「發出廣播」即「接收廣播」指令來達成。例如圖 2.2.2 中角色鴨子在點擊綠旗之後會「發出廣播『說你好』」，而角色貓咪必須透過「接收廣播」的指令來執行「說『你好!』兩秒」的方法。雖然 Scratch 語言無法讓使用者自行定義新的資料型態，也不能透過「繼承」和「多型」的方法產生子類別。但我們依然可從上述的範例中可看出 Scratch 的角色(sprites)具有物件導向程式設計語言中「物件」、「抽象化」以及「資料隱藏」的特質，仍可歸類於一種類物件導向語言。. 圖 2.2.2 廣播指令示意圖 8.

(18) 第三節 Scratch 與程式設計教學一、Scratch 程式語言之教學特色 Scratch 使用積木指令取代傳統文字程式語法，能大幅度降低初學者接觸陌生程式語法時的焦慮度及挫折感，避免學童將時間花費在記憶語法功能及處理語法錯誤，使學童能更快學習到程式設計的思維能力，並且把學習的重心放在思考、推理、嘗試等問題解決的過程（Malan, 2007、Maloney, 20008）。. 二、Scratch 教學研究 Malan 及 Leitner（2007）認為若先透過 Scratch 作為程式設計啟蒙課程，應能使學生在稍後接觸 JAVA 語言時更易上手。他們使用 Scratch 作為大一新生的電腦科學入門課程，並選擇 Scratch 語言中使用的指令如:敘述式（Statements）、布林邏輯（Boolean expressions）、條件判斷（Conditions）、迴圈（Loops）、變數（Variables）、執行緒（Threads）以及事件（Events）等電腦科學基礎概念作為課程主軸。而大部分的學生在接觸 JAVA 課程之後，都認為 Scratch 的學習中所建立的程式概念能幫助他們學習正規的程式設計語言。 Maloney、Peppler（2008）成立了一個 Scratch 課後社團，並鼓勵學生創作 Scratch 作品，在 18 個月之後他們分析了學童們的作品，發現學生最少使用到的重要指令是邏輯運算、變數及亂數概念。Salant（2010）則從 Scratch 指令中挑選出以下指令並依照重複迴圈、條件判斷式、訊息傳遞、有限及條件迴圈、變數、亂數、運算元和運算子、串列、及並行處理的順序進行一學期的教學。Salant 的研究結果發現大部分學生在 Scratch 課程結束後之測驗表現上，對於程式指令概念的理解都有進步，但是對於程式初始設定、變數以及多個角色間的互動（廣播）的學習成效上卻較差。. 9.

(19) 三、引導式程式設計教學 Perkins、Shwartz 及 Simmons（1991）發現學生常因為無法構思出問題解決的方法而陷入困境。建議在問題解決的過程中適當給予學生提示。Delcolos （1985）建議以「老師提問，學生回答」的方式讓學生透過回答老師問題的過程增加理解層次，使學生能省思自己的策略。Pea 和 Kurland 則認為若在教學的過程中，透過教學者給予適當的引導，應能使程式設計的學習發生遷移作用。李畇龍（2006）、康錦程（2009）分別針對 Logo 語言以及 KPL 語言進行引導式教學的研究，在學生的學習成效上俱有顯著效果。. 第四節物件導向程式分析與設計由於 Scratch 是一種具備物件特質的程式設計語言，因此研究者認為教學程序上若參考物件導向程式分析與設計的方法。應使學生能更快掌握以物件為主的程式設計構思方式。物件導向的概念起源於 1960 年代，由 Ole-Johan Dahl 提出的模擬語言（SIMULA Language），這套語言中出現了許多現代物件導向語言的概念,包括物件、類別、繼承及抽象化（Rentsch, 1982）。Booch、Rumbaugh 及 Jacobson（1999）統整各種物件導向方法，建立了目前所熟知的物件導向分析與設計方法。建議透過一個明確的方法來分析與設計程式，可以使每個階段的目標更明確，進而減低程式的龐雜度並且降低撰寫時的難度。 Larman（2002）在『Applying UML And Patterns』一書中提及物件導向程式分析與設計的最大特色及在於「將資料和處理程序一起思考」。Brown（2001）建議物件導向程式分析與設計的主要流程為: 1.. 需求分析：使用個案圖、活動圖等工具，重點在詳細的描述需求。. 2.. 釐清出需要的物件：建構出一個物件架構，能夠滿足以定義出的需求。. 10.

(20) 3.. 釐清物件之間的互動關係：構思物件之間如何互動，以及互動時的各種狀態與反應機制。. 4.. 設計物件：設計物件內的方法和屬性。. 5.. 實作與測試。. 第五節綜合論述彙整以上的討論，本研究認為程式設計課程的核心教學目標應有： 1. 學生能理解問題的內容。 2. 學生能具體構思解決方法。 3. 學生能使用正確的程式指令來達成方法。而課堂中的教學過程應結合以下策略： 1. 當學生遭遇困難時，適時引導以避免學生陷入放棄以及胡亂嘗試的情境。 2. 在撰寫程式之前明確引導學生理解題意，並具體構思程式撰寫的方法。 3. 透過作業或測試的方式給予學生充分練習，進一步讓學生掌握正確的概念使用方法。結合上述的目標，研究者擬定以下的方法進行教學實驗： 1. 由淺入深的進度：在課程安排上，在前期課程應使學生先學習規劃程式的能力，並在課程後期逐漸增加課程專案中角色之間互動的程度。並且在每一個概念結束後搭配對應的測驗以刺激學生加深理解的層次，進而增加學生的學習成效。 2. 掌握 Scratch 的物件導向特質：在課堂講授專案製作方式時，參考物件導向程式分析與設計的方法，系統性地引導學生逐步進行專案製作，應可幫助學生習得正確的專案製作流程，同時加強學生觀察分析專案的能力，並且在教學的過程中使學生體會物件導向分析與設計的思維。 3. 使用引導式的教學方法：將物件導向程式分析與設計的特性結合至引導式學 11.

