Browsing by Author "林育慈"

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GitHub輔助程式設計專題學習之研究
(2016) 陳光禧; Chen, Guang-Si
許多研究同意利用專題式學習的方式透過讓學習者於真實的世界中，去參與並解決問題是有意義的學習方式。透過專題式學習，學習者必須訂定計畫、針對問題去辯駁、並做出預測，進一步地進行資料的蒐集與分析，進行實作以驗證預測，實作的過程重複地進行評估與修正，最後完成一項成果，並與同儕進行交流探討。利用專題式學習的方式進行程式學習的有效性也得到了現有的研究的證實，但是，還必須去找出較可行的方法去幫助學習者進行程式設計專題學習時，能更有效地完成專題成果。GitHub提供了一個供使用者進行社交程式設計(social coding)的平臺，讓使用者與人共享程式資源，亦提供討論、共編等功能，並且可以讓使用者透過GitHub觀察其他人的撰寫程式的想法。在本研究中我們透過探討學習者在利用GitHub進行程式設計專題學習時的行為與其使用態度以及學習成效，分析出利用GitHub輔助程式設計專題學習的可行性。教學實驗於臺北市某國立大學進行，共33位參與者，讓學習者利用GitHub為輔助教學工具進行專題式程式設計學習活動。研究方式透過蒐集學習者GitHub上的行為紀錄、使用GitHub進行專題式程式設計學習的態度問卷、程式概念成就及程式專題成就等資料，並進行分析，得到主要結果如下所述：一、在撰寫程式時，學習者在刪減程式碼的行為比新增程式碼的行為對於學習程式時是更有用的。因為學習者們透過了解程式碼的概念進而與自己的想法進行融合後，才會進一步進行修改程式碼，而新增程式碼的過程多是從範例中複製貼上相關的程式碼，學習者並未深入地進行思考，因此較無法增進程式設計的能力。二、在製作專題成果時，學習者與同儕的討論與回饋，可以有效促進學習者對於專題製作的內容更加深入以及了解，因此專題製作的成果達到的成效相對地較好。三、學習者認為透過GitHub的輔助能夠有效地輔助程式設計專題學習是抱持著正向的態度，因為可以透過進行程式碼資源的整合，並可以針對程式相關的問題進行線上討論，並且可以有效地管理整個專案發展的過程。研究的結果能建議教學者可以利用社交程式設計或專題式學習的方式，並利用社群學習平台以及有效地教學策略，促進學習者學習程式的學習成效。而藉由GitHub的輔助，使得學習者在進行專題式程式設計學習時，有效率地管理程式碼且便利地與同儕溝通合作。
STEAM科際整合程式設計教學：以音樂創作學習程式設計
(2020) 葉亮吟; Ye, Liang-Yin
STEM教育強調科際整合，以培養動手實作與真實世界之問題解決能力，非但為全球教育趨勢，亦為我國108科技領域課綱之重要理念。STEAM (STEM + Arts)則強調創意與綜合思維在教學過程的角色，除了科際整合與問題解決，亦強調培養個人表達、創造力與美感等能力，進而增進學生在STEM相關領域的學習興趣與表現。本研究發展STEAM科際整合程式設計教學模式，使用JythonMusic作為程式設計工具，並探究此教學對程式設計學習成效、程式設計學習態度、程式創造力的影響，以及性別與音樂先備知識是否會影響程式設計的學習。而經研究結果發現：一、實驗組學生在歷經STEAM科際整合程式設計教學後，其程式設計能力表現，與控制組的學生相比，並未有差異。不過，本研究設計之藉由聆聽音樂結果，對應程式邏輯，以及利用程式音樂創作的STEAM程式學習活動歷程，有助於學生程式設計的學習與表現。二、實驗組學生在歷經STEAM科際整合程式設計教學後，於整體的程式創造力表現，及流暢力、變通力及敏覺力三個程式創造力向度的表現上，皆較控制組學生佳。也就是說，本研究設計的藉由聆聽音樂結果，對應程式邏輯，及在教學過程中，提供程式設計與音樂、生活情境的多種應用，能夠幫助學生程式創造力的表現。三、實驗組學生在歷經STEAM科際整合程式設計教學後，認為：程式設計與藝術結合具有可行性、未來發展性，且在撰寫程式的過程中，也需要創造力，此外，程式設計也可以幫助解決其他領域的問題。然而，在想要學習程式設計的動力，與對這學期課程的想法，有顯著的差異。四、在歷經STEAM科際整合程式設計教學後，於程式設計的學習表現，並未因性別的不同，而有差異。五、在歷經STEAM科際整合程式設計教學後，無論其的音樂先備知識程度為何，都不會影響其程式設計學習成就表現。本研究能提供未來欲從事STEAM科際整合教育與程式設計教學之教學者與研究者作為課程設計之參考。
以計算物理實踐STEM程式設計教學之研究
(2017) 王名璨; Wang, Ming-Tsan
