第三章 研究方法
本研究以「程式流程控制」為教學內容，在學習歷程中概念模型以不同的 型態呈現，藉此探討概念模型及先備知識對程式語言學習的學習成效及學習態 度的影響，本研究所設計的概念模型重點在於將程式執行過程中變數動態改變 的過程加以視覺化及說明並將抽象的程式流程控制結構以具體的流程圖來呈 現。本研究之目的在探討以下的問題：
1. 學習者使用不同類型的概念模型 (傳統紙本、教師演示多媒體概念模型、學 習者自行操作多媒體概念模型)在「程式流程控制」的學習成效上是否有差 異?
2. 不同先備知識的學習者在「程式流程控制」的學習成效上是否有差異?
3. 學習者先備知識與概念模型類型對學習成效的影響是否有交互作用?
4. 學習者對於使用多媒體概念模型輔助程式語言教學的態度為何?
以下各節就研究設計、實驗對象、研究工具、實驗程序、預試與資料分析 等分別說明。
第一節 研究設計
本 研 究 採 準 實 驗 設 計 (quasi-experimental design) ， 自 變 項 (independent variable)與應變項(dependent variable)分別說明如下：
(一)自變項
1.概念模型的呈現方式
在本研究中，應用概念模型有下列三種學習方式：
(a)傳統教學組：以紙本教材作為概念模型，程式執行的過程以紙本方式來 呈現，是屬於靜態的概念模型。
(b)教師演示組：教師操作多媒體概念模型以為範例演示的工具，程式執行 的過程以電腦多媒體來呈現，是屬於動態的概念模型；由於教學過程以教師 預定的順序來進行，屬於結構化的學習方式。
(c)自行操作組：在學習過程中，給予學習者一段時間自行操作多媒體概念 模型，由於學習者可依偏好、需求來自行決定學習內容，屬於學習者控制的 學習方式。
2.學習者的先備知識
在進行教學實驗之前，先進行程式語言先備知識測驗，得分高於平均數的 學習者為高先備知識組；得分低於平均數的學習者為低先備知識組。
(二)依變項：學後測驗及學習態度
第二節 實驗對象
本研究的實驗對象是北縣某高職二年級的學生，共有三個班級的學生參與 實驗，每位學習者在一年級時已學過基本的程式設計概念，但未使用過本研究 採用的教學輔助軟體。為配合受試者原課程之規劃與教學需要，教學實驗的進 行是以班級為單位，每個班級隨機分派至傳統授課組、教師演示多媒體概念模 型組及學習者自行操作多媒體概念模型組來進行教學實驗。
在進行教學實驗之前，進行程式語言先備知識測驗，得分高於平均數的學 習者為高先備知識組；得分低於平均數的學習者為低先備知識組。本研究分組
情形如表 1 所示。
表 1
實驗處理各組人數分配表
傳統授課 教師演示概念模式 學習者自行操作概念模式 總和
低先備知識 21 23 24 68
高先備知識 22 22 23 67
總和 43 45 47 135
第三節 研究工具
本研究所使用的工具包括：研究者自行設計的教材、電腦化多媒體概念模 型、程式語言先備知識測驗、程式語言成就測驗與電腦化多媒體概念模型使用 態度問卷等，茲說明如下：
教材設計
本研究的教學內容為條件判斷敘述(If then else 及巢狀 if)、迴圈流程控制
(while wend)，教學內容分為引起動機、語法語義解說及程式追蹤三個部分，完 整教材詳見附錄三，部分教材舉例如下：
1. 藉由生活中實例引起學生學習動機：
「如果明天不下雨，我就要出去玩」、「凡消費買 1000 元就可享 9 折優惠」
日常生活中充滿這類選擇性的問題；在撰寫程式時也是一樣，我們可利用
「if…then…else…」來執行各種判斷，使程式更加靈活。
2.藉由中英對照說明控制結構的語義，並列出控制結構的語法格式及流程 圖，如下：
「IF…THEN…ELSE」的中文意思為「如果…就…，否則…」。例如「IF 明天是個好天氣 THEN 去陽明山賞花，ELSE 就在家裡看書」。
IF…THEN…ELSE 的語法格式如下：
IF 測試條件 THEN 敘述 1 敘述 2 … ELSE
敘述 A 敘述 B…
END IF
若條件式成立，則會執行 THEN 後的敘述；若條件式 不成立，則執行 ELSE 後的 敘述。流程圖如右：
3.追蹤程式
進行程式追蹤以練習相關語法及語義知識。在本研究中追蹤程式的方式依 實驗組別分為以下三種：
IF條件式
敘述1,2...
條件成立
END IF (THEN)
敘述A,B..
