TWI590208B - 情境式編程教學方法及電腦程式產品 - Google Patents

Description

情境式編程教學方法及電腦程式產品

本發明關於一種編程教學方法及其電腦程式產品，特別是一種透過與使用者互動的情境式編程教學方法及其電腦程式產品。

時至今日，使用程式語言開發或修改應用軟體是許多行業的基本工作。尤其面對即將進入的”機器人製造”時代，編程不再是大學生才需面臨的課題，向下(小學)紮根學習編程已經是許多先進國家教育政策的共識。然而，對於幼小學童或初學者來說，編程學習有很大的阻礙。首先，一般程式語言都會以英文單字或特定字串作為指令或變數來架構程式，對於母語不是英文的學生來說，同時學習編程及英文單字，甚或沒有對照字義的字串，挫折感高但接受度低。其次，編程注重邏輯性，而這邏輯性要架構在對應用場景的確切理解上，這對幼小學童又是一道高門檻。此外，許多物件導向的程式語言，編程過程中要考慮到許多的介面，甚至是與串連的硬體互動。這種抽象到實體的應用，即便在多次 的實作中，也難很快領悟個中訣竅。是故，幼小學童或初學者的編程教學在運作上，一直存在成效不彰的困擾。

除了傳統藉由教科書或上課學習編程外，近來學習的方式變得更加多元。學生可以上網，觀看老師事先預錄的視頻，該視頻中也會加入電腦螢幕的截圖，讓學生同步了解程式碼及執行結果。如此一來，學習時間可以壓縮，並針對不了解的地方反覆觀看學習。更進步的學習方式，是可以隨時隨地學習；也就是藉由下載編程學習APP，在平板電腦或手機上學習。這種方式不同於觀看視頻，由於平板電腦或手機的螢幕不大，學習的內容要分成許多細項，在不同的視窗及課程中操作，慢慢累積學習成果。這些編程學習APP一般還是針對各種語法及指令應用來分章節，其中也有提供整合型的案例參考。這對有心學習編程的人來說非常方便，但沒辦法解決以上的三個問題，對幼小學童及初學者的學習並沒有助益。

情境式學習，顧名思義就是在場域中直接觀察並且在交流及互動中來學習各種實際的操作。在許多的教學領域中，情境式學習的效果非常好。可惜的是，在編程教學這方面並沒有相關的應用及發明成果。本發明即是引入情境式學習於編程教學的具體研發成果。

本段文字提取和編譯本發明的某些特點。其它特點將被揭露於後續段落中。其目的在涵蓋附加的申請專利範圍之精神和範圍中，各式的修改和類似的排列。

為了解決上述的問題，本發明揭露一種情境式編程教學方法，該方法包含步驟：A.在一電子設備的螢幕上提供一互動訊息框與一虛擬物件，其中該虛擬物件具有可修改之一虛擬物件特徵；B.於該互動訊息框中顯示將要進行編程教學之虛擬物件特徵的修改說明；C.於該互動訊息框顯示該虛擬物件特徵的修改之程式碼；D.由該虛擬物件顯示該虛擬物件特徵的修改；及E.於該互動訊息框顯示該虛擬物件特徵的全部或部分的修改程式碼供學習者進行進一步修改。

依照本發明的精神，該方法進一步包含一步驟F：F.由該虛擬物件顯示該虛擬物件特徵的進一步修改。

依照本發明的精神，該方法又進一步於步驟A之後包含一步驟A1及於步驟E之後包含一步驟F1：A1.提供一實體物件，該實體物件獨立於該電子設備之外、與該電子設備無線連接、受該電子設備控制，並具有與該虛擬物件特徵對應的一實體物件特徵；及F1.由該實體物件展示對應該虛擬物件特徵的進一步修改之實體物件特徵變動。

最好，該電子設備可為筆記型電腦、平板電腦或智慧型手機。該虛擬物件可為該實體物件的單一影像、該實體物件的連續影像、單一示意圖像，或連續示意圖像。該修改 說明為所有對應虛擬物件特徵的修改之程式碼之文字說明。步驟A進一步可提供一情境導引物件。該情境導引物件隨互動訊息框中顯示的資訊而有不同的顯示態樣。而該顯示態樣可為單一示意圖像，或連續示意圖像。