(21) 習單中，以物件導向分析與設計的流程引導學生觀察、分析、設計及實作程式，並將這些流程設計為引導式學習單，將流程內容轉換為紙筆選擇題及問答題，透過填寫題目作為提示，避免學生陷入無法構思問題解決方法的困境，並增加學生學習上的遷移效果。. 12.

(22) 第三章. 研究方法. 本研究採用準實驗研究法，分為實驗組和對照組，於每個專案教學結束後實施測驗，並對測驗分數進行統計分析。課程結束後針對實驗組學生實施問卷調查，以了解學生的學習單使用心得。. 第一節研究變項一、自變項本研究之自變項為「使用引導式學習單」。研究者事先針對課堂練習的每一個專案設計引導式學習單，於課堂上發給實驗組學生使用。學生進行專案實作練習時，需依規定填答學習單上的問題，並於作業完成時繳交；對照組學生則由授課老師以口頭、板書及螢幕示範方式進行教學，詳述專案中所需使用之指令及解題步驟。相較於實驗組，對照組在教學過程中觀看螢幕示範教學的次數較多，教師會在螢幕上反覆解釋指令的功能及使用方法，而實驗組學生則將這些時間用於回答學習單上的問題，藉由學習單的引導理解指令的功能及使用方法。. 二、依變項（一）七次紙筆測驗成績（用以測驗學生的觀察與分析能力）。（二）七次實作測驗成績（用以測驗學生之設計與實作能力）。. 三、控制變項（一）授課時間：兩組的授課時間相同。（二）授課教材：兩組學生均使用研究者自編之 Scratch 程式設計教材。（三）學生背景：兩組學生為同一所小學的六年級學生。（四）教學場域：兩組學生使用同一間電腦教室上課，軟硬體設備皆相同。 13.

(23) （五）學生分組：隨機指派四個班級中的兩班為實驗組、另兩班為對照組。（六）授課教師：兩組學生均由同一名教師（研究者本人）授課。研究者為大學資訊相關科系畢業，且擁有 Scratch 教學營之助教經驗。. 四、研究假設本研究擬檢驗之假設如下：（一）實驗組之紙筆測驗成績將顯著高於控制組。（二）實驗組之程式實作成績將顯著高於控制組。（三）實驗組之整體測驗表現將顯著高於控制組。. 第二節研究參與者本研究之參與者為新北市某國小之六年級學生共四班（115 人）。該校採常態編班，研究者隨機將其中兩班選取為實驗組，另兩班為控制組。實驗組兩班共 59 人，其中男生 27 人，女生 32 人；控制組兩班共 56 人，其中男生 29 人，女生 27 人。兩組學生均未學習過程式設計，其程式設計能力可視為一致。另外研究者於實驗前將兩組學生五年級的數學成績總平均、電腦課成績總平均以及全學科學期總平均進行 t 檢定，以確保兩組學生之學習能力並無顯著差異。分析結果（表 3.2.1）顯示兩組學生在數學成績、電腦基本操作能力及整體學習能力皆無顯著差異，可視為能力一致。表 3.2.1 五年級學科能力 t 檢定表組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 56. 81.43. 13.58. 實驗組. 59. 79.26. 14.88. 控制組. 56. 89.99. 3.16. 實驗組. 59. 89.78. 2.33. 全學科. 控制組. 56. 88.37. 6.17. 總平均. 實驗組. 59. 87.95. 6.28. 數學成績電腦課成績. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001. 14. t. p. .818. .718. .412. .414. .362. .683.

(24) 第三節研究程序一、實驗實施流程本實驗於 101 學年度上學期九月初實施至十二月底，期間約 16 週。授課週數總共 14 週，實驗組與控制組每週均進行兩節 Scratch 教學，每節課 40 分鐘，總共 28 節課。兩組課程內容均以 Scratch 程式設計主題概念為主軸，並配合研究者所設計的 Scratch 專案作為教材，由淺入深地進行教學。程式主題概念之教學程序為：敘述式及迴圈、條件判斷、亂數設定及使用、變數設定及使用、輸入控制、及廣播。每次專案教學及課後作業演練結束後，針對該專案所講授之程式概念主題進行測驗。實施測驗的週次為第二、四、六、八、十、十二、十四週。最後在第十五週針對實驗組學生實施學習單滿意度問卷調查。表 3.3.1 詳述本教學實驗之實施流程。表 3.3.1. 實驗實施流程. 週次. 堂次. 課程內容. 1. 1. 1-2. 2-3. 2. 4. 3. 5-6. 4. 7. 4-5. 8-10. 6. 11. 6-8. 12-15. 8. 16. 9-10. 17-19. 小烏龜畫圖二專案（輸入控制）. 輸入控制. 10. 20. 貓咪問問題專案紙筆、上機測驗. 輸入控制概念測驗. 11-12. 21-23. 12. 24. 13-14. 25-27. 14. 28. 貓咪過紅綠燈專案紙筆、上機測驗. 15. 29. 實施課後問卷調查. Scratch 操作介面教學、課堂規則制定小烏龜畫圖專案. 程式主題概念無敘述式及迴圈. 小烏龜畫圖專案紙筆、上機測驗水族箱專案. 敘述式及迴圈測驗條件判斷式. 超人過馬路專案紙筆、上機測驗. 條件判斷式測驗. 打地鼠專案. 亂數設定及使用. 羅賓漢射弓箭紙筆、上機測驗打地鼠專案進階版. 亂數概念測驗變數設定及使用. 羅賓漢射弓箭紙筆、上機測驗. 小小指揮家專案. 變數概念測驗. 廣播及接收廣播. 貓咪和大頭專案紙筆、上機測驗打棒球專案. 廣播及接收廣播測驗廣播及接收廣播廣播及接收廣播測驗無. 15.