本研究旨在設計與實施STEM程式設計教學，並評估其成效。研究以計算物理為例，探討程式設計與物理物體運動單元之跨領域教學之教學設計，及其對於學習者學習程式設計與物理物體運動單元之影響。在運算思維中，建模扮演重要的角色，幫助學習者將問題利用運算的模型表達以進行問題解決；在科學教育中建模亦扮演著重要的角色，透過建模有步驟性與結構性地將問題進行分析、發展解題策略、驗證，反覆嘗試直至問題解決。因此，透過建模導向程式設計教學 (modelling-based instruction) 讓學習者同時體驗運算建模和物理建模，希冀藉此培養學習者之程式設計能力，並同時輔助物理物體運動單元之學習。研究利用準實驗研究法檢驗所發展之教學模式的效益，實驗參與者為167位高中一年級的學習者，在資訊科技課中實施。實驗組教師根據建模過程引導學習者解決物理問題，包含物理物體運動單元之位移、平均速率、加速度問題，學習者在學習過程中可同時體驗運算與物理建模，包含：分析、演算法設計、程式化、解釋四個步驟。控制組則是以傳統方式授課，教師教授程式概念並提供題目讓學習者練習。實驗結果發現：(1) 學習者在STEM程式設計教學中練習較大且複雜之真實世界問題，並將透過建模程序解題，以模擬複雜現象，能幫助學習者學習程式設計並能由建模歷程體認真實世界問題的複雜與多元。(2) 學習者對程式設計建模程序態度持有正向態度，認為建模學習程序的引導，能幫助學習者解決複雜的問題。(3) 透過本研究的建模導向教學，學生較能花時間進行問題解析；而在此建模引導下，高程式設計成就的學習者於演算法設計、程式化、解釋的程序中有較佳的表現：能將問題發展出適當的解題策略，將解題流程轉換為程式碼，且能以不同的輸入進行測試與觀察，並說明程式的邏輯與意涵，這些程序皆為程式設計的重要歷程。
十二年國教資訊科技科目學習次概念之探究
(國立臺灣師範大學教育學系, 2020-03-??) 胡秋帆; 王恩慈; 吳正己; 林育慈; Chiu-Fan Hu, An-Tsu Wang, Cheng-Chih Wu, Yu-Tzu Lin
十二年國教課綱增設科技領域資訊科技科目，該科學習內容包括「演算法」、「程式設計」、「系統平台」、「資料表示、處理及分析」、「資訊科技應用」及「資訊科技與人類社會」等類別，各類別下分別列出相關之學習概念，但所列出之學習概念範圍較大，致教師或學者常有不同解讀。本研究以德懷術探究學習概念下應包含之次概念，先邀請專家針對課綱草案41項學習概念草擬共117項次概念，經三回合調查後，達共識之次概念共92項，未達共識者有26項，惟其中15項已於課綱學習概念中明訂，故本研究最後提出107項建議學習之次概念。本研究所得結果獲課綱參採，納入於課綱附錄的學習概念補充說明中。建議未來課綱修訂應以本研究方式進行學習次概念之調查，未來研究應增加國中資訊教師人數以提升代表性，並提供大學教授更多教學現場之背景資料及經驗。
基於建模之科學運算課程設計與評估
(2021) 李敏瑄; Lee, Min-Hsuan
本研究的目的是探討基於建模的科學運算課程是否能提升學生的科學問題解決能力、建模品質與學習態度之成效。因此開發了科學與程式設計教材。另外，為了探討基於建模的教學與傳統講述式教學的對學生的影響，所以開發科學程式設計建模輔助平台，在這個平台中有相對應的程式設計建模歷程(現象描述、資料建模、流程建模、程式化以及觀察與除錯)之功能。實驗組學生在利用程式解決科學問題前，必須到此平台回答與科學問題相關的引導題目後才能開始編寫程式進行解題。本研究的實驗結果發現:一、實驗組之低先備能力組學生在歷經基於建模的科學算課程後，其科學問題解決能力，與控制組低先備能力組學生相比有較大的進步幅度。這代表了建模教學有助於課前科學問題解決能力與程式能力較差的學生提升他們的科學問題解決能力。二、實驗組學生在經歷基於建模的科學算課程後，其建模品質之進步幅度與控制組學生相比有較大的進步。另外，實驗組之低先備能力組學生的建模品質之進步幅度與控制組低先備能力組學生相比是有顯著差異的。但實驗組高先備能力組學生與控制組高先備能力組學生之建模品質並無差異。這表示建模教學有助於學生提升他們的建模品質。三、在學習態度上，實驗組與控制組學生的進步幅度並無差異。但在態度問卷後測中的開放是問答題和半結構式訪談中實驗組學生對於課程較高的評價。本次研究可以給與後續欲發展科學運算課程與建模教學的研究者做為參考。
基於機器學習之初學者程式設計迷思概念自動診斷與關聯性分析
(2021) 廖容; Liao, Jung
