教育部教學實踐研究計畫成果報告

教育部教學實踐研究計畫成果報告

計畫編號：PGE107135 學門分類：通識(含體育)

執行期間：107.08.01~108.07.31

計畫名稱：以桌遊學習程式設計之教學實踐與研究 配合課程名稱：資訊應用與素養

計畫主持人：朱志明

執行機構及系所：國立宜蘭大學/資訊工程學系

繳交報告日期：108.09.19

摘要

本研究係以國立宜蘭大學之全校通識必修課程「資訊應用與素養」為實驗課程，從18週 裡規劃6週，每週2小時，做為Arduino主控板、周邊模組及程式介紹，控制組為外國語文學系 大學部一年級41位學生，實驗組為經濟管理學系大學部一年級41位學生，控制組使用講述教 學法，而實驗組則使用本研究開發設計之「Arduino桌遊破冰卡牌活動」及「Hello, Arduino！

」兩款桌遊，進行遊戲式學習，並對學生實施學習成效測驗及心流問卷。實驗結果顯示本研 究之桌遊，不只能提高學生的學習成效，對於提高學生的心流狀態也頗為顯著。

目錄

一. 報告內文 ... 1

1. 研究動機與目的 ... 1

2. 文獻探討 ... 1

2.1. 遊戲式學習 ... 1

2.2. 心流經驗 ... 2

3. 研究方法 ... 3

4. 教學暨研究成果 ... 5

(1) 教學過程與成果 ... 5

(2) 教師教學反思 ... 7

(3) 學生學習回饋 ... 7

二. 參考文獻 ... 9

三. 附件 ... 10

計畫名稱：以桌遊學習程式設計之教學實踐與研究

1. 研究動機與目的

為結合個人在中等教育的資歷與教學專長，本人從攻讀博士學位至今，皆以資訊教 育相關領域做為在高教端的學術研究主軸，目前除了在宜蘭大學資訊工程學系負責微處 理器系統(及實驗)、數位邏輯設計實驗、電子電路、社會網路分析及數位科技實務實驗 等專業課程之外，也支援外國語文學系及經濟管理學系的「資訊應用與素養」課程，至 今已長達 13 學期之久，該課程為全校通識大一必修課程，其授課教師除電資學院所屬學 系外，其他學系大都為非資訊專長教師支援授課，而本人為少數具資訊專長支援授課的 教師之一。本人曾在多個學期「資訊應用與素養」的數個授課班級課堂上，詢問學生於 國高中曾上過程式設計的人數，發現僅有約 15%的學生上過程式設計相關課程，接著詢 問那些上過程式設計學生對該課程的的學習成效及難易程度，所得到的答案為負面居多，

可見學生對程式設計有學習壓力且覺得困難，然而程式設計已成為世界各國開創國家競 爭力的重要能力指標之一，也是從小培養未來人才的基礎關鍵能力，面對本校非電資學 院學生，對於程式設計感到陌生、畏懼和挫折等現象，引發本人思考如何處理和改善此 問題。為增加本校非電資學院學生的程式設計能力，本人利用「資訊應用與素養」上課 時間，進行以遊戲式學習之教學實驗，希望能達到以下研究目的：

(1) 探究學生以遊戲式學習，學習 Arduino 的心流狀態。

(2) 探究學生以遊戲式學習，學習 Arduino 的學習成效。

2. 文獻探討

近年來遊戲式學習加強學習經驗，慢慢有了的貢獻(Connolly, Stansfield, & Hainey, 2011)。在教育上學者們認為遊戲是最能引起學生們的動機，遊戲本身就是一個最積極的 活動，若是把學習過程能夠像遊戲那麼的有趣的話，就可以成為一個相當理想的學習方 式。

2.1. 遊戲式學習

遊戲式學習即為任何教育內容與電腦遊戲緊密的結合(Prensky, 2001)，近幾年來從社 會、媒體到學校電腦，遊戲幾乎無所不在(Căţălina & George, 2012)，遊戲可以引發內在 動機並提高興趣、保留記憶、提供練習、回饋及高層次思考(Hogle, 1996)，也可以視為競 賽挑戰或技術能力的測驗(Webster, 1999)，這是引發心流的主要關鍵(Massimini & Carli, 1988)，如果在多媒體教學內加入一些提示的訊息，指引著使用多媒體的學習者呈現資料，

這樣或許可以降低學習者的認知負荷，也能提高學習成效(Mautone & Mayer, 2001)。許多 運用遊戲於教學的研究發現，遊戲對於學習與教學具有正向的影響(Anderson & Barnett, 2013; Hou, 2015; Hsu, Tsai, & Liang, 2011; Mayer, Zhou, Lo, Abspoel, Keijser, Olsen, Nixon,