(25) 二、課堂教學流程兩組課堂教學流程均分為七個階段，如圖 3.3.1。 1.. 觀察階段：實驗組學生於各自的電腦中，觀察課堂中所講授專案之執行情形，並填寫學習單第一部分。控制組學生則透過老師口頭及螢幕示範介紹，講解專案完成後執行之情形。. 2.. 分析階段：實驗組學生於此階段填寫學習單第二部分，在填答學習單的過程中，實驗組學生必須自行探究分析課程專案中各角色所需執行的功能。控制組學生則透過老師口頭講解及螢幕示範，理解專案中各角色所執行的功能。. 3.. 設計階段：實驗組學生於此階段填寫學習單第三部分，在填答學習單的過程中，實驗組學生必須理解專案中所使用的 Scratch 指令及相關概念。對照組學生則透過老師口頭講解及螢幕操作示範的方式，理解專案中所使用的指令及概念。. 4.. 實作階段：實驗組學生於此階段填寫學習單第四部份，並構思應使用那些指令以完成專案。控制組學生則透過老師口頭講解及螢幕示範的方式，理解課程專案中所使用的指令。在以上四個階段中，由於控制組學生不必填寫學習單，所以觀看老師示範的時間較長，而老師示範的時間與次數亦較多。. 5.. 課堂演練：實驗組學生於此階段必須在學習單的引導下自行完成專案，而控制組學生若於實作專案的過程中遭遇困難，老師會再度進行示範及講解。. 6.. 課後作業：兩組學生均獨自演練相同的作業，不得互相討論，直到大多數學生皆完成作業之後才開放學生討論。. 7.. 主題概念測驗：兩組均進行相同的測驗，測驗分為兩部份：紙筆測驗用以觀察學生之觀察與分析能力，實作測驗則觀察學生設計與實作之能力。. 16.

(26) 圖 3.3.1 教學流程圖三、測驗實施流程兩組學生所使用之測驗題目及測驗流程均相同。測驗分為紙筆測驗及程式實作兩大部分。紙筆測驗主要目的為觀察學生之程式觀察及分析能力。在紙筆測驗實施前，研究者使用 Chrip-Compiler 軟體將考試題目之 Scratch 專案轉換為執行檔，經過 Chrip-Compiler 轉換後的 Scratch 專案執行檔將只能呈現專案的執行結果，學生無法看到專案內部的程式組合方式。學生必須觀察分析專案執行結果，以填答紙筆測驗題目，接著再寫出完整的程式碼（實作測驗）。. 觀察測驗. 填寫紙筆. 題目專案. 測驗卷. 圖 3.3.2 測驗流程圖 17. 實作專案.

(27) 第四節研究工具一、 Scratch 專案研究者針對初學者所需學習之 Scratch 指令，設計專案以作為授課教材。各專案所使用之 Scratch 指令詳示於表 3.4.1 至 3.4.7 中。（一）控制類指令：在 Scratch 控制類指令中，本實驗選出之教學重點包含：重複執行、如果及如果/否則、廣播及接收廣播。專案一以「重複執行」為主題，教導「迴圈」的概念。專案二以「如果」及「如果/否則」指令為主題，教導「條件判斷」的概念。專案六及專案七則以「廣播」及「接收廣播」為主題，教導「物件之間如何溝通」的概念。其他在專案中所使用的 Scratch 控制類指令亦詳列於表 3.4.1 中（圓圈代表該專案使用了該指令）。（二）運算類指令：在 Scratch 所提供的運算類指令中，本實驗選出之教學重點為「亂數」指令，並搭配專案三作為課程主題，教導「亂數設定及使用」的概念。其他在專案中所使用到的 Scratch 運算類指令亦詳列於表 3.4.2 中。（三）變數類指令：在 Scratch 所提供的變數類指令中，本實驗選出之教學重點為「變數」指令，並搭配專案四作為課程主題，教導「變數設定及使用」的概念。。其他在專案中所使用的 Scratch 變數類指令亦陳述於表 3.4.3 中，圓圈代表在該專案中使用此指令。（四）偵測類指令：在 Scratch 所提供的偵測類指令中，本實驗選出之教學重點為「提問並等待」及「答案」指令，「提問並等待」指令會提示使用者輸入資料，而「答案」指令則用於儲存使用者所輸入的資料。「提問並等待」及「答案」為專案五的主題，以講授「輸入控制及資料處理」的概念。其他在專案中所使用的 Scratch 偵測類指令亦詳列於表 3.4.4 中。. 18.

(28) （五）敘述式指令：Scratch 所提供的敘述式指令分為四大類：動作類、外觀類、聲音類及畫筆類。由於敘述式指令較淺顯易學，故本研究未選擇敘述式指令做為課程教學重點，僅搭配專案實作所需於課堂中講授部分指令。本實驗中所使用的敘述式指令及所搭配之專案詳列於表 3.4.5、3.4.6、3.4.7、及 3.4.8。表 3.4.1 控制類指令專案 1 控制類指令. 專案 2. 專案 3. 專案 4. 專案 5. 專案 6. 專案 7. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○ ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. 表 3.4.2 運算類指令運算類指令. 專案 1. 專案 2. 19. 專案 3. 專案 4. ○. ○. ○. ○. ○. ○. 專案 5. 專案 6. 專案 7.

(29) 表 3.4.3 變數類指令欄變數類指令. 專案 1. 專案 2. 專案 3. 專案 4. 專案 5. ○. ○. ○. ○. 專案 6. 專案 7. 專案 6. 專案 7. ○. 表 3.4.4 偵測類指令欄偵測類指令. 專案 1. 專案 2. 專案 3. 專案 4. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. 專案 5. ○. ○. 表 3.4.5 動作類指令動作類指令. 專案 1. 專案 2. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. 專案 3. ○. 專案 4. ○. 專案 5. 專案 6. 專案 7. ○. ○ ○. 20.

(30) 表 3.4.6 外觀類指令外觀類指令. 專案 1. 專案 2. 專案 3. 專案 4. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. ○. 專案 2. 專案 3. 專案 4. ○. ○. ○. 專案 2. 專案 3. 專案 4. 專案 5. 專案 6. 專案 7. ○. ○. ○. 表 3.4.7 聲音類指令聲音類指令. 專案 1. ○. 專案 5. 專案 6. 專案 7. ○. ○. 專案 6. 專案 7. 表 3.4.8 畫筆類指令畫筆類指令. 專案 1. 專案 5. ○ ○ ○. （六）表 3.4.9 呈現各專案之內容以及相對應之程式設計概念。（七）專案內容介紹本小節以「小小指揮家」專案為例，說明各專案之呈現方式（表 3.4.10）。在此專案剛開始執行時，所有樂手皆停止演奏，當使用者按下鍵盤「左移鍵」時，指揮家會面向小提琴手，同時小提琴手會開始演奏，而其他樂手將保持安靜。當使用者按下鍵盤「上移鍵」時，指揮家會面向鋼琴手，同時鋼琴手會開始演奏，而其他樂手將保持安靜。當使用者按下鍵盤「右移鍵」時，指揮家會面向小號手，同時小號手會開始演奏，而其他樂手將保持安靜。其他專案之詳細內容請參閱附錄十五至附錄二十一。 21.