程式設計迷思概念經常造成學習者在學習過程中產生學習困難，並會在未來學習更高階的程式知識時學習表現不佳，進而導致撰寫的程式品質不佳，許多相關研究皆是透過人工分析的方式探究程式設計迷思概念。然而，這些研究方法大多樣本數少、針對單一程式語言，因此被指出不夠客觀、適用性不高。倘若能即時掌握學生迷思概念的狀況，即可趁早給予相對應的解決方案。因此，為了提供能廣泛應用、精準預測學生程式迷思之機制，本研究蒐集共一千多筆程式測驗資料，不侷限於單一程式語言，研究利用機器學習的技術，聚焦於流程控制（if-else, for-loop, while-loop），建構程式設計迷思的自動診斷機制，藉此可給予學生相關的教學輔助。本研究主要有兩大貢獻：1. 建構迷思概念自動診斷機制：應用多層感知器（Multilayer Perceptron, 縮寫MLP），擷取學習者所撰寫之程式碼的特徵為類神經網路的輸入，訓練模型使其輸出能夠預測迷思概念種類。研究透過727筆訓練資料多層感知模型，測試486筆資料之迷思概念診斷正確率為97.9%。2. 探究迷思概念間的關聯性：利用關聯規則學習法分析各個迷思概念之間的關聯性，發掘哪些迷思概念經常同時出現，藉以了解迷思概念產生之原因與各迷思概念彼此間的影響。研究結果發現：迷思概念「認為所有的if條件分支都是同時執行」與多個迷思概念之間具有關聯性，推測當學生對於電腦指令運行上持有迷思概念時，會影響日後程式設計的學習。本研究提出的研究結果，包含設計與實作迷思概念的自動診斷機制，以及探究各個迷思概念之間的關聯性，皆能夠為日後的程式教學上提供有益的參考。教師們能夠藉此即時了解學生程式設計迷思概念，並給予適切回饋。此外，根據研究所發現之迷思概念間的關聯性，可更清楚掌握導致迷思概念的原因與各迷思概念間之交互影響，藉以設計有效的程式設計教材，以防止或矯正學生迷思概念。
基於眼動分析之程式理解與除錯認知歷程探究
(2013) 侯亭昀
程式設計是電腦科學領域中關鍵的基礎技能，因此如何提升程式設計的學習成效，是資訊教育持續探究的議題。現有研究多以面訪、放聲思考和紙筆測驗觀察受試者的外顯行為以推知其認知，但這些方法對於受試者內在認知的探討較缺乏客觀證據。本研究以受試者的眼動來了解其在程式理解以及除錯時的認知歷程。共三十八位大學資工科系學生參與實驗，實驗內容為四題30行內的C語言程式，理解與除錯各兩題，實驗藉由眼動儀記錄參與者的眼球活動情形，得知程式設計者在進行程式理解與除錯任務時在程式碼各區域注意力的狀況，並以訪談與問卷做為輔助，以眼動資料進行序列分析，推測程式設計者的行為層面。研究結果發現低成就者可能因工作記憶空間較小，導致計算與記錄行為頻繁，對於程式知識的掌握度也較低；高成就者的理解/除錯方式則較具邏輯性，程式知識較豐富也較能實際運用；男性較有記錄數值的習慣；女性在遞迴除錯時較須要進行計算，其心算能力、工作記憶空間與問題解決能力可能略為不足。本研究的發現可提供改進程式設計教學與研究之參考，讓教學者與研究者可針對不同認知歷程的學生給予適性化的輔助，並設計合宜的教材，以提升學生程式設計之能力。
基於眼動追蹤之程式理解認知歷程研究
(2021) 田芷瑄; Tien, Chih-Hsuan
本研究旨在探討工作記憶能力（中央執行功能、語音迴路、視覺空間模版）、程式理解能力以及程式理解策略（由上而下或由下而上）之間的關聯性。受試者為20名大學程式設計初學者，並具備一年以上程式設計課程之經驗。本研究先透過工作記憶測驗（運作廣度測驗、旋轉廣度測驗及河內塔測驗）與程式理解能力測驗（條件判斷測驗、迴圈測驗及函式測驗）的結果分析受試者的工作記憶與程式理解能力之間的關係，並以眼動儀追蹤受試者程式理解能力測驗時閱讀程式碼的眼動軌跡，輔以訪談確認其程式理解之認知歷程。研究結果發現，工作記憶語音迴路能力較好的受試者以及具備能夠辨識出程式碼的架構以進行模擬的高程式解能力者在閱讀條件判斷的程式時傾向於辨識程式碼的邏輯架構，並透過模擬以理解程式邏輯；如果工作記憶語音迴路能力較差的受試者或無法辨識出程式碼的架構以進行程式模擬的受試者在閱讀條件判斷的程式時無法直接辨識出程式碼的邏輯架構，需要先閱讀程式碼的輸出值條件後才能夠抓出程式碼的架構以理解程式邏輯。工作記憶視覺空間模板能力較好的受試者以及具備能夠辨識出程式碼的架構以進行模擬的高程式解能力者，在閱讀雙層迴圈的程式時傾向於辨識程式碼的邏輯架構，並將注意放在數字設定上以理解程式邏輯；工作記憶視覺空間模板能力較差的受試者或無法辨識出程式碼的架構以進行程式模擬的受試者，在閱讀雙層迴圈的程式時無法辨識出程式碼的邏輯架構，會逐行閱讀程式碼以理解程式邏輯。工作記憶中央執行功能能力較好的受試者以及具備能夠辨識出程式碼的架構以進行模擬的高程式解能力者在閱讀函式的程式時傾向於辨識程式碼的邏輯架構，並透過代值模擬觀察功能以理解程式邏輯；工作記憶中央執行功能能力較差的受試者或無法辨識出程式碼的架構以進行程式模擬的受試者在閱讀函式的程式時無法辨識出程式碼的邏輯架構，會逐行閱讀程式碼以理解程式邏輯。此結果可能因為：(1)如果受試者具有較好的工作記憶之語音迴路能力，對於文字與聲音的訊息處理能力較好，以及具備能夠辨識出程式碼的架構以進行模擬的高程式解能力者，在閱讀程式碼過程中可以辨識程式碼架構並進行模擬；如果受試者具有較差的工作記憶之語音迴路能力，或無法辨識出程式碼的架構以進行程式模擬的受試者，對於文字與聲音的訊息處理能力較差，在閱讀程式碼的過程中無法快速地找出程式碼的架構，必須要閱讀輸出值條件之後才可以辨識出程式碼的架構。