科技


資訊科技與運算思維

作者: 許庭嘉 副教授(國立臺灣師範大學 科技應用與人力資源發展學系)

即將上路的「科技領域」在國中階段就將「程式設計」 列為學習內容,許多教師與家長憂心忡忡,擔心艱澀的課程內容,會增加學生的壓力,並且讓孩子提早對資訊科技失去興趣。 其實大家可以放心,無須過度解譯而徒增壓力;本文將說說「資訊科技、程式設計、運算思維」是要學什麼。

Q 國中生課業壓力很大了,為什麼還要學資訊科技?

試想現在我們的生活周邊充斥著各種自動收費機、自助加油機、高速公路電子收費、自助點餐機、停車場自動辨識車號自動扣款、功能越來越全面的ATM提款機等,這些原本仰賴人力處理的事,都朝向科技化、無人化發展。

美國學者曾提到:「對現在的小學生而言,大約65%的人長大後從事的工作,都是現在還不存在的職業。」也有人預估,未來40年內,會有很多現在的職業會慢慢消失,被「科技」取代。

可預期21世紀是軟體大革命的世紀,因此,讓學生有系統的學習資訊科技內容、培養邏輯思考與系統化思考的能力,是重要而且迫切的。

Q 程式設計、演算法、系統平臺…這些都是大學資訊系的課程,為什麼要 拿到國中來教?要學生都去讀資訊系嗎?

舉例來說,國中學生要學國文、英語,但並不是要孩子未來都要選讀國文系、外文系;學習的目的,是因為這些內容將是日後生活、職場所需的基礎能力,亦是將來連結其他科目深入學習時的橋梁。

雖然資訊科技六大學習主題的名號很嚇人,但課程會以「淺顯易懂」的方式介紹各個學習主題、不強調知識建構與記憶背誦,而是培養學生運用資訊科技工具解決問題、合作互動、溝通表達的基本能力,讓學生能應用所學,面對未來的生活與工作。

美國白宮曾聲明表示:「我們的經濟正在快速轉型,無論教育者或是商業領導者,都越加認同電腦科學已經成為經濟機會與社會流動中的『新基本技能』」。因此,國中學習資訊科技,並不是要學生都去選讀資訊系,而是讓學生具備資訊科技的基本概念,進而讓「資訊科技」成為連結其他專業領域的橋梁。

Q 國中就要學寫程式,是希望讓每個學生都變成程式設計師嗎?

國中程式設計教學重點不在艱澀的內容,而是著重於「運算思維」的養成;簡而言之,就是著重於「解題的過程」,並且培養學生的「邏輯與運算思考能力」。學習運算思維,學生未必會成為軟體程式設計師,但期許每個學生都能成為具有靈活的思維能力的人,帶動全民軟實力的變化。

Q 一定要寫程式,才能訓練「運算思維」嗎?

「運算思維」於西元2006年由美國學者周以真提出,由此之後,全世界都在探討如何學、如何教運算思維。運算思維可以應用在每一個領域,因此,運算思維能力的培養並不一定只有透過程式語言;但不可否認,程式是培養運算思維的良好管道,尤其「可視覺化的積木程式」更是培養學生運算思維的良好工具。

例如進行「排序演算法」教學之前,可以透過不插電的方式動手操作,或是使用相關手機或平板電腦遊戲,讓學生觀察及體驗排序演算法的邏輯。然後,再利用生活化的情境任務,鼓勵學生「做中學」,利用程式來解決問題,更能實際體驗運算思維的妙用。

Q 用遊戲來學習「運算思維」不就好了?為什麼還要教演算法、程式設 計、軟體應用、系統平臺等主題?

國民教育是需要日積月累、循序漸進、全民泛化的。教育無法一蹴可幾,因此不可將「單次教學活動」與「教育」的目的混淆。單一活動所發展的教材多是單點突破,可以弄得很炫,但那只是個成功的活動,不等於教育。

例如:孩子參加機器人或創客營隊等專題導向學習活動,既活潑又有趣,可以引起學習動機。然而,莫過度期待孩子可以將所有核心知識從單次活動中學習遷移,像是未來如何善用迴圈語法等。營隊活動通常只是其中一個階段而已,而教育需要在學校中掌握階段性、整體性全面泛化的核心知識,長期而逐步的累積,才能建構完整的資訊科技能力與素養。

Q 「運算思維」的教學方式,和傳統的程式設計有什麼不同?

傳統程式教學多以功能導向、一步一步的機械式學習,多數學生都是「模仿/複製」老師的程式碼與解題歷程;由於缺乏解題過程的思維訓練,造成學生停留在模仿階段太久,在碰到新的情境時往往會手足無措、並且產生挫敗感,也因此失去學習的興趣與動力。

「運算思維」則是利用「理解問題」來引導思考,讓學生熟悉在面對問題時,如何拆解、分析、歸納、統整,進而規畫出解決方法。經由這樣的訓練,當未來碰到各種不同的問題時,都能自然而然去思考、分析問題,並歸納應該使用哪些方法或步驟才能完成該任務。

「解決問題」的過程本身就是重要的運算思維訓練,學生還可以透過積木程式的操作,實際驗證創意想法是否可行,更能強化學生的學習興趣與成效。