陳怡芬 yfchen@gapps.fg.tp.edu.tw 2017.06.10 運算思維導向課程設計實戰 陳怡芬 yfchen@gapps.fg.tp.edu.tw 2017.06.10

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

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

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。

專題名稱 通訊加密 Design by 詹國輝 2017

專題簡介 本專題引導學生思考如何保護傳輸中的資料不被竊聽，透過對學生自主發想之 各種加密方式的分析，歸納出幾種加密手法類型。讓學生兩人一組，設計出自 己的加密演算法，分別寫出加密及解密函數。並以 Arduino 序列通訊實測這組 函數。讓學生體驗分解問題、樣式辨識等運算思維歷程。

重要概念(Big idea) 資料表示法 模組化程式設計(函式) 演算法實作

主要問題 (Essential questions) 學生能將資訊轉換成中介符號，並予以還原 學生能將原來明文傳輸的資訊，以加解密函數包裝

總體學習目標 學生能經由觀察分析同儕的加密方法，找出其手法樣式，歸 納分類 學生能經由觀察分析同儕的加密方法，找出其手法樣式，歸 納分類 學生能透過程序性規畫與程式編寫整合運算思維與資訊科技 解決問題的能力。

運算思維 問題拆解(Decomposition):解析一個安全通訊的過程 尋找規則(Pattern Recognition):從各組分享的加密方式中尋找規則 演算法設計(Algorithm Design):運用模組化程式設計完成一對加解密函數

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 資t-V-2能使用程式設計實現運算思維的解題方法。 資t-V-3能應用運算思維評估解題方法的優劣。 資r-V-3能利用程式語言表達運算。 資r-V-4能發展演算法以解決運算問題。

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(高中) 資P-V-1陣列資料結構的程式設計實作 資I-V-1程式設計專題實作

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 科S-U-B1 具備精確掌握各類科技符號與運算思維表達的能力，能有效進行思想 與經驗的表達，與他人溝通並解決問題。

教學對象 高中11、12年級學生

學習工具 | 參考資源 學習工具 個人電腦、程式語言工具、學習單、簡報、範例程式、Arduino UNO V3、單心 線與測試夾 參考資源 維基百科-凱撒密碼 賴溪松、韓亮、張真誠（1998）。近代密碼學及其應用。松崗電腦圖書資料 股分有限公司。

教學設計 首先以實際掛線竊聽 Arduino 序列通訊，展示通訊安全的脆弱性，引發學習動 機。再引導學生思考，如何在通訊中保護資訊，並發想加密資料的方法。接著， 透過分析同學們提出的加密方法，將其歸納為幾種類型。最後以2人為一組， 設計自己的加密方法，並進行程式實作，撰寫自己的加解密函數。

教學設計 教學設計 教學活動 活動內容 展示與操作 引發學生動機 以測試夾掛線，展示竊聽2組 Arduino 間的序列通訊 提問與討論 思考與討論如何保護通訊內容 請學生發想各種加密方式 樣式識別 加密手法歸納分類 透過對大家自主發想之各種加密方式的分析，歸納出幾種加密手法類型。 演算法發展 設計加密演算法 讓學生兩人一組，設計出自己的加密演算法，分別寫出加密及解密函數。 程式實作 程式撰寫 撰寫程式與測試、除錯 觀摩與討論 展示學生作品 觀摩各組加密通訊展示(發送、接收、竊聽端) 討論各組加密方式之優缺點

Reference 賴溪松、韓亮、張真誠（1998）。近代密碼學及其應用。松崗電腦圖書資料股分有限公司。