總綱核心素養面向

總綱/核心素養項目

領綱核心素養具體內涵

主要教學內容

A

自主行動

A2

系統思考與解決問題

科-J-A2

運用科技工具，理解與歸納問題，進而提出簡易的解決之道。

1. 如何將陣列程式與Micro:bit開發板結合，呈現陣列功能。
2. 如何利用Micro:bit開發板，執行Bubble Sort排序

B

溝通互動

B1

符號運用與溝通表達

科-J-B1

具備運用科技符號與運算思維進行日常生活的表達與溝通。

1. 如何使用Micro:bit開發板表達數字輸入
2. 如何利用Micro:bit各程觸發程序，代表各種指令、處理的方式
3. 先完成的同學協助有困難的同學

C

社會參與

科目/領域別

資訊科技/科技領域

專題名稱

陣列與排序

教學對象

國中八年級學生

教學時數

每週1節，共6節

教學設備

電腦、Micro:bit開發板

專題摘要

以Micro:bit實作陣列、及排序，讓學生接觸實體的開發板，將程式實作在開發板上，提高學生的學習興趣及意願，以利後續使用開發板做一些更進階及實用的發想及設計。

學習目標

1. 了解陣列的涵意
2. 能舉例說出一維陣列、二維陣列甚至三維陣列的運用
3. 能在Micro:bit實作出一維陣列，並在Micro:bit LED燈顯示出陣列中的數列。
4. 能在Micro:bit實作出一維陣列，由使用者輸入數字後，並使用泡沫排序(Bubble Sort)，將數字由小而大排列並輸出至Micro:bit LED上。

先備知識

1. 程式語言中變數概念
2. Micro:bit基本操作

運算思維

1. 陣列原理、概念學習，舉例說明陣列應用的時機。
2. 將Micro:bit設計成A鍵輸入十位數、B鍵輸入個位數，下側偏低送出數字至陣列儲存；左側偏低則送出陣列中的數列至LED顯示；右側偏低則將陣列清空(陣列註標歸零)。
3. 先處理數字輸入至陣列的部分，理解變數、陣列。
4. 再處理陣列讀取、輸出。
5. 陣列實作成功後，利用Bubble Sort將陣列中的數列排序。
6. 先以紙本練習實際數列的Buubble Sort。
7. 帶入外迴圈、內迴圈概念及迴圈不定次數的概念。
8. 以虛擬碼執行排序動作
9. 將Micro:bit設計成A鍵輸入十位數、B鍵輸入個位數，下側偏低送出數字至陣列儲存；左側偏低則送出陣列中的數列至LED顯示；右側偏低則將數列使用BubbleSort排序後由小而大輸出至LED；左右搖晃則將陣列清空(陣列註標歸零)。
10. 先處理數字輸入至陣列的部分。
11. 再處理陣列讀取、輸出。
12. 再處理Bubble Sort排序部分。

