2019年1月24日 星期四

利用四軸任務卡進行運算思維


四軸飛行器的教學是近來的熱門課題,利用四軸飛行器可以設計出多樣化的學習課程。本課程將介紹利用飛行任務卡,結合四軸飛行器進行運算思維應用教學的課程,並利用飛行任務卡進行四軸飛行學習的活動。

飛行任務卡的設計概念

飛行任務卡的每一張動作任務卡都僅有三張,盡量讓開放性(任務卡、邏輯卡、數字卡)的卡片數量較多,設計目的即是在讓學生開放思考,簡化動作流程,與夥伴合作解決問題,卡片適合每為孩子人手一組,進行教學。

進行四軸飛行任務卡的分類學習

飛行任務卡的分類是利用卡片進行課程教學的第一門課,也是讓學生熟悉卡片的重要學習過程,教師可以在未提供提示的前提下,考驗孩子能否說出卡片有8種顏色、7種任務卡(最難)、20種運動模式(功能)任務卡。

透過卡片的分類學習,可以增強學生的記憶(利用任務卡加強操控介面的圖示識別能力),更熟悉任務卡的各項運動任務。教學活動過程,請學生依據四軸飛行任務卡的顏色、任務卡的任務模式進行卡片分類(模式識別)。

學習活動:學生能說出共有幾種分類顏色、幾種運動模式卡片、數量。

利用任務卡強化教師教學說明時的學習互動

教師在進行教學活動時,可以搭配指導學生使用「四軸飛行任務卡」,配合教師的講解說明,利用任務卡依序排列。(模擬飛行)

利用「四軸飛行任務卡」除了可以加強學生上課的專注力,還能讓學生在配合教師課程的過程中,融入更多操作的思考與記憶,有效提升教師授課的品質,增進學生的學習效益。

利用任務卡認知飛行過程的動作、邏輯程式、數學數據

四軸飛行器的六個運動模式(垂直運動、前後運動、側向運動、偏航運動、俯仰運動)是非常具有空間邏輯概念的運動,透過四軸飛行器的課程,對於建立學生空間推理(Spatial Reasoning)能力的培養與訓練具有非常直接與顯著的效益。空間推理能力是運算思維的先備經驗,在幼兒園與小學低年級階段,是孩子建構的黃金期。孩子透過遊戲化學習模式,在遊戲過程中建構經驗,在愉快的學習氛圍提升學習效益。

飛行任務卡可以藉由圖像形式的協助,和抽象的運動動作產生連結,並透過卡片的任務編排,完成飛行動作的程式,進行有條理的組織活動。

卡片設計有空白填寫功能,可以配合白板筆,讓學生將想法、做法與數值,透過記錄的形式書寫出來。

利用任務卡為每一個任務進行分類(模式識別),個別執行(分層思維)與任務整合(演算法),有序培養學生的運算思維。

飛行任務卡的每一種動作任務卡都僅有三張,學生在進行飛行任務,應盡量利用開放性(任務卡、邏輯卡、數字卡)的卡片進行邏輯統整。利用飛行任務卡進行飛行任務設計時,可以藉由運算思維的問題解決模式(如圖)設計任務的執行過程,什麼是運算思維的問題解決模式,即:
  1. 模式識別(Pattern Recognition):找出問題之間的相似之處。
    前面「進行四軸飛行任務卡的分類學習」的課程活動,即是最典型的【模式識別】課程內容,將卡片分類,找出卡片的相似之處,例如:相同顏色的卡片、相同運動模式的卡片。
  2. 分層思維;拆解(Decomposition):將複雜的問題拆解成容易理解與分類的部分。
    除此之外,還可以讓學生將整個飛行任務,拆解出幾個不同的小任務,透過紫色的任務卡代表每一個小任務,利用不同的策略(運動模式)完成每一個小任務,即是分層思維或稱之為拆解(Decomposition)。
  3. 抽象(Abstraction):將重要的部分列出,忽略不要重的部分。
    「抽象化」其實就是問題簡化的過程,抽象化是高層次的邏輯思維與問題解決方法。舉例來說,許多圖像化的程式編輯工具,例如:Scratch、Blockly …,都是利用積木的模式將各種繁瑣、不同執行功能的程式,簡化成一個一個不同類型的積木,方便我們編輯程式與應用。

    利用紫色任務卡通常用來作為飛行任務抽象化的應用;

    例如,讓四軸飛行器從第一個起降點起飛出發,經過第二、三起降點與穿越門,最後在第四起降點降落。這個飛行任務過程需要許多不同運動模式的飛行任務卡重複排列才能完成模擬任務,很明顯卡片一定不足排列。

    因此,解決這個飛行任務,可以將整個任務切割成三個小任務,分別用三張紫色任務卡替代,並分別解決個別任務的飛行任務順序,最後在整合飛行任務,就是「抽象化」的飛行任務模式。

    補充知識:運算思維的核心 — 抽象化
  4. 演算(Algorithms ):為每個問題找尋解決的步驟。
    演算法其實就是問題的解決步驟,在程式編輯中,就是利用程序完成執行任務。演算法就是建立對問題解決的抽象化模型,透過不同的模式分辨,以求條理解決問題。

    一般會利用流程圖表示演算法、工作流程,流程圖是一種框圖表示,它以不同類型的框代表不同種類的步驟,每兩個步驟之間則以箭頭連接。這種表示方法便於說明解決已知問題的方法。流程圖在分析、設計、記錄及操控許多領域的流程或程式都有廣泛應用(維基百科)。

    利用飛行任務卡完成飛行任務程序,就如同透過流程圖完成工作流程一樣。課程中透過任務卡的流程編排,可以讓學生思考完成飛行任務過程所需要的步驟,這就是演算(Algorithms )。

    在實作中,學會運算思維是培養高階思考的能力,也是掌握科技的能力,是面對生活,解決問題的重要素養。

利用任務卡讓學生模擬任務完成的程式,進行有目的性的討論,深化學生的思維,有效提升學習效率。

利用任務卡可以讓教室的學習效率更高,彌補飛行器操作時間短暫的不足,連結並深化教師與學生之間的討論。


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