TWI783790B

TWI783790B - 以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法、電腦程式產品及電腦可讀取媒體

Info

Publication number: TWI783790B
Application number: TW110143568A
Authority: TW
Inventors: 謝盛文; 吳敏萍
Original assignee: 遠東科技大學
Priority date: 2021-11-23
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2022-11-11
Also published as: TW202322071A

Abstract

本發明係一種以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法、電腦程式產品及電腦可讀取媒體。設置具有一專題式學習模組或一合作式學習模組的一可觸式機器人，該可觸式機器人根據一視覺回饋、一聽覺回饋、一觸覺回饋或一動覺回饋之任複數種組合提供一運算思維課程之一學習資訊。在該運算思維課程中，配合使用該可觸式機器人之專題式學習模組或合作式學習模組而分別採用專題式學習法或合作式學習法。由一伺服器於該運算思維課程之前後分別提供一運算思維測驗資訊至該可觸式機器人，並比對該可觸式機器人根據該運算思維測驗資訊分別回傳之一運算思維訊息之差異，輸出一運算思維學習成果資訊。藉此提升該運算思維課程的學習成效。

Description

以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法、電腦程式產品及電腦可讀取媒體

本發明係有關於一種以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法、電腦程式產品及電腦可讀取媒體，特別是指在運算思維課程中採用專題式學習法或合作式學習法並輔以可觸式機器人之多感官回饋模式，提升運算思維課程的學習成效的發明。

運算思維(Computational thinking,CT)一詞是由Wing(2006)提出，Wing認為運算思維是一種基於運算概念的分析性思維，是解決問題、設計系統及探索人類行為的基本能力，是利用電腦科學的基本概念進行問題解決、系統設計與人類行為理解的思維模式，現已被公認為成為資訊通達公民(Informed citizen)以及從事STEM相關工作中獲得成功的基礎能力。

BBC Bitesize(2017)將Kao(2011)的四個運算思維元素進行修改，修改後之運算思維元素也被Google公司所採用，包括：

問題拆解(Decomposition)-將一個複雜的問題分解成很多的小問題(Subproblems)的能力。

模式識別(Patternrecognition)-注意到資料中的相似、相異、特性與趨勢的能力。

模式概化(Patterngeneralization)-抽取出不必要的細節並歸納必要的細節並給予定義與名詞的能力。

演算法設計(Algorithmdesign)-針對特定問題建構可重現與解決步驟的能力。

另外，近年來可觸式機器人在課堂上因互動性高、實際操作性強、操作結果具體可見等優點，使得在教學上使用可觸式機器人作為一種教學媒體和工具應用於師生間的教學活動，已經越來越成熟；且依據多重感官教學理論，教學者的教學課程如能提供不同感官學習偏好的學習者涵蓋視覺、聽覺與觸動覺的訊息時，將能提升其學習效果。

本發明進一步根據專題式學習法或合作式學習法的學習優點，結合可觸式機器人，用以訓練學習者的運算思維能力，並在運算思維課程過程中提供包括學習資訊、測驗資訊以及學習後的成果評估。

據此，本發明提出一種以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法，包含下列步驟：

設置一可觸式機器人，該可觸式機器人有一專題式學習模組及一合作式學習模組，且該可觸式機器人根據一視覺回饋、一聽覺回饋、一觸覺回饋或一動覺回饋之任複數種組合提供一運算思維課程之一學習資訊。在該運算思維課程中，採用專題式學習法或合作式學習法，並於該專題式學習法或該合作式學習法中分別配合使用該可觸式機器人之專題式學習模組或合作式學習模組。設置一伺服器，與該可觸式機器人無線連接，該伺服器於該運算思維課程之前後分別提供一運算思維測驗資訊至該可觸式機器人。該伺服器比對該可觸式機器人於該運算思維課程之前後分別回傳之一運算思維訊息之差異，輸出一運算思維學習成果資訊。其中，該運算思維學習成果資訊可包含：一問題拆解能力提升成效、一模式識別能力提升成效、一抽象化能力提升成效與一演算法能力提升成效。

進一步，該合作式學習模組包含一成就區分法模組及一共同學習法模組。

進一步，該伺服器提供一認知負荷測試，該伺服器根據該可觸式機器人回傳之一測試回覆，輸出一認知負荷訊息。更進一步，該認知負荷訊息可包括一外在認知負荷能力減低成效與一增生認知負荷能力提升成效。

進一步，該伺服器接受一教學評估訊息、一學習成就評估訊息及一人際關係評估訊息，並據以輸出一學習滿意度評估結果。

本發明亦為一種電腦程式產品，用於安裝在一電腦，以執行前述以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法。

