日新自造經驗:資訊教育、運算思維與開放硬體的完美融合

談及臺灣國中小資訊教育中的創新實踐,我們很難不提及日新國小,以及它幕後的推手——徐臺屏老師。近五年來,在徐臺屏的指導之下,日新國小積極推動自造教育,不但使「動手做」的精神融入教學,也獲得多項國內外比賽佳績,包含臺北市校際盃機器人大賽國小團體組四連霸。是怎麼樣的理念與經驗,造就了這樣不凡的成果?

資訊教育的核心能力就是運算思維

我們可以先從一個根本的問題談起:在這個資訊科技蓬勃發展的年代,資訊教育應該扮演什麼角色?徐臺屏認為,資訊教育過去只是工具,但現在應該成為一種核心領域,讓「運算思維」成為這個領域的核心能力。

「運算思維」近年來隨著程式教育的興盛逐漸成為熱門詞彙,意指一種旨在解決問題的思考模式。「我習慣把量化的指標收集完之後回到我原本質性的設計裡去做交互的檢核,我覺得這就是運算思維。」徐臺屏說,運算思維可以培養學生的量化素養,且可以提供一種比數學教育更為直接、具體的經驗來支撐抽象概念。

舉例來說,在設計自走車時,紅外線感測器會感測到黑線是1,白線是0,用雙循線感測器就會有10、01、11跟00四種組合。徐臺屏表示,「在數學裡頭,這四個是被2的2次方算出來的;在資訊裡頭,我透過硬體讓學生知道10、01、11跟00,有什麼不同的意思。」透過硬體的操作與軟體的運算,運算思維的加入可以讓資訊領域提供比數學的想像更有意義的教學模式。

當然,若說這樣的分析與拆解意味著一種「解構」的能力,運算思維更重要的也在於一種「重新建構」的能力。隨著資訊科技的進展,當代人的生活中已充斥著各式各樣的解決方案,而透過運算思維,才能讓學生學習利用量化的數據和程式的運作製作出有用的工具,進一步解決生活上的問題。這樣的能力與思維,也與日新國小自造教育「以解決問題為依歸」的理念互相呼應。

開放硬體:運算思維的最佳搭擋

那麼,在教學現場下,怎麼樣的設備最能夠落實運算思維呢?徐臺屏在幾年的摸索後,找到了一個堅定的答案——開放硬體。

什麼是開放硬體?相對於商業硬體,開放硬體最大的差別在於其開放了硬體的線路圖、零件表、執行硬體的原始碼等資料,讓一般大眾都能利用這些資料創造出自身適用的工具。開放硬體自由開放的精神與自由軟體類似,近年來已有Arduino、Raspberry pi、3D印表機等著名的案例發展。

<>徐臺屏曾經使用過商業硬體,但當時他曾經為了做一個溫度量測專題,花了大部分時間在解決硬體問題;然而他很清楚,如果硬體的資料開放,這些問題「明明就是軟體可以操作的東西」。封閉的商業硬體讓學生被迫學習電子零件知識,但對徐臺屏來說,資訊教育的目的應該在於教導學生從軟體的開發學到運算思維。

有感於此,徐臺屏才漸漸轉向可以尋求不同社群解決方案的開放硬體,致力讓學生學習自己設計出問題的解決方法。雖然一開始推動時曾經受到家長跟同仁的質疑,但在自造教育的成功與競賽成果的加持下,徐臺屏已經證明開放硬體在教學上的優點與成效。現在他已經可以自信的說,採用開放硬體的幾年來,「我們學到的都是軟體核心,能夠完全回到運算思維去。」

從自身需求出發

展望未來,剛接任臺北市自造教育示範中心工作的徐臺屏也希望開放硬體及運算思維能夠普及到全臺的資訊教育。不過他也強調,重點還是在各個老師本身的教學需求跟動力,畢竟使用開放硬體需要耗費很多心力與時間,如果只是看上這幾年開放硬體蓬勃發展的光采而沒有核心的動力,「那玩一兩年就玩掛了」。

那麼動力從哪裡來?徐臺屏說:「你一定有某些事情想完成,但是商業軟硬體無法完成的,那才是你的動力」。對徐臺屏而言,開放硬體不但花的錢比商業硬體少,而且還可以達到更好的教學效果、落實運算思維,選用開放硬體是再自然不過的結果;而也正是因為有這樣強大的動力支撐,才使得日新國小的開放硬體與自造教育可以持續地相輔相成,進而永續經營、穩定茁壯。