學習資訊專業學院—資訊教育研究所
Permanent URI for this communityhttp://rportal.lib.ntnu.edu.tw/handle/20.500.12235/25
資訊教育研究所之碩士班成立於民國80年，博士班成立於民國86年，目前研究生共約160名。本所原屬資訊教育學系，於95學年度起因應系所組織調整，成為獨立研究所，歸屬教育學院。
本所以『資訊科技教育』和『數位學習』兩個專業領域之研究發展與人才培育為宗旨，課程設計分別針對此兩個專業領域規劃必、選修專業科目，提供學生紮實而嚴謹的學術專業知能及個別化之研究訓練。本所教育目標包括：
1、培育資訊科技教育人才；
2、培育數位學習產業人才；
3、培育資訊科技教育與數位學習研究人才。
本所目前六名專任教師，四位教授，二位副教授，在資訊教育領域均具有豐富之教學與研究經驗且均積極從事研究，每年獲科技部補助研究計畫之平均數量與金額在本校名列前茅。另外，本所教師積極參與國內重大資訊教育政策及課程綱要之制定，積極推動國內資訊教育之發展。
Browse
11 results
Search Results
Item 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。Item 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。Item 遊戲導向教材對高中生程式設計學習之影響(2012) 廖祐梓; Yu-Tzu, Liao本研究使用Greenfoot程式設計發展工具，設計兩種不同策略之遊戲導向程式設計學習教材，讓學生在發展遊戲中學習基本的程式設計語法與概念，檢證高中二年級學生在程式設計學習成效、學習態度、及使用Greenfoot開發環境的自我效能。本研究採準實驗設計，使用由下而上式學習策略教材組為39位學生，使用由上而下式學習策略教材組為44位學生。以後測分數檢證兩組學生的學習成就差異；以問卷的數據結果歸納學生對程式設計學習態度、教材態度與個人學習態度；以Greenfoot開發環境自我效能量表檢證兩組學生的軟體自我效能差異。 研究結果發現，使用由上而下式學習策略教材的學生在程式設計學習成就上明顯高於使用由下而上式學習策略教材的學生。使用由上而下式學習策略教材的學生在教材態度上明顯高於使用由下而上式學習策略教材的學生。兩組學生在程式設計學習態度、教材態度與個人學習態度都持正向看法。Item LEGO NXT機器人3D模擬軟體於程式設計教學之行動研究(2013) 彭孟凱本研究使用LEGO NXT機器人3D模擬軟體進行程式設計教學，希望能改善學生學習情形，了解機器人模擬軟體的教學實施問題，並促進研究者本身教學專業的成長。本研究以行動研究法進行，研究對象為某高中一年級正修習資訊科技概論的2個班級共84名學生，研究者使用機器人模擬軟體，設計數個問題情境與模擬環境，讓學生透過程式設計進行電腦解題實作，實驗時間共5週10個小時。資料蒐集與分析包括：實作心得紀錄、課程問卷、成就測驗、學生訪談與教學日誌。 研究結果發現：LEGO NXT機器人3D模擬軟體是可行的程式設計學習工具，並且可以提升學生程式設計學習興趣；在應用LEGO NXT機器人3D模擬軟體進行程式設計教學時，須兼顧基礎概念與解題能力的學習訓練，給予學生充分的實作時間進行練習與探索，並且透過實作心得紀錄，幫助老師了解學生學習歷程。此外，在課程實施之前，必須先考量執行模擬軟體所需的電腦軟硬體與時間，可依教學需求增加多元的教學範例，或是依課程需要調整教學內容順序，以提升學生的學習情形。Item 程式設計對初學者問題解決能力之影響－以機器車程式設計為例(2013) 鮑志軒本研究探討機器車輔助程式設計學習對初學者問題解決能力及學習態度的影響。研究採準實驗設計，實驗時間共十週，參與者為南部某國中國一學生共二班63人，其中一班學生為實驗組，進行樂高機器車程式設計學習活動；另一班為控制組，進行傳統計算機概論教學活動。資料蒐集及分析包括「新編問題解決能力測驗」得分，以及態度問卷上封閉及開放式問題之填答。 