& Kannen, 2013)。Prensky (2001)指出數位遊戲式學習有 12 種特性，分別為娛樂性、遊戲 性、規則性、目標性、人機互動性、結果與回饋、適性化、勝利感、衝突競爭性與挑戰

性、問題解決及社會互動，簡述內容如下：1.娛樂性：利用遊戲的特性呈現一種很有趣 的形式，可以讓學習者享受在遊戲過程中，並可以感到當中的樂趣，也能感受到愉悅。

2.遊戲性：遊戲式學習可以提供自己遊樂的形式，讓學習者有著很強烈去進行遊戲的動 機，並可以讓學習者很高的樂趣。3.規則性：一般遊戲具有自己的結構性，但學習者可 以輕易地去組織他固有的遊戲內容，當學習者實際去進行遊戲時，可以和遊戲產生互動。

4.目標性：不管遊戲以哪種方式呈現，一定會有它自己的目標任務，設計者可以利用此 特性，去指引學習者進行遊戲。5.人機互動性：遊戲設計介面讓學習者可以經由介面操 作或互動來進行遊戲。6.結果與回饋：遊戲過程中可以隨時提供學習者學習的機會。7.

適性化：遊戲設計有難易程度之區分，可以依照學習者的能力，給予適當的任務，使學 習者適應該遊戲。8.勝利感：當遊戲完成一個階段後，讓學習者獲得成功的經驗，並使 其獲得滿足感。9.衝突競爭性與挑戰性：適當的衝突競爭或是具有挑戰性的遊戲，會讓 遊戲者能在遊戲過程中感到興奮。10.問題解決：在遊戲的情境下設置遊戲，能引發學習 者的創意並解決問題。11.社會互動：學習者之間可以互相組成社群，藉此產生互動關係。

12.圖像與情節性：遊戲內的故事與圖畫可以讓學習者從中獲得情感。Hogle (1996)指出遊 戲具有四個功能：1.可引發內在動機並提高興趣：遊戲中具有好奇期望、互動控制性以 及故事情節的幻想性，這些都可以讓學習者提高興趣和內在動機，當學習者獲得了成就 感後，在面臨困難與挑戰時，比較願意多嘗試。2.保留記憶：在記憶保留方面，模擬遊 戲會比傳統的課程更有效果。3.提供練習與回饋：遊戲學習的教具通常會提供練習的機 會，學習者可以藉此做些練習並反覆操作，另外即時回饋可以讓學習者評估自己的學習 成效，更能促進學習目標的達成。4.可提供高層次思考：將教學融入遊戲當中，讓學習 者在遊戲中做一些判斷的問題，藉此整合自己的需求進而找到解決問題的方法，遊戲設 計把教學內容如此地重複，可以形成最好的學習形式。

2.2. 心流經驗

根據 Csikszentmihalyi (1975)的定義，心流是形容一個個體展現內在動機的感受，當 個體處於心流經驗裡時，自己的精神會集中，對任何事情幾乎都感覺不到，也不會察覺 到周邊事物的變化，也就是說心流經驗就是一個人完全投入活動當中，並享受其中的過 程，其只對此活動中的目標有反應 (Csikszentmihalyi, 1985)。心流狀態 (flow state)是指 當個體遇到高挑戰性的事物時，以高技能去克服此障礙而進入心流狀態，換句話說，心 流狀態是個體感知技能和挑戰過程的一種狀態呈現 (Csikszentmihalyi, 1975)。而心流經驗 是個體正在專心一個活動時，心理上會伴著時間和空間感的扭曲，讓個體的自我意識降 低，個體只要對活動相當的有熱誠且積極的回應，會使得個體察覺不到與活動無關的知 覺與資訊，個體正在從事的活動變成了目的，即為心流經驗 (Csikszentmihalyi, 1997)。

Csikszentmihalyi (1990)歸納出心流有明確目標、挑戰與技能倆倆平衡、心力全神貫注於 任務、控制感、行動與意識的結合、外在忽略、時間扭曲及自我成就的經驗等九種特質，

人只要有這九個特質，自然就會進入心流。Csikszentmihalyi 在 1997 年認為個體要產生 心流時，會有三個主要的特徵：1.清晰的目標：若個體對於想要做的事情能有清晰目標，

則容易達到進入心流狀態。2.立即回饋：若個體對於想要做的事情能有立即回饋，能讓

自己容易處於心流狀態。3.高難度挑戰與卓越的能力相互配合：通常挑戰與能力必須盡 量平衡，若挑戰高過於能力，則會對遊戲感到焦慮，若挑戰低於能力，則會讓個體覺得 無聊而感到無趣，若自己的能力低，挑戰難度也低，則會發生較淺的心流，因此必須要 以適合難度的挑戰並有足夠的能力，就可以使個體全心投入遊戲進而引發心流。

