下課鐘聲一響，兩個孩子蹲在操場邊的灌木叢旁。「角度再低一點，頭胸腹要一起入鏡。」快門按下，照片隨即上傳到圖鑑「尋蟻覓跡」。勾選特徵、檢索比對、上傳照片，不久後，App中的臺灣分布地圖亮起一點新光。這一刻，孩子第一次清楚感受到：原來，我的觀察，也能幫助發現螞蟻在臺灣的新蹤跡！

這是一堂從手機開始的自然課，就藏在「螞蟻研究所Anter」這款App裡。孩子跟著餵食、觀察，再記錄螞蟻，從「好好玩」的互動出發，一步步學會問遊戲：「為什麼會這樣？」

「Anter螞蟻研究所」App介紹
來源／Youtube

「科技只是媒介，關鍵是觀察、繪圖、動手。」這堂自然課的推手，彰化師範大學生物系的鄭夢慈教授興奮地說。她在乎的，不只是科技本身，而是如何讓孩子像生物學家一樣，學會觀察、探索世界。

秉持這份初衷，鄭夢慈規劃了兩款App：「螞蟻研究所Anter」與「尋蟻覓跡AntFID」，幫助大人與孩子在遊戲與自然觀察中，激發對科學的好奇心。

那麼，手機App怎麼才能成為真正有效的學習工具呢？關鍵就在於鄭夢慈本身就是愛玩遊戲的玩家：她從玩家的視角出發，將「遊戲的趣味」與「科學知識」結合，打造出既好玩又能學習的設計。

從愛遊戲的孩子，到設計科學遊戲的教授

「我從小就愛玩遊戲，像『泡泡龍』、『瑪利歐兄弟』等，後來連手機遊戲也不放過。」鄭夢慈笑說。

一路從植物系、生物所到科學教育博士，鄭夢慈的學習歷程始終圍繞著「如何讓科學被看見、被理解」。2005年赴美攻讀博士期間，她接觸到當時正興起的「嚴肅遊戲（Serious Game）」概念。這類遊戲並非只在畫面上貼幾個公式、塞入幾項冷知識，而是將完整的遊戲元素：規則、任務與回饋，融入反覆練習的情境中，讓學習在體驗中自然發生。

鄭夢慈為自己立下明確的目標：「科技只是媒介，關鍵是幫助孩子真正去看、去想、去動手。」她開始嘗試把看似分散的學科知識與數據，轉化為一連串有情境、可操作的任務，引導學生在探索中逐步愛上科學思維。

然而，一款遊戲的靈魂在於題材。究竟要選擇什麼主題，才能兼具趣味與教育意義？

為什麼是螞蟻？最貼近「探究與實作」的日常題材

場景回到彰師大理學院的大樓走廊，鄭夢慈的實驗室緊鄰國內知名螞蟻學者林宗岐的辦公室。兩人長期分享教學心得，也琢磨著「要怎麼把專家的眼力教給孩子？」最終，他們找到了答案：就用螞蟻吧！

理由很簡單：螞蟻是生活中唾手可得的小生物，行動模式又十分穩定，同時也符合12年國教課綱中「探究與實作」的學習目標。

那麼，該如何把螞蟻的科學知識轉化為一款App呢？鄭夢慈在設計中納入了兩項能培養科學思維的核心機制：

1. 模擬並實踐完整的科學探究歷程（科學實驗）：以科學實驗為核心，培養學生的觀察力、判斷力與推理能力。
2. 透過資料紀錄與動態比對機制：引導孩子在反覆檢視與修正的過程中，參與知識建構，進而養成科學思辨與證據判讀的能力。

將上述程序轉化為國小到高中都可操作的手機數位工具，就是這兩款App的核心價值。設計上，先有「螞蟻研究所Anter」，再有「尋蟻覓跡AntFID」。

「螞蟻研究所」引導學生在模擬情境中，體驗螞蟻生態與基本的科學探究歷程；為了進一步連結日常生活，鄭夢慈設計了「尋蟻覓跡AntFID」，讓學生能在校園或戶外進行實地觀察，辨識螞蟻物種，成為生活中的科學探索神器。

「尋蟻覓跡AntFID」App介紹
來源／Youtube

結合林宗岐教授多年來的螞蟻研究成果，豐富了系統中的圖鑑資料與辨識素材。如此一來，這款App不僅有趣好玩，更讓多年累積的田野紀錄與影像資料，以新穎的形式展現知識的深度、廣度，開啟一場從虛擬世界走向現實的科學探索之旅。

兩大App設計核心。
圖表設計／李季衡

該怎麼「玩」螞蟻遊戲呢？

首先，老師引導學生使用「螞蟻研究所Anter」進行「情境化任務（闖關）」，培養基本知識。鄭夢慈回憶說：「剛推出時，學生反應有點生硬、沒那麼好玩！」於是團隊逐步調整，把遊戲設計簡化為「採集」與「鑑種」兩大主軸，並結合虛擬實驗室中的餵食、記錄、比對等操作，讓學生更直觀地理解不同螞蟻品種所需的濕度、日照與食物條件。

更有趣的是，「螞蟻研究所Anter」把飼養與對戰設計成相互影響的因果系統。為了在對戰中表現更好，學生會回頭思考如何調整濕度、餌料與溫度，透過逐一操控變因、觀察結果，再修正策略，逐步學會像科學家一樣思考問題。