本發明亦為一種電腦可讀取媒體，用於儲存前述電腦程式產品。

根據上述技術特徵可達成以下功效：

本發明在運算思維課程中，採用專題式學習法或合作式學習法，並輔以可觸式機器人之視覺回饋、聽覺回饋、觸覺回饋及動覺回饋結合之多感官回饋模式，提升運算思維課程的學習成效，包括提升運算思維能力、減低外在認知負荷、提升增生認知負荷與提升學習滿意度。

1:可觸式機器人

2:伺服器

3:紙板地圖

4:遊戲畫面

5:虛擬機器人

6:虛擬地圖

[第一圖]係本發明實施例方法之流程圖。

[第二圖]係本發明實施例中，在運算思維課程配合使用可觸式機器人的示意圖。

[第三圖]係於運算思維課程配合使用傳統電腦教學的示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法、電腦程式產品及電腦可讀取媒體的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

參閱第一圖及第二圖所示，本發明實施例包含下列步驟：

設置一可觸式機器人1，該可觸式機器人1內建有一專題式學習模組及一合作式學習模組，本實施例該可觸式機器人1採用NUWA Robotics，並且同時安裝有上述專題式學習模組及合作式學習模組，該可觸式機器人1根據一視覺回饋、一聽覺回饋、一觸覺回饋或一動覺回饋之任複數種組合提供一運算思維課程之一學習資訊。在本實施例中，上述專題式學習模組係配合課程教學之專題式學習法所需求要件而建立之互動模組，上述合作式學習模組則係配合課程教學之合作式學習法所需求要件而建立之互動模組，上述合作式學習模組進一步根據合作式學習法之成就區分法及共同學習法而可再區隔有一成就區分法模組及一共同學習法模組；上述視覺回饋、聽覺回饋、觸覺回饋或動覺回饋係指可將該運算思維課程之學習資訊透過設計互動式遊戲的方式來與該可觸式機器人1透過視覺、聽覺、觸覺或動覺來進行互動學習，本實施例之互動式遊戲為中華民國愛自造者學習協會Program the world的連續性任務「勇者打魔王」，學生必須透平板電腦撰寫合宜之程式，指揮實體之該可觸式機器人1在紙板地圖3上進行移動，方能夠順利拿到座標軸(4,2)之鐵礦；而上述學習資訊則採用Google公司之運算思維課程結合台灣教育部運算思維推動計畫的教學資源課程，並透過哈佛大學之「運用Scratch的運算思維」建立運算思維之概念，包括序列、迴圈、平行、事件、條件、運算子、資料。其中，該可觸式機器人1並與一伺服器2連線，該伺服器2例如是學校、補習班等教學中心的中央電腦。

在該運算思維課程中，採用專題式學習法或合作式學習法，並於該專題式學習法或該合作式學習法中分別配合使用該可觸式機器人1之專題式學習模組或合作式學習模組。本實施例之運算思維課程為遠東科技大學大一新生通識必修課程「思考與訓練」，並以108學年入學之新生隨機選擇共60位學生參予測試；另隨機選取60位學生採用專題式學習法或合作式學習法，但配合傳統電腦輔助教學進行比對測試(參閱第三圖，同樣以中華民國愛自造者學習協會Program the world的連續性任務「勇者打魔王」的互動式遊戲進行學習，此時學生透過傳統電腦撰寫合宜之程式，但係控制遊戲畫面4之虛擬機器人5在虛擬地圖6上進行移動)。

該伺服器2於該運算思維課程之前後分別提供一運算思維測驗資訊至該可觸式機器人1進行測驗，以了解學生於該運算思維課程後在運算思維能力的提升狀況。本實施例中該運算思維測驗資訊於該運算思維課程之前採用2016年Bebras考題(官方版)，探討學生運算思維能力的基礎程度，瞭解學生各項運算思維元素的起點行為，同樣的可使用該可觸式機器人1採用互動式遊戲方式進行測驗。該運算思維課程結束後一週，以修改過的2016年Bebras(修改版A)對學生實施後測(T2016a)，以瞭解本實施例之方法是否有助於學生在運算思維能力之提升。再以台灣的大學學期為準，於學期結束的最後一週，再以修改過的2016年Bebras(修改版B)對學生實施延宕後測(T2016b)，以瞭解經過整個學期的時間後，學生在運算思維能力提升之維持狀況。上述測驗結果都會由該可觸式機器人1回傳至該伺服器2，該伺服器2會比對該可觸式機器人1於該運算思維課程之前後分別回傳之一運算思維訊息之差異，輸出一運算思維學習成果資訊，該運算思維學習成果資訊係學生於該運算思維課程後之運算思維能力提升狀況，可包含一問題拆解能力提升成效、一模式識別能力提升成效、一抽象化能力提升成效與一演算法能力提升成效。具體而言，該伺服器2會根據預先建立之一比對模型來將上述運算思維訊息作資訊處理，以評估運算思維能力之提升狀況，例如該比對模型係當後測分數較前測分數高於30分內，且延宕後測分數維持高於前測分數30分內，該伺服器2會判別運算思維能力略微提升；而當後測分數較前測分數高於30分至60分，且延宕後測分數維持高於前測分數30分至60分，該伺服器2會判別運算思維能力中等提升；而當後測分數較前測分數高於60分至90分，且延宕後測分數維持高於前測分數60分至90分，該伺服器2會判別運算思維能力顯著提升。要再說明的是，上述比對模型可由教學者根據不同程度學生來自行建立。同樣的，對配合傳統電腦輔助教學的學生提供相同的運算思維測驗資訊；經過比對測試後，使用本實施例之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法的學生於運算思維課程後，運算思維能力的提升明顯高於傳統電腦輔助教學的學生。

