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大頭老師 - 兒童程式設計 &樂高EV3機器人 STEM教學 邏輯訓練

為什麼採用樂高積木來教程式設計?

9/17/2021

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從小就愛玩積木,小時侯買不起樂高,印象中在幼稚園時,會在積木筒邊不會離開,長大讀電機系,寫程式成了重要的技能,也幫助創作手機遊戲推給全球百萬玩家 。畢業後就買給了自己第一代樂高機器人Mindstorms RCX,玩的很開心也有成就感,用它來教學生寫程式,也相當有心得,希望學生們也可以學的很開心又有成就感! ​

將抽象程式碼用具象生活物品展現

程式語言中有許多重要觀念,對程式初學者不容易理解,像是變數、條件和判斷、迴圈,用樂高容易組出生活化物品,像是電風扇,我們使用積木開關教布林變數(boolean)的觀念、風速就是一個馬達速度,為正整數的變數(int),切換速度會是判斷(if),風扇左右往返,是無限迴圈(loop),生活化主題可以讓學生學習上正確理解,程式小任務做出來時也很有成就感。常見的其它程式入門用小機器人走線或解迷宮,這類難以理解類比的方式,即使在課堂上勉強做出來,很難完全理解,轉換成學生自身能力。

程式課程主題設計豐富多樣

樂高積木用多彩的積木,組出各種物品,家中各種的小家電、生活中所有的交通工具、遊樂場內各式遊戲器材、好玩電玩中各式遊戲玩法,高科技生產中的自動化設備、人工智慧新奇點子、助人救難和幫助人們生活更好的器材,我們都在課中帶領學生做過,發想相關主題應有數百種,學生都可以感受到程式課程好玩,家長也可以感受到我們的用心。這些STEM的課程,如果沒有用樂高積木快速來開發,真難想像備課時需要準備多少種類材料。我們有信心在課程設計豐富度,大拇指做的是最好的!

細心觀察和找尋問題

在程式中找問題,簡單的方式是用輸出(print)的方式來看程式走到哪,及變數值現在多大,花不少力氣在一個小地方找問題,挺辛苦的。用樂高來做任務時,就具體形象上就可以看出有沒有做對,比如設計一台採水果的自動機器人車要來回走,自動車走不出直線,我們會鼓勵學生觀察現象,找出可能的問題,可能是軟體方面的程式邏輯沒做好,馬達模式沒有設對,或許是硬體方面車子沒有組裝好,可能接線不對,這種系統整合的能力,在程式設計中培養仔細觀察能力,非常有效果,看到學生耐著性子一步一步觀察找到問題,進而去解決好,的學習態度改變,自然能寫出正確程式邏輯,對未來學習其它較難主題時有幫助。

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Python程式設計 初學者的免費線上自學資源

9/16/2021

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專心學習一種新的程式語言設計,有效的方式是最快的方式能寫出第一個Hello World,最方便是直接找線上開發環境,再來熟悉基本語法,再推進到這個語言最重要核心特色,配合線上教學資源,先不用管如何安裝,訂一個想要達到目標,像是學習Python網路爬蟲功能,訂一個學習時間,比如學習5天每天3小時,這樣來做,看看自己能做到多少。因為學不止盡,程式語言的世界,就如同minecraft遊戲世界永遠打不完,知道要學到什麼和用多少的時間,是一開始就應該計畫好的,花多時間且最後沒有成效,會是可惜的事。介紹常用自學網路學習資源,希望可以幫到需要的人,和教室Python班的主動學習性高的學生。

教學網頁課程

tutorialpoint - www.tutorialspoint.com
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tutorialpoint的系列課,個人非常喜歡,簡明的內容,不用很完整很快,就可以得到想要的知識,點LiveDemo可以立刻執行,這網站也同時含蓋多種語言和主題,會是個好的程式自學出發點。
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​w3cschool - https://www.w3schools.com/python/
​w3shools的內容比較多和完整,當然學習所需花費時間就會比較多,有系統化了解Python,也是個好的開始,如果英文讀起來吃力,可以用Google自動翻譯整個網頁,應該會快很多,相信全部讀過一次,收穫也不少。
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educative - www.educative.io/courses/learn-python-3-from-scratch/

educative頁面做的非常清楚,課程長度剛好,通常課程都需要付費,不過這個Python入門的課是完全免費的,也是佛心來著,主題含蓋多種程式語言和熱門主題,可以參考看看
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Programiz - https://www.programiz.com/python-programming
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​programiz是個程式語言專業教學網站,主要的程式語言(C, C++, Javascript, Java...)都有,許多主題都有搭配Youtube影片,影片雖然是英文的,也可以用字幕自動翻譯的功能來觀看,程式碼和英文同樣都是世界共同語言,聽多了英文進歩,同時程式也會看的懂。

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Python 影片教學

彭彭的Python程式入門課程
​正港中文的影片,適合所有人學習,沒有簡中翻譯上差別的問題,更適合學習,彭彭的程式課程影片真心超推薦!