App也能化身民眾、專家協作的橋樑？當學生視線離開螢幕、回到現實生活時，還能在校園內拍攝不同品種的螞蟻，上傳至「尋蟻覓跡AntFID」。系統會先透過線上資料庫初步比對，協助孩子辨識品種；接著由螞蟻專家進入系統，逐一檢視與確認每張照片的判定結果。當品種確定後，地圖上對應區域便會亮起，並顯示完整的螞蟻資訊。如此，逐步建立起專屬臺灣，且即時、正確的螞蟻分布圖。

兩款App因流程簡單、回饋即時，「常能聽見學生小聲卻滿足地驚呼：『好像真的在做研究耶！』」鄭夢慈笑著說。

「尋蟻覓跡AntFID」操作七字訣：找→拍→勾→比→修→上→亮。
資料來源／鄭夢慈 圖表設計／李季衡

為什麼有嚴肅遊戲的正回饋：先做→再懂→更想做

像「螞蟻研究所」這類「嚴肅遊戲」，不是單純是打發時間，而為了學習而被設計，於是鄭夢慈依循「先做（Do）→再懂（Learn）→更想做（Feel/Motivate）」的節奏。

首先，透過任務先讓人動起來，回饋指出有效方法；其次，透過遊戲理解科學原理、方法；最後，當成果被看見，快樂、自豪將會取代焦慮與挫折，進一步推著孩子主動查找、整理證據與校準，建立可持續的學習旅程。

嚴肅遊戲的正向回饋。
圖表設計／李季衡

把「看見」變成證據：生物學繪圖與擬真模型的交互搭配

除了開發App，鄭夢慈也親自走入校園，與高中教師合作設計課程，將這些數位資源融入科學教學之中。課程中特別強調學生「科學繪圖」的能力培養：從螞蟻頭、胸、腹的比例開始落筆，再標出觸角節與腹柄節的位置（判定腰節是一節或兩節），接著補上螫針、腳節等細節……，每一步都環環相扣。

至於為什麼要這樣畫呢？

鄭夢慈尤其重視孩子「科學繪圖」養成，從中培訓小小科學家的觀察力，將「好像有看到」變成「我確實看到」。
圖片來源／鄭夢慈　呈現設計／李季衡

其實，這樣的訓練正是在培養生物學家的核心能力「觀察力」。透過親手標示、刻意放慢節奏，學生學會看準、對比、說清楚，將「好像有看到」轉化為「我確實看到」。

科學繪圖的過程，讓觀察成為一種可溝通、可檢核的圖像語言，因此繪圖訓練是科學家必備的基本功。久而久之，照片、繪圖與文字會層層疊合，形成一條可追溯的學習歷程，讓老師能更清楚掌握學生如何觀察、判斷與修正，也能快速釐清學習上的障礙。

近來紅火蟻入侵臺灣的新聞頻傳，App也因應加入擬真模型：可放大、可安全操作、能自由旋轉的螞蟻、紅火蟻3D模型。孩子因此能清楚觀察細節，學會分辨一般螞蟻、紅火蟻，並瞭解誤觸可能造成的危險，如：流膿、潰爛等。鄭夢慈解釋，希望讓學生把所學連結到時事、公共議題，進一步理解防範外來入侵物種的重要性。

即便部分計畫經費已告一段落，鄭夢慈仍與學生持續維護系統、整理教材，並規劃推進AI辨識與資料庫優化，讓無數學生的零散觀察逐漸串連成全臺的螞蟻分布圖。對鄭夢慈而言，「教育科技」並不是「多了一臺平板」，而是一種讓學生從虛擬情境走向真實場域的學習設計。

在遊戲與探究之間，學生學會提問、觀察、論證，進而實踐科學思維。期待孩子未來不只應用在螞蟻，還能落實在日常生活的各種學習、觀察。近來鄭夢慈更催生出實體桌遊的開發，幫助孩子在線上、實體遊戲交錯間學習，進而深化科學探究的樂趣與應用。

近來鄭夢慈致力讓線上App走向實體世界，催生實體桌遊的開發。
攝影／W.Xiang

「我覺得科教這個角色，是把艱澀的科學語言，轉成學生能懂、能用的樣子，更像是一位翻譯者，」鄭夢慈說。「而遊戲，就是一個很好的媒介，讓學生不只是學會知識而已。」當鉛筆的線條與手機的影像並排，當個人的「看見」被接入共同的地圖，學習便不再侷限於教室之內。它會在每一個操場與街角，慢慢長成這座島的集體知識與溫度。

採訪撰稿／劉柏毅
編輯／林俊孝
攝影／林俊孝、W. Xiang

研究來源
鄭夢慈（2017）。Anter螞蟻研究所：手掌中的螞蟻世界。科技部專題研究計畫（一般研究計畫）。
鄭夢慈（2021）。 「Anter螞蟻研究所」探究式課程發展與推廣。科技部專題研究計畫（一般研究計畫）。
鄭夢慈（2022）。螞蟻與他們的朋友—學生探究與實作整合計畫–子計畫一：螞蟻與他們的朋友—「尋蟻覓跡」探究與實作檢索系統應用程式。科技部專題研究計畫（一般研究計畫）。
周文己（PI）、鄭夢慈（Co-PI）（2022）。螞蟻與他們的朋友—學生探究與實作整合計畫–子計畫三：螞蟻與他們的朋友—「最強蟻巢」探究與實作玩中學教育桌遊。科技部專題研究計畫（一般研究計畫）。

