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壹、課程說明

單元名稱 問題解決與程式設計

單元摘要

本教學單元分為五個子題

1. 問題解決與程式設計：強調演算法垂直式邏輯思考的精神，以及循序漸進

的解題流程，引導學生分析問題、設計解題步驟及說明解題策略。

2. 程式語言基礎：利用積木圖示的工具，解說變數、運算子、流程控制等程

式設計正確觀念。

3. 程式設計概念：進一步介紹物件導向、事件驅動、多執行緒、電腦繪圖及

程式除錯等概念，特別強調概念學習與日常經驗，避免過度拘泥於特定的

程式語言或開發工具。

4. 專題製作：以演算法式思考解決問題，經由專題的設計解說，讓學生充分

了解整個解題與程式開發的過程。

5. 發表與觀摩互評：最後透過分組實作、運用網路平台發表與觀摩互評，達

成實務經驗的結合。

實作上，本單元採用美國麻省理工學院(MIT)開發之  Scratch 軟體，培養

學生電腦解題與視覺化程式設計之能力。Scratch是 MIT開發的視覺化程式設

計軟體，採用堆積木式的程式寫作概念，支援多媒體素材，簡單且易學。除了

訓練思考邏輯，更可以激發無限創意。

設計者 辛文義 教師（新竹縣立湖口高級中學）

學習目標 

1.  讓學生應用自己的數學知識，學習分析問題要素、推展解題策略、精進邏

輯思考。並且藉由有意思、有趣的應用問題，獲得有成就感的快樂。 

2.  訓練邏輯思考、學習如何利用電腦解題。

3. 了解演算法流程控制的基本輸入、輸出、處理步驟、條件判斷、迴圈、程

式除錯等基本概念。 

4.  了解視覺化、多媒體程式所運用物件導向、事件驅動、多執行緒等設計方

法。

5. 利用免費且跨平台的視覺化程式設計工具，可以充分實習與分享交流。

6. 個人創意激發與小組團隊合作，產出無限可能。

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課綱範圍 五、電腦與問題解決

5.基礎程式設計

教學節數 七節(每節五十分鐘)

先備知識 1.  基礎英文。 

2.  電腦軟體基本操作能力。 

3.  多媒體概念。

教學活動

一、問題解決與程式設計(50 分鐘)

1.如何解決問題？

【學生實作】※學習單一：渡河問題

2.什麼是程式？

3.解題工具介紹

4.使用 Scratch

【學生實作】※學習單二：SCRATCH 安裝指引

【情境式聯想】認識 Scratch 介面

5.第一個程式

【學生實作】※學習單三：第一個程式

二、程式語言基礎 (50 分鐘)

1.變數

2.介紹運算子。

【學生實作】※學習單四：溫度轉換

3.流程控制

【學生實作】※學習單四：會閃躲的彈跳球

三、程式設計概念 (100 分鐘)

1.介紹事件驅動概念

【學生實作】※學習單五：跑吧!貓咪

2.介紹多執行緒概念

【學生實作】※學習單六：水族箱

3.幾何繪圖應用

【學生實作】※學習單七：萬花尺

【學生實作】※學習單八：直線方程式的幾何繪圖 

4. 程式除錯

四、專題製作 (100 分鐘)

1.程式設計開發的生命週期

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2.遊戲製作：打磚塊

【實作指引】打磚塊遊戲製作

3.分組實作

五、發表與觀摩互評 (50 分鐘)