議題融入

學習主題

實質內涵

與課程綱要的對應

核心素養

科-J-A2

運用科技工具，理解與歸納問題，進而提出簡易的解決之道。

科-J-B1

具備運用科技符號與運算思維進行日常生活的表達與溝通。

學習表現

運t-IV-4

能應用運算思維解析問題。

運p-IV-1

能選用適當的資訊科技組織思維，並進行有效的表達。

運p-IV-2

能利用資訊科技與他人進行有效的互動。

學習內容

資A-IV-2

陣列資料結構的概念與應用

資A-IV-3

基本演算法的介紹

資P-IV-3

陣列程式設計實作

單元

以學習表現作為評量標準

對應之學習內容類別

具體評量方式

陣列概念

運t-IV-4 能應用運算思維解析問題。

能適切的說出一維、二維、三維陣列的應用及各維度所代表的意涵。

資A-IV-2陣列資料結構的概念與應用

一維陣列的概念與問題解決的關係

一維陣列的應用

能舉例說明各種維度陣列的應用例子。每位同學需將應用例子寫在筆記本上，並說明(老師回收筆記評分)。老師抽問同學回答，回答狀況好的加分登記。

陣列程式實作

運p-IV-1 能選用適當的資訊科技組織思維，並進行有效的表達。

運p-IV-2 能利用資訊科技與他人進行有效的互動。

能與同學討論、分享解決問題的方法。

能說明程式設計的各項原理應用。

資A-IV-2陣列資料結構的概念與應用

一維陣列的應用

將Micro:bit設計成A鍵輸入十位數、B鍵輸入個位數，下側偏低送出數字至陣列儲存；左側偏低則送出陣列中的數列至LED顯示；右側偏低則將陣列清空(陣列註標歸零)。

二至三人一組，實作Micro:bit輸入數字進入一維陣列儲存。並能將陣列數字顯示出來。愈早做出的組別分數較高。老師會抽問該組一位同學，解釋程式模組所代表的意涵。

排序的方法

運t-IV-4 能應用運算思維解析問題。

運p-IV-1 能選用適當的資訊科技組織思維，並進行有效的表達。

能以紙本實際做出泡沫排序法的整個流程。

並能觀察泡沫排序法的內、外迴圈執行次數的規律性。

資A-IV-3基本演算法的介紹泡沫排序法的練習

以筆記本將實際的數列，做泡沫排排序法的演練，收回筆記本打分數。

口頭問答：內外迴圈執行的次數、規律性為何？

看懂虛擬碼的執行，講解完後抽問程式碼的作用

排序的實作

運t-IV-4 能應用運算思維解析問題。

運p-IV-1 能選用適當的資訊科技組織思維，並進行有效的表達。

能以Micro:bit實作出具備排序能力的開發板

資P-IV-3陣列程式設計實作

將Micro:bit設計成A鍵輸入十位數、B鍵輸入個位數，下側偏低送出數字至陣列儲存；左側偏低則送出陣列中的數列至LED顯示；右側偏低則將數列使用BubbleSort排序後由小而大輸出至LED；左右搖晃則將陣列清空(陣列註標歸零)。

每個人以之前陣列實作為基礎，再擴充至排序功能，先做出的人分數較高。分三至四時段給分，正確性及做出速度需兼顧。先做完的人，可以指導還沒完成(不會)的同學，指導者可再加分。

活動一

講解陣列概念(1節)

學習表現

運t-IV-4 能應用運算思維解析問題。

學習目標

能適切的說出一維、二維、三維陣列的應用及各維度所代表的意涵。

學習內容

資A-IV-2 陣列資料結構的概念與應用

一維陣列的概念與問題解決的關係

一維陣列的應用

教學活動

活動內容

教材

引起動機 5min

之前練習的程式-「加法測驗器」用到的變數，只有被加數、加數、標準答案、使用者答案四個。若換一種情境，若要一次出好題目10題、20題，又要留下題目、答案，那這時的變數，不就要變成40個、80個，而且使用起來非常不方便，無法有效率的簡化程式碼，那該怎麼辦呢？

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#陣列概念

陣列概念講解 25min

1. 以網頁資料輔助，說明陣列的使用時機及其方便性。
2. 重點說明如下：

(1)陣列就是變數，就是規律化後的變數。

(2)陣列透過註標(索引)，方便存取這種「變數」。

(3)註標(索引)本身，又可以用一般的變數取代，讓陣列使用起來相當有效率及方便。

(4)陣列的存取常要透過迴圈，搭配迴圈的控制變數，變成陣列的註標，讓陣列使用起來更方便、有效率。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#陣列概念

口頭問答及紙筆作答 15min

1. 陣列概念講解完後，請同學舉例一維、二維、三維陣列應用的例子，寫在筆記本上。
2. 請自願的同學上台發表各種陣列的例子

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#陣列概念

活動二

陣列實作練習-使用Micro:bit(2節)