另外，本發明亦屬一種情境式編程教學電腦程式產品，安裝於一電子設備中，該電腦程式產品執行以完成如上所述之方法。

本發明藉由情境導引物件與互動訊息框文字變化，讓學習者可以很快理解應用場景，了解編程的邏輯性。又互動訊息框內可以讓學習者反覆熟悉特定的語法、字碼或參數，讓母語不是英文的學習者可以漸次熟悉編程所使用的特定英文單字或字串。最後，程式碼執行的介面被簡化，讓學習者不再害怕由抽象到實體的介面應用。

100‧‧‧平板電腦

110‧‧‧觸控螢幕

111‧‧‧互動訊息框

112‧‧‧虛擬物件

113‧‧‧情境導引物件

200‧‧‧實體物件

第1圖為本發明揭露的一種情境式編程教學方法之流程圖。

第2圖至第14圖為使用該情境式編程教學方法的行動應用軟體介面操作示意圖。

本發明將藉由參照下列的實施方式而更具體地描述。

請參閱第1圖，該圖為本發明揭露的一種情境式編程教學方法之流程圖。在對該情境式編程教學方法進行進一步的說明前，要說明的是本發明並無限制應用的程式語言。然而對於效用來說，物件導向程式語言是的較佳的標的。目前有許多已開發並廣為世人接受的物件導向程式語言，比如JAVA、Objective C、C#、LIVECODE...等，都是本發明可以應用的程式語言。因為本發明的重點之一在於提供”情境式編程教學”，這樣可以使幼小學童或初學者更快接受編程課程內容，並樂於學習。是故，具有自然語法(即程式碼近於一般文字與口語對話表達，便於人們直覺地理解程式碼內容)的第四代程式語言，比如LIVECODE，是最好的程式語言。在以下實施例中，所有的教學內容皆以LIVECODE語法為例說明之。

首先，本發明的情境式編程教學方法在一電子設備的螢幕上提供一互動訊息框與一虛擬物件，而前述的虛擬物件具有可修改之一虛擬物件特徵(S01)。為了協助說明，請見第2圖。本發明的體現是藉由在前述電子設備上安裝一套電腦程式產品而進行操作。這裡所謂的電子設備可以是筆記型電腦、智慧型手機，或是如第2圖所示的平板電腦100。當然，電子設備也可以是一台專門為編程教育而設計，具有互動式螢幕的客製化硬體。由於是在平板電腦100上運作，前述的電腦程式產品就是行動應用程式(APP)。該行動應用程式執行 後，於觸控螢幕110上顯示一互動訊息框111與一虛擬物件112。互動訊息框111內可以顯示配合教學情境的對話，以及編程教學內容，比如程式碼。學習者也可以透過觸控螢幕110修改某些被容許修改的程式碼內容，進行互動學習。

在本實施例中，虛擬物件112是一個會發各種顏色光的小球，用來顯示教學程式碼或者學習者修改後的程式碼的功用(發出特定顏色的光)。當然，虛擬物件112不限定只能是發光小球，在其它的實施例中，虛擬物件112可以是一台音響，接受不同的程式碼而撥放不同的歌曲；它也可是一個玩具機器人，接受不同的程式碼而有不同的動作。應用在不同的課程中，虛擬物件112有不同的形態，本發明並未限定之。然而，虛擬物件112一定要具有可修改的虛擬物件特徵，這些虛擬物件特徵可以依照不同的程式碼而變化。比如前述的各種光線、不同的歌曲以及玩具機器人的動作，都是虛擬物件特徵。

在第2圖中，行動應用程式執行後還會在觸控螢幕110上顯示其它的物件，諸如”重新開始”按鍵、”Discovery”按鍵、情境導引物件113，及情境導引物件說明框(圖中為顯示情境導引物件113名字”Jack”的名字框)。對本發明而言，這些物件中較為重要的是情境導引物件113，情境導引物件113可以隨互動訊息框111中顯示的資訊而有不同的顯示態樣。在本實施例中，情境導引物件113是一個兔子圖像，隨著不同的顯 示資訊而有不同的動作或表情(顯示態樣)，可以引導學習者融入學習課程的情境中。情境導引物件113也可以是不變的背景(顯示態樣為單一示意圖像)，但這樣的學習效果會差一點。當然，顯示態樣也可以是連續示意圖像，或者是具有變化背景音樂的連續示意圖像，這樣的學習效果最好。