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這句話出自美國創投家 Marc Andreessen，十年前或許聽來還像預言，如今卻早已化為現實。然而，當全世界正被一行行程式碼「吃下肚」時，我們的下一代準備好了嗎？

「許多人以為程式設計就是一項電腦工程的專業技能。事實上，它背後所培養的『運算思維』（computational thinking），才是孩子面對未來最關鍵的能力。」逢甲大學通識教育中心洪耀正教授指出其中關鍵。

那麼，學寫程式一定要坐在電腦前嗎？洪耀正與他的團隊正用一款孩子愛不釋手的桌遊，悄悄地把運算思維，種進他們的腦海裡。

逢甲大學通識教育中心／電機工程學系洪耀正教授
拍攝／陳晧月

程式不是目的，思考才是關鍵

洪耀正指出，運算思維包含「問題拆解、邏輯推理、抽象模擬與錯誤修正」等。這些能力不只是掌握程式語言的關鍵，更是面對未來不可或缺的素養。「因此，學寫程式的目的，不是要孩子變成工程師，而是讓他們學會『怎麼思考』。」他堅定地說。

近年，隨著教育部推動 108 課綱，將「運算思維」列為科技領域的核心能力之一，程式教育不再只是高中選修或高等教育學生的技能，而成為每位中小學生都需要具備的基本素養。從Scratch到Python、從圖像積木到文字編碼，學校的課堂內容日漸豐富，但隨之而來的挑戰也不少。

「就算用了最適合國小的 Scratch，學生還是覺得練習困難。」洪耀正指出，「學習不該從語法門檻開始，而是要從最根本邏輯思維的基礎打起。」

尤其對於中小學生來說，他們的學習階段本就不是為了立刻進入產業、成為工程師。此時談「學程式」，其實不是教他們怎麼寫程式碼，而是幫助他們建構理解問題、預測流程、調整解法的邏輯能力——這也正是「運算思維」的核心所在。

這樣的反思，也引發洪耀正重新思考程式教學的起點：語法只是工具，那麼邏輯思維要如何更有效地引導孩子學會？

儘管當前已有不少視覺化程式設計工具，降低了語法學習門檻，但對許多初學者而言，邏輯結構與思維模式的理解仍需額外引導與支持。
圖片來源／Unsplash

用遊戲打開邏輯之門

如果不靠電腦螢幕、不寫一行行的程式碼，要如何引導孩子建立運算思維？

在洪耀正看來，解方是一場看似遊戲、實則深具邏輯結構的桌上冒險。多年來，團隊走入許多偏鄉與資源不足的校園，深刻發現：即便使用最入門的Scratch，學生仍常在語法與介面間挫敗，甚至逐漸失去興趣。而傳統的電腦教學，不只對設備有所要求，也仰賴教師一對一的引導。

憑藉桌遊的「不插電」特性，洪耀正團隊用更平易近人的方式引導學生透過遊戲建立「運算思維」。最終，他們推出了《GoGoKids》這款看似童趣，卻暗藏精巧邏輯的益智桌遊，主要設計給國小中高年級到國中階段的孩子，適齡年齡約在 9 至 14 歲——正是邏輯思維逐漸成形、好奇心最旺盛的階段。

在《GoGoKids》的世界裡，孩子扮演的不是玩
家，而是程式設計師。他們要幫助一隻迷路的小企鵝，依據不同顏色的路徑卡（藍色左轉、綠色右轉、紅色回轉等），逐張鋪路、預測每個轉彎、模擬整體流程，一步步幫牠建立回家的路。

看似為小企鵝規劃回家的路徑，實則是在進行流程模擬與邏輯推理的訓練。
拍攝／陳晧月

「這正是邏輯推理與運算思維的最佳實踐。我們把 if-else（根據情境判斷該選擇左轉或右轉）等程式邏輯概念，轉化為人可以『摸得到』的遊戲語言。」洪耀正解釋道。

此外，遊戲還加入了更多進階的策略牌卡，如「拆除卡」、「交換卡」、「複製路徑卡」等，對應到程式語言中的函式呼叫、流程切換與迴圈操作。透過這樣的設定，孩子不知不覺間就在「玩中學」，學會了邏輯結構、流程設計，甚至練習debug（除錯）時所需要的耐心與彈性思考。

舉例來說，當學生使用「複製路徑卡」連續鋪出相同路徑時，就像是在寫一個 loop（迴圈），讓一段指令重複執行，達成高效率的操作；又或者，當遊戲目標是三個終點中的任一個，只要成功抵達其中一個就算過關，這樣的設計其實就蘊含了集合（set）的概念，也就是從多個目標中選出符合條件的結果。

除了基本的路徑安排外，《GoGoKids》還設計了多種進階策略牌卡。舉例來說，當孩子在遊戲中發現某段路徑需要重複執行，他可能會選擇「複製路徑卡」，就像是在編寫一段 loop（迴圈）來提升效率；如果鋪錯卡導致角色走錯方向，他可以使用「拆除卡」進行 debug，修正錯誤流程；又或者，當路徑順序不合理，他也能透過「交換卡」調整結構，重新安排指令。
拍攝／陳晧月

