本研究運用模擬軟體減輕學生使用開放式硬體的認知負荷，使學生能夠更專注於問題解決及運算思維的學習。本研究使用Arduino開放式硬體搭配mBlock發展模擬軟體，研究目的在探究基於模擬的開放式硬體課程對學生運算思維及程式設計學習成效的影響。研究採準實驗研究法，參與者為台北市國中八年級一班學生共45人，單號學生為實驗組（23人），在開放式硬體課程中加入模擬軟體輔助學習；雙號學生為控制組（22人），在學習過程中不使用模擬軟體。實驗教學實施共五週，五個小時，資料蒐集與分析包括：成就測驗、國際運算思維能力測驗、自編態度問卷及課堂錄影。
研究結果發現，開放式硬體搭配模擬軟體的學習活動：（1）有助於培養學生演算法設計；（2）對學生學習程式設計之成就無顯著影響；（3）有助於學生運算思維的培養；（4）對學生學習程式設計態度無顯著影響。學生多對本研究學習活動持正向態度，惟部分學生表達需要更多時間來完成學習活動。未來研究可加長教學實驗之時間，發展更多類似之模擬軟體，並選擇更適當的評量工具。

This study developed task-specific software to emulate the behaviors of an open-hardware. Students could test-run their programs on the emulation software before transmit it into the hardware. The Quasi-experimental design was implemented and the participants were a class of 8th graders in a class with a total of 45 students. Among them, 23 students served as the experiment group using emulation in programming, whereas the other 22 students served as the control group without using emulation. The experiment lasted for five weeks with a total of 5 hours. Data collected for analysis including students’ achievement test, International Bebras Contest, attitude questionnaire, and class observation record.
The findings show that the emulation-based open-hardware activities: (1) significantly improved students’ performance in problem decomposition, (2) had no effects on students’ performance in programming and their attitudes toward the learning activities, and (3) benefited students’ computational thinking. Future studies should extend the length of experiment time and design proper computational thinking evaluation tools.

一、中文文獻
王秀鶯（2013）。導入Scratch程式教學對國中生自我效能與學習成就之探究—以程式設計課程為例。國立臺灣科技大學人文社會學報，9 (1)，1-15。
王雪娥（2018）。高中新課綱生活科技主題課程學習表現素養量表之探討。工業科技教育學刊，11，31-47。
呂永鈞（2015）。藉由國小五年級學生學習程式設計探究運算思維能力在 BEBRAS 測驗上的表現。國立臺灣大學碩士學位論文，台北市。
林育慈、吳正己（2016）。運算思維與中小學資訊科技課程。教育脈動，6，5-20。
林美娟（2008）。國中小實施程式設計教學之適切性探究。中等教育，59(4)，58-77。
周佳萩（2018）。Google Sites 權限設定之數位學習教材開發與品質驗證。工業科技教育學刊，11，67-85。
教育部（2018）。十二年國民基本教育課程綱要，國民中學暨普通型高級中等學校，科技領域。民國107年9月。
栗天佑（2017）。育賢國中自造教育的分享。中等教育，68（2），168-175。
陳怡芬、林育慈、翁禎苑( 2018）。運算思維導向程式設計教學－以「動手玩音樂」模組化程式設計為例。中等教育，69 (2)，127-141。
陳玥汝（2010）。LegoNXT機器人3D模擬軟體的開發與評估。國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文，台北市。
陳建茗、吳婷婷（2017）。中小學程式設計教學輔具的相關文獻回顧。2017年臺灣網際網路研討會，1659-1664。
彭孟凱（2013）。LEGO NXT機器人3D模擬軟體於程式設計教學之行動研究。國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文，台北市。
喬鳳天（2017）。2017中小學機器人教育調研報告。取自http://www.xinhuanet.com/science/20170905jqr/pdf/2017_08_30.pdf
曾義智（2007）。應用機器人於程式設計教學─實體機器人與模擬軟體使用成效比較。國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文，台北市。
微軟公司（2004）。全國高中職、國中、國小資訊通訊環境調查與研究報告書。臺北市：微軟公司。
劉佳儒（2018）。非制式教育場域辦理自造及科技教育活動之調查。科技博物，22 (3)，135-156。
劉明洲（2017）。創客教育、運算思維、程式設計～幾個從「想」到「做」的課程與教學設計觀 念。臺灣教育評論月刊，6（1），138-140。
鄭國明、林群峰、溫嘉榮 ( 2017）。Kodu遊戲設計教學對國小學童運算思維提昇成效之研究。2017年臺灣網際網路研討會，1566-1572。
盧永勝、朱耀明（2009）。電腦模擬教學在國小天文課程之應用：以3D星圖模擬軟體進行星象教學為例。科技教育課程改革與發展學術研討會論文集，226-232。
賴和隆（2016）。應用運算思維於高中資訊教學設計之分享。國家教育研究院教育脈動電子期刊，6。
駱巍（2012）。開源平台在中小學機器人教學中的應用—基於Arduino的機器人學習平台建構與實踐。中國資訊技術教育，48-49。
謝亞錚（2009）：機器人輔助程式設計教學之學習成效與學生心智模型探討。國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文，台北市。
鍾昌宏、王國華（2014）。國民中學學生接受不同電腦模擬融入論證式探究的教學模式之學習成效探討─以遺傳單元為例。數位學習科技期刊，6 (3)，19-40。
鍾華栩、邱柏升( 2018）。探討專題式教學融入STEM教育之情緒表現影響－以國小運算思維課程為例。工程、技術與科技教育學術研討會，第七屆，127-140。