研究結果發現：（1）機器車輔助程式設計對學生之問題解決能力無顯著影響；（2）女性學生對機器車程式設計較無興趣；（3）男性學生對機器車程式設計有較高的興趣，在實驗後，其「解決方法」及「有效性」二個問題解決面向之能力有顯著提升。男性學生經過機器車程式設計學習後，能提出更多樣及有效的問題解決構想，並且思考變得更周密，也更善於運用既有的知識及經驗來掌握關鍵要素及有效的方法。建議未來可重覆本研究，但增加與其它程式設計情境之比較，例如與Scratch、Alice等。此外，亦可運用質性方法深入探討程式設計與問題解決能力各面向之因果關係。 關鍵字：樂高機器車、程式設計、問題解決。Item 鷹架支持與自我效能對國小學生程式設計學習表現與學習態度之影響(2011) 韓宜娣; Yi-Ti Han本研究旨在探討不同鷹架支持(後設認知鷹架、程序鷹架)與電腦自我效能(高電腦自我效能、低電腦自我效能)對國小六年級學生程式設計學習表現與學習態度之影響。研究對象為國小六年級學生，有效樣本為77 人，研究設計採因子設計之準實驗研究法，自變項包含鷹架支持與電腦自我效能，鷹架支持分為「後設認知鷹架」及「程序鷹架」兩種類型，電腦自我效能依據電腦自我效能量表之分數，分為「高電腦自我效能」及「低電腦自我效能」；依變項則包括程式設計學習表現與電腦課學習態度。研究結果發現：(1)後設認知鷹架能提升學習者在較高層次的程式設計學習表現；(2)高電腦自我效能學習者有較佳的程式設計學習表現和電腦課學習態度；(3)無論是接受後設認知鷹架或程序鷹架的學習者對於Stagecast Creator程式設計教學皆持正面肯定態度。Item 機器人輔助程式設計學習之學習成效與學生心智模型探討(2009) 謝亞錚; Ya-Jeng Shieh本研究目的在探討使用機器人學習程式設計之成效及其可能形成之心智模型。研究採準實驗設計，參與者為台北某高中的四班高一學生共144人，依使用工具之不同將學生分為實體機器人、模擬軟體、實體加模擬、及傳統等四組。實驗分二階段進行，第一階段目的在探討三種不同機器人輔程式設計學習之成效，第二階段目的在比較使用機器人與傳統方式學習程式設計之成效及可能產生的心智模型。研究結果發現：(1)實體機器人與模擬軟體搭配使用能產生不錯的學習成果，(2)學生對使用機器人學習程式設計持正向態度，(3)學生使用機器人與使用傳統方式學習程式設計傾向於產生不同的心智模型。建議未來研究可探討同時使用機器人和傳統方法學習程式設計之成效及心智模型。Item 文字式與圖像式程式語言之學習成效比較研究(2006) 楊美菁; Mei-Ching Yang本研究旨在探討文字式與圖像式程式語言對於學習成效之影響。台北市某國小兩班六年級學生參與本研究，每班各二十六名學生，總共進行25節課之教學實驗。實驗過程中，一班學生使用MSWLogo，另一班則使用Drape，兩者皆屬Logo系列之程式語言，但MSWLogo提供文字式指令供使用者撰寫程式，而Drape則提供圖像式語法。 本研究所收集之量化資料為五次紙筆測驗及一次期末上機實作測驗成績。紙筆測驗包括記憶、理解、應用與分析等認知能力之測驗題目，期末上機實作測驗則包括16題創作題和8題修改題。量化資料分析結果顯示，學習MSWLogo（文字式語言）的學生在前三次紙筆測驗的成績均優於Drape（圖像式語言）組，達統計上之顯著性，但於第十五節與末期之兩次紙筆測驗，兩組成績則並未達顯著差異。由此似可推論Drape（圖像式語言）在學習初期之門檻較高，但當學生對於程式語法逐漸熟悉後，兩者間之差異逐漸縮小。在上機實作測驗方面，MSWLogo組在創作題之平均分數雖高於Drape組，但未達統計上的顯著性；在修改題方面，兩組平均分數相近，亦無顯著差異。 本研究所收集之質化資料包括：以螢幕擷取軟體所錄製之學生上機實作程式設計過程、實驗後問卷調查結果、學生之學習心得、及教師之教學日誌等。質化資料之分析顯示，在程式設計過程中，MSWLogo學習者易犯語法錯誤；相對的，Drape學習者則易因某些圖像式指令相似度過高或違背直觀原則而產生混淆。