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 密碼學《圖靈的紙條》 Design by 林冠宇 kitarolky@taivs.tp.edu.tw 2017.06.10

專題簡介 本專題引導學生思考資料加密的方法，透過對明文、密文及金鑰的分析，了解 對稱式加密及雜湊函式的概念。

重要概念(Big idea) 資料的處理 對稱式加密法 資訊安全 金鑰／密碼複雜度 模組化程式設計 雜湊函式

主要問題 (Essential questions) 學生能分解問題並從規律性中尋找規則 學生能運用函式實作明文密文的轉換 學生能夠設計出可用的雜湊函數，並處理加密後所產生衝突

總體學習目標 學生能經由猜測加密金鑰的過程體會對稱式加密的概念 學生能夠設計合理並具備一定程度安全性的雜湊函式 學生能夠理解對稱式加密的優勢及弱勢

運算思維 問題拆解(Decomposition): 分析明文、密文及金鑰之間的關係 尋找規則(Pattern Recognition): 從加密過程中的關係找出加密運算的規則 抽象化(Abstraction): 演算法設計(Algorithm Design):

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 p-IV-3 能有系統地整理數位資源 資 t-V-1 能了解資訊系統之運算原理

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) 資 D-IV-3 資料處理概念與方法－資料轉換 資 H-IV-3 資訊安全

學習內容(高中) 資 H-V-2 個人資料的保護

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-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。

教學對象 國中九年級生 高中一年級生

學習工具 | 參考資源 學習工具 個人電腦、網路、學習單、簡報、範例程式、評量、試算表軟 參考資源 維基百科-對稱密鑰加密 維基百科-雜湊函數

教學設計 活動1：分析加密資料中明文與密文中的關聯性，猜測可能的金鑰 活動2：在知道明文、密文及金鑰的情況下，推測三者之間的關聯性(所使用的 雜湊函式(Hash)) 活動3：讓學生設計及實作雜湊函式，並針對碰撞(collision)的情況進行處理

教學設計 教學設計 教學活動 活動內容

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