更重要的是，《GoGoKids》的玩法十分多元，既可以單人挑戰，也能與他人對戰競賽。換言之，小企鵝的回家路徑並沒有標準答案，孩子在整個遊戲過程中依賴的，從來不是死背語法，而是在手腦並用中，逐步建立對程式邏輯的直覺與感覺。

這樣的過程，正是運算思維教育的精髓所在。例如「拆解問題」的能力，體現在孩子每回合都需觀察地圖、分析限制，將任務細分為一張張牌卡的安排。「邏輯推理」則來自他們預測路徑連續鋪設後的結果。至於「抽象模擬」，就需要孩子在腦中建立出清晰的行動圖像。而當角色未能成功到達終點，他們就得反思哪裡出錯、重新排列牌卡，進一步練習修正錯誤的能力。

「當孩子在玩這款桌遊時，往往會十分專心且認真思考。」洪耀正笑著表示，「他們必須預想每一張牌卡的效果，並在腦中模擬整條路徑會如何被執行。」

自主學習的下一步：讓邏輯自己跑起來

《GoGoKids》雖然能有效啟發運算思維，但到了實際教學現場，仍需要老師或助教逐一檢查孩子的卡牌排列是否正確。這對於資訊師資不足的偏鄉學校來說，是一項不小的挑戰。

為了解決這個痛點，洪耀正團隊結合影像辨識技術，打造出一款可搭配《GoGoKids》使用的「影像辨識App」。學生只需將自己設計的路徑拍照上傳，App便能自動分析卡片顏色、順序與方向，判定企鵝能否成功抵達終點。這樣的路徑可行嗎？邏輯是否正確？如果錯了，又是哪裡出錯？

「我們實測發現，這種即時辨識與回饋的互動方式，對邏輯能力較弱的學生特別有效。它能明確指出錯誤、降低挫折感，進而提升他們持續參與的動機。」洪耀正表示。

這些原本需要老師逐步引導的判斷與檢查，如今透過影像辨識 App 即可自動完成。不僅大幅減輕教師負擔，也讓整體遊戲過程更加即時，進一步提升學習成效。

他還補充道：「一般桌遊帶回家後，家長往往難以判斷孩子是否玩得正確。但《GoGoKids》搭配這套系統，可以幫助孩子自己檢查路徑對不對，也讓大人更容易陪著一起學、一起修正，真正做到邊玩邊學。」

不只如此，洪耀正團隊還開發了《GoGoKids》的Scratch線上單人版本，讓孩子即使在沒有同儕或教師陪伴的情況下，也能自行進行邏輯推演與任務挑戰。

線上版的操作方式與實體桌遊相似，拖曳路徑卡片、預測角色走向、完成目標任務——每一步都是腦中的推理練習。孩子透過不斷嘗試與修正，逐漸內化「先判斷，再行動」的思維流程。

洪耀正補充道：「我們提供更多元的使用管道，大家都有機會體驗到這款桌遊的樂趣。若使用實體版的《GoGoKids》，則可以搭配教師與影像辨識App，協助孩子確認路徑是否正確，並與同儕進行比賽。但若使用線上版，系統則能針對錯誤及時反饋，方便孩子一遍遍地嘗試各種可能的路徑。」

《GoGoKids》官網也提供了遊戲說明影片、Scratch線上單人版本與教學資源，讓更多人有機會體驗這款遊戲。
影片來源／Youtube

孩子的遊戲，也喚醒大人的思考力

如今，程式桌遊帶來的學習動能，不只停留在課堂，也開始延伸到家庭生活之中——不只是孩子，大人也能透過這款桌遊，重新喚醒久違的思考力。

洪耀正笑著分享，有一位畢業後在臺積電工作的學生，對《GoGoKids》十分感興趣，便自己出錢買了一套。過年時，他帶著家人與朋友一起玩，事後興奮地表示：「雖然在科技業工作，但日常其實不太需要動腦。反而是玩這款桌遊時，才發現自己久違地進行邏輯思考，而且跟家人一起動腦比拚的過程，滿好玩的！」

他更補充道，其實這款桌遊經常出現「反過來教」的情況。不少孩子的邏輯反應甚至比家長更快，最後變成孩子帶著爸媽一起學。也有合作老師建議是否能將遊戲推廣到社區據點，讓孩子教阿公阿嬤一起玩，達成另類的「反向教學」。

這樣的場景，或許正是這款桌遊最動人的地方：它讓「學習」不再只是課堂上的任務，而是成為生活中的一場場對話與挑戰。無論是學生、上班族，還是長輩，只要願意坐下來動手、動腦，每個人都能在遊戲中與邏輯思維重新相遇。

拍攝／陳晧月

「程式，不是未來唯一的語言，但『思考』一定是。」

從桌面出發的設計，不只是為了開發一套遊戲，而是一場真實場域中的教育實驗。洪耀正以運算思維為基礎，從遊戲設計、輔助工具到回饋機制，逐步建立出一套「能夠被玩」的學習方法。

