[[alternative]]The design and development of scratch programming language for "cartesian coordinate system" and "line equation" course

碩士[[abstract]]本研究目的為設計及建構一套適用於國中階段學習Scratch資訊數學程式語言的課程教材，採用設計發展研究法為研究理論與課程發展基礎。利用國中一年級數學課，引導學生使用視覺化Scratch程式語言軟體學習程式設計，過程藉由問題解決導向的教學方式，引起動機與提高學習效果，設計主題亦結合國中一年級數學直角座標及直線方程式課程內容，讓學生不僅體驗到電腦程式語言設計的樂趣，也在設計遊戲的過程中，不斷複習、運用與驗證原本不易理解的數學直角座標及直線方程式數學概念。本課程教材經實驗教學，得到研究結論如下： 一、接受Scratch融入數學領域的學生在學習成就測驗表現優於對照組學生。 二、接受Scratch融入數學領域的學生在學習成就延宕測驗表現優於對照組學生。 三、學生對使用Scratch融入數學領域教學給予正面肯定。[[abstract]]The aim of the study is to design and construct a teaching material for learning the mathematical Scratch Programming Language developed specific for junior high school students. Design-Based Research was used as the research theory and the basis of teaching material development. By utilizing seventh graders’ mathematics lessons, students were guided to use the Visualization Tool Scratch Programming Language. Through the problem-solving based learning process, it ignited students’ learning motivations as well as increased learning effectiveness. As the theme of the developed material integrates with “Cartesian Coordinate System” and “Linear Equation” of seventh graders’ Mathematics curriculum, it did not only enable students to enjoy the fun of designing IT programming language, but also repetitively revise, test and verify the mathematical concepts of “Cartesian Coordinate System” and “Linear Equation”, which were often considered difficult for students to grasp, during the learning process. Experimental teaching sessions were carried out for this particular teaching material, and conclusions are listed as below: 1. Students had Scratch integrated in their mathematics curriculum performed better in their learning achievement test compared to students in the control group. 2. Students had Scratch integrated in their mathematics curriculum performed better in their learning achievement procrastinated test compared to students in the control group. 3. Positive feedbacks were received from students on the integration of Scratch in their mathematics curriculum.[[tableofcontents]]圖次........................................................................................... VI 表次......................................................................................... VIII 第一章 緒論.............................................................................. 1 第一節 研究背景與動機............................................................. 1 第二節 研究目的與問題............................................................. 7 壹、 研究目的.................................................................... 7 貳、 研究問題.................................................................... 8 第三節 研究範圍與限制............................................................. 9 第四節 名詞解釋......................................................................10 第五節 預期貢獻......................................................................12 第二章 文獻探討......................................................................13 第一節 中小學資訊教育實施現況與困境...................................13 壹、 我國中小學資訊教育的推動藍圖................................13 貳、 中小學資訊教育的實施現況與困境.............................19 第二節 程式語言與SCRATCH .....................................................23 壹、 學習程式設計的重要性..............................................23 貳、 適合中小學生學習之程式語言....................................25 參、 Scratch 程式設計........................................................29 肆、 國內有關Scratch 研究結果.........................................34 第三節 電腦輔助數學學習........................................................40 壹、 以電腦輔助數學學習..................................................40 貳、 直角座標及直線方程式之電腦輔助學習相關研究........43 參、 直角座標及直線方程式錯誤類型分析..........................48 第三章 研究方法與設計............................................................51 第一節 研究架構與規晝............................................................51 壹、 研究架構...................................................................51 貳、 研究流程...................................................................53 第二節 課程教材設計與發展.....................................................54 壹、 課程教材設計理念.....................................................54 貳、 課程教材分析及規畫..................................................56 參、 教學活動策略設計.....................................................59 肆、 教材分析與參考資料..................................................63 伍、 資訊數學教材課程內容..............................................65 第三節 課程實驗設計...............................................................74 壹、 課程實驗設計............................................................74 