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  ∴∴∴∴ 培養運算思維 熟練解題歷程(106年6月21日)∵∴∵∴

文/許庭嘉(國立臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系副教授)、胡信忠(宜蘭縣二城國小教師)

連結生活情境 循序漸進學程式
 我國將正式啟動中學資訊科技教育,著重「做中學」,解題的過程就是重要的運算思維訓練。
 目前,國中教科書中程式教育的內容,筆者已作循序漸進的設計,先透過與生活情境連結,然後學習「寫遊戲程式」,最後,則安排「跨科、跨主題」的整合問題解決。
 雖然運算思維不一定要從程式設計過程中養成,但是可視覺化的「積木程式」,是培養學生運算思維的良好工具。為了達到十二年國教的領域目標,許多國中教科書採用積木程式語言,訓練學生將解題思考過程化為程式語言。
善用跨域整合
 現今教師常會將程式寫作與其他科目或日常情境相結合,例如可在中小學階段的數學領域中,使用積木程式實作數學科所學的主題;或在高中課程中,將科學、科技、工程、數學整合為跨域學習,例如使用程式語言學物理。
 生活中,常會遇到需要使用數學解決問題的時候。生活中的數學問題,如果透過程式語言,利用電腦進行快速運算,就可以省下重複、累人又耗時的演算。
 由於程式寫作常從簡單的例子學起,兒童常問教師:「這個問題,這麼簡單,為什麼要寫程式來計算?用手算還比較快呢!」
 以心算或紙筆計算,的確是能快速解決當下遇見的單一問題,但運用程式,可以解決相同或相似的所有問題。例如,飲料店舉辦優惠活動,要收多少錢呢?總不能每次結帳時都用筆慢慢計算,何況一天不知會有多少客人來買飲料呢!這時候,利用程式自動化處理就可快速解決了。
持續努力才能達標
 單一活動所發展的教材,目標在於單點突破,那只算是成功的活動,仍非教育。
 例如,參加機器人或創客營隊等專題導向活動,可以引起學習動機。然而,莫過度期待兒童在單次活動中就可以學習到核心知識能力與素養。
 在學校課程中,進行階段性學習,並長期累積核心素養,訓練思考方法及解決問題的能力,才是教育的長遠目標。

運算思維基本歷程 從問題解構開始
 程式語言的思維訓練和解題歷程,有許多不同步驟的分類方式,最基本主要簡化為四個過程,分別是問題解構、模式識別與資料表示,抽象化和設計演算法,和解決一般問題思考步驟類似。
 生活上的問題會有輕重緩急與先後順序,和程式設計一樣需要邏輯思維的運用。
 人們在面臨生活中待解決的問題時,常會將大問題拆解成各個小問題來思考,這就是第一步驟「問題解構」。
 針對每一個小問題,要先觀察問題與問題之間有哪些相通之處。之後再考慮哪些解決方法可以套用,哪些方法必須改變,或把一些相同形態的資料,記錄成一批,可對應程式的陣列表示法,這就是第二步驟「模式識別與資料表示」。
 電腦要如何幫我們解決問題呢?坐在電腦螢幕或主機前,對著電腦訴說種種問題,電腦就能聽懂,提出解決方法嗎?
 電腦聽不懂每個人各自表述的問題,所以,電腦使用者必須將問題拆解成小問題外,還必須將小問題轉化成符合電腦「思考方式」,例如透過一個運算式,讓電腦可依循處理,這之間的抽象化轉換過程,就是第三步驟「抽象化」,然後組成演算法。經過這些歷程以後,進行程式實作與測試。
 國中資訊科技教師可透過引導學生思考及習慣運算思維的歷程,提升學生資訊素養。
 就像所有數學應用題目一樣,問題的解決辦法,未必只有一種,學生最終的編程也未必都一樣。在教學過程中,切勿讓學生死背程式碼,喪失了解題過程的思維訓練。

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