《露比任務-電腦程式大冒險》打開孩子五官的CS入門 — 教學心得

Joannie Huang
Feb 18, 2020 · 9 min read

感謝 史汀實驗室 STEAMLab Taiwan 邀請我共備與教學此課程。課程內容與版權由 STEAMLab Taiwan 所有。

充滿驚奇的繪本,動手才是王道

露比任務是由芬蘭全職插畫家(曾是工程師)Linda Liukas 於 2015 透過 Kickstarters 集資成功後出版的兒童程式繪本。這本繪本於2017年在台灣翻譯出版 —《 露比任務:培養孩子邏輯思考的程式尋寶記》。

當你打開繪本後,會進入由 Linda 手繪與創造的世界。最有趣的是,故事結束後會加入由她設計的多項活動與學習單,透過「動筆」、「動手」與「動腦」來理解與領略書中提到的觀念。

這次使用的教材內容,多半取自於 Linda Liukas 出版的三本繪本。都是依據 故事+活動的脈絡在設計每本書。分別是:

  1. Hello Ruby: Adventures in Coding(有中文版):建立程式基礎觀念
  2. Hello Ruby: Journey Inside the Computer:認識電腦組成與構造
  3. Hello Ruby: Expedition to the Internet:對虛擬網路世界有概念

這次的教學對象主要為小學低年級(一、二年級)。以上三本書,唯有「網路世界」對這個年紀的學生有些距離,比較難想像。特別是作者用在雪地裡踩踏腳印來代表在網路世界的足跡(Digital Footprints)、用雪蓋城堡後給每個城塔一個地址,代表網路世界的位址(Address)等,這部分對尚未有抽象思考的學生連結上較為薄弱。

其中一個活動,著色認識 Bits (位元) 與 Binary (二進位)。孩子在塗色的過程中,體驗與模擬原來電腦只認識0與1。圖片來源:Joannie Huang

教學著重引導,從學生的生活經驗出發

若你是老師,在課堂中操作此課程,如何安插活動是一個很重要的設計。每個活動前的「準備活動」很重要,如何引導、如何能透過生活經驗出發來連結你要帶入的觀念,協助學生「搭(學習)鷹架」等,會決定實際活動進行時能否看到學生揮灑創意、勇於發表自己的想法的關鍵。

舉例來說:有個學習單是要學生「畫出電腦科學家在想什麼?以及你心目中電腦科學家的樣子」。其實學生大部分都認為工程師、科學家是男生(因為爸爸的職業)。

因此,我在操作活動前先花了20分鐘做了一個投影片 + 影片,用有趣的問題來介紹幾位具有代表性的電腦科學家:Ada Lovelace(女)、Grace Hopper(女)、Alan Turing(男)的小故事;以及像是 Bill Gates 在用結合科技方式,突破與解決窮苦人家上廁所的問題;Steve Jobs 曾經離開 Apple Inc. 創辦創造出數十億大賣的電影 — 皮克斯動畫公司;以及 Elon Musk 的夢想是帶人上火星。

幫學生把電腦、科學、數學從多元面向解決不同時空背景和各層面的問題做「連結」。以及透過「問」與「答」建立鷹架,刺激學生思考。像是:「當時為什麼需要透過機器(也可以讓他們看看那個佔滿一個房間的計算機)來協助解決問題,人沒辦法解決嗎?」「當時的女科學家被派到解決軍事問題,是否會碰到什麼很挑戰的事?」當我們共同討論完這幾件事後,回到操作學習單上,學生往往能給你許多驚奇!

透過書本後的活動與學習單,讓學生從生活出發,重新認識電腦科學與思考生活中「真正需要解決的問題」。學生認為電腦科學家可以解決的問題是:幫得武漢肺癌的人做藥(結合時事)- 活動學習單來自 Hello Ruby 系列書 / 圖片來源:Joannie Huang

在另外一堂課,要讓學生認識電腦的「硬體」與「軟體」。因為發現學生不常使用3C產品,所以需要花時間引導。

我:「硬體是碰得到的東西,像是桌子、手機…你的手可以觸碰的到,可以對它進行操作,可以按、可以打字、可以點選,這些都可以稱為硬體!」此時我舉幾個電腦的例子來詢問學生,讓他們開始思考。

我:「軟體呢,就是存在電腦裡面,可以用來解決不同的問題。像是你們想要看影片,要打開 YouTube,用來打開 YouTube 的這個東西就是一個軟體。」(繼續舉了幾個例子)。

此時學生討論後說了一句結論:「軟體就是看得到,但是摸不到的東西!(我好喜歡這個答案 :)」因為用自己的語言說出來他們理解的軟體定義,比老師要求他們背起來還管用!