條件不成立
(ELSE)
1.傳統授課組：教師透過講義及黑板方式列表說明程式追蹤的過程，屬於 靜態的概念模型。如下：
S=1 WHILE S<4
S=S+1 WEND PRINT S END
S 1 2 3 4
執行結果為:4
2.教師演示組：教師利用投影機展示多媒體概念模型，作為教學上的輔助 工具。程式執行的過程以電腦多媒體來呈現，是屬於動態的概念模型；由於教 學過程以教師預定的順序來進行，屬於結構化的學習方式。
3.學習者自行操作組：在教師說明多媒體概念模型的畫面配置及操作方式 後，給予學生二十分鐘時間來操作多媒體概念模型，由於學習者可依偏好、需 求來自行決定學習內容，屬於學習者控制的學習方式。
本研究之多媒體概念模型以 Flash 5.0 開發完成，操作畫面如圖 4。(完整操 作流程參見附錄五)。畫面分為四大部分，分述如下：
1. 切換學習內容區：共有三個學習單元(if…then…else, while…wend 及綜 合應用)，而每個學習單元有二至三個範例可供選擇。
2. 程式碼區：顯示執行中的程式碼。
3. 記憶體內容區：顯示變數內容動態變化的過程。
4. 說明區：以文字解說程式執行歷程並配合流程圖來呈現動態過程。
圖 1 本研究多媒體概念模型的畫面
本研究所設計的概念模型重點在於將程式執行過程中變數動態改變的過程 加以視覺化及說明並將抽象的程式流程控制結構以具體的流程圖來呈現。設計 原則是根據文獻探討中所歸納的結論如下：
標示目前正在執 行的程式碼
顯示變數內容動態變 化的過程
將程式執行的歷 程以具體的流程 圖來表示 切換學習單元與範例
1. 發揮電腦多媒體互動性及視覺化的特色將電腦內部運作過程表現出 來，學習者可藉由多媒體教材「看到」原本只能憑想像的過程(參數傳 遞過程、記憶體狀態…)。
2. 由於程式設計對初學者而言是個抽象的概念，因此在多媒體教材的呈現 上應選擇合適的類比物或譬喻來輔助，例如選擇結構(if…then)可用在流 程圖中路徑的選擇來譬喻，藉由這些機制使抽象概念具體化。
3. 不同屬性的資訊應以不同的方式編碼才能有效提升學習成效，例如：程 序性資訊需有解釋性的的文字伴隨著圖片來表達程序；與空間有關的資 訊需要圖片說明。
4. 在多媒體教材的呈現上要儘可能降低學習者的認知負載，讓學習者有限 的認知資源能有效的集中在所學的知識上，具體來說：首先要刪除與教 材內容無關的裝飾性動畫；接下來將教材內圖文緊密的整合，避免學習 者產生分散注意效應，例如：圖與文是同時呈現在一個畫面，而非是在 換頁或是隔了一段時間才能接受到完整資訊；最後要審視教材內是否有 重複資訊干擾，以避免產生累贅效應。
程式語言先備知識測驗、學後成就測驗
將「程式流程控制」此單元的測驗依知識類型分為：程式碼評估(code
evaluation)及程式碼產生(code generation)，這樣的分類方式與一般程式語言教學 相關研究的分類方式類似(陳明溥，民 89; Shih & Alessi, 1993)，茲將其內涵分述 如下：
1.程式碼評估
測驗學習者是否能追蹤(trace)程式執行時變數內容動態改變的過程及寫出程式 執行的結果。例題如下：
寫出下列程式的執行結果:
S=1: J=3 WHILE S<4 IF S>J THEN J=J+2 ELSE S=S+2 END IF WEND PRINT S END
2.程式碼產生
測驗學習者是否能撰寫程式以解決特定問題，因考量受試者撰寫程式經驗不 足，故以填充的題型呈現。例題如下：
請完成空格使下列程式可列出 1-100 間 7 的倍數。
N=0
WHILE N<=100 N=N+1
IF _________THEN PRINT N
END IF WEND END
程式語言先備知識測驗與學後成就測驗的題目的效度採用專家效度，
經高職計算機概論任課老師及資訊專家審閱後修正完成。題目分類與分配如表
2；試題的難度分析如表 3。
表 2
程式語言先備知識測驗與學後成就測驗的題目分類與分配
問題分類 題數
程式碼評估 7 程式碼產生 5
表 3
程式語言先備知識測驗與學後成就測驗的題目難度分析 難度
概念
易 中 難 總題數 If…then 1 2 1 4 While…wend 1 2 1 4 If 與 While 綜合應用 1 2 1 4 總題數 4 4 4 12
