學位論文
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Item 社經地位、ICT使用與運算思維和學業成就間關係之探討(2023) 喬祺; Chiao, Chi數位落差的研究隨著時間和技術的發展而不斷演變。本論文聚焦在近來引起研究人員關注的兩種數位落差：資訊與通訊科技（ICT）使用落差和運算思維落差。為了研究社經地位、ICT使用與運算思維和學業成就間關係。本論文的第一個研究探討了學生的ICT使用對其家庭社會經濟地位和學業成績的中介效果。研究一使用PISA 2012數據來探討四種ICT使用的中介效果差異：包含學習、資訊檢索、社交互動、和休閒，並分析了性別對研究一中介模型的干擾效果。本論文的第二項研究探討了運算思維對學生社會經濟地位和學業成績的中介效果。研究二以問卷收集1128名台灣國中生的數據進行研究。研究二探討了五種運算思維技能的中介效果差異：包含抽象、分解、演算法思維、評估、和概括。本論文的兩項研究發現，用於資訊檢索和社交互動的ICT使用頻率以及計算思維技能可能會擴大學生因家庭社會經濟地位造成的成績差距。性別也可能調節學生的社會經濟地位、信息通信技術的使用及其學業成績之間的直接效果。本論文的發現可以幫助研究人員和教育工作者了解ICT使用和運算思維可能造成的數位落差影響，並採取適當的行動來縮短這些數位落差。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 機器人作為國小運算思維教學工具之系統性文獻回顧(2023) 蕭君穎; Hsiao, Chun-Ying近年來各國開始積極推動電腦科學教育與運算思維能力，且隨著日常社會中科技的發展與普及，科技融入教學是近年來重要的教學模式之一，而當中的教育機器人做為一個跨多學科的教育整合工具更是近年來的研究趨勢。本研究旨在探討機器人作為國小階段教學工具融入課程中對於國小學生學習運算思維之影響，以系統性文獻回顧之方式，蒐集Scopus資料庫中2017至2022年近五年間的相關文章，共計16篇文獻並加以分析歸納，回答以下研究問題： (1) 在國小電腦科學學習中使用何種機器人進行教學？ (2) 在國小教育中如何將機器人作為教學工具融入電腦科學教學中？ (3) 國小學生對於機器人融入電腦科學課程中學習到那些運算思維能力？其學習成效為何？ 研究結果發現，國小階段學習運算思維之機器人，多使用不需組裝的機器人，並以視覺化程式設計環境與之搭配，而在機器人活動的教學策略上使用合作學習並搭配問題導向式學習。而國小學生在經歷機器人教學活動後，在學習運算思維方面呈現增長，顯示在國小階段以機器人作為教學工具進行運算思維之學習是有成效的。最後本研究根據研究結果提出相關建議，期望此文獻回顧給予研究人員以及教育工作者相應的支持與一個參考方向。Item 不同擬題系統對學習程式基本結構的影響(2022) 李盈潔; Li, Ying-Jie近年來，資訊科技的興起使得電腦科學逐漸受到重視。我國也依據資訊科技發展的趨勢，於十二年國教課綱中，將「科技領域」從「自然與生活科技領域」中劃分出來。資訊科技學習重點主要在於培養學習者運算思維與解決問題的能力。擬題教學策略能夠提升學習者的思考能力，並培養學習者發現和解決問題的能力，與資訊科技學習的重點能力契合。然而對於初次接觸擬題學習策略的學習者而言，面對尚未熟悉的學習內容以及新的學習模式，會導致學習者的認知負荷增加。而引導式擬題策略透過選擇的方式，能夠使得學習者在不增加外在認知負荷的情況下學習擬題技巧。 本研究的研究目的為比較與觀察文字擬題教學、引導式擬題教學、與引導式擬題策略為鷹架褪除至文字擬題的褪除擬題教學，何者較能提升擬題學習對於程式三大基本結構之流程圖的學習成就之成效。以準實驗法將新北市某國中七年級學習者分成文字擬題組、選擇擬題組、褪除擬題組，各組使用不同的擬題系統學習，並進行三周的實驗介入。所得知的結論如下： 一、以選擇擬題作為文字擬題的前導活動，有助於學習者於文字擬題活動時的表現與學習內容的理解。 二、於選擇擬題活動後加以文字擬題活動，可幫助學習者有練習的效果。 三、褪除擬題學習可以幫助學習者對於學習內容的把握度更有自信。Item 高中生運算思維評量工具之發展(2022) 胡秋帆; Hu, Chiu-Fan現有運算思維的評量工具，有些為自我評量方式，偏向瞭解學生對運算思維的理解與態度；有些為測驗方式，著重評量學生程式設計或資訊科學技能，但卻未能真正評量學生的運算思維通用能力。而且大多數現有評量工具，缺乏嚴謹試題發展過程及信、效度檢驗。本研究目的為發展評量高中生運算思維能力的工具，並探討與高中生運算思維能力有關的因素。本研究發展的運算思維測驗包含問題分解、資料表示、演算法、與模式一般化等四個構念。測驗試題由八位中學資訊教師出題及討論修改，再由四位大學資訊科學教育專家審題編修，另由一位教育測驗專家協助測驗實施與分析，以確保測驗信、效度。