學位論文
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Item 前導組織與遊戲設計策略對國小生Scratch遊戲程式設計學習成效、動機及態度之影響(2023) 陳昀辰; Chen, Yun-Chen本研究旨在探討前導組織及遊戲設計策略對國小生在Scratch遊戲程式設計擴增實境學習活動的學習成效、動機及態度之影響。研究對象為國小六年級學習者，研究樣本為臺北市某國小163位六年級學生，有效樣本134人。本研究採因子設計之準實驗研究法，自變項為「前導組織」及「遊戲設計策略」，「前導組織」依據多媒體互動之差異分為「遊戲前導」及「動畫前導」；「遊戲設計策略」依據教學內容之差異分為「由上而下」及「由下而上」。依變項為程式設計學習成效(知識理解、知識應用)、學習動機(價值成分、期望成分、科技接受度)及學習態度(學習自信心、學習喜好、學習焦慮、學習過程、學習方法、有用性)。研究結果發現：就學習成效而言，(1)在「前導組織」方面，接受「遊戲前導」時，「由上而下組」學習者在知識理解及知識應用表現高於「由下而上組」學習者；(2)在「遊戲設計策略」方面，使用「由上而下策略」時，「遊戲前導組」學習者在知識理解及知識應用表現高於「動畫前導組」學習者。其次，就學習動機而言，學習者對於Scratch遊戲程式設計皆持正向動機，(3)但就「前導組織」而言，接受「遊戲前導」時，「由上而下組」學習者在學習動機表現高於「由下而上組」學習者；(4)而就「遊戲設計策略」來看，使用「由上而下策略」時，「遊戲前導組」學習者在學習動機表現高於「動畫前導組」學習者。最後，就學習態度而言，學習者對於Scratch遊戲程式設計皆持正向態度，(5)從「前導組織」來看，接受「遊戲前導」時，「由上而下組」學習者在學習態度表現高於「由下而上組」學習者；(6)從「遊戲設計策略」來看，使用「由上而下策略」時，「遊戲前導組」學習者在學習態度表現高於「動畫前導組」學習者。Item 基於認知神經科學之運算思維導向程式設計視覺化輔助學習平台設計(2022) 賴思妤; Lai, Si-Yu近來程式設計教育備受重視，且著重運算思維的培養，但學習程式設計對於初學者來說並非易事。過去研究發現若工作記憶能力(包含：視覺空間畫版、語音迴路、中央執行功能)不足，學習者無法透過工作記憶的心像記憶與處理、語音複誦、資源統籌管理等進行演算法規劃與樣式辨識等運算思維，進一步影響程式設計的表現。為了彌補工作記憶能力的不足，本研究擬設計與發展一個視覺化程式設計輔助學習平台，輔助學生工作記憶的運作，藉以進行程式設計所需的演算法思維與樣式辨識之運算思維，進而提升程式設計表現。本研究所設計的視覺化輔助學習平台有三種主要功能：(1) 流程視覺化-透過視覺化的流程與架構標示，幫助學生產生程式流程的視覺心像，並統整程式執行的各項資料，以掌握演算法邏輯與流程樣式。(2) 模擬執行-透過程式模擬執行讓學生可透過修改輸入並觀察輸出的變化統整程式執行資訊，以了解程式的流程，並歸納演算規則。 (3) 程式解釋-透過程式解釋幫助學生進行程式碼內容的隱內複誦，以進一步了解程式的演算法流程。本研究透過準實驗研究法驗證所發展的視覺化輔助學習平台的效益，實驗對象為新北市某高中修習資訊科技概論課程的二年級文組生，實驗組31人使用視覺化輔助平台學習，控制組32人則授以傳統式講述式教學。研究資料蒐集自程式設計學習成就測驗、學習態度問卷、工作記憶測驗、運算思維能力測驗、訪談等資料，並進行分析。研究結果發現：在學習程式設計時，學習者對於程式理解時需記憶其中的變數變化、整合程式資訊，以及想像程式流程之視覺心像（視覺空間畫版）皆感到困難。