換言之，兩者各有其使用上的缺點。在學習態度方面，兩組學生無論在學習程式設計的喜好程度，或未來繼續學習程式設計的意願上均無顯著差異。 整體而言，本研究顯示國小六年級學生使用MSWLogo（文字式語言）或Drape（圖像式語言）學習程式設計並未造成學習成效或學習態度上之顯著差異。一般人易於直覺認定圖像式語言較易於學習，且較易為國小學生所接受，本研究應有助於矯正此一錯誤認知，並提供教師於選擇適合國小學生學習之程式語言時的重要參考。Item 高中生以 Greenfoot 學習 Java 程式設計的學習效果(2013) 楊士青; Shih-Ching Yang程式設計是電腦科學教育的重要一環，但是對初學者來說確相當困難。本研究使用Greenfoot程式發展環境並以微世界(microworld)及建構主義的理念來輔助學生學習。Greenfoot是用來學習Java程式設計的微世界架構(microworld framework)，以支援教學活動，提昇學生的學習興趣，支援學生的探索式學習。 本研究進行為期八週的Greenfoot課程，實施對象為四十位高中一年級學生。課程內容涵蓋Kölling的Greenfoot教科書第一到第五章，另外加上了四個補充案例，作為學生課堂練習之用。本研究蒐集資料以質性方法為主，包括無干擾現場觀察、學生作業方析、學生問卷及教師訪談，以瞭解使用Greenfoot之學習成效。 研究結果顯示，學生對Greenfoot提供的聲光動畫功能很感興趣，但隨著程式案例難度的增加，興趣逐漸降低；學生對於將一個案例中學到的技能，轉移到另一個案例上，感到相當困難；此外，學生喜歡嚐試修改Greenfoot案例，使其產生不同的動畫效果，有助於他們觀察程式行為，達到程式設計學習之目的。建議教師在教材設計上以觀念為主，發揮Greenfoot的優點，在案例中加入更多的聲光動畫功能，並支援更多學生的探索式學習。Item 2000年至2009年發表於ACM SIGCSE Bulletins 之程式設計教學法相關文獻之系統性分析(2015) 許信育; Hsu, Hsin-Yu本研究旨在系統性地收集2000年至2009年間發表於ACM SIGCSE Bulletin季刊（其中包含The SIGCSE Technical Symposium及International Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education兩研討會之論文集），關於程式設計教學之論文，將論文中所報導之程式設計教學法加以彙整、分析，並將分析結果分類呈現與闡述。本研究根據八項篩選準則，以人工方式從上述文獻來源中篩選出79篇論文，並以自行設計之文獻資料萃取表，記錄各篇論文中為本研究分析所需之重要內容。研究者接著使用敘述性綜合法進行資料分析，重點在於整理各文獻所報導之教學活動及其所使用之教學工具。分析結果顯示，程式設計教學中較常使用之教學工具可大別為七類：程式開發環境（如Jython、M.U.P.P.E.T.S、CS1 Sandbox、Bricklayer、及JPie）、合作學習工具（如CoWeb、IMinds、及Praktomat）、遊戲開發工具（如GBA and NDS Development Tools和OpenGL）、視覺化工具（如EROSI Tutor、PlanAni、及Jeliot）、教學回饋工具（如Personal Response System和個別輔導教學軟體）、機器人程式開發工具（如LEGO Mindstorms、及Parallax Scribbler）、及其他工具。在教學活動方面，則可分為以下七類：(1)教學範例或作業結合特定主題之教學活動、(2)提供學生彈性選擇不同範例或作業之教學活動、(3)以培養學生問題解決能力為重點之教學活動、(4)合作學習、(5)強調教學者對學生提供回饋之教學活動、(6)以視覺化工具輔助之教學活動、及(7)不屬於上述六類之其他教學活動。本研究以案例闡釋各類教學活動之特色及其所帶來之學習效益，期能提供程式設計教學者參考採用之。