學習表現

運t-IV-4 能應用運算思維解析問題。

運p-IV-2 能利用資訊科技與他人進行有效的互動。

學習目標

能運用Micro:bit實作出一個陣列數列儲存程式，由使用者自行輸入不定個數的數列，並能將儲存在陣列中的數列，輸出至LED顯示出來

學習內容

資A-IV-2 陣列資料結構的概念與應用

資P-IV-3 陣列程式設計實作

教學活動

活動內容

教材

分組活動 5min

1. 每人就近找組員，二至三人一組。
2. 討論程式如何完成。
3. 組員之間需教會組內每一人，程式完成後，老師會隨機抽問組內任一人回答，指定部分程式碼，解釋程式碼的功用為何？

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#陣列實作

提示部分程式碼說明 10min

1. 延伸之前練習的題目：變數練習-加法測驗器。使用相同的手法設計「將數字輸入Micro:bit方式」，按A鍵代表輸入十位數、按B鍵代表輸入個位數。
2. 數字可以輸入後，便需要由陣列來接收輸入的數字，提示程式碼解說後，讓學生思考如何完成程式。將輸入完的數字經過運算後，指定給陣列array第i個位置，若 i=2，ten=3，digit=4，則表示：array(2)=34 (把34這個數字，放到陣列第2個位置)

3. 提示部分程式碼，如何將陣列中的數字，顯示到LED燈上

將陣列內容依序顯示到LED燈上，      綠色積木為迴圈，index為迴圈的索引值(計數器)

4. 教學網頁崁入老師做完的成品影片，讓同學理解實作完應該要有的功能及操作。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#陣列實作

分組程式碼撰寫、測試 30min

(第一節結束)

1. 由同學開始實作後，提醒學生，先做出來的組別，先舉手，解題時間也列入分數高低，愈早解出的組別分數愈高。
2. 做出來的組別，若經由老師提問完畢後，可以協助未做出來的組別，協助的同學可以獲得加分(記得主動向老師提醒)
3. 不管有沒有做完，程式都要儲存下來，存回雲端硬碟，下次及下個單元可再利用。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#陣列實作

分組程式碼撰寫、測試、老師登記完成組別及提問 45min

1. 再解釋一次提供的程式碼。
2. 再多釋放一些會用到的程式碼，讓實作困難的組別可以完成任務。解釋程式碼的用途。

3. 示範簡易陣列的程式，讓學生觀察：直接由程式產生數字存入陣列及透過LED燈顯示所存的數列。
4. 完成的組別，老師抽問任一組員會回程式碼所代表的功能、意義。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#陣列實作

活動三

排序觀念、方法講解(1節)

學習表現

運t-IV-4 能應用運算思維解析問題。

運p-IV-1 能選用適當的資訊科技組織思維，並進行有效的表達。

學習目標

1. 能理解排序原理
2. 能模擬出電腦排序(BubbleSort)時的步驟
3. 能理解不定次數雙迴圈的作用
4. 能理解虛擬碼涵意

學習內容

資A-IV-2 陣列資料結構的概念與應用

資A-IV-3 基本演算法的介紹

教學活動

活動內容

教材

BubbleSort排序方法講解15min

1. 以一張圖表(六組數字的陣列)，使用Bubble Sort的執行流程，一步一步的呈現出來，並讓學生觀察、老師解釋內外迴圈的執行次數的變化。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#排序的方法

六組數字執行BubbleSort在筆記本上模擬出電腦執行的步驟 15min

1. 解釋完BubbleSort的方法後，立即出六組數字，請學生依樣畫葫蘆，仿照老師教學網頁中的執行流程，將練習的數字，寫在筆記本上，模擬Bubble Sort的整個排序流程。
2. 十分鐘後，看有沒有志願者二位，到台上將排序流程寫在白板上，或由老師點二位同學上來寫。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#排序的方法