3. 研究方法

本研究係以臺灣某大學之全校通識必修課程「資訊應用與素養」為實驗課程，該課程為 單一學期 2 學分，將 18 週之課程規劃 10 週實施「程式設計」教學，其中 3 週實施 Arduino 主控板及其周邊模組介紹，每週 2 小時，實驗對象為外國語文學系大學部一年級 41 位學生(控 制組)，以及經濟管理學系大學部一年級 41 位學生(實驗組)，控制組使用講述教學法，而實驗 組則使用本研究開發設計之「Arduino 桌遊破冰卡牌」及「Hello, Arduino！」等兩款不插電 (Unplug)的教育桌遊進行遊戲式學習，兩組學生皆未學習過 Arduino，實驗共進行 3 週，每週 2 小時，皆以認識 Arduino 主控板及其周邊模組為主題，分別對兩組進行完教學後，隨即實施 Arduino 主控板及其周邊模組的紙筆測驗，另對實驗組實施心流問卷測驗，該測驗內容係參考 Pearce (2005)等人編製的心流經驗問卷量表，問卷內容包含「樂趣」、「專注力」及「控制感」

等項共 11 題(Cronbach α = 0.907)，答案採用 Likert scale 五點式量表計分。另將桌遊卡牌說明 如下：

(1) Arduino 桌遊破冰卡牌，如圖 1 所示：

每位學生各持一張卡牌隨機找一位同學 PK，誰先找到兩張卡牌中有相同模組者為獲勝，

輸的一方要為贏的一方簽名。

(2) Arduino 周邊模組題目卡牌(正面)，如圖 2 所示：

卡牌上有模組圖片、編號及 1~3 顆星的難易星等，星星愈多代表該題愈難。

(3) Arduino 周邊模組題目卡牌(背面)，如圖 3 所示：

卡牌上有模組之 3D QR 碼及答案之文字提示。

(4) Arduino 周邊模組答案卡牌，如圖 4 所示。

卡牌上有配對答案。

(5) Arduino 主控板題目卡牌(正面)，如圖 5 所示。

卡牌上有主控板題目及 1~3 顆星的難易星等，星星愈多代表該題愈難。

(6) Arduino 主控板答案卡牌(背面)，如圖 6 所示。

卡牌上有配對答案。

圖 1. 破冰 Arduino 桌遊卡牌

圖 2. Arduino 周邊模組題目卡牌(正面) 圖 3. Arduino 周邊模組題目卡牌(背面)

圖 4. Arduino 周邊模組答案卡牌(正面)

卡牌編號

難易星等 牌編號

模組之 3D QR 碼

答案之提示

配對答案

圖 5. Arduino 主控板題目卡牌(正面) 圖 6. Arduino 主控板答案卡牌(背面)

4. 教學暨研究成果 (1) 教學過程與成果

實驗結果顯示本研究所開發出來的兩款桌遊，皆能提高學生學習 Arduino 主控板及其周邊 模組的學習成效及心流狀態。在認識 Arduino 主控板的學習成效上，使用講述教學法的控制組，

其測驗平均成績為 50.00 分，如表 1 所示，成績低於 60 分以下有 24 人，甚至有 5 人 0 分，如 圖 7 所示；反觀使用教育桌遊的實驗組，其測驗平均成績為 76.74 分，成績低於 60 分以下只 有 6 人，滿分人數高達 15 人，但值得注意的是仍有 5 人 0 分，如圖 8 所示。在認識 Arduino 周邊模組的學習成效上，使用講述教學法的控制組，其測驗平均成績為 71.63 分，如表 1 所示，

成績低於 60 分以下有 6 人，甚至有 5 人 0 分，如圖 9 所示，反觀使用教育桌遊的實驗組，其 測驗平均成績高達 96.16 分，成績低於 60 分以下只有 1 人，滿分人數高達 33 人，但仍有 1 人 0 分，如圖 10 所示。從上述討論可知，學生學習 Arduino 主控板比周邊模組要來的難，這可 能與主控板上的零組件專有名詞較多也較深，學生在學習上認知負荷較大之故。另外實驗組 對本研究之桌遊感到樂趣部分，有 85%的學生表示同意，如圖 11 所示；高達 97%表示可以引 發專注力，如圖 12 所示；83%表示有控制感，如圖 13 所示。由此顯見，本研究之桌遊對於 提高學習者之心流狀態為顯著，尤其在「專注力」上特別明顯。