1.網路分享

2.程式包裹

3.作品觀摩互評活動

評量方法 

1.  能完成學習單所規劃的內容。 

2.  能與小組成員一同完成程式設計專題。 

3.  發表與互評之表現。 

4.  其他：課堂觀察、口頭問答。

參考資源 

1.  Scratch  http://scratch.mit.edu 2.  Scratch programming language 

http://en.wikipedia.org/wiki/Scratch_programming_language 3.  Learn Scratch  http://learnscratch.org/ 4.  Free tool offers 'easy' coding 

http://news.bbc.co.uk/1/hi/technology/6647011.stm 5.  Alice  http://www.alice.org 6.  LEGO Mindstorms  http://www.lego.com/eng/education/mindstorms/ 7.  Squeak  http://www.squeak.org/ 8.  Scratch Programming Handbook  http://www.redware.com/scratch/ 9.  Greenfoot  http://www.greenfoot.org/ 10.  湖中傳說  http://go38.net 11.  Moodle 中文加油站  http://moodle.tw

http://scratch.mit.edu/http://en.wikipedia.org/wiki/Scratch_programming_languagehttp://learnscratch.org/http://news.bbc.co.uk/1/hi/technology/6647011.stmhttp://www.alice.org/http://www.lego.com/eng/education/mindstorms/http://www.squeak.org/http://www.redware.com/scratch/http://www.greenfoot.org/http://go38.net/http://moodle.tw/http://en.wikipedia.org/wiki/Image%3AScratch_Logo.png

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貳、教學活動計畫

一、問題解決與程式設計(50分鐘) 教學活動 時間 說 明

1.如何解決問題？ 10 分 『問題解決』是要為令人困擾的問題尋找一個解決的方法。若

以電腦為解題工具，首先我們要判斷什麼問題適合電腦解決，

然後學習解題的程序。如此，可以幫助您有系統的、科學的找

出解決之道。

1-1. 判斷什麼問題適合電腦解決à電腦的特性

1-2. 學習解題的程序。

（１）了解問題：

首先了解問題內容與剖析問題，已知的資料、狀況和條件是

什麼？要達成的目標是什麼？有哪些資源可以使用？問題

的限制範圍為何？不明確未知的是什麼？

（２）找出連結：

找出已知的資訊和目標的連結，這連結中需要解決的問題為

何？從問題的分析中，以前曾經遇過類似的問題嗎？

（３）實現計畫：包含設計解題方法、實作。

（４）測試與修正：檢驗獲得的解，如果錯誤，再繼續進行上

述步驟的修正。

【學生實作】※學習單一：渡河問題

2.什麼是程式？ 5分 2-1. 程式為一系列指令程序並指揮電腦依此特定程序運作，

以產生預期的結果。簡單的說程式就是許多叫電腦做事的指令

程序。

2-2. 程式設計與電腦解題的關係

我們可以利用程式設計來命令硬體從事較複雜的計算和資料

處理，把電腦當做創意思考與解決問題的工具。其實，您所使

用的各式各樣的軟體，都是程式組成的，指揮電腦完成特定工

作。

3.解題工具介紹 10 分 介紹幾個常用於電腦解題的工具，如製作心智圖創意發現、流

程圖了解問題、試算表分析資料、程式開發應用軟體都是常用

的解題的工具。

3-1. 分析工具介紹。 (1)  心智圖工具  (推薦使用免費的  Freemind 

http://freemind.sourceforge.net/wiki/  )

http://freemind.sourceforge.net/wiki/

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(2)  流程圖工具  Dia (http://diainstaller.de/download.html) 

(3)  資料分析工具  (推薦使用  OpenOffice 試算表工具  Calc) 

3-2. 程式開發工具 (1)  BASIC  語言  (推薦使用  FreeBASIC) 

(2)  C  語言  (推薦使用  Dev C++) 

(3)  多媒體視覺化的程式設計  (推薦使用  Scratch) 

4.使用 Scratch 10 分 4-1. Scratch 簡介。 Scratch是 MIT開發的視覺化程式設計軟體，採用積木式 的程式寫作概念，支援多媒體素材，簡單且易學。除了訓

練思考邏輯，更可以激發無限創意。"影像 imagine •程式 program •分享 share " 是 Scratch的核心價值，Scratch 網站中  ( http://scratch.mit.edu/) 有  Windows 、Mac 版 本，也可以在  Linux 作業系統中使用模擬器執行，而且 它是完全免費的。