該伺服器2進一步提供一認知負荷測試，以了解學生於本實施例之運算思維課程中採用專題式學習法或合作式學習法，並於該專題式學習法或該合作式學習法中分別配合使用該可觸式機器人1之條件下，其認知負荷訊息，該認知負荷訊息可包括一外在認知負荷能力減低成效與一增生認知負荷能力提升成效。經過比對測試後，使用本實施例之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法的學生相比於傳統電腦輔助教學的學生對於外在認知負荷能力能夠有效降低約20%且增生認知負荷能力能夠有效提升約15%。

該伺服器2於該運算思維課程結束後，接受一教學評估訊息、一學習成就評估訊息及一人際關係評估訊息，並據以輸出一學習滿意度評估結果。具體而言，可由該伺服器2分別提供一教學評估問卷、一學習成就評估問卷及一人際關係評估問卷至該可觸式機器人1，同樣的可使用該可觸式機器人1採用互動式遊戲方式進行回覆，上述回覆結果都會由該可觸式機器人1回傳至該伺服器2，該伺服器2會根據預先建立之評估模型來輸出學習滿意度評估結果。例如，上述教學評估訊息、學習成就評估訊息及人際關係評估訊息分別是上述教學評估問卷、學習成就評估問卷及人際關係評估問卷的評估分數，而該評估模型係上述評估分數加總後，分別對應之學習滿意度，例如當加總分數為60分，則該伺服器2輸出之「滿意」之學習滿意度評估結果，當加總分數為80分，則該伺服器2輸出之「很滿意」之學習滿意度評估結果，該伺服器2會根據該評估模型來將上述教學評估訊息、學習成就評估訊息及人際關係評估訊息作資訊處理，並據以輸出上述學習滿意度評估結果。而根據本實施例之方法，該伺服器2輸出「很滿意」之學習滿意度評估結果相比於傳統電腦輔助教學的學生，係高於20%以上。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

Claims

一種以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法，包含下列步驟：設置一可觸式機器人，該可觸式機器人有一專題式學習模組及一合作式學習模組，且該可觸式機器人根據一視覺回饋、一聽覺回饋、一觸覺回饋或一動覺回饋之任複數種組合提供一運算思維課程之一學習資訊；在該運算思維課程中，採用專題式學習法或合作式學習法，並於該專題式學習法或該合作式學習法中分別配合使用該可觸式機器人之專題式學習模組或合作式學習模組；設置一伺服器，與該可觸式機器人無線連接，該伺服器於該運算思維課程之前後分別提供一運算思維測驗資訊至該可觸式機器人；該伺服器比對該可觸式機器人於該運算思維課程之前後分別回傳之一運算思維訊息之差異，輸出一運算思維學習成果資訊。
如請求項1所述之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法，其中，該運算思維學習成果資訊包含：一問題拆解能力提升成效、一模式識別能力提升成效、一抽象化能力提升成效與一演算法能力提升成效。
如請求項1所述之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法，其中，該合作式學習模組包含一成就區分法模組及一共同學習法模組。
如請求項1所述之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法，其中，該伺服器進一步提供一認知負荷測試，該伺服器根據該可觸式機器人回傳之一測試回覆，輸出一認知負荷訊息。
如請求項4所述之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法，其中，該認知負荷訊息包括一外在認知負荷能力減低成效與一增生認知負荷能力提升成效。
如請求項1所述之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法，其中，該伺服器進一步接受一教學評估訊息、一學習成就評估訊息及一人際關係評估訊息，並據以輸出一學習滿意度評估結果。
一種電腦程式產品，用於安裝在一電腦，以執行如請求項1至請求項6任一項所述之以可觸式機器人輔助運算思維課程的方法。
一種電腦可讀取媒體，用於儲存有如請求項7所述之電腦程式產品。