貳、 實驗架構...................................................................76 參、 實驗場域與對象.........................................................78 肆、 實驗假設...................................................................79 伍、 實驗工具...................................................................80 陸、 實驗實施程序............................................................83 柒、 實驗教學活動設計.....................................................87 捌、 資料處理與分析.........................................................92 玖、 倫理議題...................................................................94 第四章 研究結果......................................................................95 第一節 教材發展及SCRATCH 程式內容......................................95 第二節 學習成就測驗及延宕測驗分析..................................... 125 第三節 SCRATCH 融入數學領域教學意見之分析....................... 132 第四節 資訊數學組學生半結構訪談之分析.............................. 136 第五節 教材評鑑分析............................................................. 140 第六節 學生作品分析............................................................. 142 第五章 結論與建議................................................................. 147 第一節 結論........................................................................... 147 第二節 建議........................................................................... 149 參考文獻................................................................................... 151 中文部分................................................................................ 151 英文部分................................................................................ 154 附錄.......................................................................................... 156 附錄一:直角座標單元學習成就測驗......................................... 156 附錄二:直角座標單元學習成就延宕測驗.................................. 158 附錄三:二元一次方程式學習成就測驗..................................... 160 附錄四:二元一次方程式學習成就延宕測驗.............................. 162 附錄五 SCRATCH 融入數學領域教學意見調查表........................ 164 附錄六:半結構性訪談題目....................................................... 166 附錄七:參與學生家長同意書................................................... 167 附錄八： 專家調查問卷........................................................... 168 圖次 圖2-2-1 SCRATCH 八種不同顏色的積木.........................................29 圖2-2-2 SCRATCH 創作的機制.......................................................30 圖2-2-3 SCRATCH 社群網站...........................................................31 圖2-2-4 SCRATCH 使用者年齡分佈圖.............................................32 圖2-2-5 SCRATCH 程式每日上傳分享專案數量...............................32 圖2-2-6 SCRATCH-ED 網站.............................................................33 圖3-1-1 整體研究架構及教材發展流程.........................................52 圖3-1-2 研究流程........................................................................53 圖3-2-1 課程統整與設計概念圖...................................................55 圖3-2-2 藍海策略四項行動架構...................................................56 圖3-2-3 課程設計概念圖..............................................................58 圖3-2-4 問題解決的五大步驟.......................................................59 圖 3-2-5 培養學生能力示意圖......................................................62 圖3-2-6 課程學習架構圖..............................................................66 圖3-2-7 瑪莉歐與直角座標..........................................................67 圖3-2-8 我是林書豪最佳後衛.......................................................70 圖3-3-1 課程實驗實施程序圖.......................................................83 圖3-3-2 直角座標課程實驗流程圖................................................85 圖3-3-3 二元一次方程式課程實驗流程圖.....................................86 圖4-1-1 座標移動-水平左右.........................................................96 圖4-1-2 直角座標平面.................................................................97 圖4-1-3 座標移動-垂直上下.........................................................98 圖4-1-4 座標移動-控制................................................................99 圖4-1-5 重覆執行程式............................................................... 100 圖4-1-6 座標移動-滑鼠偵測....................................................... 100 圖4-1-7 垂直跳躍程式............................................................... 101 圖4-1-8 座標移動-垂直跳躍....................................................... 102 圖4-1-9 水平射擊與偵測程式..................................................... 103 圖4-1-10 座標移動-水平射擊..................................................... 104 圖4-1-11 象限設定程式.............................................................. 105 圖4-1-12 象限判斷-隨機產生..................................................... 106 圖4-1-13 象限判斷程式.............................................................. 