在進行程式設計教學之後，採用運算思維導向程式設計視覺化輔助學習平台設計的實驗組學生在程式設計的能力上表現優於採用傳統講述式教學的控制組學生，亦即，藉由視覺化平台的輔助，可以提升程式設計能力。此外，從平台各功能使用率與程式設計進步幅度相關性、平台有效性比例以及訪談結果來看，「流程視覺化」與「模擬執行」能顯著輔助學生的視覺空間畫版以及中央執行功能，進而提升其程式設計能力。而從學生訪談結果可發現，透過「流程視覺化」中「變數記憶區」視覺化圖解能輔助學生視覺空間畫版的缺陷，引導學生想像程式執行的邏輯;透過「變數記憶區」變數的改變，能輔助學生中央執行功能統整程式資訊的概念。「模擬執行」功能則能夠藉由觀察「變數記憶區」中程式輸入與輸出的對應來統整程式邏輯的規律，進而輔助學生中央執行功能資料整合的能力;視覺化圖解以及程式變數的改變，則能幫助學生抽象化出程式概念。除了程式設計能力的提升，實驗結果也顯示：採用視覺化輔助程式設計學習比傳統式講述式教學更能增加學生學習程式設計的自我效能。Item 程式設計補習班國中小學生之學習動機研究(2023) 束凱文; Shu, Kai-Wen面對資訊科技教育的全球潮流，台灣也將其列為必修，但實施上遇到問題。家長因此轉向補習教育，程式設計補習班的需求增加。儘管動機自主性對學習程式有顯著影響，但補習程式設計動機的相關研究卻有限。因此本研究期望探究學生程式設計補習的動機及持續意願之相關性，並了解不同背景參與者在這些構面間的差異。本研究的理論基礎為 「自我決定論 ( Self-Determination Theory, SDT ) 」 ( Deci& Ryan, 1985 )，綜合相關研究後建構出研究架構。本研究參與者為台灣某兒童程式設計教育機構之三年級以上學生，藉由問卷收集參與者的家庭背景、補習動機及持續意願等資料，研究過程皆確認了調查的匿名和自願性。經過施測，最後保留了 205 個有效樣本進行研究，均為國小三年級至國中的學生，分佈在各縣市。 研究結果發現： (1) 研究參與者展現出較高的自主動機、較低的受控動機及無動機 (2) 年級與內在調節構面呈負相關，但與其他動機構面無關 (3) 不同家長學歷、經濟狀況、居住地區在各動機構面上並無差異 (4) 越自主的動機與持續補習意願越呈正相關，而無動機則與持續意願呈負相關 (5) 在動機連續體中，越接近的動機之間越呈正相關，越遠的動機之間越容易呈負相關 (6) 相對於學校，研究參與者較認同補習班的程式設計課程與師資。 建議未來可探討學生在學科上的年級與動機的相關性、性別與城鄉之間的差異、學生對學校與補習班的程式課程態度存在差異的原因。Item 基於機器學習之初學者程式設計迷思概念自動診斷與關聯性分析(2021) 廖容; Liao, Jung程式設計迷思概念經常造成學習者在學習過程中產生學習困難，並會在未來學習更高階的程式知識時學習表現不佳，進而導致撰寫的程式品質不佳，許多相關研究皆是透過人工分析的方式探究程式設計迷思概念。然而，這些研究方法大多樣本數少、針對單一程式語言，因此被指出不夠客觀、適用性不高。倘若能即時掌握學生迷思概念的狀況，即可趁早給予相對應的解決方案。因此，為了提供能廣泛應用、精準預測學生程式迷思之機制，本研究蒐集共一千多筆程式測驗資料，不侷限於單一程式語言，研究利用機器學習的技術，聚焦於流程控制（if-else, for-loop, while-loop），建構程式設計迷思的自動診斷機制，藉此可給予學生相關的教學輔助。本研究主要有兩大貢獻：1. 建構迷思概念自動診斷機制：應用多層感知器（Multilayer Perceptron, 縮寫MLP），擷取學習者所撰寫之程式碼的特徵為類神經網路的輸入，訓練模型使其輸出能夠預測迷思概念種類。研究透過727筆訓練資料多層感知模型，測試486筆資料之迷思概念診斷正確率為97.9%。