虛擬碼及不定次數雙重迴圈說明 15min

1. 由虛擬碼呈現，程式如何撰寫的概念。對映圖表中真實的數字，轉化為虛擬碼。對照圖表的執行步驟和虛擬碼之間的關係。
2. 雙重迴圈的概念需再強調及說明

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#排序的方法

活動四

排序程式實作-使用Micro:bit(2節)

學習表現

運t-IV-4 能應用運算思維解析問題。

學習目標

能運用Micro:bit實作出排序功能的程式，將數列儲存至Micro:bit中，再經過排序後，由小至大輸出至LED呈現出來

學習內容

資A-IV-2 陣列資料結構的概念與應用

資P-IV-3 陣列程式設計實作

教學活動

活動內容

教材

雙迴圈概念加強 15min

1. 利用三組範例，請學生將迴圈的執行結果寫在筆記本上。

2. 請同學上來白板寫出三組迴圈的答案。先以志願者，若沒有再點同學上來寫答案。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#BubbleSort

提示部分程式碼說明 10min

1. 提供完成作品的影片讓同學參考-成品達成的狀態。
2. 提供部分程式碼，讓學生有線索思考如何完成作業。
3. 此部分程式碼已屬之前練習的延伸，陣列輸入數字的方法已經經過二次練習：變數練習、陣列程式練習。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#BubbleSort

程式撰寫、測試 20min

(第一節結束)

1. 留空白時間，給學生思考、撰寫程式。老師移動到各學生座位，觀察學生程式撰寫狀況，有需要指導時，提醒一下學生。
2. 程度好的同學可以在此節課完成任務，檢核完成的正確性，依序記錄完成的座號，完成的先後順序，可以做為分數高低的標準。
3. 多數同學可能在這節課無法完成任務。
4. 先完成的同學，可以指導無法完成的同學，並幫指導的同學加分。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#BubbleSort

提示部分程式碼說明 10min

1. 此節課需完成所有人的程式撰寫，在課程一開始時，再說明一次提示的程式碼。整個程式的流程如何運作等。
2. 完成程式的同學，可以讓同學試試，如何保留未排序前的資料，可思考如何讓Micro:bit左傾是原數列(未排序)，Micro:bit右傾是排序後的數列，做出來可加分

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#BubbleSort

程式撰寫、測試、老師檢查結果 35min

1. 先完成的同學，可以指導無法完成的同學，並幫指導的同學加分。
2. 做完的同學，老師檢查程式完整性、正確性，輸入三組測試數字， 驗證程式的正確性。
3. 依序記錄完成的座號，完成的先後順序，可以做為分數高低的標準。

http://163.20.173.51/Micro:bit.htm#BubbleSort

教學成果與回饋

1. 學生完成此階段學習，在程式設計方面有進一步的理解，對於變數、迴圈、邏輯判斷的運用更熟悉，對於程式的排序方法有初步的理解。
2. 雖然透過重複不斷的練習，從加法測驗器，理解變數，練習Micro:bit輸入數字的方法，一直延用到陣列練習、BubbleSort等，全採用同一方法輸入數字，讓學生不停的接觸同一設計手法，期望能降低學生的學習障礙，但經過實際執行完的課程，學生對陣列、排序還是有一些理解的門檻無法達到，也就是說學生很多是透過同學的協助才能完成程式，對於程式應該不是完全的理解。
3. 因此陣列、排序的程式設計，對於國中八年級學生似乎存在一定的難度，在舊課綱時其實我們是不敢讓學生進行這一類的議題，透過新課綱的規定，試上陣列、排序的課程，對於教學的成果，我持保留的態度。若要進行此議題課程，可能需將時間再拉長，練習需更多，才能讓國中八年級的學生真正理解陣列、排序的程式設計。

參考資料

1. 新北市江翠國中呂天齡老師網站http://ms2.ctjh.ntpc.edu.tw/~luti/108it-class.html
2. 阿玉Micro:bit研究區https://sites.google.com/site/wenyumaker2/
3. 維基百科泡沫排序https://zh.wikipedia.org/wiki/冒泡排序