分類軟體還是硬體後,學習單總是會保留一些「空白」,讓學生自由發揮寫出更多觀察到的(沒有標準的)答案。 — 活動學習單來自 Hello Ruby 系列書 / 圖片來源:Joannie Huang

老師需保有彈性,開放但不偏離教案核心

在操作《露比任務-電腦程式大冒險》的課程,首先要先了解這門課的目標是什麼。我們並非要學生會寫程式(但你在書中的確有看到一兩個活動有加入像是 Scratch 的程式積木)也並非是要建立非常複雜的程式邏輯。但很多對於電腦的觀念與認知還是有其必要性。

在講解與介紹電腦相關知識時會發現,作者設計的遊戲很少只談「方方正正的電腦」,但會用學生容易理解的電腦樣子來介紹像是:硬體的CPU、GPU、RAM、ROM、感測器、硬碟等。用故事包裝讓這些硬邦邦的硬體變得更人性化,也讓學生有概念知道電腦的組成與分工。而在這樣的練習背後,是希望讓學生對於將來要解決的問題時,能從這些硬體概念出發去找到適合解決的工具。

一樣,對於老師在操作這套課程,往往會聽到許多無法設定好的答案。學生會天馬行空的寫出機器人可以做的事,甚至有主見的要將一些材料放到自己設計的機器人上。在這樣不講求標準答案的過程中,老師可以做的是“從學生的角度出發,了解他/她的想法。適度的幫他們聚焦,用鼓勵取代否定。” 多與學生對話,能明白他們內心的小宇宙。在遇到有學生無法描述為什麼做的時候(常常聽到學生回答:我不知道。)可以多舉些例子,例如:「這樣設計的機器人腳可以滑動,是否可以更快移動?」

在露比任務中,用環保材料將自己的機器人做出來前有學習單要求學生先幫機器人命名、寫出功能及可以解決的事和快速畫出來想像中的樣子。我們並非要用學生畫出來的機器人來做對照,但是那個過程(Design Thinking (設計思考)的一部分)是很重要的訓練。

蒐集與帶環保廢棄物設計出專屬於自己的機器人!/ 圖片來源:Joannie Huang

體驗是很重要的經驗,現在不懂沒關係!

在共備這套課程的過程中,我們並非將所有的活動都選入,而是根據過往教學經驗,接地氣地設想幾個台灣學生比較容易理解的模式來設計活動,並掌握一個大原則:「好玩!」

的確也有比較抽象的概念比較難直接套用教材。像是,網路的世界,學生很難連結是如何傳遞資料、串連資訊甚至保護資料。後來有老師靈機一動,使用「扭蛋」設計遊戲讓學生模擬與體驗網路的封包傳資料、解密資料與重組資料的過程。

透過「解扭蛋的動作」來模擬網路封包解開與串接的方式。 /圖片來源:Joannie Huang

借用書中設計的學習單介紹“網路的樣子(有圓環型、線型、匯流排型…)”,讓學生實際站起來排排看,然後在傳扭蛋時,體驗網路世界中傳輸過程(有時候甚至會掉封包。)思考與討論各形狀的優缺點。即便不一定能完全理解網路的世界(真實的網路世界比這個複雜多了!),但孩子在這個過程中,其實正在創造那個「連結」,那個虛擬電腦世界與現實經驗的連結。

善用教材,但歡迎加入創意

看重 Hello Ruby 整套繪本讓孩子 “打開五官去感受,善用引導激發獨立思考”,在備課討論中,老師們仍需回歸到孩子本身特質出發。

我們認為這個年齡的學生,就像一張白紙。他們似懂非懂這樣複雜的電子設備,但卻富有人最寶貴的資產 — 想像力。他們喜歡探索、喜歡跑動、喜歡嘗試也不害怕動手;他們專注度無法超過30分鐘,但是只要教案設計得當,一堂課(大多60–70分鐘)適度有起身活動大多都可以完成一門主題課程。

如果你對此課程有興趣,非常鼓勵大家上 Twitter 或 Instagram 搜尋 #helloruby 的 Hashtag,你會看到全世界各地「不同教室內的美麗風景」。大家結合 Linda 的巧思與教案,實際執行的成果。

你會發現我們有時已經太侷限電腦的樣子,在孩子的世界中,電腦早就是可以小到一個拇指大,大到一台火箭;你也會頓悟,原來電腦科學(Computer Science) 不是只有程式設計與硬體板子而已,那些演算法、資料處理最終也只是在解決生活問題。而最重要的是:你感覺到了嗎?你發現了嗎?為什麼會這樣?我可以怎麼做?我們可以怎麼做?

開源教案,匯集各方巧思

教案會不斷在每次的教學過後與老師的創意中不斷演進與修正,這也是 Linda 公開教案的目的:「不只是學生學到 CS 的觀念,讓老師也在反覆修正的過程中,更貼近學生需求。」

老師是扮演引導與教學很重要的角色。因為我有電腦科學(Computer Science)的背景,所以在操作過程中,我會“多問學生問題”,用實際案例與範例輔助,但不解釋過多名詞。抱持著:「時間到了,你們自然會慢慢知道。」讓學生從自己理解的樣貌中表達出想法。

下面分享一小段上課的紀錄。這堂課從人的五官出發,帶入到機器如何感受周遭變化?因為有不同的感測器幫助它。剛好,我們討論到「動作感測器」可以做什麼。

最後,鼓勵對電腦教育、程式教育、 電腦科學(Computer Science) 有興趣想要在班上帶入些活動的老師,多參考網路資源:

  1. Hello Ruby 官方網站 — 給老師十堂課教案,裡面有非常多 Linda 整理網路上豐富的影片與相關參考資料:https://www.helloruby.com/loveletters
  2. Hello Ruby 官方推特:https://twitter.com/hellorubyworld
  3. Hello Ruby 官方 IG:https://www.instagram.com/helloruby.world/?hl=zh-tw

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Joannie Huang

Written by

揪你老師–曾任宜蘭礁溪國中電腦代課老師與樂學科技(coding for fun) 課程設計者。長期關注與鼓勵身邊的人寫程式,曾參與國內外大小科技社群。專注「程式教育」「社群經營」「國際連結」「創造機會」。常告訴身邊的人: Don’t Limit Yourself 人生就是不設限!

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