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程式設計、開發板、創客、機器人不等於運算思維

自從3~4年前程式設計跟演算法被列入科技領綱之後,坊間突然大量出現了各種「兒童程式設計班」、「適合學童的程式課」、「Scratch育樂營」‥等名目的電腦課程。更利害的還有「兒童學Arduino」、「機器人營隊」、「小朋友學創客」‥,不僅名目繁多,收費也不低,如果加上高檔的材料費,動輒幾千元甚至超過萬元都有可能。台灣的家長果然是花錢不手軟,不想讓小孩輸在起跑點上,又聽說新課綱的電腦課強調運算思維,於是有需求就立馬有了供給(商機無限)‥

而且你若仔細看這些業者的文案內容,會發現他們其實很認真(比很多現場教師還認真),都會把他們的課程跟課綱、乃至運算思維搭上關係。所以給家長的感覺就是:上了這些課程可以培養孩子的運算思維。

好啦,這邊要講實話了(事實通常很殘酷哦),各位家長、各位老師請看好:程式設計、機器人(樂高、mBot、xxbo‥)、創客Maker、各種開發板(Arduino、Microbit、webduino、樹莓派、xxboard‥)、各種四軸飛行器、各種能用程式控制的硬體不等於運算思維

為什麼?看下表就清楚了:
程式設計、機器人、創客Maker、各種開發板、各種四軸飛行器、各種能用程式控制的硬體 運算思維
在課綱裡的分類 學習內容(學習素材) 學習表現
內涵 用程式語言解題或開發遊戲、用程式操控機器人、用程式操控開發板上的各式感測器 問題解析、抽象化、樣式辨識/一般化、資料表示、演算法思維
 類似例子 童軍教學、露營 團隊合作
童軍教學是學習內容,去露營是學習素材,希望學生能夠學會團隊合作是學習表現。但不代表上過童軍課的、露營很多的都會團隊合作。

學習內容與學習表現的關係就是如此,學習內容是教科書或課堂上的上課內容,學習表現是學生在核心素養上有什麼具體的表現。這兩者之間的聯結必需靠課程的設計以及老師的教學引導。在資訊科技裡就是「運算思維導向的課程設計」~~

所以若是課程設計的到位,寫程式、玩開發板、搞機器人、做創客‥都可以學到運算思維。那如果不願改變教學方式仍然照舊有的方式去教呢?那恐怕只是花了大錢、精神、時間去做做秀,學生只是抄程式、抄老師的組裝步驟完成了一些看來很炫的作品,但內行人一看就知道並沒有培養出學生的運算思維~~

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依據科技領綱,「學習內容」係指: 科技領域之重要事實、概念、原理原則、技能、態度及後設認知等知識,是未來課程設計、教材發展及教科書編撰之依據 。 (也就是教科書裡的具體內容,可以當成教師上課時的 材料 ) 國中階段資訊科技的學習內容分為六大學習主題 一、演算法:包含演算法的概念、原理、表示方法、設計應用及效能分析。 二、程式設計:包含程式設計的概念、實作及應用。 三、系統平台:包含各式資訊系統平台(例如:個人電腦、行動裝置、網際網路、雲端運算平台)之使用方法、基本架構、工作原理及未來發展。 四、資料表示、處理及分析:包含數位資料的屬性、表示、轉換、分析及應用。 五、資訊科技應用:包含各式常見資訊科技應用軟體與網路服務的使用方法。 六、資訊科技與人類社會:包含資訊科技合理使用原則,以及資訊倫理、法律及社會相關議題。 上圖引用自「教育部運算思維推動計畫」簡報第28頁

運算思維的意義與內涵

運算思維(Computational thinking)在世界各國課綱中的定義如下 美國CSTA1「電腦科學」課程 一種能利用電腦解決問題的思維,包含使用如抽象化、遞迴、迭代等概念來處理與分析資料,並產出實體與虛擬作品的能力(CSTA, 2011) 澳洲「數位科技」課程 利用數位科技設計與實作演算法解決問題的思維(ACARA, 2013) 英格蘭「運算」課程 一種凌駕於電腦軟硬體之上,能針對系統與問題提出思考架構的思維模式(DOEE, 2013) 我國「資訊科技」課程 具備運用運算工具之思維能力,藉以分析問題、發展解題方法,並進行有效的決策(國教院,2015) (註:以上引用自教育部運算思維推動計畫簡報p6)  世界各國的學者專家對運算思維的內涵有深廣不一的看法,以網路巨擘Google的看法,運算思維的內涵包含了: 抽象化: 為定義主要概念去識別並萃取相關資訊 演算法設計: 產出有序指令以解決問題或完成任務 自動化: 利用電腦或機器重覆任務 資料分析: 透過歸納模式或發展深入分析方法以理解資料 資料蒐集: 蒐集與問題解決相關的資料 資料表示: 用適合的圖表、文字或圖片等表達與組織資料 解析: 將資料、程序、問題拆解成較小、較容易處理的部分 平行化: 同時處理大任務中的小任務以有效達到解題目的 樣式一般化: 產生所觀察樣式的模型、規則、原則或理論以測試預測的結果 樣式辨識: 在資料中觀察樣式、趨勢或規則 模擬: 發展模型以模仿真實世界的程序   個人認為較具體且可落實在國中教育階段的部份如下 這五項內涵的詳細內容及示例在此很難三言兩語可以道盡,有興趣者歡迎點擊「 這裡 」有1小時的線上課程,我在此課程中已經盡量用輕鬆、生活化的方式很仔細地說明了~~

素養導向教學設計的理念

「素養」或「核心素養」應該是12年國教課綱的關鍵字了,那啥是素養?什麼又是「三面九項」,網路上已經有一大堆資料在解釋了,在此我就不長篇大論講得大家滿頭霧水,只引用教育部官方文件這段最重要的話: 「核心素養」是指一個人為適應現在生活及面對未來挑戰,所應具備的知識、能力與態度 =>很重要,請熟讀,不然後面不用再談素養導向教學設計了。 呼應到科技領域,也即是我們的教學不能只放在培養學生解決現在的問題,也要培養學生具備處理未來問題的能力。所以資訊教學不能像過去九年一貫時代,只著重於某些應用軟體的操作、或只偏重使用某些硬體設備或平台。(未來十年,這些軟硬體可能不見了,或操作模式截然不同了) 也就是, 我們希望學生學到的,是更上位、更高階的思維模式 ,用這套模式可以「跨時間、跨科目、跨領域」地運用到解決各種問題上。所以「三面九項核心素養」轉化到科技領域這邊,就是 「運算思維」和「設計思考」 。(這就是科技領域學習表現中的2個構面) 上位高階的思維模式具有普遍性,不限應用於科技領域 素養導向的教學設計,談理念與實作,就敝人所帶過的工作坊,至少得花 1天 的時間(半天談領綱、示例及理念,半天實作),在這邊篇幅有限只能點出幾個關鍵: 對科技的三面九項 核心素養 要熟悉(科-J-A1~科-J-C3) =>課程要導向這9項,不熟悉怎麼導? 對科技領域的 學習內容 及 學習表現 要非常熟悉 =>這裡是課程設計的起點 懂得從學生的「 生活情境 」出發,簡單地說就是要"接地氣" =>(呼應定義)「核心素養」是指一個人為適應現在生活‥‥ 發覺並結合「生活問題」,讓學生想去「 解決問題 」。在解題的學習歷程中,除了知識,也學到了正確態度與能力 => (呼應定義) 「核心素養」是指‥所應具備的知識、能力與態度 科技領域素養導向教學的關鍵字 這也符應了素養導向教學設計的四大原則,如下