(2) 如果受試者具有較好的工作記憶之視覺空間模板能力，以及具備能夠辨識出程式碼的架構以進行模擬的高程式解能力者，對於圖形與空間的訊息處理能力較好，在閱讀程式碼的過程中可以辨識程式碼架構進行模擬；如果受試者具有較差的工作記憶之視覺空間模板能力，或無法辨識出程式碼的架構以進行程式模擬的受試者，對於圖形與空間的訊息處理能力較差，在閱讀程式碼的過程中會逐行閱讀程式碼直到閱讀結束，抓不出程式架構。(3) 如果受試者具有較好的工作記憶之中央處理系統能力，以及具備能夠辨識出程式碼的架構以進行模擬的高程式解能力者，對於控制與監控語音迴路與視覺空間模板的訊息處理與有意識的注意力控制等能力較好，以及具備能夠辨識出程式碼的架構以進行模擬的高程式解能力者，在閱讀程式碼的過程中會辨識程式架構、以模擬驗證程式功能；如果受試者具有較差的工作記憶之中央處理系統能力，或無法辨識出程式碼的架構以進行程式模擬的受試者對於控制與監控語音迴路與視覺空間模板的訊息處理與有意識的注意力控制等能力較差，在閱讀程式碼的過程中會逐行閱讀程式碼。此外我們可以發現程式理解能力測驗題型三：函式各組間的程式理解能力與旋轉廣度平均成績有高度相關，由於函式的程式碼分為主程式及函式兩部分，受試者需要輸入數值後代入函式條件以進行運算，因此特別需要使用工作記憶之視覺空間模板能力，在腦海中產生視覺心像以進行程式理解。
基於社交網路分析之線上討論活動同儕互動分析
(2014) 洪國軒; Hong, Guo-Xuan
許多網路合作學習相關研究肯定同儕互動對學習的正向影響，因此深入探討同儕互動的行為與態度如何影響學習是相當重要的。然而多數研究對於互動行為的分析通常以整個群體或是個別學習者的表徵數據為衡量指標，容易忽略隱藏在社群成員中的隱性互動關係。透過社交網路分析的技術可以瞭解出社群成員個體與群體的相互關係，而能更清楚客觀地描述網路學習中互動行為的意義。因此本研究利用社交網路分析技術，探究互動行為、互動態度、與學習表現間的關係。我們建構了一個社交學習平台，模擬坊間流行社交平台之互動模式，讓學生可利用藉此平台進行討論互動，透過平台紀錄，討論學習者在網路學習平台上的分享、閱讀、提問、回應以及贊同等行為，並分析線上討論平台上的社交互動如何影響學習，以期能歸納出學習者之互動行為、態度、與學習表現的關係。針對台北市高中二年級兩班學生74人進行實驗分析，結果發現： 1. 學習者在進行線上討論活動時，其討論品質的高低與學習表現有關，而低學習成就組的學生透過閱讀活動，可能有較好的學習成就 2. 學習者的回應行為與學習表現有關係，群體中位於討論互動中心的成員也有較高的學習表現。 3. 觀察及反思態度較積極的學習者，其發表的材料受關注的程度也相對較高，也比較容易得到同儕支持。 4. 競爭態度較高的學習者，會有較少的討論回應，在缺少反思、回饋的情況下，學習者可能有較低的學習成就。藉由討論平台上的互動分析的結果，我們得以更深入了解同儕互動行為、學習態度、與學習成就的關聯，教師可藉此設計更合宜的討論活動或社交學習平台，以促進合適的互動行為與態度，進而有更好的學習表現。
基於科學運算之運算思維導向程式設計教學
(2021) 謝欣玲; Hsieh, Hsin-Ling
各領域對運算思維與程式設計能力之需求日益增加，然而非資訊背景的學習者往往缺乏相關能力以因應資訊時代的需要。科學領域對運算之需求更甚，許多研究與教學者開始將運算加入科學課程中，以期使學生在科學研究與職場能利用運算的能力有效解決科學問題。因此本研究針對主修科學的學習者提出運算思維導向的程式設計教學方法，透過科學運算，讓學習者經歷以建模為主的運算思維。為檢驗研究所提之教學方法的有效性，研究將針對此種教學對學習者程式理解能力、程式實作能力以及運算思維進行探討。研究結果發現：本研究之學習者透過基於科學運算之運算思維導向程式設計教學後，建模品質較好的學習者在程式設計學習表現上較佳，建模品質較好的學習者在科學程式設計專題上的表現也較好，也發現他們對程式設計建模程序中觀察與除錯的步驟感到認同。研究中所設計之教材、開發之建模輔助平台以及研究相關發現，可對未來運算思維教學的研究與教學者提出相關建議。
基於腦波活動之程式理解認知探究
(2014) 廖宜志
