「運算思維與設計思考無縫交織之設計教學」實踐研究

近兩年因學生主動學習的動機與自主解決問題的能力明顯逐漸降低，對於思維模式較為發散的藝術與設計系學生，在程式邏輯教學上更顯困難。申請人在已經具有五年教學經驗的數位技術教學課程【互動科技裝置: 概論與程式】，也開始面臨教學困境。這是一門以撰寫程式（Arduino教學）為設計思考工具的課程，但近兩年卻發現學生似乎已經不願意從教學內容中繼續自行鑽研。

教學過程中發現其實整個學期雖能夠讓大家理解程式的應用，但在每一次作品實作時，發現學生越來越不主動理解程式邏輯，僅完全套用影片教學的程式來製作互動設計作品，無法自行延伸或修改程式撰寫的能力。對此，雖然不太影響課程成果，學生依然可以從模組化的程式開發出許多創意作品，但背後卻隱藏了學生運算邏輯沒有提升而無法學以致用的危機。

因此，此研究以翻轉教室及業師協同教學法，搭配工程背景的業師之程式撰寫專業，探討如何能更有效且正確地將運算思維的邏輯讓學生真正理解，同時提升教學趣味性及專業性，以激發學生主動學習的動機，發展出一套「運算思維與設計思考無縫交織之設計教學」。

藝術與設計系開設與程式運算設計相關課程，面臨教學上的挑戰，尤其在強調以訓練「創意」為主軸的藝術設計系學生，思維模式相對較為「感性」及「發散」的狀態下，甚至學生會非常抗拒學習程式設計，對於程式運算邏輯的課程教學更顯困難。

為了實踐數位（Digital）及跨學科（Trans-disciplinary）的能力養成，在設計領域教學場域中，運算思維的課程教學更顯得重要。因為在數位時代具備跨領域能力整合的設計師，已經無法避免學習程式設計，必需提升運算思維。因此本研究計畫的主題訂為「運算思維與設計思考無縫交織之設計教學」，希望探討如何有效訓練具有設計思維及運算思維融合DNA，具備數位時代技術實作能力的創意設計師，激發出創意運用運算科技的跨領域實踐家。

本研究計畫研究設計流程包含兩階段：

1. 校準階段：短期專業密集課程，讓學生可以大量的接觸各種專業與學習各種學習方法。透過元智大學微課程（彈性課程）的教學設計，於學期初規劃為期一個月的課程模組，以短期密集工作坊的形式套入雙教師共授（設計背景的計畫主持人搭配工程背景的業師）及搭配磨課師技術教學影片非同步的教學方式，來進行先期教學實驗，導出「運算思維與設計思考無縫交織」教學架構。

   • 實作工作坊教學規劃分為兩部分：

     1. 第一部分搭配翻轉教學，學生透過技術模組的教學影片，學習互動科技技術的實作。過程中學生密集學習數位工具，包含數位製造之雷射切割、3D列印、互動技術之Arduino、MQTT，MLP。
     2. 第二部分針對工作坊真實議題的題目，依據雙思維模式設計五大步驟，進行跨域合作專案設計與實踐。

2. 提升階段；學生專注於專業的領域深入學習，對於追求知識必須要有高度的熱情。本計畫透過先期實驗所規劃出的「運算思維與設計思考無縫交織」教學架構，導入藝術與設計系專業課程【互動科技裝置】，基於教學架構雙思維五大步驟的設計方法，進行實驗組及對照組的教學實驗。探討已經修過雙教師及雙軌思維的學生（實驗組），是否能將設計思考及運算思維無縫交織更有效融合於創作中。

本計畫教學實踐成果，實驗組在運算技術的能力、設計師學習程式設計之觀念轉變、獨立解決問題能力、自我認同都大幅度的正向提升。導入「運算思維 CT 與 設計思考DT無縫交織之設計教學」的設計方法與步驟後，課程成果成效歸納如下：

1. 有效提升學生對於互動設計的興趣，並能激發自學動機。
2. 明確的五步驟雙思維設計與步驟教學，能有效解決藝術與設計系學生對於學習運算設計的抗拒與恐懼。
3. 雙教師教學有效落實設計思維與運算思維的密切融合與運用。
4. 有效解決藝術與設計系學生被技術綁架的困境。
5. 翻轉教室之技術教學模組影片的運用，能有效降低學生學習運算設計的門檻。

在密集實作工作坊中，即使只有非常短時間實作，每一組學生成果都出乎意料的令人感動!  不只是技術的巧妙運用，跨域團隊合作的學生也因工作坊的真實議題操作，關懷人文與社會議題，把創意想法真正實踐出來，於最後一天成果發表時讓真實使用者現場體驗。

• 學生以機器學習手勢與肢體動作，設計讓視障孩童可以與明眼小孩一起在黑暗空間中共玩的警匪大戰-警察抓小偷遊戲；設計以肢體動作玩音樂的遊戲等。
• 學生以實虛互動共玩遊戲裝置，設計給失智長輩與孩童一起玩樂的家人特徵記憶遊戲；協同合作滾球遊戲等。

本研究計畫透過課程模組的規劃與開發，從不同模式的教學實驗、分析及驗證後，最後歸納出有實質成效的「運算思維與設計思考無縫交織」教學設計架構、教學內容設計與步驟。如何有效將此教學模式導入原有課程，必需具備以下條件：

1. 提供清楚的目標任務、流程步驟、操作方法與多元工具的應用。
2. 專業的融合，從教師開始，重新設計課程內容。
3. 搭配多元教學媒材，以教練式的教學，輔佐學生學習並相信學生做得到。
4. 提供跨領域團隊合作的教學方式，訓練溝通技巧。
5. 核心與輔助課程橫向連結的設計。

本研究成果對於教學社群，希望能產生影響與貢獻。本研究計畫所提出的為一套有系統的教學架構，甚至可以導入的教學模組，未來希望可以透過多次修正後，將所研發的課程規劃、教材設計與教學模式，推廣至其他學校的可行性。

• 專訪文章：以運算思維啟動不一樣的設計思考
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