演算法中的問題解析
| 策展人： | 臺北市長安國中 呂添仁老師 |
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| 策展單位： | 教育大市集執行團隊 |
| 活動時間： | 2022-09-26 |
| 活動地點： | 臺北市長安國中 |
| 適用領域： | 科技領域-資訊科技、科技領域-生活科技 |
| 上傳日期： | 2024-03-25 |
一、設計理念筆者在很多資訊科技的研習中時常聽到有不少老師反應「演算法」很難上，尤其對非資訊本科系出身的老師來說更是如此。尤其演算法的問題解析，大多數都是照著教科書的內容帶過去，很少讓學生有發想、參與解決問題方法的機會。「問題解析」其實就是「將實際問題拆解成幾個單元，以規畫用電腦來解決問題的步驟」，因此重點就是「如何將問題拆解」及「設計解決的步驟」。
當然演算法必須搭配程式設計才行，演算法用來設計解題方法，程式設計用來實作解題程序，就像要先做好旅行計畫再出發、先畫好房子的設計圖再動工是一樣的道理。所以在設計這個單元時，也參考了教育大市集裡面侯偉富老師的「生活中的演算法」教案，先讓學生對演算法的概念有個基本的認識。另外在實際授課時，參考了教育大市集中「智慧教室」多位老師的經驗，運用大屏進行教學。
這個單元會對應的學習重點如下：
二、教學實施1. 學生先備知識
演算法的意義與特性、程式與電腦的關係。
2、教學策略
七年級學生的邏輯思考能力還在發展之中，能完全靠自己去拆解問題、想出問題解法、安排解題步驟的學生應該不多，但是多數的學生模仿能力卻很強。而在參考了市面上好幾個版本的課本後發現，所有課本幾乎都將解決問題的方法拆解為3個單元：輸入、處理、輸出。如下圖所示：
因此老師必須建立並遵循這樣的解題模式，往後任何題目都是用這個模式來設計解題方法。學生也會覺得老師的方法跟課本是一致的，隨著實做的題目增加，學生就會越來越熟悉這樣的解題模式。於是產生了3個重點：輸入什麼資料？輸出什麼資料？如何處理？接下來的教學內容，就是在引導學生思考這3個重點。
3. 教學內容
| 在大屏投影的簡報畫面 | 從生活情境切入（引導的方法） |
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學生幾乎都有到超商買東西的經驗，先請學生思考，假設用現金來結帳，當我們把商品給了店員，店員做了什麼動作(輸入了什麼資料)，然後收銀機就會出現什麼資料(輸出)。請把答案跟同組同學討論，並寫在作業簿上。
● 輸出什麼資料 ● 輸出什麼資料 因為這是第1個範例，學生可能較不易馬上捉到重點，所以老師可以給較多的引導和提示。例如圖中的店員拿了什麼，對飲料上的一個什麼地方「嗶」了一下，然後收銀機的畫面就會出現什麼文字。 |
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等公車時最怕無法知道什麼時候公車才會來，尤其是上學時如果時間沒有控制好就會遲到。還好有資訊科技，我們可以下載查詢公車APP，就可以知道預定到站的時間。
老師先示範，從學校附近的公車站，查詢某路線的公車(如左圖)，步驟是： 1. 先輸入756 2. 點選「往北門」 畫面出現圖中紅框內的內容 接著請同學小組討論，在這個案例中 ● 輸出什麼資料 ● 輸出什麼資料 並寫在作業簿上。 |
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上學進校門的第一件事，就是到川堂那邊的某一台機器上去「嗶」一下數位學生證。不久之後家長手機就會收到簡訊通知(如左圖)。
接著請同學小組討論，在這個案例中 ● 輸出什麼資料 ● 輸出什麼資料 並寫在作業簿上。 |
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確認學生能否觀察到資料的輸入、輸出，是哪些資料?
經過以上3個範例，同學應該可以學到把現實問題，利用電腦來解決時，資料的流向是如何運作的。 |
教師可請同學分享以上3題的答案，並說明為什麼？教師再適時說明或提示重點。 |
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評量：
聖誕節時，小潔全家到餐廳用餐，聖誕套餐每人特價199 元，消費金額滿500 元再享9 折優惠。若小潔全家都用餐，共要花費多少元呢？ (本題是康軒版資訊科技七上課本的題目) |
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以上的教學重點是在資料的「輸入、輸出」。現在我們在重點放在「處理」，特別要強調是「用電腦來處理」。
用左圖，也就是剛剛談到的超商結帳的範例，讓學生思考，店員掃了條碼後，到收銀機出現85元，中間的過程中，電腦做了什麼事情？ |
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老師show出上個步驟中問題的內容，原來電腦處理了3件事：
將條碼轉換成商品編號 依編號查出售價 將售價加總 總結： 用電腦解決任何問題，都必須先思考，有哪些資料要輸入，有哪些資料要輸出，如何把輸入的資料變成輸出的資料。 |
三、教學現場發現| 學生作答 | 成果講評 |
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學習較專注的學生，在老師的引導及同組同儕的討論下，幾乎可以全部答對。 |
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有些學生甚至可以比老師預計答的更好。例如Ex2輸出的資料中，多數學生只能答出到站時間、站牌、車牌，但這個學生可以寫出「車子定位」，這是一般學生比較觀察不到的。另外Ex3輸入資料的部份，他能寫出「金片」(應該是晶片)，從他的文字描述可知他要表達的是「讀取晶片後，電腦就可以查出姓名、卡號、照片」，這也是這位學生觀察力出眾的表現。 |
四、教學反思與收穫學生對於「用電腦解決問題」其實並不熟悉，因為生活中一般人解決問題，是用「人的角度」來思考的，但是用電腦解決問題，就必須改成「用電腦的角度」來思考，其實這就是「運算思維」。電腦不是人腦，不會自動思考，不會自動算出答案，因此我們必須教會學生，要很明確的告訴電腦，要輸入什麼資料？然後中間要明確的指示電腦去做哪些步驟？最後才能得到要輸出的答案。
這套「輸入－處理－輸出」的解題模式，一開始就要建立好，在之後所有的問題，都是用這套模式來解決。
利用生活情境的範例，可以幫助學生快速建立起這套模式，尤其是範例的選用，務必是要「用電腦來解決的」。讀者可以發現，此文中的前3個範例(超商結帳、查公車APP、嗶學生證)都是如此。
領域/議題國中 資訊教育