在第2圖的互動訊息框111中顯示”請點擊開始對話”，引導學習者開始學習編程。在學習者點擊互動訊息框111後，畫面轉換成第3圖所示。從第3圖可以發現，觸控螢幕110上顯示的畫面主要有兩個變化：情境導引物件113的形狀變化以及互動訊息框111中顯示文字變為”小朋友，你會變rainbow的顏色嗎？”。前者的變化規則已於前文說明，此處不再贅述。因為互動訊息框111的更新文字，學習者漸漸融入教學情境中。藉由對任務的認知，學習者會對接著要學習的編程內容有更進一步的理解。

由此開始，啟動本發明的第二個步驟：於互動訊息框111中顯示將要進行編程教學之虛擬物件特徵的修改說明(S02)。此處是提供學習者發光小球(虛擬物件112)的發光方式。如此，觸控螢幕110上顯示的畫面進一步變成第4圖：互動訊息框111中的文字則顯示為”請仔細看我對rainbow說了什麼？”。

接著，於互動訊息框111顯示該虛擬物件特徵的修改之程式碼(S03)。請見第5圖。互動訊息框111顯示了讓發光 小球(虛擬物件112)發紅光的程式碼”set the color of control“rainbow”to red”。(rainbow發光小球的物件名稱)同時或稍後，在觸控螢幕110上發光小球(虛擬物件112)由不發光轉為發紅光，也就是藉虛擬物件顯示虛擬物件特徵的修改(S04)。此處有本發明幾點特色要加以說明：第一，因為是用於情境教學，程式碼本身越簡短越好，以凸顯程式碼中的主要指令或變數之應用。然而，熟悉編程的技術人員都知道，僅憑單一行程式碼來控制物件的變化是不可能的。光是觸控螢幕110的畫面本身就需要一組以上的介面及控制邏輯，何況是介面中元件的控制。因此，本發明是視一組完整程式碼為輸入，在觸控螢幕110上顯示對應的動作。換句話說，為了將該行程式碼轉換為實際的虛擬物件112之操作，在行動應用程式背景中需要許多其它程式碼運作來處理，這是學習者看不到的。然而這些對應的技巧，即一段輸入文字改變介面中的圖像，係屬習知技術，不屬於本發明之範疇。第二，前述程式碼的內容讀起來近似口語用法，這也是本發明利用自然語法的優點。當理解應用場景後，記憶相對的程式碼，能加速幼小學習者或初學者編程學習。

在完成一段程式碼的學習後，也要讓學習者動手學習。畫面會藉由第6圖與第7圖的互動訊息框111文字導引，進入下一階段。依照本發明，此時於互動訊息框111顯示該虛擬物件特徵的全部或部分的修改程式碼，供學習者進行進一步 修改(S05)。請見第8圖，行動應用程式會將原程式碼的部分語法、字碼或參數隱藏，讓學習者輸入正確的語法、字碼或參數來執行。學習者可以依照前面教學的方式，將red填入底線位置，也可以自行試試其它的參數，比如blue，看看有沒有不同的變化。須強調的是，隱藏的部分語法、字碼或參數是教學的重點，要學習者記憶或應用的部分，必須配合虛擬物件112的虛擬物件特徵。如果將與顏色變化無關的語法隱藏，即便學習者輸入正確，最後得到的結果與情境無關，就不符本發明的宗旨了。

最後，由虛擬物件112顯示該虛擬物件特徵的進一步修改(S06)。執行時可以點擊新出現的執行框(內有DO文字者)。若如同第9圖般輸入red，發光小球(虛擬物件112)就會發紅光；若輸入blue，發光小球也會發藍光(事先定義)。但如果輸入的參數沒有定義，比如輸入fly，互動訊息框111的文字可以顯示諸如”您輸入錯誤參數，請再輸入一次”；互動訊息框111也可不做任何反應，直到正確的參數輸入後，才以對應的虛擬物件特徵的修改做結束。其做法可以依照不同的設計有不同的變化。在結束一段學習後，互動訊息框111的文字可以如同第11圖，顯示”小朋友，有沒有把set the color of control“rainbow”to red背起來？”等文字，用以激勵幼小學習者與初學者的學習心態。