Python for Everybody - https://www.coursera.org/specializations/python

由University of Michigan密西根大學在Coursera上以開設Python為主的專項課程,適合程式初學者參與這個專項課程,將Python的內容扎實完整學起來,有中文的字幕,曾讓當時讀國中兒子,自行去看線上課程同時也有交作業批改,課程結束也有拿到線上証書。証書本身可能沒有什麼太大作用,不過學習線上課程經驗,讓他了解學程式設計最好的資源網路上都找的到,也建議大家試試看。

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​Python線上編譯環境 

Google Colab -  https://colab.research.google.com
Colab 以雲端 Python 筆記本形式,像 Jupyter Notebook,開啟時會開啟一台K8S的虛擬機,常用機器學習套件(tensorflow, opencv, pandas)都己經安裝,相當方便,如果沒有,也可以自行!pip來安裝。,加上可以使用GPU/TPU,對於程式日常開發是很有幫助。需要Google帳號來存檔,對小學的教學上較少用,多是用codeskulptor或是Online Python,減少帳號申請和密碼遺失上的問題,在國高中生上就沒有什麼問題。

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Codeskulptor Python3 -  https://py3.codeskulptor.org/​
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Rice大學為教學目的所開發用的python online ide,用javascript為核心,執行上和單機上的Python會略有些不同,通常不會影響主要功能,有畫圖的功能可以用來教turtle和小遊戲,也有Google Map和簡單GUI的功能,可以讓程式設計課具有視覺化,課程設計會比較有趣,優點是的是可以不用任何帳號申請,Ctrl+S可以線上存檔成為公共的連結。學生的作品也可以另開雲端文件來分享,全班同學都可以看的到。
 

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​repl.it  - https://replit.com/new/python3

Repl.it 當今最方便好用且強大的,跨程式語言的線上IDE,登入時需要帳號,啟動時帶出一個k8s的容器,具有完整檔案系統,也可以pip install。REPL 是在電腦程式執行上分別的四個動作
1. Read - 讀取使用者所要執行命令和參數.

2. Evaluate - 執行你所撰寫的程式.
3. Print - 輸出程式執行後的結果,是否符合預期
4. Loop - 回到第一個歩驟.
​這4個動作同時也是程式教學活動上最重要的4步,1,2,3按步做,每次都比上次熟練,這樣也就會有長期的進展,

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Online Python - https://www.online-python.com/
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簡潔的使用者介面,可www.online-python.com/以不用帳號登入,線上程式存檔和分享,沒有畫圖的能力,像是tinker和turtle都沒有,仍是一個非常出色的線上環境,試一些Python小程式非常方便,這個IDE環境搭配在樂高機器人課(with Python)時,成效相當好,小五小六的小學生就可以寫出並修正程式邏輯,邊學Python邊玩樂高車。
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兒童課程設計路線

9/4/2021

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大拇指教室在課程設計上,以「動手做,用腦想」的精神,帶領孩子願意觀察現象,進而解決問題的問題的能力! 家長願意長時間支持孩子每週來教室上課,長時間支持孩子在大拇指學習上課,我們在意的絕不是填充課程內容,把各種觀念快速的輸入進去,老師更在意的是孩子理解的情形,在每個階段課程中,挑戰自己、發展能力,發展出可以帶的走的真實力!

隨著多年教學成長,教學路線也更加精簡,從開心用樂高做出好玩專屬玩具動機出發、加上由淺入深/的程式邏輯挑戰,建構出一個長而緩學習坡道,降低學習曲線和難度,學習階段不能急,而孩子成長只有一次!  期待道路上充滿學習的樂趣,長大後可以挑戰更高更遠! 讓課程適合喜歡主動學習的人,培養出科技時代中所需的具備解決問題的能力!  ​
1. 樂高動力機械 -> 動手做, 開心玩 (大班以上)
透過雙手操作,體會日常生活中的機械原理,連結科技應用的觀念。採生活化主題,如溜滑梯、盪秋千,摩天輪、摩托車、腳踏車等都可以運用雙手做出來。

2. 樂高動力機械 + 簡易圖像式語言 (小一以上)
透過簡易圖型程式設計,用各種點子去設計有趣的作品,透過每次點子的作品實現,讓自己的想法更清楚,也具有學習的信心! (可參考下面影片)

3. 樂高機器人 + 進階圖型語言  (小三以上)
獨特的課程挑戰、建構出學生STEM的觀念,練習精準和自主的程式控制能力,拆解問題後進一歩解決~ (可參考下面影片)

4. 樂高機器人 + Python語言 (小六以上)
圖形方塊轉換到程式語言,學生發現純程式語言可以寫出更有效率的程式邏輯,打出對文字式coding厚實的基礎! (可參考下面影片)

5. Python 基礎 / 進階 / 物聯網IOT專題 (7年級以上)
從Py基礎語法熟悉、養成良好編程習慣,用Python帶領學生掌握程式設計的要領,不用copy-paste和填充式教學,持續用小且清楚的挑戰,建立穩固的程式力~ (可參考下面影片)

6. C++ 基礎 / 進階 / 演算法入門 (8年級以上)
由淺而深的實作課,讓學生熟悉屬於C++的語法和物向導向特性,建立可以運用自身學習能力,未來快速掌握資訊領域中所需的各種技能!

在彩色樂高作品、疊加圖形方塊、巢狀if else子句不是最終學習成果,它們都是好的學習媒材,真正學習在於啟發學生動機,經由挑戰和練習,相信在大拇指教室,最有優勢的就是認真且有經驗的老師,會創造出不同其它機構的學習情境,經過課程中不斷挑戰及成長,讓孩子有信心、持續發展能力、創造出屬於自身獨一無二學習成長歷程~


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    大頭老師
    Eric Huang

    相信每一個孩子的潛能和獨特性,經由樂高積木和兒童程式課程,動手玩積木、動腦想邏輯,做中學,玩出屬於孩子自己的自信心和創造力,挑戰未來無限的可能!連絡我 或大拇指積木創作教室,同時我也在找尋志同道合的工伙作伴。

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