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作者(中文):許祚榮
作者(外文):Hsu, Tso-Jung
論文名稱(中文):探討程式編寫融入STEM課程對國小學生在STEM學習態度、運算思維能力、程式編寫能力的影響
論文名稱(外文):The effects of integrating coding into STEM courses on elementary school students’ attitudes towards STEM, computational thinking abilities, and coding skills
指導教授(中文):王姿陵
指導教授(外文):Wang, Tzu-Ling
口試委員(中文):蔡俊彥
周金城
口試委員(外文):Tsai, Chun-Yen
Chou, Chin-Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:數理教育研究所碩士在職專班
學號:109199504
出版年(民國):112
畢業學年度:111
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:STEM學習態度程式編寫融入STEM課程程式編寫能力運算思維能力
外文關鍵詞:attitudes towards STEMintegration of coding into STEM coursescoding skillscomputational thinking abilities
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本研究的目的在探討以程式編寫融入STEM課程對國小學生在STEM領域的學習態度、運算思維能力及程式編寫能力的影響。本研究的樣本來自新竹市兩所公立國小4-6年級學生共31名,以個案研究法採混合研究分析,透過STEM營隊的方式,以motoBlockly進行程式編寫融入STEM課程,共有「Arduino電子琴」、「Arduino感應式酒精瓶」兩個STEM課程模組,每個課程模組約9小時,共十八小時。並在課程前後實施「國小學生STEM態度量表」、「Bebras國際運算思維測驗」、「程式編寫能力測驗」來了解學生的學習成效。此外,使用「課程回饋半結構問卷」了解學生對於「STEM態度」及「程式編寫能力」的想法。研究結果顯示程式編寫融入STEM課程對於國小學生的STEM學習態度有顯著提升,進一步發現學生覺得這種跨領域的課程非常有趣,並且對於「工程」及「科技」這兩方面是最有收穫的。對於運算思維能力也有顯著提升,也就是在運算思維的核心能力「問題分解」、「模式辨識」、「抽象化」、「演算法設計」等方面表現的更好。對於程式編寫能力也有顯著提升,並進一步發現學生對於利用學到的程式編寫能力來設計科技產品也有自己的想法。本研究的啟示為將程式編寫融入STEM課程後,這種將「工程」及「科技」跨領域的合作可以明顯幫助學生將這兩個領域都學得更好,也對於這種跨領域的學習更有興趣。
The purpose of this study was to investigate the effects of integrating coding into STEM courses on elementary school students' attitudes towards STEM, computational thinking abilities, and coding skills. The study sample consisted of 31 students from grades 4 to 6, selected from two public elementary schools in Hsinchu City, Taiwan. The research employed a mixed-methods approach, utilizing a case study design. The intervention was conducted through STEM camps, where the motoBlockly platform was used to integrate coding into the courses. Two STEM modules, namely "Arduino Electronic Piano" and "Arduino Alcohol Sensor Bottle," were implemented, with each module consisting of approximately 9 hours of instruction, totaling 18 hours. Pre- and post-assessments were administered using the "Elementary School Students' STEM Attitude Scale," the "Bebras International Computational Thinking Test," and a "Coding Skills Test" to evaluate students' learning outcomes. Additionally, a "Course Feedback Semi-Structured Questionnaire" was employed to gather students' perspectives on STEM attitudes and coding skills. The results indicated a significant improvement in students' attitudes towards STEM as a result of integrating coding into the courses. Furthermore, students found this interdisciplinary approach highly engaging and reported the most significant gains in the areas of "engineering" and "technology." There was also a significant enhancement in computational thinking abilities, particularly in problem decomposition, pattern recognition, abstraction, and algorithm design. Significant improvement in coding skills was observed, and students expressed their own ideas regarding utilizing the acquired coding skills to design technological products. The findings suggest that integrating coding into STEM courses significantly helps elementary school students improve their learning outcomes in both engineering and technology domains, and also increases their interest in interdisciplinary learning.
第一章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的與待答問題 3
第三節 名詞解釋 3
第四節 研究範圍與限制 5
第二章 文獻探討 7
第一節 STEM教育 7
第二節 STEM 教育實證研究 8
第三節 程式設計 13
第四節 程式設計課程的實證研究 17
第三章 研究方法 22
第一節 研究流程 22
第二節 研究對象與場域 24
第三節 研究工具 25
第四節 教材 28
第五節 研究設計 33
第六節 資料蒐集與分析 34
第四章 研究結果、討論與建議 36
第一節 程式編寫融入STEM課程對國小學生STEM學習態度的影響 36
第二節 程式編寫融入STEM課程對國小學生運算思維能力的影響 44
第三節 程式編寫融入STEM課程對國小學生程式編寫能力的影響 46
第五章 結論與建議 52
參考文獻 53
附錄 59
附錄一 STEM學習態度量表 59
附錄二 Bebras國際運算思維測驗 62
附錄三 程式編寫能力測驗 74
附錄四 課程回饋半結構性問卷 81
附錄五 程式編寫融入STEM課程教案 82
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