測驗試題共有12題，題型包括單選題及填充題，學生不需具備程式設計能力或資訊科學知識即可答題。本研究以北北基地區為施測範圍，採分層抽樣，分層標準為會考成績、年級及班群，總計有249位高中學生參與測驗。研究結果顯示，本測驗試題難度接近適中，並具鑑別度，Cronbach's alpha係數與折半信度顯示試題具內部一致性，個別試題也皆與總分呈正相關，所有題目具有同質性與穩定度。本測驗試題係由專家發展與編修，具專家效度；測驗總分與國際運算思維挑戰賽分數呈正相關，具有效標關聯效度。然而，在CFA模型檢驗結果顯示，四個構念相對適配度指標多未達良好適配度，構念效度仍待進一步檢驗。本研究分析結果也發現運算思維能力與性別、班群、程式設計學習傾向、選修程式設計相關課程經驗以及相關領域學科成就有關。 本測驗發展嚴謹，具信、效度，測驗成績可呈現學生運算思維整體能力，並作為學生修習及升學資訊科學相關領域的參考。建議未來研究可精進試題之構念解釋力，精簡試題內容敘述，增加研究參與者數量，以及測驗施測安排等做適當調整。Item 視覺化模擬輔助人工智慧教學之設計與評估(2021) 王聿; Wang, Yu隨著人工智慧於生活中的應用日益增加，人工智慧教育在K-12逐漸受到國際重視，然而過去人工智慧教學多實施於高等教育，目前較缺乏針對高中生設計的人工智慧教材。人工智慧包括許多抽象概念，以往針對K-12的人工智慧教育多著重在使用現有工具動手操作，而不介紹人工智慧理論，學習者難以瞭解其背後原理。模擬可以將抽象概念具體化。為了幫助學習者理解人工智慧抽象概念，本研究建置人工智慧主題的視覺化模擬輔助學習平臺，並提出模擬輔助教學步驟：操作觀察、概念探索、概念整合。研究探討所提出之視覺化模擬輔助人工智慧教學對高中生人工智慧素養（包含人工智慧概念與人工智慧演算法實作）、學習態度以及運算思維之影響。為瞭解視覺化模擬輔助人工智慧教學的有效性，本研究透過實證研究比較視覺化模擬輔助教學與傳統教學之差異。研究結果發現：一、視覺化模擬輔助人工智慧教學對人工智慧素養之影響實驗組在經過視覺化模擬輔助人工智慧教學後，其人工智慧概念與人工智慧演算法實作皆較控制組佳。顯示出視覺化模擬輔助人工智慧教學比傳統講述式教學更能夠幫助學習者學習人工智慧概念以及人工智慧演算法實作，透過視覺化模擬輔助人工智慧教學可以增進學習者之人工智慧素養。而在訪談中，實驗組學習者表示在視覺化模擬輔助平臺上修改演算法的參數以及實作練習題填答完後給予的即時回饋，皆有助於其對演算法之理解。此外，分析視覺化模擬輔助平臺的使用情形顯示，本研究發展之視覺化模擬輔助教學中，以「概念整合」的引導最能幫助學習者理解人工智慧概念。二、視覺化模擬輔助人工智慧教學對學習態度之影響經過本研究之視覺化模擬輔助人工智慧教學後，在「對人工智慧課程的感受」之學習態度面向，統計結果為實驗組顯著較控制組佳。顯示視覺化模擬輔助人工智慧教學比傳統講述式教學更能夠增加學習者學習人工智慧正向的態度，訪談中實驗組多數學習者提到「程式設計」之運用，可見他們將人工智慧概念與實作產生更多連結，更深入瞭解程式設計的意義與重要性。而在「視覺化模擬輔助人工智慧教學的有效性」面向，根據對實驗組學習者進行的半結構式訪談結果顯示，學習者普遍認為本研究發展之學習步驟具有引導學習之效，因此本研究發展之學習步驟有助於幫助學習。三、視覺化模擬輔助人工智慧教學對運算思維之影響實驗組經過視覺化模擬輔助人工智慧教學以及控制組經過傳統講述式教學後，兩組運算思維無顯著差異。代表視覺化模擬輔助人工智慧教學不會影響學習者的運算思維。此結果可能的原因為本研究之實驗時間有限，而運算思維需經過長時間的培養才能有所提升。Item 基於科學運算之運算思維導向程式設計教學(2021) 謝欣玲; Hsieh, Hsin-Ling各領域對運算思維與程式設計能力之需求日益增加，然而非資訊背景的學習者往往缺乏相關能力以因應資訊時代的需要。科學領域對運算之需求更甚，許多研究與教學者開始將運算加入科學課程中，以期使學生在科學研究與職場能利用運算的能力有效解決科學問題。因此本研究針對主修科學的學習者提出運算思維導向的程式設計教學方法，透過科學運算，讓學習者經歷以建模為主的運算思維。為檢驗研究所提之教學方法的有效性，研究將針對此種教學對學習者程式理解能力、程式實作能力以及運算思維進行探討。研究結果發現：本研究之學習者透過基於科學運算之運算思維導向程式設計教學後，建模品質較好的學習者在程式設計學習表現上較佳，建模品質較好的學習者在科學程式設計專題上的表現也較好，也發現他們對程式設計建模程序中觀察與除錯的步驟感到認同。研究中所設計之教材、開發之建模輔助平台以及研究相關發現，可對未來運算思維教學的研究與教學者提出相關建議。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。