4-2. Scratch 下載安裝。

網址  http://scratch.mit.edu/

http://dia-installer.de/download.htmlhttp://scratch.mit.edu/

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【學生實作】※學習單二：SCRATCH 安裝指引 4-3. 認識 Scratch 介面。

【情境式聯想】您可以想像自己是一位電影導演，觀眾

看到的是舞台(1)上的演出，舞台下方是演員休息室(2)，您

的演員們都是調皮搗蛋的小精靈，但是他們會遵照您各式各

樣的指令(4)，完成他們的劇本(3)演出內容，可以修改每位

小精靈演員的服飾外觀與聲音(5)，或是安排舞台上的位置與

大小(6)，也可以加入或自創其他演員(7)。安排就緒後，點

按【綠色旗子按鈕】(8)就可啟動程式，電影開演了。而【紅

色停止按鈕】 (9)可中斷程式執行，就像是導演喊＂卡＂。 上

排選單(10)提供檔案新增、開啟舊檔、存檔、分享等功能。

5.第一個程式 15 分 5-1.解題構想設計：以流程圖描繪出第一個程式的構想，讓學

生看到流程圖示的實例。

5-2. 程式實作：利用  Scratch 完成這個程式，提供學生視覺 化積木程式設計的初體驗。

【學生實作】※學習單三：第一個程式

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5-3.程式設計步驟：綜合上述，整理步驟

分析à設計à實作à測試與修正

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二、程式語言基礎  (50分鐘) 利用 Scratch 淺顯易懂的程式區塊，解說程式語言基礎概念。

教學活動 時間 說 明 1. 變數 10 分 1-1.解說變數的意涵à記憶體，以及資料型態的概念。

1-2.變數宣告 、設定變數 、變

數值增減 、顯示與隱藏

。 

2. 介紹運算子。 20 分 2-1.算術運算子。

2-2.比較運算子。

2-3.邏輯運算子。

【學生實作】※學習單四：溫度轉換 3. 流程控制 20 分 3-1. 選擇敘述。

3-2. 重複敘述

計數式重複敘述使用方法。

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條件式重複敘述使用方法。

【教學示例】數值加總

【學生實作】※學習單四：會閃躲的彈跳球

【註】 Scratch 沒有程序(Procedures)或檔案讀寫(File I/O)，而且只支援到一維陣列(List)。

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三、程式設計概念  (100分鐘) 可以使用 Scratch 進一步介紹的進階程式設計概念。

教學活動 時間 說 明 1. 介紹事件驅動概 念

30 分 1-1.感應偵測(類似機器人)，包含鍵盤、物件碰撞(例如滑鼠

游標、邊界)、滑鼠按鍵、聲音與顏色偵測。

【教學示例】 磚塊程式碼(被球撞到時)

1-2.鍵盤、滑鼠、訊息傳遞(接收)事件處理。

【教學示例】解說 Scratch 的(Trampoline)專案，利用鍵盤

控制人偶做蹦床動作。

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【學生實作】※學習單五：跑吧!貓咪 2. 介紹多執行緒概 念

30 分 使用訊息傳遞(message passing)的多執行緒程式 (multithreaded code) 是 Scratch 的核心技術。 2-1. 說明多執行緒的概念。

Ø 為了充份運用 CPU時間，把暫時閒置的 CPU時間用

在執行應用程式的其他工作上，便是執行緒的概念。

Ø 利用執行緒可使一個應用程式在同一時期能執行多

項工作，以達到程式多工，即為多執行緒。

Ø 真正執行的時候一次只有一個執行緒在執行，其他執

行緒則等待。執行先後順序會依照優先權來判定

2-2. 以水族箱裡魚的動作為例，程式同時啟動兩個(或更多)

執行緒：

(1)不斷向前移動、碰到邊緣就反彈

(2)利用亂數，製造偶爾轉身的動作

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2-3 訊息傳遞(message passing) ：介紹訊息傳遞方法 角色物件之間或是與舞台背景之間，都可以透過訊息的傳播，

