運算思維導向課程設計實戰 資訊科技課綱工作坊 陳怡芬 yfchen@gapps.fg.tp.edu.tw 2017.07.17

課程設計與教材開發

Understanding by Design 重視理解的課程設計  重要概念 (Big ideas)  主要問題 (Essential questions) 學科內容的「核心」概念 能有效連結學科內容的事實與技能  教學設計時不能只將知識內容照本宣科 而是要解構、綜合後再理解、建構 生活中經常面對與解決的重要問題 學習者藉由主要問題來掌握big idea並做出相關決策 切中學科知識主題與引起學習動機的問題 UbD是美國的教育專家Grant Wiggins與Jay McTighe於1998年所提出 利用Big ideas 引導學習者積極學習

素養導向教材開發 學習是以素養培養為目標 不是侷限於某一主題或單元的知識或能力指標 教材設計亦當如此 強調 big ideas 才是內化素養的學習、思維能力的培養 國立臺灣師範大學 資訊教育研究所 吳正己教授

課程發展重點 資訊科技之課程設計以運算思維為主軸，透過電腦科學相關知能的學習，培 養邏輯思考、系統化思考等運算思維，並藉由資訊科技之設計與實作，增進 運算思維的應用能力、問題解決能力、團隊合作以及創新思考。 國民中學教育階段著重於培養學生利用運算思維與資訊科技解決問題之能力 高級中等學校教育階段則逐步進行電腦科學探索，以了解運算思維之原理而能進一步整合應用。 國民中學教育階段授課時，建議應考量學生先備知識與學習起點行為，教師可彈性調整課程內容的 深度與廣度。以「資訊應用」為例，國民中學教育階段可強調軟體的整合應用，輔以實作的概念與 原則，解決問題或表達想法，而並非要求學生熟練各類應用軟體之操作技能。

分組討論與教案設計

教案範例 HTTP://CT.FG.TP.EDU.TW 教案範例 HTTP://CT.FG.TP.EDU.TW 模組化程式設計 | 我的音樂盒 模組化程式設計 | 碎形~尋找大自然的密碼 資料編碼 | 看不懂的情書 結構化程式設計 | 終極密碼 資料科學 | 演算法設計 | 圖靈的紙條 模組化程式設計 | 猴子吃香蕉 程式設計專題 | 智慧型停車格停車系統製作 …

專題名稱 專題簡介

專題名稱：動手玩音樂《我的音樂盒》 專題簡介 本專題引導學生思考電腦自動化演奏音樂的創作過程，透過對樂曲中樂句結構 的分析，了解模組化程式設計與程式流程的概念。鼓勵學生自行創作音樂，設 計屬於自己的音樂盒。專題重點為迴圈結構與與模組化程式的學習。活動中透 過重複樂句的辨識與樂曲建構，讓學生體驗分解問題、樣式辨識、模型化與抽 象化等運算思維歷程，學習處理複雜任務。 Design by Yifen Chen 2016

重要概念(Big idea)

重要概念(Big idea) 資料表示法 流程控制 迴圈結構 模組化程式設計(函式) 演算法實作

主要問題 (Essential questions)

主要問題 (Essential questions) 學生能分解問題並從規律性中尋找規則 學生能以數值模型記錄音符資料 學生能運用函式進行樂句的定義 學生能運用迴圈結構與模組化程式設計完成自動化樂曲演奏

引發學習動機 – How does it work? 如何激發學生的學習動機 - 教師教學成長中心 激發學生學習動機的策略 - 銘傳大學 (一)學習活動應與學生興趣相符 (活動主題的選定) (二)教學活動應結合學生的興趣 (活動主題的選定) (三)激發學生對學習的好奇心 (為什麼會這樣? 是如何做到的) (四)運用寓教於樂的策略與方法 (好玩的) (五)善用新奇與熟悉策略於教學 (教師最擅長又創新的策略) (六)說明當前學習與未來生活關係 (智慧生活中的電腦科學)

引發學習動機 - 提問原則與技巧 轉引：運用一個具有多種答案的問題，加以探討的技巧。 迅速提示：迅速提示技巧是用於誘導學生逐步接近正確答案的一種技 巧。 深入探究：在協助被問者，能對問題答案做更深入詳細的探討。 轉問：在某位學生發問後，教師不直接回答該學生，而是轉問其他學 生，以使更多學生參與討論，使學習重心在學生身上。 反問：反問是請發問學生自己做答，好讓發問者有機會自行思考問題。

引起動機 – 視覺化展示與提問

引起動機 – 視覺化展示與提問 動機：自動演奏鋼琴與音樂盒音樂欣賞 提問：想一想音樂盒、自動化鋼琴是如何自動演奏的呢? (學生討論與發想) 說明：自動化音樂演奏的原理與發展

運算思維 問題拆解(Decomposition): 尋找規則(Pattern Recognition): 抽象化(Abstraction): 演算法設計(Algorithm Design):

運算思維 問題拆解(Decomposition):解析樂句 尋找規則(Pattern Recognition): 從樂曲的規律性中尋找規則 抽象化(Abstraction): 以數值模型記錄樂曲音高與節拍資料 演算法設計(Algorithm Design): 運用模組化程式設計完成自動化樂曲演奏