(31) 表 3.4.9 專案及對應之教學主題專案名稱小烏龜畫圖. 專案內容. 程式設計概念. 小烏龜會執行「直走、轉彎」的步驟，畫出正方形及三角形。. . 水族箱裡的魚兒，碰到指定的條件會做出對應的動作。.  . 「如果」判斷式「如果-否則」判斷式. 打地鼠簡易版. 使用滑鼠游標點擊隨機出現在地洞上的地鼠。. . 亂數. 打地鼠進階版. 將打地鼠簡易版加上計分以及計算時間的功能。. . 變數的設定及使用. 小烏龜畫圖（輸入控制版）. 小烏龜會要求使用者先輸入多邊形的邊長、角度以及旋轉次數。接著畫出多邊形。. . 輸入控制，資料處理. 小小指揮家. 當指揮家面對樂手時，樂手會開始演奏音樂，其他的樂手則會停止演奏。. . 廣播及接收廣播. 全壘打. 當打擊手揮棒擊出棒球之後，打擊手會開始跑壘。. . 廣播及接收廣播. 水族箱. 22. . 敘述式迴圈.

(32) 表 3.4.10 「小小指揮家」專案內容. 遊戲開始時，所有樂手皆停止演奏。. 當指揮家面向小提琴手時，小提琴手會開始演奏，其他樂手則保持安靜。. 當指揮家面向鋼琴手時，鋼琴手會開始演奏，其他樂手則保持安靜。. 當指揮家面向小號手時，小號手會開始演奏，其他樂手則保持安靜。. 表 3.4.11 則詳列學生於撰寫「小小指揮家」程式時所需使用之 Scratch 指令及組合方式。. 23.

(33) 表 3.4.11 「小小指揮家」專案程式指揮家所使用之指令. 小提琴手所使用之指令. 鋼琴手所使用之指令. 小號手所使用之指令. 二、引導式學習單引導式學習單之設計以物件導向分析與設計流程為基礎，規劃為四個主要階段。在此以「小小指揮家」專案所使用之學習單為例做說明，其他學習單的詳細內容請參閱附錄一至附錄七。 1. 觀察階段：觀察專案中的角色並回答問題此階段的目標在於要求學生觀察專案中包含了那些角色，並瞭解專案完成後的執行結果，如表 3.4.12 所示。. 24.

(34) 表 3.4.12 「小小指揮家」學習單之觀察階段學習單. 小小指揮家. 觀察階段. 班級：. 姓名：. 座號：. 1. 請問遊戲中的角色有哪些呢？請在下圖中將他們分別圈起來。. 2. 如何操作這個程式呢？. 2. 分析階段：釐清角色的動作及狀態在分析階段的引導中，研究者將每個角色將執行的動作及狀態轉換為文字式的選擇題，要求學生進一步觀察程式的執行過程，以釐清每個角色所需完成的動作及狀態，如表 3.4.13 所示。表 3.4.13 「小小指揮家」學習單之分析階段小小指揮家. 分析階段. 指揮家 1. (__) 如何讓指揮家面向小提琴手？ (1)按下方向鍵「右」 (2) 按下方向鍵「上」(3) 按下方向鍵「左」 (4) 按下空白鍵。 2. (__) 當指揮家面向小提琴手時會發生什麼事？(多選) (1)小提琴手開始演奏 (2)鋼琴手停止演奏(3)小號手停止演奏 (4)沒有人演奏。 3. (__) 當指揮家面向鋼琴手時會發生什麼事？(多選) (1)小提琴手停止演奏 (2)鋼琴手開始演奏 (3)小號手停止演奏 (4)沒有人演奏。 4. (__) 當指揮家面向小號手時會發生什麼事？(多選) (1)小提琴手停止演奏 (2)鋼琴手停止演奏 (3)小號手開始演奏 (4)沒有人演奏。小提琴手 1. (__) 小提琴手什麼時候會開始演奏？ 25.

(35) (1)指揮家面向小提琴手時 (2)指揮家面向鋼琴手時 (3)指揮家面向小號手時。 2. (__) 小提琴手什麼時候會停止演奏？(多選) (1)指揮家面向小提琴手時 (2)指揮家面向鋼琴手時 (3)指揮家面向小號手時。鋼琴手 1. (__) 鋼琴手什麼時候會開始演奏？ (1)指揮家面向小提琴手時 (2)指揮家面向鋼琴手時 (3)指揮家面向小號手時。 2. (__) 鋼琴手什麼時候會停止演奏？(多選) (1)指揮家面向小提琴手時 (2)指揮家面向鋼琴手時 (3)指揮家面向小號手時。小號手 1. (__) 小號手什麼時候會開始演奏？ (1)指揮家面向小提琴手時 (2)指揮家面向鋼琴手時 (3)指揮家面向小號手時。 2. (__) 小號手什麼時候會停止演奏？(多選) (1)指揮家面向小提琴手時 (2)指揮家面向鋼琴手時 (3)指揮家面向小號手時。. 3. 設計階段：構思專案的解題步驟研究者使用圖片描述專案的某些解題步驟，並且設計挖空的圖片作為練習題，幫助學生構思其他解題步驟，如表 3.4.14 所示。. 4. 實作階段：取用適當的 Scratch 指令以完成專案此階段使用選擇題引導學生思考程式指令的功能，並組合出所需的程式碼，如表 3.4.15 所示。. 26.

(36) 表 3.4.14 「小小指揮家」學習單之設計階段小小指揮家. 設計階段. 27.