達到通訊溝通的功用。

廣播訊息

接收到訊息

【學生實作】※學習單六：水族箱 3. 幾何繪圖應用 30 分 3-1.畫筆功能介紹:包含物件筆跡，畫筆的顏色、亮度與大小，

以及蓋章。

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3-2.萬花尺：運用物件控制、顏色、旋轉的角度、線條與迴圈

繪製千變萬化的圖案。

【學生實作】※學習單七：萬花尺

3-3. 數學函數繪圖，先介紹 Scratch 的幾何座標(註:為笛卡

兒座標系)，再配合【Pen】畫筆與變數，繪製三角函數圖形。

Cos 函數圖

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【學生實作】※學習單八：直線方程式的幾何繪圖

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4.  程式除錯 10 分  41 介紹程式除錯的概念與方法 在程式執行時，因本身有錯誤或隱藏著的一些未被發現的

缺陷或問題，而造成的功能不正常、當機、資料遺失、中斷等

現象，稱為 bug。而 debug 即是更正錯誤(除錯)的意思。 除錯的方法有許多種，Scratch 中提供了單步執行(Single 

Stepping)的方法，可以一步一步顯示程式執行的過程，讓你逐 步檢驗程式的問題。

【小百科】

早期的計算機由於體積非常龐

大，有些小蟲子可能會鑽入機器內

部，造成計算機工作失靈。史上的第

一個「Bug」是因為一隻飛蛾意外走 入一電腦而引致故障（如下圖所

示），因此用「Bug」從原意為臭蟲引 申為程式錯誤。

【圖文來源】維基百科 

http://en.wikipedia.org/wiki/Software_bug

http://en.wikipedia.org/wiki/Software_bughttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/H96566k.jpg

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四、專題製作  (100分鐘) 教學活動 時間 說 明 

1.  程式設計開發

的生命週期

5分 當我們以解決問題為目標，利用電腦程式開發軟體系統做為

解題方法，就會經歷一系列的工作，包含需求分析、系統設

計、程式開發、安裝測試、後續維護，稱為系統開發的生命

週期。分項的陳述點出各階段的重要工作。 1. 需求分析：了解使用著的需求與問題，釐清限制條

件、資源與目標。 2. 系統設計：利用設計工具與方法，建構規劃系統架

構、流程與雛型。 3. 程式開發：選擇適當的程式語言以及開發工具，撰寫、

編譯程式，並進行程式除錯工作。 4. 安裝測試：安裝開發完成的軟體，並讓使用者進行測

試。 5. 後續維護：產品的維護作業，是系統開發生命週期中

最長的階段。 

2.  遊戲製作：打磚

塊

25 分 以遊戲製作為主題及小組合作方式，引導學生利用前述所學，

體悟程式開發的過程。

2-1.系統分析 (以心智圖分析說明物件屬性及各物件之間的

關係)

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2-2.程式設計(另參 實作指引)

以【球】為例，需設計與舞台、磚塊、死亡線、板子之間的互

動方法。

(1)與舞台碰撞時，

【註】反彈時隨機亂數的反射角度，可以產生路徑的多變性。

(2) 碰觸死亡線時

(3) 撞擊板子時

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(4)撞到磚塊時

【註】此處運用顏色碰觸偵測，有別物件碰撞偵測。

2-3.程式測試與除錯：介紹單步執行(Single Stepping)除錯法， Scratch 中提供此方法，可以一步一步顯示程式執行的過程， 指引學生逐步檢驗程式的問題。

【實作指引】打磚塊遊戲製作  (請參附件專題製作示範) 3.  分組實作 70 分 以二~三人為一組，實作一個多媒體互動的小遊戲。

【實作要求】

1. 需撰寫簡要系統分析文件。

2. 利用 Scratch 完成遊戲製作。

3. 要充分使用圖片、音樂、聲音等多媒體素材。

4. 需具備互動性(鍵盤、聲音或滑鼠)。

5. 建議加入計時、分數、關卡等難度運用。

6. 創意+趣味=成功的遊戲。

打磚塊？吃甜甜圈!