對於電腦科學領域而言，程式設計是一門極為重要的基礎技能，其涉及一些專業知識、抽象概念與問題解決策略等，是一個相當複雜的認知歷程，學生在學習的過程通常遭遇許多困難。過往的研究大都透過訪談、放聲思考（think aloud）與問卷來瞭解學生理解程式時的認知歷程，但這些方法較無法客觀量測精確的結果，本研究則嘗試透過腦波儀記錄參與者進行程式理解時腦電波各頻帶的強度，比較高、低成就兩者腦電波的差異，以更直接的生理證據探究、分析其認知。本實驗的參與者為33位資工系所的學生，透過閱讀二題程式題目來記錄其間腦電波情況，為能清楚知曉參與者觀看何處，以便瞭解所觀看之程式碼與腦電波之關聯，本研究同時輔以眼動儀抓取參與者瞳孔位置，最後再透過問卷及訪談幫助釐清參與者的理解狀況。實驗結果發現，高成就者在較複雜的函式與程式結構上，例如遞迴函式、巢狀for迴圈等，顯著展現出較高的theta波、lower alpha、upper alpha、與beta波。theta波（頻率介於4-7Hz）和工作記憶有關，較高的theta波代表高成就者程式理解過程中較能成功將變數、陣列值等新資訊編碼進工作記憶；lower alpha（頻率介於8-9Hz）和注意力歷程有關，較高的lower alpha代表高成就者在程式理解過程中擁有較好的記憶與注意力表現；較高的upper alpha（頻率介於10-12Hz）則代表高成就者在程式理解過程中能較快從長期記憶中提取程式相關知識，進而理解出程式目的；另外高成就者在遞迴呼叫、遞迴結束條件等這些在整體程式運作中扮演重要角色的程式碼上有較強的beta波（頻率介於13-30Hz），beta波與由上而下注意力機制有關，表示高成就者能將注意力投注在Beacon（為程式碼中關鍵的程式敘述，代表著程式中特定的結構或操作）上，且以較有效率、有策略的方式理解程式。本研究亦發現對於一些較為困難的程式結構，例如for迴圈和if搭配運用、巢狀for迴圈、結構較大的遞迴程式等，低成就者會因有限的記憶力與注意力資源而影響認知表現，在程式設計教學時應提供變數提示或其他視覺化輔助工具以幫助學習者追蹤並理解程式。
基於認知神經科學之程式理解輔助平台設計與發展
(2022) 郭芳雨; Kuo, Fang-Yu
在資訊科技時代，程式設計是一項不可或缺的能力，而程式理解是程式設計中必備的程序。然而，程式理解表現可能受到程式理解策略（包含：自上而下（Top-down ）的影響，而理解的策略則受工作記憶（包含：視覺空間畫板、語音迴路及中央執行功能）能力的影響。為了彌補工作記憶能力不足的學習者無法使用有效的策略理解程式的缺點，本研究設計一程式理解輔助平台，藉由平台中的模擬提示、流程提示、架構提示及程式解釋四項輔助功能，協助學習者在工作記憶中視覺空間畫板、語音迴路及中央執行功能三個子系統的運作，以使其能運用有效的程式理解策略，進而提升學習者的程式理解表現。為了探究所設計之程式理解輔助平台的效益，本研究透過實證研究，以38位大學以上並有一年以上Python程式設計學習經驗的學生為受試者進行實驗，實驗過程中使用眼動儀來收取受試者的眼動資訊以分析其程式理解策略，並比較不同工作記憶能力與程式理解表現的受試者在有、無程式理解輔助平台的輔助情況下，其程式理解策略與表現的差異。實驗結果發現：無論是高、低工作記憶能力的受試者，在有輔助平台的幫助下程式理解表現皆高於無輔助平台輔助的受試者。此外，無論是高、低工作記憶能力的受試者，在有輔助平台的幫助下都傾向於使用自上而下的程式理解策略。亦即，透過本研究所發展的程式理解輔助平台，可幫助受試者工作記憶的運作，進而使用較有效的自上而下程式理解策略，因此能有較佳的程式解表現。
基於認知神經科學之運算思維導向程式設計視覺化輔助學習平台設計
(2022) 賴思妤; Lai, Si-Yu
近來程式設計教育備受重視，且著重運算思維的培養，但學習程式設計對於初學者來說並非易事。過去研究發現若工作記憶能力(包含：視覺空間畫版、語音迴路、中央執行功能)不足，學習者無法透過工作記憶的心像記憶與處理、語音複誦、資源統籌管理等進行演算法規劃與樣式辨識等運算思維，進一步影響程式設計的表現。為了彌補工作記憶能力的不足，本研究擬設計與發展一個視覺化程式設計輔助學習平台，輔助學生工作記憶的運作，藉以進行程式設計所需的演算法思維與樣式辨識之運算思維，進而提升程式設計表現。本研究所設計的視覺化輔助學習平台有三種主要功能：(1) 流程視覺化-透過視覺化的流程與架構標示，幫助學生產生程式流程的視覺心像，並統整程式執行的各項資料，以掌握演算法邏輯與流程樣式。(2) 模擬執行-透過程式模擬執行讓學生可透過修改輸入並觀察輸出的變化統整程式執行資訊，以了解程式的流程，並歸納演算規則。 (3) 程式解釋-透過程式解釋幫助學生進行程式碼內容的隱內複誦，以進一步了解程式的演算法流程。本研究透過準實驗研究法驗證所發展的視覺化輔助學習平台的效益，實驗對象為新北市某高中修習資訊科技概論課程的二年級文組生，實驗組31人使用視覺化輔助平台學習，控制組32人則授以傳統式講述式教學。研究資料蒐集自程式設計學習成就測驗、學習態度問卷、工作記憶測驗、運算思維能力測驗、訪談等資料，並進行分析。研究結果發現：在學習程式設計時，學習者對於程式理解時需記憶其中的變數變化、整合程式資訊，以及想像程式流程之視覺心像（視覺空間畫版）皆感到困難。