(37) 表 3.4.15 小小指揮家學習單之設計階段-2 學習單小小指揮家. 設計階段. 指揮家 1. 請問哪一個指令可以讓指揮家面向左邊的小提琴手？ (1). (2). (3). (4) 2. 用下面哪一個指令可讓指揮家切換到面對左邊的造型呢？ (1). (2). (3). (4). 3. 請問該用哪一個指令來發出廣播，通知小提琴手開始演奏？ (1) (2) (3) (4) 4. 當小提琴手開始演奏時，鋼琴手和小號手都要停止演奏。我們該用哪個指令通知他們「停止」呢？ (1). (2). (3). (4). 5. 我們現在完成了請小提琴手開始演奏，並且讓鋼琴手和小號手停止的指令，接下來請你做出 (1) 通知鋼琴手開始演奏，並且通知小提琴手和小號手停止的指令。 (2) 通知小號手開始演奏，並且通知小提琴手以及鋼琴手停止的指令。小提琴手 1. 請問哪一個指令可以讓小提琴手在程式開始時，切換到沒有演奏的造型？. (1). (2). (3). 2. 用下面哪一個指令可讓指揮家切換到面對左邊的造型呢？ (1). (2). (3). (4). 3. 請問哪一個指令可使小提琴手接收到「開始演奏」的通知呢？ (1) (2) (3) 4. 接收到演奏通知之後，用哪個指令來播放音樂？ (1). (2). (3) 28. (4).

(38) (4) 5. 請問哪一個指令可使小提琴手接收到「停止演奏」的通知呢？ (1). (2). (3). (4) 6. 請問哪一個指令可讓小提琴手切換到停止演奏時的造型呢？ (1). (2). (3). (4). 7. 接收到停止通知之後，該用哪個指令來停止音樂？ (1). (2). (3). (4) 8. 現在你完成了小提琴手的指令，請試著操作指揮家來指揮小提琴手。接下來請你： (1) 想想看鋼琴手的指令該怎麼寫呢？跟小提琴手有什麼不一樣？請你將程式碼寫出來。想想看小號手的指令該怎麼寫呢？跟小提琴手以及鋼琴手有什麼不一樣？請你將程式碼寫出來。三、課後延伸練習學生完成課堂專案後，教學者給予學生簡單的實作練習題，目的是使學生更熟悉課堂中所講授的主題概念及應用方式，並且培養學生的近遷移（near transfer）能力。表 3.4.16 以小小指揮家之課後練習題為例說明之。. 29.

(39) 表 3.4.16 小小指揮家之課後練習作業小小指揮家課後練習題班級: 姓名: 座號: 1. 請寫出「當按下方向鍵下時, 指揮家會朝向正面, 並且每個樂器都會停止演奏」的程式碼。. 2.. 接下來請修改剛才寫的程式碼, 使程式變成「當按下空白鍵時, 指揮家會朝向背面，並且每個樂手都會開始演奏」。. 四、學習成就測驗本研究在每個專案結束後實施學習成就測驗，總共實施 7 次，各次測驗之重點分別為：敘述式與迴圈、判斷式、亂數、變數、輸入控制、廣播 1、及廣播 2。（由於廣播指令對於學生而言較為複雜難懂，因此分配較多的教學時間，並施予兩次考試。) 各次測驗均分為兩部分：第一部分為紙筆測驗，主要測驗學生的觀察與分析能力；第二部分為上機實作測驗，主要測驗學生的設計與實作能力。表 3.4.17 以「小小指揮家」專案所搭配之成就測驗「貓咪問問題 2」為例說明試題內容。在此範例中，學生必須設定貓咪能夠提問「你上次數學考幾分？」，並且讓使用者輸入分數；接著貓咪會判斷使用者輸入之分數，並使用廣播指令通知大頭做出相對應的表情，而大頭則需使用廣播指令接收貓咪所傳送的通知，並切換到對應的表情。其他測驗之詳細內容請參閱附錄八至附錄十四。. 30.

(40) 表 3.4.17 「貓咪問問題 2」之程式說明. 點擊貓咪之後，貓咪會問若輸入分數大於 80 分，若輸入分數小於八十「請問你上次數學考幾大頭微笑並且會說「你分，大頭會哭並且說「下分？」. 好厲害！」. 次要繼續加油喔！」. 表 3.4.18 「貓咪問問題 2」之測驗題目貓咪問問題. 班級:. 姓名:. 座號:. 1. 請問大頭共有幾種表情呢？答: 有___種；分別是….. 2. 請問由誰通知大頭要切換表情？ 3. 當貓咪被點擊一下之後，會問說「請問你上次數學考幾分?」並且讓使用者輸入分數。請問我們用以下哪個指令來問問題並且可以讓人輸入答案? 哪一個指令代表輸入的答案？請把正確答案圈起來。（多選）. 4. 用哪個指令來設定答案大於或小於 80 分的條件？請問用以下哪個指令來判斷答案大於或小於 80 分？請從底下指令中圈出正確的指令。（多選）. 31.

(41) 5. 請問輸入分數之後，貓咪要用哪個指令通知大頭變換表情？大頭要用哪個指令接受訊息？（多選）. 6. 接下來請寫出這個程式。（實作測驗）四、學習單滿意度問卷學習單滿意度問卷僅由實驗組學生填寫，目的在於了解實驗組學生是否認為學習單對於他們的學習有所助益。此問卷共有 7 題，使用 Likert 四點量表（1 分代表非常不同意、4 分代表非常同意）。此份問卷之 Cronbach’s Alpha 值為 0.891。表 3.4.19 學習單滿意度問卷非常同意. 同意. 不同意. 非常不同意. □. □. □. □. □. □. □. □. 3.學習單上的問題能幫助我想出該用那些指令來完成課堂作業。. □. □. □. □. 4.學習單能幫助我一步一步把課堂作業的程式寫出來。. □. □. □. □. 5.當我在考試中自己寫 Scratch 程式的時候，我會想到學習單上的步驟，然後照著那樣思考。. □. □. □. □. 6.我覺得學習單對我學習 Scratch 程式設計的幫助很大。 □. □. □. □. 7.我希望以後還有機會使用學習單學習 Scratch 程式設計。. □. □. □. 題目 1.學習單上的問題能幫助我了解課堂作業的題目要我做些什麼。 2.學習單上的問題能幫助我進一步理解 Scratch 指令的功能。. 32. □.