二、英文文獻
Brusilovsky, P., & Spring, M. (2004). Adaptive, engaging, and explanatory visualization in a C programming course. In L. Cantoni & C. McLoughlin (Eds.), Proceedings of World Conference on Educational Media, Hypermedia, and Telecommunications 2004 (pp. 1264-1271). Chesapeake: VA: AACE.
Caitlin Kelleher , Randy Pausch(2005). Lowering the barriers to programming: A taxonomy of programming environments and languages for novice programmers, ACM Computing Surveys (CSUR), v.37 n.2, 83-137.
Calder, N. (2010). Using Scratch: An integrated problem-solving approach to mathematical thinking. Australian Primary Mathematics Classroom, 15(4), 9-14.
CSTA & ISTE (2011). COMPUTATIONAL THINKING teacher resources second edition, 8-9. Retrieved from
https://www.iste.org/docs/ct-documents/ct-teacher-resources_2ed-pdf.pdf?sfvrsn=2
Daniel K. Fisher, Peter J. Gould (2012). Open-Source Hardware Is a Low-Cost Alternative for Scientific Instrumentation and Research. Modern Instrumentation,1, 8-20.
Djambong, T., & Freiman, V. (2016). Task-Based Assessment of Students' Computational Thinking Skills Developed through Visual Programming or Tangible Coding Environments. International Association for Development of the Information Society.
Fagin, B. S., Merkle, L. D., & Eggers, T. W. (2001, September). Teaching computer science with robotics using Ada/Mindstorms 2.0. In ACM SIGAda Ada Letters (Vol. 21, No. 4, pp. 73-78). ACM.
Google (2010). Computational Thinking Concepts Guide. Retrieved from http://computationalthinking.pbworks.com/w/file/fetch/108605812/ComputationalThinkingConceptsGuide.pdf
Grover, S. & Pea, R. (2013). Computational Thinking in K–12: A Review of the State of the Field. Educational Researcher, 42(1), 38-43.
ISTE & CSTA (2011). Operational Definition of Computational Thinking for K–12 Education. Retrieved from
http://www.iste.org/docs/ct-documents/computational-thinking-operational-definition-flyer.pdf
Lee, Y. (2010). Developing computer programming concepts and skills via technology-enriched language-art projects: A case study. Journal of Educational Multimedia and Hypermedia, 19(3), 307.
Lee, Y. (2011). Scratch: Multimedia programming environment for young gifted learners. Gifted Child Today,34(2), 26-31.
Maloney, J., Resnick,M., Rusk, N., Silverman, B., & Eastmond, E. (2010). The Scratch programming language and environment. ACM Transactions on Computing Education, 10(4), Article 16. (EJ908807).
Meyer, R. M., & Burhans, D. T. (2007). Robotran: A Programming Environment for Novices Using LEGO Mindstorms Robots. Proceedings of the Twentieth International Florida Artificial Intelligence Research Society Conference, 321-326
Miguel A. Rubio, Carolina Mañoso Hierro, Ángel Pérez de Madridy Pablo (2013). Using Arduino to Enhance Computer Programming Courses in Science and Engineering, in Proceedings of the EDULEARN13 Conference 2013, 5127–5133.
Pedro Plaza ; Elio Sancristobal ; German Fernandez ; Manuel Castro ; Clara Pérez (2016). Collaborative robotic educational tool based on programmable logic and Arduino. In Technologies Applied to Electronics Teaching (TAEE), 2016, 1–8.
Read, B. (2007). MIT designs language to demystify programming for schoolchildren. The Chronicle of Higher Education, 53(38), A41.
Repenning, A., Webb, D., & Ioannidou, A. (2010, March). Scalable game design and the development of a checklist for getting computational thinking into public schools. In Proceedings of the 41st ACM technical symposium on Computer science education, 265-269.
Shanmugasundaram, V., Juell, P., Groesbeck, G., & Makosky, M. (2006). Evaluation of Alice World as an Introductory Programming Language. In E. Pearson & P. Bohman (Eds.), Proceedings of World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications, 1976-1982
Wing, J. (2006). Computational thinking. Communications of the ACM, 49(3), 33-36
Wolfe, D., Gossett, K., Hanlon, P.D., & Carver Jr, C. A. (2003). Active learning using mechatronics in a freshman information technology course. Frontiers in Education, 2003. FIE 2003. 33rd Annual, 3.
Young, J. R. (2007). Fun, not fear, is at the heart of Scratch, a new programming language. The Chronicle of Higher Education, 53(46), A27.