前情提要
前篇:
看繪本學STEAM和運算思維!程式冒險王國:小學生的運算思維與邏輯必修課1:設計漢堡城的廚師機器人
誤入程式王國的兄妹檔小敏和小莉為了要返回真實世界,需要走遍8個城來做出防毒軟體解救王國。前一集裡面順利完成了漢堡城的任務,做出了廚師機器人,而出發前往下一個任務地點:兒童樂園。
在兒童樂園內,有著怎樣冒險呢?還有反派病毒又會做出什麼妨礙小敏和小莉的舉動呢?
繪本故事大綱
小敏和小莉來到了兒童樂園,卻發現所有設施都沒有在運轉,也沒有任何的遊客,跟想像中的兒童樂園完全不一樣,一問之下才知道,原來是因為病毒的關係,兒童樂園的中樞超級電腦壞掉了,而唯一會修理超級電腦的博士卻被關在雲霄飛車的控制室。
這一集的小敏和小莉先是需要穿越整個兒童樂園,從入口的樂園城堡前往雲霄飛車,然後將被關住的博士解救出來。
訓練運算思維的任務內容:啟動兒童樂園的超級電腦
這一個任務要分成兩個部分,第一個部分是要見到博士,第二個部分是要找出密碼幫博士開門;成功把門打開後,博士就會去啟動兒童樂園的超級電腦,任務就會成功了!
先抵達博士所在地
這邊小敏和小莉得到了一張兒童樂園的地圖,他們位在圖上最左邊的樂園城堡,博士位在圖上最右邊的雲霄飛車,中間是錯綜複雜的道路,雖然所有道路最終都能到達雲霄飛車的地方,但是中間的差別是路途的遙遠程度,這邊可以帶著孩子去思考他們三人是如何去做路線的選擇。
最後小敏、小莉和貝福走不同的路線都成功的抵達了雲霄飛車,表示至少存在有3條路線,而到達的先後順序就表示這3條路線的遠近程度,可以看到貝福最先抵達,然後小莉走到要虛脫了。
再找出博士的開門密碼
前面算是暖身,見到博士後,才是任務困難的部分要開始囉!
博士的開門密碼就是地圖上,從最左邊到最右邊的所有路線中,最短的那一條,也就是最短路徑;雖然前一個部分知道抵達雲霄飛車的路線有至少3種,但是這張地圖的最短路徑只有一條,找出這條最短路徑才能得到博士正確的開門密碼。這個部分就是這本書的重頭戲了,做運算思維的練習還有講解演算法的部分,一共有8個步驟。
1. 思考任務是什麼?
和前一本書一樣,要解決問題,必須從先思考任務的本質、手上的資源、還有任務的目標開始。
2. 完成兒童樂園的任務
這裡也是前一本書提過的解決任務的流程,必須先思考問題,接著再想解決的方法以及相關的演算法,最後才開始設計程式。
3. 總共有哪幾條路? → 找出所有的可能性
當已經走過的遊樂設施不可以再走的話,其實可以慢慢把所有的可能性都列出來,所有從樂園城堡到雲霄飛車的可能性就是上述14種。
這裡是訓練小孩排列路徑,找出所有可能路徑的能力。
另外個人要補充的一點是,如果步驟8的戴克斯特拉演算法太難了,導致找不到答案的話,小敏和小莉其實在這個步驟就能找到最短路徑,也就是把上述14種通通計算過一次,缺點是耗時又費力,但優點就是簡單,同時答案也是正確的,這部分其實就是窮舉。
不過如果仔細觀察,繪本有畫出密碼鎖,上面是四位數,也就是說,這14種可能性裡面,只要不是由四個數字組成的,就可以剔除了,先排除掉不符合的,這樣可以加速窮舉的進行,像是小敏和小莉的路線都不符合。
4. 找出地圖的資訊
把地圖上面的資訊一一列出來,像是把設施之間的空格數記錄下來,方便之後使用。
5. 整理地圖的資料
利用步驟 4 記錄下來的空格數,將地圖做個整理,從方格地圖轉換成比較直覺的距離地圖。步驟4和5就是資料整理的部分。
下面兩張圖比較一下,是不是右邊的比較可以幫助思考呢?甚至還可以更進一步,把每個地點更加的簡化,使地圖只有點和線,以及一些數字。
6. 哪一條路最近?
有了距離地圖之後,再回去看看步驟 3 裡面所有的路線,一共有14條,將每條路線上對應的數字加總,總和最小的路線即為最近的路。
不過這裡作者不是要找真正最近的路,只是想知道小敏、小莉、貝福三人中,哪一個人的路線比較近?其實更簡單,只要回去看這三人的路線並做加總就好了,可以看到是貝福的數字總和最小。
7. 裝著距離的杯子 → 變數和比較運算子
這裡是介紹變數的概念,每一個變數有他自己的變數名稱,以及他儲存的變數值,作者是用不同的杯子裡面裝方糖做比喻:杯子 (變數) / 貝福的距離總和 (變數的名稱) / 杯子內方糖數量 (變數值)
變數之間可以做比較以及運算,例如比較「貝福的距離總和」以及 「 小莉的距離總和 」 時,就是去拿出各自杯子裡面的方糖去比較數量 (比較變數值)。
8. 找出最短路徑的方法 → 戴克斯特拉演算法 (Dijkstra Algorithm)
看到這裡其實我大吃一驚,原來年紀還這麼小就可以學習演算法!還記得上一本書:設計漢堡城的廚師機器人中,作者提出了正確作漢寶的順序就是演算法,沒想到下一集就直接來了戴克斯特拉演算法 (Dijkstra Algorithm) ,這個對於小孩子來說是相當難的東西,不過繪本有很努力地透過大量的圖畫來分解思考的步驟,呈現出了基本戴克斯特拉演算法的思維模式。
簡單來說,要考慮兩個點之間的最短距離,不能只看他們中間的直接距離,還要考慮透過其他點而來時的總距離。而接著再延伸出去別的點時,要用目前找到的最短距離去考慮到下一個點。如此一直擴展出去,到終點時,最短距離自然就能夠得知了:3、2、4、2。
完成任務
正確輸入密碼後,博士被成功解救出來,超級電腦也獲得修復,兒童樂園終於恢復了正常!
小敏和小莉成功通過了這一次的任務,而這時得知,下一個任務是要前往古代遺跡,而那裏目前也出了事情,需要這對兄妹伸出援手!下一集:
看繪本學STEAM和運算思維!程式冒險王國:小學生的運算思維與邏輯必修課3:找回古代女神的密碼寶石
繪本資料
作者: 柳炅嬋
繪者: 金美善
譯者: 葛增娜
出版者:親子天下
閱讀建議:3-6歲親子共讀,7-10歲自己閱讀
書本尺寸:高25公分,寬21公分
小小心得
內容都有注音,也因為是繪本,有大量的圖輔助文字來思考和理解。不過文字還是算多的,需要多點耐心;內容部分,作者想要傳達的不只是運算思維,還有真正程式設計的內容,因此算是比較不簡單,適合可以比較認真思考一點的孩子
另外有幾個不錯的優點,像是最後都有舉出一些生活中的實例;還有「給家長的話」,除了有前面孩子練習題的答案之外,還有關於各章節想要達到的目標,讓父母可以協助孩子們進行閱讀。
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