學習表現 運算思維與問題解決：能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。 運算思維與問題解決：能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。 資訊科技與合作共創：能利用資訊科技與他人合作並進行創作。 資訊科技與溝通表達：能利用資訊科技表達想法並與他人溝通。 資訊科技的使用態度：能建立康健、合理與合法的資訊科技使用態度與 習慣，並樂於探索

學習表現

學習表現 資t-IV-4 能應用運算思維解析問題。 資p-IV-1 能選用適當的資訊科技組織思維，並進行有效的表達。

學習內容 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。 程式設計：包含程式設計的概念、實作及應用。 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。 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。 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。 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

學習內容(國中)

學習內容(高中)

學習內容(國中) 資P-IV-2結構化程式設計 資D-IV-2數位資料的表示方法

科技領域學習重點與 科技領域學習重點與核心素養呼應表參考示例 十二年國民基本教育課程綱要科技領域 （草案） - 國家教育研究院(2016.2)。 取自 http://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/att ach/92/pta_10229_131308_94274.pdf P.28-32

領綱核心素養

領綱核心素養 科-J-A1 具備良好的身心發展知能與態度，並展現自我潛能、探索人性、自我價值與生命意義、積極實踐 科-J-A2 具備理解情境與獨立思考的能力，並運用適當科技工具與策略，處理與解決生活問題與生命議題。 科-J-B1 具備運用各種科技符號與運算思維表達溝通的素養，並理解日常生活中科技與運算的基本概念，應用 於日常生活。 科-J-B3 具備藝術展演的一般知能 及表現能力，欣賞各種藝術的風格和價值，並了解美感的特質、認知與表 現方式，增進生活的豐富性與美感體 驗。

教學對象 | 時間

教學對象 | 時間 國中8年級學生 | 4-6 小時

學習工具 | 參考資源

學習工具 | 參考資源 學習工具 個人電腦、網路、程式語言工具、學習單、簡報、範例程式、評量 MIT 線上程式編輯器 : https://scratch.mit.edu/projects/editor/ 參考資源 奇美博物館 維基百科-自動演奏鋼琴 不能說的秘密-Hanlin自動演奏鋼琴系統

教學設計

教學設計 本專題活動以四個主要步驟進行設計：首先，以視覺化樣式展示引發學習動機； 進而引導學生將抽象運算視覺化，由具體轉為抽象；接著，透過資料與結構與 概念說明、程式語法說明，帶領學生進入程式實作、創作、除錯與分析的學習 歷程。 活動以兩人一組進行，共分四個單元。由學生熟悉且節奏簡明的兒歌、兒歌自 選曲、流行樂曲、到樂曲創作，逐步引導學生思考電腦自動化演奏音樂的創作 過程

教學設計 教學設計 教學活動 活動內容

教學設計 教學設計 教學活動 活動內容 視覺化樣式展示與操作 引發學生動機 自動化音樂演奏 自動演奏鋼琴與音樂盒音樂欣賞 提問與討論 引導學生思考如何自動演奏- 自動化音樂演奏的原理與發展 抽象運算視覺化 識譜與演唱 引導學生思考人類唱歌的歷程 樂句結構分析 學習單-標示樂句名稱 樂句與函式對應 範例程式操作-播放樂句函式 程式概念說明 函式概念與說明 控制流程概念與說明 範例程式操作-辨識樂句函式 範例程式操作-依樂曲演奏流程置放樂句 語法說明 與程式實作 提問與討論- 音符資料表示法 引導學生思考音符代號的意義 學習單-音符資料與數值對應 程式創作 兒歌實作 兒歌變奏曲實作 範例程式操作-修改樂曲演奏流程、音符、樂器與演奏速度，創作變奏曲 觀摩與討論 展示學生作品 觀摩與學習

Reference

Reference Barr, V., & Stephenson, C. (2011). Bringing computational thinking to K-12: What is involved and what is the role of the computer science education community? ACM Inroads, 2, 48–54. Retrieve from http://www.amanyadav.org/CEP991A/wp- content/uploads/2014/08/Barr_Stephenson_2011.pdf Wing, J. M. (2006). Computational thinking. Communications of the ACM, 49(3), 33-35. Retrieve from https://www.cs.cmu.edu/~15110- s13/Wing06-ct.pdf 林育慈、吳正己（2016）。運算思維與中小學資訊科技課程。國家教育研究院教育脈動電子期刊，201608(6)。取自 http://pulse.naer.edu.tw/Home/Content/02287aac-dc26-4ad4-b87e-2881e942dc16 賴和隆（2016）。應用運算思維於高中資訊教學設計之分享。國家教育研究院教育脈動電子期刊，201606(6)，195-206 。取自 http://pulse.naer.edu.tw/Home/Content/6fe1eedf-10a1-4e1e-890e-dbbec8ce0647 國高中資訊科學探索課程學習活動（2012）。取自http://csexp.csie.ntnu.edu.tw/（資訊科學探索網） 十二年國民基本教育課程綱要總綱(教育部發布版)(2014.11.28)。取自http://www.naer.edu.tw/files/15-1000-7944,c639-1.php?Lang=zh-tw 十二年國民基本教育課程綱要科技領域（草案） - 國家教育研究院(2016.2)。取自 http://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/attach/92/pta_10229_131308_94274.pdf