在另一實施例中，本發明的應用可以延伸到實體物 件，也就是藉由程式碼控制實體物件的變化。這樣的作法，會引發學習者更多的學習興趣。具體的作法，是在前述步驟S01與步驟S02間加入一新的步驟：提供一實體物件200，該實體物件200獨立於平板電腦111(電子設備)之外、與平板電腦111(電子設備)無線連接、受平板電腦111(電子設備)控制，並具有與虛擬物件特徵對應的一實體物件特徵。這裡的實體物件200，配合發光小球(虛擬物件112)，是一個實體發光球。實體發光球可以視為一個IOT(Internet Of Things)應用，藉由與平板電腦111無線設定，比如Bluetooth或Wi-Fi，與透過特定程式碼而受其控制。如前所述，要是僅用觸控螢幕110上單一行的程式碼，是無法對實體發光球進行發光控制的，必須要有很多其它硬體的控制程式配合行動應用程式的背景運作邏輯，才能完成這個工作。這種控制硬體的技巧並非特殊技術，一般熟稔硬體控制的技術人員都能針對特殊硬體架構而設計，本發明並不強調於此。

當如同前一實施例所描述，完成步驟S02到步驟S05後，學習者就可以先在平板電腦111的觸控螢幕110上完成程式碼學習及模擬操作。依照本發明的精神，此時要在實體物件上進行程式碼的實際應用成果展現。因此，原本的步驟S06要修改為：由實體物件200(實體發光球)展示對應該虛擬物件特徵的進一步修改(發光小球發光)之實體物件特徵變動(實體發光球發光)。如第12圖所示，當學習者輸入正確的參 數並點擊執行框，發光小球並不會變化，新的變化是實體發光球發出紅光。

關於本發明的細節部分，有以下幾點要強調說明。首先，虛擬物件112可以是實體物件200的單一影像，也可以是該實體物件200的連續影像(或一段影片)。不強調對應外觀，虛擬物件112可以是單一示意圖像或是連續的示意圖像。其次，步驟S02中的修改說明為所有對應虛擬物件特徵的修改之程式碼之文字說明。關於這一點，可以第13圖與第14圖來說明。第13圖對應第3圖，其修改說明就是將所有可以變化的顏色，通通列舉出來，第14圖就是相對應的程式碼。當然，修改說明不限於單一項目或所有項目，任意列舉開發者想要學習者學習的項目，也在本發明的應用之列。最後，互動訊息框111可以讓學習者反覆熟悉特定的語法、字碼或參數，讓母語不是英文的學習者可以漸次熟悉編程所使用的特定英文單字或字串，這是學習編程之外的另一個收穫。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種情境式編程教學方法，包含步驟：A.在一電子設備的螢幕上提供一互動訊息框與一虛擬物件，其中該虛擬物件具有可修改之一虛擬物件特徵；B.於該互動訊息框中顯示將要進行編程教學之虛擬物件特徵的修改說明；C.於該互動訊息框顯示該虛擬物件特徵的修改之程式碼；D.由該虛擬物件顯示該虛擬物件特徵的修改；及E.於該互動訊息框顯示該虛擬物件特徵的全部或部分的修改程式碼供學習者進行進一步修改。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含一步驟F：F.由該虛擬物件顯示該虛擬物件特徵的進一步修改。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步於步驟A之後包含一步驟A1及於步驟E之後包含一步驟F1：A1.提供一實體物件，該實體物件獨立於該電子設備之外、與該電子設備無線連接、受該電子設備控制，並具有與該虛擬物件特徵對應的一實體物件特徵；及F1.由該實體物件展示對應該虛擬物件特徵的進一步修改之實體物件特徵變動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電子設備為筆記型電腦、平板電腦或智慧型手機。
5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該虛擬物件為該實體物件的單一影像、該實體物件的連續影像、單一示意圖像，或連續示意圖像。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該修改說明為所有對應虛擬物件特徵的修改之程式碼之文字說明。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟A進一步提供一情境導引物件。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該情境導引物件隨互動訊息框中顯示的資訊而有不同的顯示態樣。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該顯示態樣為單一示意圖像，或連續示意圖像。
10. 一種情境式編程教學電腦程式產品，安裝於一電子設備中，該電腦程式產品執行以完成如申請專利範圍第1項至第9項所述之方法中之任一項。