在進行程式設計教學之後，採用運算思維導向程式設計視覺化輔助學習平台設計的實驗組學生在程式設計的能力上表現優於採用傳統講述式教學的控制組學生，亦即，藉由視覺化平台的輔助，可以提升程式設計能力。此外，從平台各功能使用率與程式設計進步幅度相關性、平台有效性比例以及訪談結果來看，「流程視覺化」與「模擬執行」能顯著輔助學生的視覺空間畫版以及中央執行功能，進而提升其程式設計能力。而從學生訪談結果可發現，透過「流程視覺化」中「變數記憶區」視覺化圖解能輔助學生視覺空間畫版的缺陷，引導學生想像程式執行的邏輯;透過「變數記憶區」變數的改變，能輔助學生中央執行功能統整程式資訊的概念。「模擬執行」功能則能夠藉由觀察「變數記憶區」中程式輸入與輸出的對應來統整程式邏輯的規律，進而輔助學生中央執行功能資料整合的能力;視覺化圖解以及程式變數的改變，則能幫助學生抽象化出程式概念。除了程式設計能力的提升，實驗結果也顯示：採用視覺化輔助程式設計學習比傳統式講述式教學更能增加學生學習程式設計的自我效能。
基於資料探勘之程式設計迷思概念診斷
(2019) 陳思如; Chen, Si-Ru
過去程式設計迷思概念相關研究常有研究樣本過少以及解讀較為主觀的問題，導致無法產出較一般化的研究結果，且無法將其作廣泛應用。這是因為過去的研究多以研究者對受試者的診斷為依據，除了較為主觀，亦須耗時去解讀與分析資料。本研究利用資料探勘於程式設計迷思概念探究，透過蒐集大量程式設計初學者的程式碼資料，探勘初學者若擁有迷思概念可能寫出的程式碼特徵，並設計診斷機制，根據學習者所撰寫的程式碼診斷其可能的迷思概念。本研究並將迷思概念探勘與診斷機制實作於學習平台上，以提供學習者即時的協助。研究參與者共1216人，包含527位大學生與689位高中生。參與者必須完成程式設計測驗，並接受抽樣訪談。本研究根據程式設計測驗的作答結果進行資料探勘，找出各程式設計迷思概念之程式碼症狀，並據此進行學習者程式設計迷思概念之診斷。透過資料探勘，我們亦發現不同的迷思概念間存在著關聯性：若學習者對for迴圈條件判斷的運作流程有迷思概念，則對if-else條件判斷的運作流程亦具有迷思概念。此外，在程式碼分群的結果分析中，我們額外發現幾種文獻上未提到的迷思概念。本研究之結果將提供教學者有效的教學改進依據，並能用以即時診斷學習者的程式設計迷思概念，以進行後續的矯正，進一步提升程式設計能力。
基於雲端科技之英語創新教學與評量研究
(2014/08-2015/07) 李忠謀; 柯佳伶; 林育慈; 吳美貞; 羅美蘭; 林至誠; 陳柏琳; 陳秋蘭
本計畫擬發展以雲端運算為基礎的教學平台，並以國中一、二年級英語科為題材，進行技術研發與教學實驗研究。本計畫將研發「eCard 雲端教學與評測平台」，包含前端 eCard 使用者應用程式及後台教學所需關鍵技術雲端運算子系統，以提供創新的教師教學與學生學習機會。教學目標則以提升國中學生的英文能力為主，將英文能力分成聽說讀寫基礎能力及進階閱讀思考整合能力兩大區塊，分別由兩個研究群組負責研發平台功能與課程內容並進行教學實驗，進而驗證學生的學習成效。本計畫研究期程以兩年八個月為期，分兩階段進行：第一階段從 101 年十二月到 103 年七月止，歷時 20 個月，主要工作項目為研發雲端 eCard 平台與其相關學習內涵，並於該階段進行小規模教學實驗，以測試雲端數位系統之各類功能和初步驗證計畫之教學成效，作為修正教學內容與系統功能之依據；第二階段從 103 年八月至 104 年七月止，歷時 12 個月，進行擴大教學實驗，預期透過 24 位國中英語教師的教學和學生的學習過程，探討以雲端科技輔助英語學習的方法和成效，並舉辦教學觀摩及經驗分享，推廣計畫成果。
基於雲端科技之英語創新教學與評量研究
(2012/12-2014/07) 李忠謀; 陳秋蘭; 柯佳伶; 林育慈; 林至誠; 羅美蘭; 陳柏琳; 吳美貞
本計畫擬發展以雲端運算為基礎的教學平台，並以國中一、二年級英語科為題材，進行技術研發與教學實驗研究。本計畫將研發「eCard 雲端教學與評測平台」，包含前端 eCard 使用者應用程式及後台教學所需關鍵技術雲端運算子系統，以提供創新的教師教學與學生學習機會。教學目標則以提升國中學生的英文能力為主，將英文能力分成聽說讀寫基礎能力及進階閱讀思考整合能力兩大區塊，分別由兩個研究群組負責研發平台功能與課程內容並進行教學實驗，進而驗證學生的學習成效。本計畫研究期程以兩年八個月為期，分兩階段進行：第一階段從 101 年十二月到 103 年七月止，歷時 20 個月，主要工作項目為研發雲端 eCard 平台與其相關學習內涵，並於該階段進行小規模教學實驗，以測試雲端數位系統之各類功能和初步驗證計畫之教學成效，作為修正教學內容與系統功能之依據；第二階段從 103 年八月至 104 年七月止，歷時 12 個月，進行擴大教學實驗，預期透過 24 位國中英語教師的教學和學生的學習過程，探討以雲端科技輔助英語學習的方法和成效，並舉辦教學觀摩及經驗分享，推廣計畫成果。
