STEM程式教育的時代趨勢,小學、國中就開始學程式會很難嗎?

近年教育界頗為流行一組關鍵字:STEM,以及由 STEM 衍生而成的 STEAM,其概念最早由美國國家科學委員會所提出,為了提升美國科技與經濟方面的競爭力,故特別重視 Science(科學)、Technology(科技)、Engineering(工程)以及 Math(數學)等領域的發展,STEM 就是這四個領域的英文單字首字母組合而成。

2011年時,歐巴馬政府甚至在白宮成立了專司其職的 STEM 教育委員會(CoSTEM);2015年,美國國會更發布《STEM教育法》,將其落實到教學場域之中,培育相關 STEM 教育人才,透過跨學科的整合,培養解決問題與創新的能力,近年來新加坡、香港等地,也都積極發展 STEM 教育,並將其列入官方教育政策。

 

 【不懂寫程式,也能寫程式】前言:程式教育的時代趨勢

加入人文思維的STEAM

或許是 STEM 太過於重視理工方面的學科,教育界因此產生了新的意見,要求將 Arts(藝術) STEM 納入教育之中,強調科技不能失去人性,同時必須具備藝術及美感,因此加入了 Arts 之後, STEM 就變成了 STAEM。目前許多創新科技的出現,例如3D列印、虛擬實境、無人機、智慧積木等等,其實都不脫 STEM 、STEAM 的範疇,如果要舉出一個最成功的例子,那大概就是賈伯斯時代的 Apple 了吧,在那個時期所推出 iPhone、iPod 以及 iPad 等產品,除了具備優秀的硬體設計,為不同情境提供最佳解決方案,也精準掌握住人們對於美感、功能以及直覺性介面的要求。 

歐巴馬在其任期中曾提出中小學教育改革藍圖法案,並積極推動落實 STEM 教育。

運算思維的養成

STEM 打破了傳統學科的界線,學習方式當然也隨之改變,它要求學生在解決問題的過程中,同時運用到不同領域的知識,那麼,傳統單向式、一個蘿蔔一個坑的思考方式顯然不夠,而是需要整合性的「運算思維」。運算思維(Computational Thinking)一詞由美國華裔學者周以真提出,主旨是運用電腦科學的基本概念來解決問題、設計系統、並瞭解人類的行為。鑑於 STEM 教育在台灣仍在起步階段,要培養運算思維,有個最簡單的方式,就是學習程式設計。

川普政府於2018年底發表新的 STEM 教育戰略,除將挹注更多資源外,更特別強調「運算思維」的重要性。

每個人都能學會寫程式

雖然程式設計亦屬於 STEM 所涵蓋的範圍中,但它更像是一張串連起不同領域學科的網絡,因為在解決問題、實現創意的過程中,無可避免地經常需要用到電腦這項工具,而電腦是一種二進位制系統,所以我們只能借助於程式碼,把我們的想法,轉化成電腦能夠理解的語言,讓它能夠依照我們的需求,執行某些特定條件的任務、測試目前還未發明的概念,而這就是「程式設計」的目的,近年坊間出現「每個人都該學習程式設計」的聲音,包括今年9月即將上路的108課綱,也把程式設計列入中學必修課程,無論是對孩子或父母,這種與電腦「對話」的能力,未來將成為生活基本技能。

【不懂寫程式,也能寫程式】前言:程式教育的時代趨勢

程式語言的發展

程式語言的種類不下成千上萬種,依其特性可以區分為高階、低階程式語言,低階代表它比較接近電腦底層的運作模式,缺點是對於人類來說相當難以判讀;高階程式語言則是把人類的語詞文法帶入程式語言中,讓我們在編寫程式時更加直覺簡便,雖然電腦需要經過多一道編譯的流程,才能理解高階程式語言的指令,但電腦硬體發展飛快,效能已經不算是什麼大問題。常見的高階程式語言如 Python、C++、JavaScript、Ruby 等等,所應用的環境也不盡相同,不是雜誌寥寥數頁可以簡單說完的,因此在本篇主題學習中,我們會把焦點放在較為入門的視覺化程式語言上,視覺化程式語言進一步把人類的語言及指令也加以圖像化,以拼圖或積木的形式呈現,利用滑鼠便能輕鬆加以堆疊,不必再手動輸入一堆程式碼,例如樂高機器人的 EV3編輯程式,MIT Media Lab 開發的 Scratch 均可為代表。

結合實體玩具與及圖像式程式設計的 Lego Boost,其實就是簡化版的 Mindstorms 樂高機器人。

其實視覺化程式語言本身亦可算是一套程式,只是功能有限,無法設計出較為複雜的功能,但即便如此,它與所有的程式語言都有著共通的核心概念,例如迴圈、條件陳述以及變數等等,這些概念由現實世界的電腦科學、邏輯、數學所發展出來,藉由 Google Blockly Games、或是 Code.org 的一小時玩程式等應用,我們可以學習到程式設計師如何思考、如何運用這些概念建立起程式的雛形,等到你覺得它們已經無法達到你所設定的目標,再進入主流程式設計的領域學習也不遲。

程式設計會同時運用到負責邏輯語言的左腦,以及掌管想像、創造力的右腦,對於孩子而言是相當有益的全腦思考活動。


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