(42) 第四章研究結果與討論本研究所收集的資料包括針對兩組學生所實施的七次測驗的成績，以及針對實驗組學生所進行之學習單滿意度問卷調查結果。各次測驗又分別包含紙筆測驗、程式實作、及總分等三項分數。以上資料採用 SPSS for Windows 加以分析，針對紙筆測驗、程式實作及測驗總分進行獨立樣本 t 檢定，學習單滿意度調查結果則使用敘述性統計予以分析。以下詳述分析結果。. 第一節測驗成績分析以下分別呈現各次測驗中兩組學生的表現。（一）測驗一（敘述式與迴圈概念）: 第一次成就測驗之平均分數詳列於表 4.1.1 中，從中可以看出兩種教學方式的學童其平均分數呈現以下情形： ․紙筆測驗：實驗組（28.87）小於控制組（36.49），並達統計上的顯著差異（t = -3.62，p = .000）。 ․實作測驗：實驗組（36.34）大於控制組（34.51），未達統計上的顯著差異（t =.571，p = .569）。 ․整體表現：實驗組（65.25）大於控制組（71.10），未達統計上的顯著差異（t = -1.32，p = .187）表 4.1.1 第一次測驗結果分析. 紙筆測驗實作測驗總分. 組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 55. 28.87. 10.72. 實驗組. 57. 36.49. 11.51. 控制組. 55. 36.34. 12.82. 實驗組. 57. 34.51. 20.14. 控制組. 55. 65.25. 17.67. 實驗組. 57. 71.10. 27.68. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001. 33. t. p. -3.62. .000***. .571. .569. -1.32. .187.

(43) （二）測驗二（條件判斷概念）第二次成就測驗之平均分數詳列於表 4.1.2 中，從中可以看出兩種教學方式的學童其平均分數呈現以下情形： ․紙筆測驗：控制組（36.10）小於實驗組（40.94），並達統計上的顯著差異（t = -2.32，p = .022）。 ․實作測驗：控制組（37.81）小於實驗組（46.66），並達統計上的顯著差異（t = -3.10，p = .003）。 ․整體表現：控制組（73.90）小於實驗組（87.61），並達統計上的顯著差異（t = -3.60，p = .000）。表 4.1.2 第二次測驗結果分析. 紙筆測驗實作測驗總分. 組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 55. 36.10. 12.00. 實驗組. 57. 40.94. 9.90. 控制組. 55. 37.81. 18.85. 實驗組. 57. 46.66. 9.69. 控制組. 55. 73.90. 23.76. 實驗組. 57. 87.61. 15.47. t. p. -2.32. .022*. -3.10. .003**. -3.60. .000***. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001.. （三）測驗三（亂數概念）第三次成就測驗之平均分數詳列於表 4.1.3 中，從中可以看出兩種教學方式的學童其平均分數呈現以下情形： ․紙筆測驗：控制組（37.00）小於實驗組（43.68），並達統計上的顯著差異（t = -3.06，p = .003）。 ․實作測驗：控制組（33.63）小於實驗組（46.84），並達統計上的顯著差異（t = -4.64，p = .000）。 ․整體表現：控制組（70.63）小於實驗組（90.52），並達統計上的顯著差異（t = -4.51，p = .000）。 34.

(44) 表 4.1.3 第三次測驗結果分析. 紙筆測驗實作測驗總分. 組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 55. 37.00. 14.06. 實驗組. 57. 43.68. 8.37. 控制組. 55. 33.63. 19.39. 實驗組. 57. 46.84. 8.37. 控制組. 55. 70.63. 29.21. 實驗組. 57. 90.52. 14.96. t. p. -3.06. .003**. -4.64. .000***. -4.51. .000***. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001. （四）測驗四（變數概念）第四次成就測驗之平均分數詳列於表 4.1.4 中，從中可以看出兩種教學方式的學童其平均分數呈現以下情形： ․紙筆測驗：控制組（39.10）小於實驗組（44.18），並達統計上的顯著差異（t = -2.97，p = .003）。 ․實作測驗：控制組（25.66）小於實驗組（35.77），並達統計上的顯著差異（t = -2.26，p = .014）。 ․整體表現：控制組（64.77）小於實驗組（79.95），並達統計上的顯著差異（t = -3.07，p = .002）。. 表 4.1.4 第四次測驗結果分析. 紙筆測驗實作測驗總分. 組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 56. 39.10. 10.24. 實驗組. 58. 44.18. 6.80. 控制組. 56. 25.66. 24.73. 實驗組. 58. 35.77. 18.12. 控制組. 56. 64.77. 28.76. 實驗組. 58. 79.95. 21.92. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001.. 35. t. p. -2.97. .003**. -2.26. .014*. -3.07. .002**.

(45) （五）測驗五（輸入控制概念）第五次成就測驗之平均分數詳列於表 4.1.5 中，從中可以看出兩種教學方式的學童其平均分數呈現以下情形： ․紙筆測驗：控制組（39.58）小於實驗組（43.16），並達統計上的顯著差異（t = -2.28，p = .041）。 ․實作測驗：控制組（36.83）小於實驗組（43.49），並達統計上的顯著差異（t = -2.00，p = .048）。 ․整體表現：控制組（76.79）小於實驗組（85.90），並達統計上的顯著差異（t = -2.20，p = .036）。表 4.1.5 第五次測驗結果分析. 紙筆測驗實作測驗總分. 組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 53. 39.58. 9.84. 實驗組. 53. 43.16. 7.91. 控制組. 53. 36.83. 19.86. 實驗組. 53. 43.49. 12.98. 控制組. 53. 76.79. 26.32. 實驗組. 53. 85.90. 16.64. t. p. -2.28. .041*. -2.00. .048*. -2.20. .036*. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001. （六）測驗六（廣播概念之1）第六次成就測驗之平均分數詳列於表4.1.6中，從中可以看出兩種教學方式的學童其平均分數呈現以下情形： ․紙筆測驗：控制組（24.94）小於實驗組（33.98），並達統計上的顯著差異（t = -2.28，p = .000）。 ․實作測驗：控制組（31.17）小於實驗組（39.15），並達統計上的顯著差異（t = -2.00，p = .024）。 ․整體表現：控制組（56.84）小於實驗組（73.22），並達統計上的顯著差異（t = -2.20，p = .000）。 36.