實況程式設計影片輔助程式設計學習
(2017) 譚聖融; Tan, Sheng-Rong
程式設計能力須同時應用陳述型知識（了解程式設計相關概念與技能的知識）與程序型知識（利用程式設計概念與技能以實作程式碼的知識），但傳統教學大多採用講授式，偏重陳述型知識的講授，較缺乏建立程序型知識的機會，因此無法培養完整的程式設計能力。本研究期望以實況程式設計影片來輔助學生學習程式設計，透過實況程式設計影片中所呈現從無到有的完整解題過程，以展示程式設計動態、非線性的歷程，藉由觀看實況程式設計影片並進行評註，以於陳述型知識（包含陳述語法型、陳述概念型知識）之外，能增進學生程序型知識（包含程序語法型、程序概念型知識）。本研究建置一個實況程式設計影片輔助程式設計學習平台，提供三種程式設計教學影片：（1）教師講授影片—主要呈現教師針對課程主題之語法及概念知識進行講授教學（內含陳述語法型、陳述概念型知識）。（2）解題邏輯影片—是第一種實況程式設計影片，主要呈現專業程式設計師解題時的思考歷程（內含程序概念型知識）。（3）程式編碼影片—是第二種實況程式設計影片，主要呈現專業程式設計師實際從無到有的程式編碼歷程（內含程序語法型、程序概念型知識）。平台實況程式設計影片中亦提供評註功能供學生於觀看影片時進行評註以深化學習。本次實驗參與者為40位高一下學期的資訊班學生，學習者透過實況程式設計影片學習平台輔助程式設計學習，研究方法為蒐集平台上評註與觀看學習行為紀錄、程式設計學習成就評量、程式設計學習態度問卷等資料進行相依t檢定、迴歸分析、群集分析、單因子變異數分析與相關分析，從實驗結果發現：一、在實況程式設計影片輔助程式設計學習平台輔助程式設計學習有助於提升程式設計學習成就 1. 學習者觀看實況程式設計影片撰寫評註時，會使用舊有的知識（基礎程式設計課程所學知識）來比擬新學到的知識（本學期所學之進階程式設計課程所學知識）並進行了反思歷程才有能力留下陳述型知識的評註內容來習得陳述型知識，進而提升程式設計理解學習成就。 2. 程式設計實作成就較佳的學習者，會透過花時間及反覆觀看程式編碼影片。學習者可透過觀看實況程式設計影片中語法意涵、解題邏輯及程式執行與編碼的片段，以及透過比較自己與專業程式設計師的編碼方式來習得程序型知識，進而提升程式設計實作學習成就。二、不同程式設計進步幅度的學習者在實況程式設計影片輔助程式設計學習平台之程式設計學習行為有所不同 1. 程式設計理解學習成就越佳的學習者在程式設計理解先備知識評量成績越差，其在觀看實況程式設計影片撰寫評註時，會使用舊有的知識（基礎程式設計課程所學知識）來比擬新學到的知識（本學期所學之進階程式設計課程所學知識）並進行了反思歷程才有能力留下陳述型知識的評註內容，因此培養了陳述型知識。透過撰寫陳述型評註可以讓學習者更了解程式設計相關概念與技能的知識，進而提升學習者的程式設計理解進步幅度。 2. 程式設計實作學習成就越佳的學習者在程式設計理解先備知識評量與程式設計實作先備知識評量成績越差，透過花時間及反覆觀看解題邏輯影片與程式編碼影片，學習者可透過觀看實況程式設計影片中語法意涵、解題邏輯及程式執行與編碼的片段，以及透過比較自己與專業程式設計師的編碼方式來習得程序型知識，透過花時間反覆觀看程式設計解題及程式設計影片可讓學習者更了如何應用程式設計概念與技能以實作的知識，進而提升程式設計實作進步幅度。三、學習者對於程式設計學習態度自我效能面向越高，越少觀看學習實況程式設計影片，導致程式設計實作進步幅度較小；當學習者越肯定陳述型知識的重要性，越會反覆觀看教師講授影片（內含陳述型知識），並透過撰寫陳述語法型評註以進行深度思考，當學習者觀看教師講授影片中的語法意涵及解題邏輯片段的同時，也使得學習者了解及明白如何應用程式設計相關概念與技能以實作的知識，因此在程式設計實作進步幅度較佳。藉由觀看實況程式設計影片輔助程式設計學習，學習者可於觀看實況程式設計影片後透過撰寫評註內容來與自身經驗進行反思，使得學習者更了解程式設計相關概念與技能的知識，進而提升程式設計理解能力；透過反覆觀看實況程式設計影片所呈現的程式設計解題程序及解題歷程，使得學習者更清楚如何利用程式設計概念與技能以實作程式碼的知識，進而提升程式設計實作能力。
性別與性別組合對社交媒體輔助教學之影響—以電腦科學問題解決為例
(2014) 古佩宜