圖 7. 認識 Arduino 主控板之控制組測驗成績 組距圖

圖 8. 認識 Arduino 主控板之實驗組測驗成績 組距圖

題目 配對答案

圖 9. 認識 Arduino 周邊模組之控制組測驗成 績組距圖

圖 10. 認識 Arduino 周邊模組之實驗組測驗 成績組距圖

表 1. 認識 Arduino 主控板及周邊模組測驗平均成績

控制組 實驗組

Arduino 主控板 50.00 76.74

Arduino 周邊模組 71.63 96.16

圖 11. 實驗組對桌遊感到樂趣

圖 12. 實驗組對桌遊之專注力

圖 13. 實驗組對桌遊之控制感

(2) 教師教學反思

本研究是為改善本校非電資學院學生，對於程式設計感到畏懼和挫折，本 人利用「資訊應用與素養」上課時間，進行以遊戲式學習方式，讓學生學習 S4A 程式設計之先備知識「Arduino 主控板及其周邊模組」之教學實驗，希望能了解 學生的心流狀態及學習成效。從實驗結果可以清楚看出，透過本研究開發設計 之兩款「Arduino 桌遊破冰卡牌」及「Hello, Arduino！」不插電(Unplug)的教育 桌遊進行遊戲式學習，對於提高學生的學習成效與心流狀態，都有明顯的幫助，

未來除了再精進改良桌遊品質外，亦擬將本研究結果提供給「資訊應用與素養」

課程教學研究會參考，讓更多學生受惠。

(3) 學生學習回饋

從實驗結果和學生對本人的教學評量來看，學生對本人所做的桌遊設計輔助學 習感到頗為滿意，例如：控制組對本人的課程教學評量為 4.32 分，如表 1 所示，以 及實驗組對本人的課程教學評量更高達 4.50 分，如表 2 所示，兩組分數僅差距 0.18 分，原因之一在於雖然控制組班級學生在實驗過程中使用講述教學法，但於實驗結 束後，本人又利用其他課餘時間實施與實驗組相同教具的補充教學，以彌補控制組 學生在學習上的不足或挫折，維護學生的受教權益。

表 1. 控制組班級對教師教學評量統計表

表 2. 實驗組班級對教師教學評量統計表

二. 參考文獻

Anderson, J. L., & Barnett, M. (2013). Learning physics with digital game simulations in middle school science. Journal of Science Education and Technology, 22(6), 914-926.

Căţălina O., and George O. (2012). Testing a Simulation Game as a Potential Teaching Method for a Masters Course in Human Resources Management, Procedia - Social and Behavioral Sciences, 33, 845-49.

Connolly, Thomas M., Stansfield, Mark, & Hainey, Thomas. (2011). An alternate reality game for language learning: ARGuing for multilingual motivation. Computers & Education, 57(1),

1389-1415. doi: 10.1016/j.compedu.2011.01.009

Csikszentmihalyi, M. (1975). Beyond Boredom and Anxiety. San Francisco : Jossey-Bass.

Csikszentmihalyi, M. (1985). Emergent Motivation and the Evolution of the Self. In D. A. Kleiber

& M. Maehr (Eds.), Advances in Motivation and Achievement, 4, 93-119. Greenwich, CT: JAI Press.

Csikszentmihalyi M., & Csikszentmihalyi I. (1988). Optimal Experience Psychological studies of Flow in Consciousness. New York: Cambridge.

Csikszentmihalyi, M. (1990). Flow: The psychology of optimal experience. New York: Harper &

Row.

Csikszentmihalyi, M. (1997). Finding flow: The psychology of engagement with everyday life.

New York: Harper Collins.

Hogle J. G. (1996). Considering Games as CognitiveTools: In search of effective "edutainment", Retrieved from http://twinpinefarm.com/pdfs/games.pdf (lass accessed Janurary 5, 2012) Hou, H. T. (2015). Integrating cluster and sequential analysis to explore learners’ flow and

behavioral patterns in a simulation game with situated-learning context for science courses: A video-based process exploration. Computers in Human Behavior, 48, 424-435.

Hsu, C.-Y., Tsai, C.-C., & Liang, J.-C. (2011). Facilitating preschoolers’scientifi c knowledge construction via computer games regarding light and shadow: The effect of the prediction-observation-explanation (POE) strategy. Journal of Science Education and Technology, 20(5), 482-493.

Massimini, F., & Carli, M. (1988). The systematic assessment of flow in daily experience. In M.

Csikszentmihalyi & I. Csikszentmihalyi (Eds.), Optimal experience: Psychologicalstudies of flow in consciousness (pp.266-287). New York: Cambridge University Press.

Mautone, P. D., & Mayer, R. E. (2001). Signaling as a cognitive guide in multimedia learning.

Journal of Educational Psychology, 93, 377-389.

Mayer, I., Zhou, Q., Lo, J., Abspoel, L., Keijser, X., Olsen, E., Nixon, E., & Kannen, A. (2013).

Integrated, ecosystem-based Marine Spatial Planning: Design and results of a game-based, quasi-experiment. Ocean & Coastal Management, 82, 7-26.

Prensky, M. (2001). Digital game-based learning. New York: McGraw-Hill.

Webster(1999).American Dictionary. New York, Smithmark Publishers.

三. 附件

本實驗之心流問卷如下。