學習資訊專業學院—資訊教育研究所

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資訊教育研究所之碩士班成立於民國80年，博士班成立於民國86年，目前研究生共約160名。本所原屬資訊教育學系，於95學年度起因應系所組織調整，成為獨立研究所，歸屬教育學院。

本所以『資訊科技教育』和『數位學習』兩個專業領域之研究發展與人才培育為宗旨，課程設計分別針對此兩個專業領域規劃必、選修專業科目，提供學生紮實而嚴謹的學術專業知能及個別化之研究訓練。本所教育目標包括：

1、培育資訊科技教育人才；
2、培育數位學習產業人才；
3、培育資訊科技教育與數位學習研究人才。

本所目前六名專任教師，四位教授，二位副教授，在資訊教育領域均具有豐富之教學與研究經驗且均積極從事研究，每年獲科技部補助研究計畫之平均數量與金額在本校名列前茅。另外，本所教師積極參與國內重大資訊教育政策及課程綱要之制定，積極推動國內資訊教育之發展。
 

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Subject: search.filters.subject.程式理解

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    基於認知神經科學之程式理解輔助平台設計與發展
    (2022) 郭芳雨; Kuo, Fang-Yu
    在資訊科技時代，程式設計是一項不可或缺的能力，而程式理解是程式設計中必備的程序。然而，程式理解表現可能受到程式理解策略（包含：自上而下（Top-down ）的影響，而理解的策略則受工作記憶（包含：視覺空間畫板、語音迴路及中央執行功能）能力的影響。為了彌補工作記憶能力不足的學習者無法使用有效的策略理解程式的缺點，本研究設計一程式理解輔助平台，藉由平台中的模擬提示、流程提示、架構提示及程式解釋四項輔助功能，協助學習者在工作記憶中視覺空間畫板、語音迴路及中央執行功能三個子系統的運作，以使其能運用有效的程式理解策略，進而提升學習者的程式理解表現。為了探究所設計之程式理解輔助平台的效益，本研究透過實證研究，以38位大學以上並有一年以上Python程式設計學習經驗的學生為受試者進行實驗，實驗過程中使用眼動儀來收取受試者的眼動資訊以分析其程式理解策略，並比較不同工作記憶能力與程式理解表現的受試者在有、無程式理解輔助平台的輔助情況下，其程式理解策略與表現的差異。實驗結果發現：無論是高、低工作記憶能力的受試者，在有輔助平台的幫助下程式理解表現皆高於無輔助平台輔助的受試者。此外，無論是高、低工作記憶能力的受試者，在有輔助平台的幫助下都傾向於使用自上而下的程式理解策略。亦即，透過本研究所發展的程式理解輔助平台，可幫助受試者工作記憶的運作，進而使用較有效的自上而下程式理解策略，因此能有較佳的程式解表現。
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    程式理解之認知神經科學研究
    (2020) 邱彤; Chiu, Tung
    本研究旨在探討程式理解能力、程式理解策略(由上而下以及由下而上)以及工作記憶(中央執行功能、語音迴路和視覺空間畫板)之間的關聯。實驗受試者為20名本科系學生，擁有至少一年的基礎程式設計經驗。本實驗使用兩種複雜的廣度任務(運作廣度和旋轉廣度)以及河內塔分別來對學生工作記憶能力的語音迴路、視覺空間畫板以及中央執行功能進行評估。本實驗要求受試者理解三題程式碼，它們具有不同類型的程式結構(條件判斷，迴圈結構和函式結構)，並且由眼動儀記錄眼球移動過程來推斷受試者的程式理解策略。透過程式理解測驗評估受試者程式理解能力，並且對受試者進行口頭訪談，以確認他們的理解策略。我們從實驗結果中得出三項重要發現：(一) 不同工作記憶能力的學生傾向使用不同的程式理解策略，語音迴路功能影響學生記憶重複的程式細節，而必須不斷地觀看，視覺空間畫板功能則可幫助學生以視覺心像掌握程式架構，以便直接進入主要的運算指令，而不必重複觀看程式細節；中央執行功能則可幫助學生掌握複雜程式的理解計畫；(二) 不同程式理解表現的學生傾向使用不同的程式理解策略，高程式理解表現者同時使用由上而下以及由下而上策略於程式理解上，而低程式理解表現者則因無法掌握程式架構，大多採用以逐行方式理解程式，採由下而上策略；(三) 工作記憶是會影響程式理解表現，在理解迴圈等需要反覆運算的結構時語音迴路能力的不同會影響學生在對於數字記憶表現；視覺空間畫板的不同則影響學生在進行程式理解期間使用心理黑板來記憶在多項數字的變化以及轉換，以及處理程式結構的模式辨識上的表現。結果揭示了高程式理解表現者可能的認知過程：通過視覺空間記憶能力，將程式模式與長期記憶中儲存的模式進行匹配，然後識別以由上而下的方式進行整體結構的理解方式。再從程序片段中收集詳細資訊，以建立進一步的了解。相反的，由於低能力者無法從長期儲存中檢索相似的模式，因此它們傾向於逐行解讀程式而沒有清晰的結構。
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    基於腦波活動之程式理解認知探究
    (2014) 廖宜志
    對於電腦科學領域而言，程式設計是一門極為重要的基礎技能，其涉及一些專業知識、抽象概念與問題解決策略等，是一個相當複雜的認知歷程，學生在學習的過程通常遭遇許多困難。過往的研究大都透過訪談、放聲思考（think aloud）與問卷來瞭解學生理解程式時的認知歷程，但這些方法較無法客觀量測精確的結果，本研究則嘗試透過腦波儀記錄參與者進行程式理解時腦電波各頻帶的強度，比較高、低成就兩者腦電波的差異，以更直接的生理證據探究、分析其認知。 本實驗的參與者為33位資工系所的學生，透過閱讀二題程式題目來記錄其間腦電波情況，為能清楚知曉參與者觀看何處，以便瞭解所觀看之程式碼與腦電波之關聯，本研究同時輔以眼動儀抓取參與者瞳孔位置，最後再透過問卷及訪談幫助釐清參與者的理解狀況。實驗結果發現，高成就者在較複雜的函式與程式結構上，例如遞迴函式、巢狀for迴圈等，顯著展現出較高的theta波、lower alpha、upper alpha、與beta波。theta波（頻率介於4-7Hz）和工作記憶有關，較高的theta波代表高成就者程式理解過程中較能成功將變數、陣列值等新資訊編碼進工作記憶；lower alpha（頻率介於8-9Hz）和注意力歷程有關，較高的lower alpha代表高成就者在程式理解過程中擁有較好的記憶與注意力表現；較高的upper alpha（頻率介於10-12Hz）則代表高成就者在程式理解過程中能較快從長期記憶中提取程式相關知識，進而理解出程式目的；另外高成就者在遞迴呼叫、遞迴結束條件等這些在整體程式運作中扮演重要角色的程式碼上有較強的beta波（頻率介於13-30Hz），beta波與由上而下注意力機制有關，表示高成就者能將注意力投注在Beacon（為程式碼中關鍵的程式敘述，代表著程式中特定的結構或操作）上，且以較有效率、有策略的方式理解程式。本研究亦發現對於一些較為困難的程式結構，例如for迴圈和if搭配運用、巢狀for迴圈、結構較大的遞迴程式等，低成就者會因有限的記憶力與注意力資源而影響認知表現，在程式設計教學時應提供變數提示或其他視覺化輔助工具以幫助學習者追蹤並理解程式。