他相信，無論孩子將來選擇成為工程師、設計師、音樂家或是社會工作者，「理解問題、拆解流程、預測結果、調整策略」的能力，都是他們在未來世界中最可靠的導航工具。而這些能力的培養，也許就從一張卡牌、一段路徑、一場遊戲開始⋯⋯。

採訪撰稿／馬藤萍
攝影／陳晧月
編輯／馬藤萍

研究來源
洪耀正（2022）。以影像辨識實現二階段程式教育桌遊。國科會專題研究計畫（一般研究計畫）
洪耀正（2021）。不插電程式桌遊與AI桌遊的開發與推廣。國科會專題研究計畫（一般研究計畫）

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踏入會議室，臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系特聘教授許庭嘉面前的長桌上，不見成堆的研究文件，而是擺著琳琅滿目的桌遊卡牌、公仔、機器人。這是她帶領的「適性化數位學習實驗室」所開發的遊戲式教具，充滿變化與彈性的模組設計，從小學生到大學生都是受眾，其中一款最新的《智能車機器人蓋城市（Al 2 Robot City）》機電整合桌遊，更甫獲國科會「2020未來科技獎」殊榮，還有取得美國和臺灣專利。

從「不插電」的卡牌桌遊，到結合擴充實境，再到插電及藍牙連線同時結合人工智慧的機電整合擴充版本，許庭嘉的研究團隊推出一款又一款以「運算思維（computational thinking）」為主軸的教學桌遊，讓「科技融入教育」不再只是未來想像，而是成為現在進行式。

話說回來，什麼是「運算思維」？以及為什麼傳統程式教學模式難以普及化讓人們認識？

現代人必備的「運算思維」

資訊科技當道的今日，運算思維能幫助我們正確掌握與科技互動的邏輯。近期一系列人工智慧應用工具如雨後春筍般出現，2022年底微軟投資的OpenAI公司，發佈以深度學習技術為基礎的「自然語言處理模型（NLP，是一種機器學習技術，讓電腦能夠解譯、操縱，及理解人類語言。）」－ChatGPT，造成全球轟動。

程式碼竟然能像人類（且更快、更好）一樣處理圖像、語言，甚至ChatGPT還能寫出簡單程式。至於「電腦是怎麼做到的？」；「電腦未來可以做到什麼地步？」想知道答案，就得從基礎的「運算思維」開始。

不僅如此，將資訊科技融入平日工作，更是現代人不可或缺的技能。雖然「人人都要寫程式」的時代尚未完全到來，但是運算思維已成為年輕世代的必備基礎，只要運用得當，電腦的運算效能、自動化程序，將大幅提升工作效率、生活品質。

但「使用」是一回事，「瞭解」是另一回事，所謂運算思維，即人們能夠理解「電腦問題解決的步驟」，然後將自己腦中的想法轉換成電腦可理解、執行的程序，才能與電腦流暢協作，增加工作效率。

許庭嘉團隊嘗試推出的遊戲式教材，透過歡樂、活力與繽紛色彩，來提振學生們的學習動機。
攝影／林俊孝

做為國家科技發展的基石，運算思維在教育部108課綱被列為科技領域重要「素養」。然而，單調的黑板、教科書，以及螢幕上密密麻麻的coding介面，都不是運算思維普及化教材的理想模樣。

許庭嘉團隊推出的遊戲式教材，則為教學現場注入歡笑、活力與繽紛色彩，希望藉此提振學生的學習動機、成效。就像個新創團隊，持續測試產品以臻至成熟，如今更走出實驗室到各地校園落實「科技輔助學習」的理念，成為臺灣教育科技實務應用的成功案例。

前進、迴轉、前進：學會像機器人一樣思考

許庭嘉首先展示團隊作品一款最具代表性的「不插電」卡牌桌遊《Robot City機器人蓋城市》。這款桌遊是開頭提到獲獎作品的基本版，遊戲世界觀設定於未來世界，玩家分別扮演不同的機器人角色，要在方格地圖中運用如「前進」、「後退」、「左轉」、「右轉」、「迴轉」等有限的指令、步數移動，得避開障礙、取得資源，目標是蒐集到夠多資源才能建設一座未來城市。

舉例來說，你控制的機器人前方正好有一枚木頭資源，但資源前方全都是障礙，當你想要取得資源後馬上原地迴轉，卻發現手牌當中沒有「迴轉」指令牌，這時該怎麼辦呢？許庭嘉拿出「左轉」、「左轉」二張牌，或者「右轉」、「右轉」二張牌，笑著說：「這二張接連使用，一樣可以達到相同目的。」體現學生得找出替代邏輯來解決問題，但解法往往不是唯一。

「Robot City機器人蓋城市」為不插電桌遊，將繁瑣的工程學化作好懂的圖像、卡片，讓大人、小孩更樂於學習電腦的運算思維。
影片來源／Youtube

在「Robot City機器人蓋城市」中，玩家需要學會將移動目標的問題拆解成一個一個可依序執行的流程，這就是程式語言「循序結構（Sequence structure）」的觀念。許庭嘉指出，循序結構是最入門的運算概念，而幼稚園大班的學童便可以透過遊戲來掌握。