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五、發表與觀摩互評  (50分鐘) 經由發表的活動， 達到同儕觀摩學習的目的。 由於教學現場時空的限制， 我們可以利用Scratch

網站的個人專案功能以及 Moodle 教學平台的互評功能，完成本項教學活動。

教學活動 時間 說 明 1. 網路分享  20分 經由MIT的 Scratch個人專案網站與國際交流，這是 

Scratch的特色，目前網站上已經約有 200,000 作品分享，而且 都可以下載原始碼，有利交流學習。 11.申請網路帳號，並設定專案。(http://scratch.mit.edu/signup) 

12.上傳作品：請同學執行 Scratch 的【分享!】功能，將作品 上傳至 Scratch 網站。 

2. 程式包裹  15分  Scratch 無法產生執行檔，但是可以透過  JAVAApplet 來執行 程式，透過這樣的方式將成果展示於網際網路或電腦上。

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21. 何謂 JAVA Applet？ Ø  Applet 是一種在 Web環境下，執行於客戶端的 Java 

程式組件。 

22. 製作展示的程式包裹。

l 準備 Scratch 的原始檔  (例如  2Pong.sb) l 下載 Scratch 的 JAR 檔  (http://scratch.mit.edu/static/misc/ 

ScratchApplet.jar)。 l 製作 HTML 網頁檔(例如  Show.html)，內容如下。 

     

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3.作品觀摩互評活 動 

15分 利用Moodle 數位教學平台，由學生將作品嵌入張貼於討 論區，並進行互評活動。 31.張貼作品：Moodle平台訂定互評量尺及建立互評討論區， 學生將 Scratch專案嵌入語法貼上，並繳交原始程式為附件。 

32.互評：學生彼此互相觀摩，並給予評比及回饋。

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學習單一：渡河問題

渡河問題

一位農夫帶一匹狼、一隻羊及一個高麗菜要渡河，而小船一次只能載一人和狼（或羊或

高麗菜）。假如農夫先帶高麗菜上船，則狼會吃掉羊；如果農夫先帶狼上船，則羊會吃掉高麗

菜，只有農夫在場時，才不會發生上述情形，問如何渡河？

圖片來源：Pastor Project in Scratch 

(1) 請您找出已知的資料有哪些？限制條件是什麼？解題目標是什麼？ 

(2) 請用圖示或文字說明渡河方法？ 

(3) 使用 Scratch  開啟  Pastor  專案，完成渡河。 

(4) 研究一下 Pastor  專案的程式內容。

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學習單二：Scratch 安裝指引

Scratch 安裝指引

下載的網址  http://scratch.mit.edu/  (http://scratch.mit.edu/files/ScratchInstaller.exe) 