2. 探究迷思概念間的關聯性：利用關聯規則學習法分析各個迷思概念之間的關聯性，發掘哪些迷思概念經常同時出現，藉以了解迷思概念產生之原因與各迷思概念彼此間的影響。研究結果發現：迷思概念「認為所有的if條件分支都是同時執行」與多個迷思概念之間具有關聯性，推測當學生對於電腦指令運行上持有迷思概念時，會影響日後程式設計的學習。本研究提出的研究結果，包含設計與實作迷思概念的自動診斷機制，以及探究各個迷思概念之間的關聯性，皆能夠為日後的程式教學上提供有益的參考。教師們能夠藉此即時了解學生程式設計迷思概念，並給予適切回饋。此外，根據研究所發現之迷思概念間的關聯性，可更清楚掌握導致迷思概念的原因與各迷思概念間之交互影響，藉以設計有效的程式設計教材，以防止或矯正學生迷思概念。Item 工作記憶對國小學生學習巢狀迴圈之影響(2021) 許君平; Hsu, Chun-Ping工作記憶是大腦在進行複雜工作時，用來暫存訊息的地方，對學習有重大影響。巢狀迴圈因涉及內、外迴圈結構，在程式執行時，內、外迴圈中的變數及程式執行狀態常需暫存處理；因此，工作記憶顯然會影響學生學習巢狀迴圈概念。本研究主要是探討工作記憶與巢狀迴圈學習成就的關聯。 參與本研究的實驗受試者為64名國小六年級學生。實驗共實施四節課，前兩節為巢狀迴圈教學，第三節進行迴圈成就測驗，第四節實施工作記憶模型中視覺空間模板的旋轉廣度測驗。實驗結果得到以下結論：(1)單迴圈學習成就與視覺空間模板無顯著相關，(2)簡單巢狀迴圈學習成就與視覺空間模板無顯著相關，(3)複雜巢狀迴圈學習成就與視覺空間模板有顯著正相關。根據研究結果，建議巢狀迴圈教學可根據學生工作記憶能力進行差異化教學；教學設計時，應由淺入深逐步增加迴圈複雜度，並提供學生理解線索，以減輕學生工作記憶負荷。Item 自駕車模擬之教學套件設計與開發(2021) 葛顯亭; Ko, Hsien-Ting本技術報告開發一套自駕車教學套件，幫助學生透過設計自駕車程式，以了解自駕車如何偵測環境資訊及規劃路線，因而習得演算法的概念。本技術報告的創新在於，研究者發展的自駕車教學套件，可以讓學生在熟悉的Scratch程式語言平台中，及使用不需高效能的電腦即可進行學習，降低教學成本利於推廣。研發之教學套件有二，包括自駕車套件與地圖套件。自駕車套件可讓學生修改自駕車的偵測範圍、判斷邏輯、行駛參數等的程式碼來完成任務，以訓練學生演算法能力；地圖套件允許教師自行設計與擴充，提升教學設計的彈性。 開發的自駕車教學套件於台北市某國中試用，共有兩班九年級的75位學生參與，教學實施時間為8節課，並收集課堂觀察紀錄、學生專題作業、紙筆測驗、意見回饋等進行分析。使用結果發現，本教學套件有助於學生瞭解自駕車操控原理，且提升學生學習程式設計動機。建議未來自駕車套件應依功能模組區塊化，地圖套件應新增更多種類。此外，教學實施應有妥適規劃，例如：給予學生充分練習與操作時間，設計適當評量測驗、提供足夠範例等。Item 應用運算思維導向程式設計教學模式於國小學生學習迴圈概念(2020) 黃瑞萱; Huang, Ruei-Shiuan本研究以運算思維導向程式設計教學模式教授國小學生迴圈概念，並探討此模式對學生學習成就、運算思維和學習態度之影響。該模式是在學生進行程式設計解決問題之前，先透過逐步運算的過程中觀察解題規律，以理解迴圈的運作過程，然後再使用迴圈結構解決問題，並進而培養學生運算思維。本研究採準實驗研究設計，共102位國小四年級學生參與實驗。實驗組（53位）採用運算思維導向程式設計教學模式，對照組（49位）則使用傳統教學模式。研究工具包括：學習單、成就測驗、運算思維測驗、態度問卷、及Dash機器人。 研究結果顯示，兩組學生在成就測驗、運算思維能力及態度皆無顯著差異。