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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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資訊科技的學習內容

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~~

資訊科技教學計畫(七年級)參考示例

最近學校教務處要各領域繳交108學年度的教學計畫,老實說學校有不少老師(不管那個領域)會參考教科書廠商提供的版本拿來修改,但是因為科技領域的教科書(截至目前2019/6/1為止)只有3家通過審查,但書商還沒有生出所謂的教學光碟來,所以很多學校的科技教師只能自己想辦法生出這個計畫。 但個人認為不要依賴教科書才是王道,中央科技團的教授就曾講過:「 台灣的很多老師都失去了課程研發的能力 」,所以沒有教科書反而可以逼大家自己去規畫課程。不然大家都照教科書的,如何能研發出具有特色或具有創新創意的課程呢?(雖然過程中很燒腦) 不過大家還是希望有個範例可以參考,至少知道大概會長什麼樣子,因此這邊把個人寫的(而且會真正實施的)計畫拋磚引玉,分享在下面,但格式是用臺北市的,或許各縣市的格式會有不同: ***第一部份開始*** 以上是第一部份,框線處說明如下: 紅框:整學年課程的課程目標,可以用本領域的核心素養代替。這裡大家要 依照自己的課程的教學活動中真的有涵蓋到 的來選擇。(記得用科-J開頭的,不要弄成高中的) 綠框:整學年課程所希望學生具備的學習表現。這裡要注意的是一定要用國中階段的。(代碼第二碼是IV,因為有些老師會把高中的拉來用),而且 學習表現的四大類別最好都有涵蓋到 。 藍框: 整學年課程所教到的學習內容,理論上 應該要符合課綱七年級的規定 。 ( 連結在此 ) ***第二部份開始***  以上是第二部份,框線處說明如下: 淡藍色框:這2個專題主要是要跟國小做銜接,所以加入了一些電腦基本操作、中英文輸入及一些應用軟體的教學等,佔用的週數教師可彈性調整。 藍色框:基本上大家可以發現都是用 「專題」去包裝「學習內容」 ,這是科技領綱所強調的,也是教科書無法呈現的。還有這些專題最好能與學生的「 生活情境 」結合(這樣才能讓學生真正在解決生活問題,也就是接地氣,並能產出有地方特色的課程),或與學生 曾學過的學科的知識 (如自然、健教‥)有連結。 還有,淡藍色框及藍色框所包裝的學習內容,應該就是第一部份的藍框所涵蓋的那些項目了。