社交媒體的發展為教育帶來了新的可能性。透過社交媒體，學生可以更容易地分享與討論，許多研究開始探討在社交媒體學習環境下的學習行為，但較少討論性別因素造成的影響。然而現有研究已發現性別組合在社會學習環境中將產生影響。因此，本研究擬探究不同的性別與性別組合，對於社交媒體輔助學習的影響。本研究使用Facebook社交媒體的社團功能輔助高中之電腦科學教學，以三所臺北市高中一年級學生為實驗對象，將六個班級以跨校方式分為三種組合(男女混合、女女組合、男男組合)，研究中觀察不同的性別與性別組合在Facebook社交媒體上的問題解決表現與歷程之影響。以性別組合為自變項，而問題解決表現、問題解決方法為依變項，將可歸納並分析不同的性別組合對社交媒體上問題解決表現和問題解決方法之影響。研究結果發現男男組合的學習者比女女組合的學習者和男女混合的學習者利用Facebook社交媒體輔助學習能有較好的問題解決表現，同性組合在Facebook社交媒體輔助學習中亦有較好之問題解決表現。在討論內容方面，三種性別組合使用Facebook社交媒體進行討論皆著重於探索想法、社交以及發表題外話。男男組合在問題解決上有較高的表現可能來自於其在問題解決歷程上較能進展到後面的階段，而其他性別組合由於意見易產生分歧則停留在較初始的階段。本研究結果可提供進行社交媒體輔助教學中性別分組與教學策略設計之參考。
應用三維列印在生活科技課程對科技創造力的影響
(2017) 黃粲絜; Huang, Tsan-Chieh
傳統的生活科技課程大多是給予固定的操作方式進行授課，但如此施為學生將失去設計過程中的思考歷程，按部就班的製作學習亦無法真正學習解決真實生活問題的能力。研究顯示有效的生活科技課程教學方式應採用主題或專題製作的方式，建立一個供學生實作的環境，學生能基於知識原理，並根據日常生活的需求進行思考，讓學生從探索、解決問題、模擬實證、發表、討論、腦力激盪等過程中發展多種構想與解決方法。而這些能力的培養需要引介更多動手實作與科技的使用，一個好的使用工具能夠使得學生整個設計的流程更加的流暢與發揮空間，而三維印表機則為方便的科技產品輔助設計流程的進行。本研究設計基於設計歷程之生活科技教學活動，並以切合現實生活作為主題，透過比較利用三維列印輔助教學之實驗組與利用智高積木輔助教學之控制組兩者之差異，研究對象為新北市立立某高中10年級生，探討三維列印輔助生活科技教學如何影響學生之學習，歸納資料分析結果如下： 1. 透過三維列印輔助教學與透過智高積木輔助教學對於學生的科技創造力沒有顯著的差異，但是建模的過程與三維列印可以反覆印製的功能讓學生具備良好的觀察環境並能不斷嘗試錯誤，整合出更具獨創且有價值的作品，展現出學生產品科技創造性的變通力、敏覺力與精進力。 2. 三維列印輔助生活科技學習對學生的科技興趣與學習階層產生良好的態度並且對學生動手實作、工具的使用、創造的歷程及自身的問題解決能力顯示較高的自我效能。 3. 結合設計思考的過程引導學生透過三維列印進行實踐學習對學生科技產品的創造是有幫助的，而齒輪模擬軟體的建模及三維列印反覆印製的過程中亦可以促進學生設計思考的精進與齒輪機構知識的建立，比起透過智高積木輔助教學更多了瞭解齒輪機構知識及測試並改進的機會。
程式理解之認知神經科學研究
(2020) 邱彤; Chiu, Tung
本研究旨在探討程式理解能力、程式理解策略(由上而下以及由下而上)以及工作記憶(中央執行功能、語音迴路和視覺空間畫板)之間的關聯。實驗受試者為20名本科系學生，擁有至少一年的基礎程式設計經驗。本實驗使用兩種複雜的廣度任務(運作廣度和旋轉廣度)以及河內塔分別來對學生工作記憶能力的語音迴路、視覺空間畫板以及中央執行功能進行評估。本實驗要求受試者理解三題程式碼，它們具有不同類型的程式結構(條件判斷，迴圈結構和函式結構)，並且由眼動儀記錄眼球移動過程來推斷受試者的程式理解策略。透過程式理解測驗評估受試者程式理解能力，並且對受試者進行口頭訪談，以確認他們的理解策略。我們從實驗結果中得出三項重要發現：(一) 不同工作記憶能力的學生傾向使用不同的程式理解策略，語音迴路功能影響學生記憶重複的程式細節，而必須不斷地觀看，視覺空間畫板功能則可幫助學生以視覺心像掌握程式架構，以便直接進入主要的運算指令，而不必重複觀看程式細節；中央執行功能則可幫助學生掌握複雜程式的理解計畫；(二) 不同程式理解表現的學生傾向使用不同的程式理解策略，高程式理解表現者同時使用由上而下以及由下而上策略於程式理解上，而低程式理解表現者則因無法掌握程式架構，大多採用以逐行方式理解程式，採由下而上策略；(三) 工作記憶是會影響程式理解表現，在理解迴圈等需要反覆運算的結構時語音迴路能力的不同會影響學生在對於數字記憶表現；視覺空間畫板的不同則影響學生在進行程式理解期間使用心理黑板來記憶在多項數字的變化以及轉換，以及處理程式結構的模式辨識上的表現。結果揭示了高程式理解表現者可能的認知過程：通過視覺空間記憶能力，將程式模式與長期記憶中儲存的模式進行匹配，然後識別以由上而下的方式進行整體結構的理解方式。再從程序片段中收集詳細資訊，以建立進一步的了解。相反的，由於低能力者無法從長期儲存中檢索相似的模式，因此它們傾向於逐行解讀程式而沒有清晰的結構。