(46) 表 4.1.6 第六次測驗結果分析. 紙筆測驗實作測驗總分. 組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 51. 24.49. 11.82. 實驗組. 53. 33.98. 8.52. 控制組. 51. 31.17. 17.70. 實驗組. 53. 39.15. 17.67. 控制組. 51. 56.84. 23.89. 實驗組. 53. 73.22. 21.31. t. p. -2.28. .000***. -2.00. .024*. -2.20. .000***. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001. （七）測驗七（廣播概念之2）第七次成就測驗之平均分數詳列於表 4.1.7 中，從中可以看出兩種教學方式的學童其平均分數呈現以下情形： ․紙筆測驗：控制組（42.27）小於實驗組（39.08），並達到統計上的顯著差異（t = -1.50，p = .046）。 ․實作測驗：控制組（31.17）小於實驗組（42.09），並達到統計上的顯著差異（t = -3.56，p = .000）。 ․整體表現：控制組（70.63）小於實驗組（84.36），並達到統計上的顯著差異（t = -3.39，p = .001）。表 4.1.7 第七次測驗結果分析. 紙筆測驗實作測驗總分. 組別. 人數. 平均值. 標準差. 控制組. 56. 39.08. 11.91. 實驗組. 55. 42.27. 10.27. 控制組. 56. 31.54. 17.45. 實驗組. 55. 42.09. 13.46. 控制組. 56. 70.63. 23.65. 實驗組. 55. 84.36. 18.75. *p<.05, ** p<.01, *** p<.001.. 37. t. p. -1.50. .046*. -3.56. .000***. -3.39. .001**.

(47) 第二節全學期測驗成績整體比較此節彙整七次測驗成績，並配合圖表進行整體分析，以觀察兩組學習能力隨著課程的進行而出現之差別。其中紙筆測驗成績反應學生觀察與分析程式的能力，實作成績則反應學生的設計實作能力。一、紙筆測驗表4.2.1呈現兩組學生七次紙筆測驗的平均分數。在七次考試中，實驗組學生均顯著優於控制組。表4.2.1 筆試成績整體比較表測驗1. 測驗2. 測驗3. 測驗4. 測驗5. 測驗6. 測驗7. 控制組. 28.87. 36.10. 37.00. 39.10. 39.58. 24.49. 39.08. 實驗組. 36.49. 40.94. 43.68. 44.18. 43.16. 33.98. 42.27. 圖4.2.1以折線圖呈現七次考試中兩組學生紙筆測驗分數之走勢。在第一至第五次的測驗中，兩組學生測驗表現均穩定的提升，但在第六次考試中，兩組學生測驗表現均明顯不如其他五次的考試。. 紙筆成績比較控制組 43.77. 實驗組 44.18. 40.01 36.49 36.1. 37. 39.1. 42.27. 43.16 33.98 39.58. 39.08. 28.36 24.49. 測驗1. 測驗2. 測驗3. 測驗4. 圖4.2.1 筆試成績整體比較圖 38. 測驗5. 測驗6. 測驗7.

(48) 1. 針對紙筆測驗結果，本研究有以下幾項發現：學習單的引導能有效增進學生的觀察與分析能力：從第一次測驗開始，實驗組在紙筆測驗的表現均顯著優於控制組。由於紙筆測驗著重於測驗學生觀察與分析程式的能力，因此可據以推論透過填寫學習單上的問題，使實驗組學生較能深入觀察與分析專案中程式碼的功能，並將此能力遷移到紙筆測驗上，因而使得兩組學生在紙筆測驗的表現出現顯著差異。 2. 「廣播」功能屬於較為複雜難懂的概念：研究者於實驗前和幾位具有 Scratch 教學經驗的國小電腦老師討論時發現，廣播概念是學生學習 Scratch 程式設計時的主要瓶頸之一，因而本研究在廣播概念上投入較多的教學時間，並以兩次測驗檢視學習成效。從第六次測驗的成績可明顯看出，兩組學生確實都明顯退步，印證了廣播概念確實較為複雜難懂，但到了第七次測驗時，兩組學生的成績已分別回到與前幾次測驗相近的水準，足見針對困難概念加強教學對於學生確實有明顯幫助。 3. 引導式學習單能有效幫助學童理解較為困難的概念：在第六次紙筆測驗中，兩組學生的成績呈現了最大幅度的差距，應可據以推論學習單的使用對於愈複雜的概念愈能顯現效果。. 二、實作測驗表4.2.2詳列兩組學生在七次實作測驗的平均分數。兩組學生在第一次實作測驗中沒有顯著差異，但在第二次到第七次測驗中，實驗組學生均顯著優於控制組學生。. 表4.2.2 實作成績整體比較表測驗1. 測驗2. 測驗3. 測驗4. 測驗5. 測驗6. 測驗7. 控制組. 36.34. 37.81. 33.63. 25.66. 36.83. 31.17. 31.54. 實驗組. 34.51. 46.66. 46.84. 35.77. 43.49. 39.15. 42.09. 39.

(49) 圖4.2.2以折線圖呈現七次考試中兩組學生實作分數之走勢。由圖中可看出，相較於其他次的考試，兩組學生在第四次實作測驗表現較差。. 實作成績比較控制組. 實驗組. 46.66 43.49. 46.84. 39.15. 35.77. 36.34 37.81. 33.63. 36.83. 34.51. 測驗2. 測驗3. 測驗4. 31.54 31.17. 25.66. 測驗1. 42.09. 測驗5. 測驗6. 測驗7. 圖 4.2.2 實作成績整體比較圖. 1. 針對實作測驗結果，本研究有以下幾項發現：引導式學習單能有效增進學生的程式實作能力：在較為困難的第二次至第七次實作測驗中，實驗組之表現均顯著優於控制組，可見學習單的引導確實能有效增進學生的程式實作能力。 2.. 「變數」屬於較難實作的 Scratch 功能：兩組學生在測驗四（「變數」）的實作測驗（測驗四）中都出現表現較差的現象。有趣的是，同樣的現象並未發生在紙筆測驗中。一個可能的解釋是變數的抽象概念本身並不難懂，但當學生必須將這個抽象概念對應到電腦內部的運作機制，並以 Scratch 指令實作時（例如必須先宣告變數並指定為區域變數或全域變數、設定起始值、將存入變數中的數值取出進行運算再存回、… …等等），其所牽涉的複雜性並非短時間即可熟練。由於變數的應用是稍具複雜度的程式不可或缺的一部份，因此教師應於講授變數單元時，提供較多的範例和練習題，以培養學生在程 40.