銜接到未來實際程式編寫，循序結構所訓練的，是將一套工具、功能的完整願景，拆解為許多程式碼，再分別撰寫完成後，讓每一區塊可以像齒輪般，嵌合彼此一步步運轉。

除此之外，玩家還能用卡牌重複執行一套移動指令，呼應「重複結構（Repetition structure）」或「迴圈（Loop）」的程式觀念。常常我們需要電腦，是因為一個工作需要重複執行，手動實在太過浪費時間也容易出錯，這時就可善用迴圈指令帶來的效率、準確性。

桌遊卡牌上的指令還涉及「條件結構（Conditional structure）」。許庭嘉舉例說「如果前方一格有障礙物，則右轉（如下圖）」，對應到程式碼是「條件判斷（例如函數“if”）」，也就是寫程式時，還要考量到所處當下各式各樣的使用情境，才能讓電腦執行不同的相應動作，而非機械式的重複動作。應用到Excel上，條件判斷則有助於資料轉換、編碼，像在成績計算時，想把大於100的數值全部改回「100」、讓小於60的數值顯示成「F」文字等等應用。

圖片來源、設計／許庭嘉、林柏希

「機器人蓋『城市』，其實就是取『程式』的諧音。」許庭嘉點出，教小學生程式概念，和教大學生如何寫程式，是天差地遠的兩回事。桌遊的遊戲化設計，目的在於讓學童可以在玩樂、實作中學到運算思維，而非傳統課堂上枯燥的單向傳播模式。

如今這款趣味橫生的桌遊，更被知名出版社納入教材出版，成為課堂的一部分，從市占率來看，國中一年級的學生中10人就有4人，能在教室裡透過這款桌遊建立程式的基本觀念，且被超過700所國中使用。

因為疫情緣故，為避免面對面互動，科技部更在2022年補助許庭嘉教授的團隊，開發線上版本《機器人蓋城市（Robot City）》運算思維遊戲（https://ct.tahrd.ntnu.edu.tw/ ），期待跳脫空間限制，透過線上多人連線，以遊戲方式來認識運算思維。
圖片來源／Google play

運算思維教學桌遊再進化

儘管《Robot City機器人蓋城市》成功推廣至校園場域，許庭嘉團隊並未止步於此。他們參考過去運用「擴增實境（augmented reality, AR）」製作課程教材的經驗，這次更結合人工智慧（artificial intelligence, AI）技術繼續擴充原版桌遊，完成一組能透過手機app操作，同時結合智能車組裝等多元實作的運算思維教案模組，即是獲得國科會「未來科技獎」的《智能車機器人蓋城市（Al 2 Robot City）》。

在這款精進版的「插電」桌遊模組中，學生能從無到有、發揮創意設計智能車的外型，打造一臺能在棋盤方格上「移動」的智能車。接著設計電路、編寫程式，裝上晶片微型控制器，連結手機app，透過影像辨識功能掃描卡牌，來操縱車輛，然後想方設法在桌遊中取得勝利。地圖以棋盤格形式，透過紅外線偵測棋盤格線，能控制一個指令移動一格或者做一個90度轉彎的設計，不只獲得中華民國專利，同時也已經獲得美國專利。

《智能車機器人蓋城市（Al 2 Robot City）》真正打造一臺「走得動」，且不會輕易翻車的智能車，再結合手機App，讓學習更添趣味性。
影片來源／Youtube

桌遊如何改變學習者？

對比傳統教學模式，教學桌遊的優勢並非表面上的遊戲式學習形式。更重要的是，學生透過親手實作，不是解開「習題」而是解決「問題」，在一次次成功解決問題下，將有助於提高學生在科技領域學習的「自我效能」，當對創意、運算思維能力感到自信的同時，將會鼓起勇氣踏上進階學習的旅程。

藉由卡牌操作，學生的思考過程從「隱形」變得「具象」，讓老師得以適時介入提問、引導，創造出即時溝通、對話教育的空間；當學生無法從有限手牌中想出移動解法，也可跟同伴一起動手進行排列組合，嘗試牌卡運用的不同可能。

以遊戲情境為例，橘色機器人下一個目標需要取得「石頭」這項資源，才能完成蓋星際飯店的任務。這時候玩家要往後挖掘石頭，或者往前面找石頭，因此，須斟酌手上有哪些卡片可以使用，然後延伸出不同解題路徑，再亮出手中的牌組，透過「看得到」的卡牌，同學、老師都可以清楚明白彼此的思路是什麼？然後怎樣一起解決眼前問題。
圖片來源、設計／許庭嘉、林柏希

許庭嘉解釋，過去在教學現場，老師只能從學生的最終外顯表現(例如：測驗)看見最終的學習成果，考題答對或答錯，一翻兩瞪眼；但是學生腦子裡的思考過程，卻彷彿「黑盒子」般無從得知，也就難以給予因材施教的引導。「數位學習最重要的價值，就是透過學習科學和學習分析有機會可以把黑盒子解開，讓思考變得可見（make thinking visible）。」

弄懂電腦，更能善用電腦

對於想就讀電資相關系所的高中生，或任何有意成為工程師的人來說，運算思維當然是必備的核心素養。但許庭嘉強調：「就算我們不是工程師，未來也不一定需要寫程式，仍應該具備基本的運算思維。」