107 圖4-1-14 象限判斷-變數程式..................................................... 108 圖4-1-15 日本海嘯大救援.......................................................... 109 圖4-1-16 滑行到程式................................................................. 110 圖4-1-17 直線運動-平移程式..................................................... 111 圖4-1-18 滑鼠偵測程式.............................................................. 112 圖4-1-19 水平移動-Y=K 的圖形程式........................................... 113 圖4-1-20 重複執行程式.............................................................. 114 圖4-1-21 垂直移動-X=H 的圖形.................................................. 115 圖4-1-22 重複執行直到條件成立的指令..................................... 116 圖4-1-23 二元一次方程式圖形................................................... 117 圖4-1-24 畫筆類別指令程式....................................................... 118 圖4-1-25 二元一次聯立方程式圖形............................................ 119 圖4-1-26 兩點求方程式.............................................................. 120 圖4-1-27 移位傳球-兩點求方程式.............................................. 121 圖4-1-28 直線方程式................................................................. 122 圖4-1-29 三角傳球程式.............................................................. 123 圖4-1-30 大聯盟金手套外野手獎................................................ 124 圖4-6-1 程式內容...................................................................... 143 圖4-6-2 固定點位置再回到原點的方式呈現................................ 143 圖4-6-3 垂直移動-X=H 程式....................................................... 144 圖4-6-4 兩點求直線方程式程式................................................. 145 表次 表2-1-1 資訊教育階段性內容.......................................................14 表2-1-2 資訊教育核心能力、學習內涵及能力指標一覽表.............15 表2-1-3 國中一至三年級資訊教育能力指標與學習內容.................17 表2-1-4 國中小各年級電腦課每週實施節數..................................21 表2-1-5 電腦課各學習主題授課校數百分比..................................21 表2-2-1 適合初學者使用的程式語言............................................26 表2-2-2 適合中小學生學習之程式語言.........................................27 表2-2-3 國內SCRATCH 研究之整理...............................................34 表2-3-1 資訊教育議題融入數學學習領域之指標...........................42 表2-3-2 直角座標及直線方程式之電腦輔助學習相關研究.............43 表3-2-1 藍海策略四項行動架構內容說明.....................................57 表3-2-2 藍海策略課程教材四項行動架構分析..............................58 表3-2-3 數學直角座標單元..........................................................69 表3-2-4 數學直角座標單元..........................................................72 表3-3-1 數學直角座標單元..........................................................74 表3-3-2 數學直線方程式單元.......................................................75 表3-3-3 研究樣本一覽表..............................................................78 表3-3-4 直角坐標平面測驗雙向細目表.........................................81 表3-3-5 直角坐標平面測驗對應學習主題細目表...........................81 表3-3-6 二元一次方程式圖形測驗雙向細目表..............................82 表3-3-7 二元一次方程式圖形對應學習主題細目表........................82 表3-3-8 數學直角座標平面單元...................................................87 表3-3-9 二元一次方程式單元.......................................................89 表3-3-10 訪談資料編碼與代表意義..............................................93 表4-1-1 EXCEL 說明.................................................................. 117 表4-2-1 兩組前測成績之描述性統計.......................................... 125 表4-2-1 獨立樣本T 檢定........................................................... 125 表4-2-3 直角座標平面單元學習成效後測敘述性統計.................. 126 表4-2-4 直角座標平面單元學習成效後測成績的變異數分析摘要. 126 表4-2-5 二元一次方程式圖形單元學習成效後測敘述性統計........ 127 表4-2-6 二元一次方程式圖形後測成績的變異數分析摘要........... 128 表4-2-7 直角座標平面學習成效延宕測驗敘述性統計.................. 129 表4-2-8 直角座標平面延宕測驗成績的變異數分析摘要............... 130 表4-2-9 二元一次方程式圖形學習成效延宕測驗敘述性統計........ 130 表4-2-10 二元一次方程式圖形後測成績的變異數分析摘要......... 131 表4-3-1 課程內容設計教學意見之分析...................................... 132 表4-3-2 同儕互動教學意見之分析.............................................. 133 表4-3-3 學習成效教學意見之分析.............................................. 134 表4-3-4 學習態度教學意見之分析.............................................. 134 表4-5-1 SCRATCH 資訊數學教材方面專家問卷統計...................... 140 表4-5-2 SCRATCH 資訊數學程式設計方面專家問卷統計............... 141 表4-6-1 直角座標前三單元學生作業統計表................................ 142 表4-6-2 學生作業統計表............................................................ 143 表4-6-3 直角座標自行設計遊戲學生作業統計表......................... 144 表4-6-4 直線方程式前三單元學生作業統計表............................ 144 表4-6-5 兩點求方程式學生作業統計表....................................... 145 表4-6-6 直線方程式學生作業統計表.......................................... 145[[note]]學號: 799740161, 學年度: 10