(50) 式中使用變數的能力。三、測驗總分整體結果比較表 4.2.3 詳列兩組學生各次測驗的總分。兩組學生在第一次測驗的總分並無明顯差異，但在第二次到第七次的測驗中，實驗組學生的總分均顯著優於控制組。表 4.2.3 測驗總分整體比較表測驗1. 測驗2. 測驗3. 測驗4. 測驗5. 測驗6. 測驗7. 控制組. 65.25. 73.90. 70.63. 64.77. 76.79. 56.84. 70.63. 實驗組. 71.10. 87.61. 90.52. 79.95. 85.90. 73.22. 84.36. 圖4.2.3以折線圖呈現七次考試中兩組學生各次測驗的總分，圖中顯示兩組在第四次測驗（變數概念）及第六次（廣播之一）的成績呈現退步的情形。如上所述，第四次測驗主要受實作成績的影響，而第六次測驗則是受紙筆測驗成績的影響。. 測驗總分分數比較數列1. 數列2. 90.52. 87.61. 79.95. 85.9 73.22. 71.1 73.9. 65.25. 70.63. 64.77. 84.36 70.63. 76.79 56.84. 測驗1. 測驗2. 測驗3. 測驗4. 圖 4.2.3 測驗總分結果比較. 41. 測驗5. 測驗6. 測驗7.

(51) 第三節學習單滿意度問卷調查結果分析學習單滿意度問卷調查所收集的有效問卷共 56 份，佔實驗組學生的 94%，分析結果呈現於表 4.4.1。。表中將「非常同意」及「同意」進一步合併為「正向」反應，「不同意」及「非常不同意」則合併為「負向」反應。表 4.3.1 學習單使用滿意度問卷統計表（人次/百分比）. 題目 1. 學習單上的問題能幫助我了解課堂作業的題目要我做些什麼。 2. 學習單上的問題能幫助我進一步理解 Scratch 指令的功能。 3. 學習單上的問題能幫助我想出該用那些指令來完成課堂作業。 4. 學習單能幫助我一步一步把課堂作業的程式寫出來。. 非常. 不同意. 30. 18. 5. 3. 53.6%. 32.1%. 8.9%. 5.4%. 27. 22. 6. 1. 48.2%. 39.3%. 10.7%. 1.8%. 27. 24. 3. 2. 51. 5. 48.2%. 42.9%. 5.4%. 3.6%. 91.1%. 8.9%. 26. 22. 7. 1. 48. 8. 46.4%. 39.3%. 12.5%. 1.8%. 24. 6. 2. 42.9%. 10.7%. 3.6%. 28. 19. 6. 3. 50.0%. 33.9%. 10.7%. 5.4%. 28. 20. 4. 4. 50.0%. 35.7%. 7.1%. 7.1%. 同意. 5. 當我在考試中自己寫 Scratch 程式的時候， 24 我會想到學習單上的步驟，然後照著那樣 42.9% 思考。 6. 我覺得學習單對我學習 Scratch 程式設計的幫助很大。 7. 我希望以後還有機會使用學習單學習 Scratch 程式設計。. 非常. 同意. 不同意. 正向. 負向. 48. 8. 85.7% 14.3% 49. 7. 87.5% 12.5%. 85.7% 14.3% 48. 8. 85.7% 14.3% 47. 9. 83.9% 16.1% 48. 8. 85.7% 14.3%. 由表中可看出，實驗組學生對於問卷中所有題目的正向反應均高於 84%，尤其第 3 題（「學習單上的問題能幫助我想出該用那些指令來完成課堂作業」）更高達 91%，由此顯示絕大多數實驗組學生認為本研究所設計之引導式學習單確實能有效幫助學生學習 Scratch 程式設計。. 42.

(52) 第五章. 結論與建議. 本研究有四個班級共 115 位學生參與，並以班級隨機分為引導學習單使用組（實驗組）59 人與傳統教學組（控制組）56 人。兩組於課堂上之教學流程皆以研究者開發之程式專案為主軸，並依照觀察、分析、設計、實作的程序進行專案實作練習。不同之處在於實驗組的實作練習乃是透過學習單的引導，而傳統教學組則是由教師口頭講述及螢幕示範後，再由學生依樣進行實作。研究者將兩組各七次測驗的成績加以分析比較，以探討兩組學童於學習成就上的差異；此外，研究者亦針對實驗組學生實施問卷調查，以了解學生的學習單使用心得。本章彙整本研究所獲致之結論，並針對教學應用及未來研究提出建議。. 第一節研究結論本研究所獲致之結論計有以下三項：一、引導式學習單有助於培養學生觀察、分析程式的能力。從第一次紙筆測驗開始，使用引導式學習單的實驗組在紙筆測驗的表現均顯著優於採用傳統教學的控制組。由於紙筆測驗著重於測驗學生觀察、分析程式的能力，因此應可據以推論透過填寫學習單上的問題，使實驗組學生較能深入觀察分析專案中程式碼的功能，並將此能力遷移到紙筆測驗上，因而使得兩組學生於紙筆測驗的表現出現顯著差異。二、引導式學習單有助於培養學生的程式實作能力，並且在越困難的專案中效果越顯著。在第一次測驗中，兩組學童之實作測驗成績並無顯著差異，但在較為困難的第二次到第七次實作測驗中，實驗組之表現均顯著優於控制組，可見學習單的引導確實能增進學生的程式實作能力。三、學生喜歡使用引導式學習單學習 Scratch 程式設計。 43.