學習態度問卷
學習態度問卷為研究者自行編製，目的在調查學習者對電腦化多媒體概念 模型的使用態度，因此態度問卷只針對教師演示組及學習者自行操作組施測。
態度問卷內容分為兩個以分別調查「多媒體概念模型的接納程度」、「多媒體概 念模型對學習過程的幫助」，題目採 Likert Scale 的五點量尺，以 1 代表非常不 同意，2 代表非常不同意，3 代表普通，4 代表同意，5 代表非常同意。答 1 者 給 1 分，答 2 者給 2 分，以此類推。另外並輔以一個開放式的問題來了解學習
者在參加這次教學實驗後的心得與建議。態度問卷的題目分類與分配如表 4：
表 4
學習態度問卷內容分析
項目 題數
對概念模型的接納度 5 概念模型對學習過程的幫助 5
學習態度問卷之信度經內部一致性係數考驗（人數為 92 人），全量表的 Cronbach α值為.86。其中對概念模型的接納度之 Cronbach α值為 .88，概念 模型對學習過程的幫助之 Cronbach α值為.91。
第四節 實驗程序
本研究之實施程序主要包含簡介實驗目的、程式語言先備知識測驗、實驗 處理、成就測驗、學習活動問卷調查，如圖 5 所示。
開始
簡介實驗目的(10分鐘)
程式語言先備知識測驗(15分鐘)
實驗處理(45分鐘)
教師演示多媒 體概念模式
學生自行操作多 媒體概念模式 傳統紙本
後測(15分鐘)
態度問卷(5分鐘)
結束
圖 2 實驗流程圖
茲將實驗程序分別說明如下：
一、簡介實驗目的
告訴同學本實驗包含三個部分：第一部分要同學填答程式語言先備知識
測驗；第二部分進行「程式流程控制」的學習；第三部分為填答程式語言知識 測驗及態度問卷。實施時間為 5 分鐘。
二、程式語言先備知識測驗
在進行學習活動前，對受測者實施學前測驗，藉以了解學習者的程式語 言先備知識。實施時間為 15 分鐘。
三、實驗處理
受測者依所屬之實驗組別，以不同的方式進行「程式流程控制」的學習
(傳統課本、教師演示概念模型、學習者自行操作概念模型)。實施時間為 45 分 鐘。
四、成就測驗
為瞭解三組學習者在不同學習活動中的學習成效，在實驗處理後所有學 習者均接受相同的成就測驗。實施時間為十五分鐘。
五、態度問卷
在成就測驗結束後，以問卷調查學習者對應用概念模型輔助程式語言教學 的態度，因此態度問卷只針對實驗組施測(教師演示概念模型組及學習者自行操 作概念模型組)。實施時間為五分鐘。
第五節 預試
本研究在正式實驗進行前，先進行初步的預試，除了讓研究者熟悉實驗流 程外，並檢驗前後測、問卷及多媒體概念模型的設計是否合宜。預試以一位高 職資處科二年級學習者為對象。以下分別就預試程序、所遭遇的問題、改進意 見做一簡述。
一、預試程序
預試過程與正式實驗約略相同，不過由於預試對象只有一位，因此無法將 實驗中三組的流程都執行一遍，在預試中僅以「教師演示組」的流程來進行預 試。
二、預試所遭遇的問題與改進
1. 在程式碼產生的評量部分，原本前後測的題目是要求學習者寫出完整 程式碼，但發現高職生撰寫程式經驗不足，故改以填充的題型呈現。
2. 教學流程及測驗難度予以細部調整以因應學習者的程度。
3. 問卷中有幾題語意不夠清楚，因此將問題陳述方式根據學習者的感受 加以修改。
第六節 資料分析
本研究資料之分析與處理使用 SPSS 統計套裝軟體進行下列分析：
一、程式碼評估與程式碼產生之學習成效分析：
在 「 程 式 流 程 控 制 」 之 學 習 成 效 上 ， 採 用 二 因 子 變 異 數 分 析 (2-way
ANOVA)，概念模型與先備知識為自變項，學習者的學後測驗成績的程式碼評 估及程式碼產生的成績為依變項，由以下步驟進行分析：
先進行組間的同質性考驗，若不違反變異數同質性的基本假定，則進行變 異數分析。變異數分析的結果概念模型的效果達顯著水準時(α= .05)，因概念 模型有三個水準(傳統紙本、教師演示概念模型、學習者自行操作概念模型)，
故採最小差異平方法(LSD)進行事後比較。
二、學習態度分析：
採用二因子變異數分析(2-way ANOVA)，以概念模型與先備知識為自變 項，學習者對概念模型的接納度及概念模型對學習過程的幫助的得分為依變 項。分為兩個步驟進行分析：先進行組間的同質性考驗，若不違背變異數同質 性的基本假定，則進行變異數分析。