根據課堂觀察沒有達到顯著差異的原因可能為：（1）兩種教學模式從不同面向幫助學生學習迴圈，（2）傳統模式在講解迴圈觀念也強調運算思維，（3）教學設計的安排，讓實驗組擁有較少的練習時間，（4）教材中的巢狀迴圈圖形對於國小學生過於複雜。建議未來研究應考慮學生的先備知識及認知能力，並給予學生更多的鷹架引導，以及更多的時間思考及練習；並可以將運算思維導向程式設計教學模式運用在其他主題，釐清是否因概念之差異而有不同之效果。Item 應用桌遊於國小學生學習程式設計(2020) 黃怡嘉; Huang, Yi-Chia本研究探討應用桌遊於國小學生學習程式設計對學生學習成就及態度之影響。研究採準實驗設計法，研究參與者為臺北市某國小四年級兩班共58名學生，其中一班29名學生為實驗組，採用海霸桌遊進行程式設計學習；另一班29名學生為控制組，採用視覺化程式設計教學，以code.org網站的活動學習程式設計。教學實驗共實施八週，蒐集分析之資料包含成就測驗、態度問卷調查、教師課堂觀察、學習單。 研究結果顯示，桌遊程式設計教學有助於學生學習基本程式結構概念（如，迴圈）但在複合程式設計概念（如，除錯+迴圈）的學習則兩組無顯著差異，推測其原因為桌遊教學不適用於複雜的混合教學主題。另外，在學習態度上兩組學生也無顯著差異。建議未來應用桌遊於程式設計教學應：(1)規劃額外時間讓學生熟悉桌遊活動(2)加入學生分享討論的時間(3)提供小組長訓練及參考答案。Item 遊戲導向教材對高中生程式設計學習之影響(2012) 廖祐梓; Yu-Tzu, Liao本研究使用Greenfoot程式設計發展工具，設計兩種不同策略之遊戲導向程式設計學習教材，讓學生在發展遊戲中學習基本的程式設計語法與概念，檢證高中二年級學生在程式設計學習成效、學習態度、及使用Greenfoot開發環境的自我效能。本研究採準實驗設計，使用由下而上式學習策略教材組為39位學生，使用由上而下式學習策略教材組為44位學生。以後測分數檢證兩組學生的學習成就差異；以問卷的數據結果歸納學生對程式設計學習態度、教材態度與個人學習態度；以Greenfoot開發環境自我效能量表檢證兩組學生的軟體自我效能差異。 研究結果發現，使用由上而下式學習策略教材的學生在程式設計學習成就上明顯高於使用由下而上式學習策略教材的學生。使用由上而下式學習策略教材的學生在教材態度上明顯高於使用由下而上式學習策略教材的學生。兩組學生在程式設計學習態度、教材態度與個人學習態度都持正向看法。Item LEGO NXT機器人3D模擬軟體於程式設計教學之行動研究(2013) 彭孟凱本研究使用LEGO NXT機器人3D模擬軟體進行程式設計教學，希望能改善學生學習情形，了解機器人模擬軟體的教學實施問題，並促進研究者本身教學專業的成長。本研究以行動研究法進行，研究對象為某高中一年級正修習資訊科技概論的2個班級共84名學生，研究者使用機器人模擬軟體，設計數個問題情境與模擬環境，讓學生透過程式設計進行電腦解題實作，實驗時間共5週10個小時。資料蒐集與分析包括：實作心得紀錄、課程問卷、成就測驗、學生訪談與教學日誌。 研究結果發現：LEGO NXT機器人3D模擬軟體是可行的程式設計學習工具，並且可以提升學生程式設計學習興趣；在應用LEGO NXT機器人3D模擬軟體進行程式設計教學時，須兼顧基礎概念與解題能力的學習訓練，給予學生充分的實作時間進行練習與探索，並且透過實作心得紀錄，幫助老師了解學生學習歷程。此外，在課程實施之前，必須先考量執行模擬軟體所需的電腦軟硬體與時間，可依教學需求增加多元的教學範例，或是依課程需要調整教學內容順序，以提升學生的學習情形。
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