許庭嘉指出，如果所有公司、學校都能建立基本的運算思維，在未來對人與人之間使用科技跨部門、跨領域合作，將有莫大幫助。
攝影／W. Xiang

展望未來，科技扮演的角色只會越來越重要，運算思維教育就如同識字、算術一樣基礎且必要。許庭嘉回憶自己先前在臺師大資訊中心擔任科技組長時，某次組內工程師協助其他單位開發系統，但在需求溝通上卻頻頻受挫，虛擲不少時間、人力成本，才終將問題解決。

由此可見，如果所有公司、學校的職員都能夠培養基本運算思維，不只有利於「人腦」與「電腦」之間的溝通協作，更對人與人之間使用科技跨部門、跨領域的合作有莫大幫助。

一款教學桌遊的發想、實現與推廣

基於種種現實原因，許多類似研究專案的成果常在計畫期滿後便停止推進，未曾問世。許庭嘉深知這點，所以從一開始就下定決心，要讓研究團隊開發的運算思維（以及其他主題）教材真正推出到教學現場，發揮實質影響力，她說：「我們花費那麼多心力，完成的心血結晶必須能夠『見光』，而不只是停留在實驗室裡，交出結案報告、發表完論文，實品就消失在世界上。」研究成果的產出，就像是從樣品屋走向實品屋，充滿著驚喜、感動。

許庭嘉回顧一路走來，從概念發想到付諸實現的過程，所有團隊成員都發揮了重要貢獻。舉例來說，風格一致的每張桌遊卡牌、機器人角色形象、障礙物與建築物的模樣，都是她和學生一起從零開始發想，並由兼任研究助理親手電繪而成。「有時負責繪製卡牌的同學靈感一來，我們甚至會傳訊息討論到隔天凌晨。」許庭嘉欣慰回憶道。

近期，許庭嘉團隊更嘗試改變介面，以虛擬實境中的飛行機器人取代實體的智能車。儘管虛擬3D環境的移動指令相對複雜，遊戲開發面臨種種挑戰，卻仍無法擋住研發團隊的熱情。「我們希望自己做的教材，不只是為了研究，更能發揮實際的社會貢獻。」

許庭嘉團隊所製作教材，不只是為了研究，而是期待能發揮實際的社會貢獻。
攝影／林俊孝

採訪撰稿／林義宏
編輯／林俊孝
攝影／林俊孝、W. Xiang

研究來源
許庭嘉（2019）。跨科整合運算思維及應用人工智慧之遊戲學習歷程分析。國科會專題研究計畫（吳大猷先生紀念獎計畫）。

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為讓學生透過自身思考去學習，國立臺灣師範大學工業教育學系洪榮昭教授建立許多可以提供現場教育的數位學習新教材。
攝影／張傑凱

「傳統科學實作教學，往往是由各領域的菁英把學術的最終成果直接教給學生，讓學生背誦記憶。」洪榮昭直指傳統教學的問題，就連科學教育也不例外。

他提到今年108課綱提倡了新教法，希望透過更多的「探究式學習模式（Prediction-Observation-Explanation，簡稱POE）」，讓學生透過自身思考去學習，不只是記憶前人成果，這樣才能因應未來更多變的時代。

不過洪榮昭認為，除了需要更多的探究實作教材之外，他測驗學生的學習反應，發現在POE探究式學習的「觀察」與「解釋」之間加入了「Quiz」（小測驗），針對學習流程的內容進行小評量，在後續更能幫助學習者解決學習流程中的疑問。

洪榮昭將傳統的POE模式加上Q（小測驗）推衍成『POQE模式』。
圖表繪製／李昀

「將傳統的POE模式加上Q（小測驗）推衍成『POQE模式』，就可以建立許多可供現場教育的數位學習新教材。」洪榮昭說過去的研究發現認知負荷越重，導致學習成效降低，但他藉由POQE 探究法減少了認知負荷的影響，有效降低學習壓力，增加實質學習成果。

他說：「透過電腦和網路，用類似遊戲般的互動體驗，達到學習的效果。畢竟相較於紙書，網路與數位是現在孩子更為熟悉的介面。」

從孩子感興趣的數位遊戲出發

洪榮昭研發POQE模式教材多年，他進而介紹研究團隊已經上線蘋果和安卓系統的諸多遊戲教材，都可以直接由學生自行操作，就像益智性電玩遊戲一樣。

「我們的教材只要透過簡單的說明後，學生就可以自行點擊滑鼠操作，無論是學習的節奏和思考內容等過程，都是學生自己主控，這樣讓學習變成學生自己的事，效率會比外界強迫灌輸更有效果。」

例如提供給高中職遊玩的「綠能工程教育磨課師」，以動畫呈現不同的流體和相異管柱直徑的個別關係，說明流體的磨擦力和管柱大小與流體本身三者之間的關聯性。

益智遊戲是洪榮昭認為可以最好的輔助POQE模式教學的方式。「透過螢幕上的動畫圖示，會比靜態的文字更容易吸收理解。」洪榮昭說：「之後我們也有提供給大專技職學校做過實際應用，測驗發現對於提升教學成效確實顯著幫助。」