Scratch 網站

選擇適當作業系統版本的 Scratch 下載

安裝 Scratch 

安裝完成後，在桌面會有 圖示或是選單中有  Scratch 軟體捷 徑，點按後即可啟動 Scratch。

http://scratch.mit.edu/

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學習單三：第一個程式

第一個程式

【步驟一】啟動 Scratch，點按上排選單中的【New】按鈕，開始一個新的專案。

【步驟二】點按控制【Control】類指令按鈕

【步驟三】將 拖曳至

劇本區

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小小解說

代表的意思是： 當【綠色旗】按鈕 被點按時，進

行下方指令。

【步驟四】點按外觀【Looks】類指令按鈕

【步驟五】將 拖曳至劇本區，接在 下方，像是組合積

木一般。

小小解說 : 代表的意思是：讓精靈說話，內容【Hello!】可以點選並修改。

【步驟六】點按右上角【綠色旗】按鈕 ，執行程式。在舞台上，就會在【貓】角

色上出現 Hello!的對話框。

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學習單四：變數、運算子與流程控制

一、 【變數與算術運算子的運用】完成攝氏溫度轉換成華氏溫度的程式(Tip: 執行時變數大小 可以調整)。

二、【會閃躲的彈跳球】繪製一顆球，並完成程式碼，讓這顆球在舞台中不斷移動，而且遇到

邊緣要反彈。此外，遇到滑鼠游標時，要反彈或閃躲。

參考

程式 執行結果

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學習單五：跑吧！貓咪

跑吧!貓咪

構想設計：貓咪跑步，一直抵達終點紅線時才停下，並發出聲音與訊息。

畫面設計

同時，我們也將整個構想用流程圖來分析與表現。

流程圖

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程式實作：利用 Scratch 完成這個程式

【步驟一】啟動 Scratch，點按上排選單中的【New】按鈕，開始一個新的專案。

【步驟二】調整【貓精靈】的位置

【步驟三】點按 新增精靈，繪製一條紅色的線

【步驟四】調整紅線的位置。這時候，您的演員休息室中已經有兩位精靈，分別是(Sprite1)

貓與(Sprite2)紅線。

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【步驟五】點選(Sprite1)貓，來加入控制的指令。

加入的指令分別是

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(1) 當按綠旗啟動程式時。

(2) 移動 5 步，可以自行調整步數。

(3) 下一套服裝，每個精靈可以繪製多個外觀

或服飾，會有動畫效果。

(4) 播放聲音，也可以錄製自己的聲音喔。

(5) 對話框訊息，內容可以自訂。

(6) 偵測是否碰觸到(Sprite2)。

(7) 選擇結構，如果(if)條件成立就(then)【】否

則(else)就【】。

小小解說： Scratch 的指令利用顏色分類，分別是動作(Motion)、外觀 (Looks)、聲音(Sound)、筆  (Pen)、控制(Control)、感測 (Sensing)、數值邏輯(Numbers)、變數(Variables) 八大類。 您可以利用顏色來識別選用。

【步驟六】參考流程設計，調整劇本中的指令。

【步驟七】執行程式看看，您會發現精靈只移動一次就停下來，除非再按一次綠旗啟動按鈕。

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【步驟八】改用有條件的迴圈 ，如右圖

小小解說：

這些指令建構了演出的劇本(程式)，若以文字敘述，可以這麼說明：『重覆執行【跑 5

步、換衣服】直到碰觸 Sprite2(紅線)後不再重覆，然後發出喵喵(meow)聲和說(I Win!)』

【步驟九】再次執行程式看看是否達成目標？如果沒有，當個抓蟲(Debug)大師，檢查看看，

找出錯誤的地方。

【步驟十】完成了，點選上排【Save】按鈕將這個程式儲存起來。

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學習單六：水族箱

參考 Scratch 水族箱(Aquarium)專案。 1.增加一種水中生物，並設計出它的動作與行為。 2.隨著時間的改變，切換為夜間背景(可利用變更亮度的方法)。 

3.當夜間背景時，發出【回家】訊息，各生物收到訊息後皆隱藏起來。 4.當日間背景時，發出【出門】訊息，各生物收到訊息後皆顯示出來。

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學習單七：萬花尺

1. 利用巢狀迴圈繪製美麗的圓圈線條。

2. 修改移動的距離、旋轉的角度、顏色、線條粗細等，變化出不同的圖案。 

3. 將不同形狀的圖案(方形、橢圓、線條等)， 利用蓋章(仿製)與顏色特效，製作特別的花

樣。

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學習單八：直線方程式的幾何繪圖

繪製直線方程式  Y=AX+B 圖形，其中 A值與 B值設為變數，可任意變動數值。 Ø 完成圖

Ø 參考程式

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專題製作示範：

打磚塊遊戲

一、系統分析

一、系統設計：畫面構成

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二、程式邏輯分析：

球

程式碼 解說

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磚塊(兩種不同磚塊)

程式碼 解說