透過螢幕上的益智遊戲動畫圖示，有助於輔助POQE模式教學。圖為「溯因聯想App」遊戲畫面。
圖片來源／擷自遊戲畫面

再如「空間能力」遊戲，可以讓人藉由判讀兩面直角牆上的投影圖，去尋找出正確的3D物體形狀。洪榮昭笑說：「你不要看這些遊戲看起來好像很簡單，有些成年人玩起來可能也會感到吃力！」

另外諸如「時空拼圖」、「記憶大考驗」、「見微之美」等心智發展遊戲。除了可透過遊戲訓練學生記憶、空間及觀察能力之外，更可以提升學生的特徵辨識能力和細心度。此類遊戲便適合給各學齡層，甚至可讓親子共同參與，促進親子關係。

也有很療癒感的遊戲App──「昆蟲飼養日誌」和「蝴蝶館」。前者可以讓玩家藉由虛擬樹林裡養殖環境合宜的昆蟲，認識不同昆蟲的生長習性。

後者收藏了臺灣20種近年常見的蝴蝶圖鑑，透過遊戲機制，讓玩家可以飼養照顧牠們，並收集圖鑒和資料。除了心情療癒之外，也可以讓玩家了解許多生態的知識和生物學的概念。

學生藉由虛擬樹林裡養殖環境合宜的昆蟲，認識不同昆蟲的生長習性。
影片來源／教育遊戲好好玩「【VR】蝴蝶捕捉」

除了上述介紹的個別遊戲之外，洪榮昭研發數十種──有音樂教育、情緒教育、科學教育、語言學習、技能訓練、數學教育、科技教育、運算思維訓練等遊戲App，應用的學科範圍非常廣泛。

VR模擬遊戲減少現實練習的危險

「不過我最新的遊戲是虛擬（VR）程式。」洪榮昭與時俱進，發展VR遊戲程式，讓玩家戴上專屬裝置，進入到虛擬的空間裡做各種技藝練習。

如「打擊樂VR」、「廚房助手VR」、「汽車美容VR」等現實模擬的遊戲。「現實中，我們打鼓怕吵到鄰居；切菜怕切到手指，反而不太有練習的機會，而現在VR都可以協助解決那些問題。」洪榮昭說打擊樂VR讓學生扮演鼓手模擬擊打樂器，學生除了可以進行節奏練習以及節奏創作之外，更可以增強情緒商數，抒發情緒。

VR遊戲可以協助解決現實中不太有練習機會的問題。
影片來源／教育遊戲好好玩「【VR】廚房助手-蔬菜篇」

而廚房助手VR更不用說，現實中刀工的練習往往伴隨著危險，不過VR可以擺脫現實的許多限制，讓人做更多的實際訓練。「同時這也是益智活動，可以訓練操作者的手腦反應。」洪榮昭強調：「虛擬實境的應用，預計未來會有更多的潛力。」

從創意出發，衍生更多創意

當我們問及洪榮昭為何想投身這個腦力激盪的研發之路？他慎重的說：「教育無非都是為了培養學生有獨立思考、解決問題的能力，也就是創意。然而創意並非天馬行空無跡可循的，是一套需要淬練的心法。」

為此，洪榮昭提出以易經八卦為分析觀點的創造性思考方法，藉由傳統的八卦表達新的象徵意義，並從其中淬鍊出思維的模式，建構一套「八卦系統之創造性問題解決模型」的思考模型。

傳統的八卦圖據說源於中國先秦時代，藉由一橫直線（陽）和中間有斷開的直線（陰），三條直線所排列組合出的八種符號。而這八個符號組成天地萬象，成為一個八卦系統，八個符號各自名為乾、坤、坎、離、震、巽、艮、兌，代表天、地、水、火、雷、風、山、澤等象徵。古人藉由思考卦象本身的象徵意義，或探討八卦彼此之間對應的互動關係，創造出一個充滿隱喻意象的邏輯世界。

八卦圖本身就是很精彩的思考模式，洪榮昭透過這樣的思維方式，詮釋新的八卦意義，轉化成對於創意思考的圖象記憶流程。
圖為「八卦系統之創造性問題解決模型圖」，原圖來源：Hong et al., 2013。圖表美化／李昀

洪榮昭解釋道：「乾卦和坤卦代表問題的開始（發現問題）與結束（驗證對策），另外分成對立的三組直線，是面對問題時的三個不同的面相，而每個面相又有兩個對立的方向。」

例如面對問題，要全靠自己獨立思考（艮），還是要與周遭的人合作（兌）？就是兩種不同的發展方向。接著，有時需要理性的分析問題（離），但也有要感受情感（坎）的時候。再下一步，震卦是代表有了想法後的各種修正力量，就是實行之後，可能會遭遇阻力或推力；巽卦則代表支持、強化自己想法的觀點，也就是分析自己所思所行的各種正、負面條件。

「透過這樣的思考方式，可以有效提升個人及團隊的整體創造力和解決問題的能力。」

洪榮昭以他自己為例，他說生活中各種細節都是發現問題──創意的來源：「我本身就是個隨時觀察生活，並從生活提煉教學方法的人。」

他舉例之前訪視四川的都江堰，回來就一直想，從古人角度，這樣具科技的建築是如何建成的呢？如何將這份古人的智慧，設計成教材讓學生可以學到更多工程相關知識呢？這就是「乾卦」──發現問題的起始。

採訪撰文／賴修淯
編輯／張傑凱
攝影／張傑凱

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