符碼與生活首部曲:小比特電腦之旅-數字系統

教學目標:

能了解電腦資料處理的概念
能了解位元及二進位系統概念
能了解二進位與十進位轉換的規律性
能了解電腦資料儲存的單位及在日常生活的應用

教學時間:2節課(90分鐘)

第一節課

符碼的世界

老師提問:上述影片中你看到了甚麼?

老師說明:

20年前的科技電影-駭客任務.整個故事的內涵，從背景到環境到人物角色甚至道具都使用了程式來作比喻。 Matrix 是連接全人類思維的虛擬空間，它實際上是一個非常複雜的大型程式，這個程式運作的背後有精確的數學模型。它建立在一個精妙的數學模型之上

Matrix有兩個意義

(1)母體(子宮)

(2)符碼數學的矩陣(高中數學)

0與1的電腦世界

老師提問:您覺得電腦(Computer)是甚麼?

老師說明:

學習資訊科學採用CPA（具體、圖像、抽象）模式從具體事務/生活情境開始學習，再以視覺化圖像學習，之後再接觸學習抽象概念。

1.具體:樹莓派3 Raspberry Pi 3

2.圖像

3.抽象

在電腦科學中，抽象化（英語：Abstraction）是將資料與程式，以它的語意來呈現出它的外觀，但是隱藏起它的實作細節，抽象化是用來減少複雜度

圖靈機的模型

圖片引用https://cht.tw/x/wec52

一.資料處理(Data Process)概念

教學活動1-電腦遊戲的資料處理

老師提問1:您覺得電腦遊戲(Computer Game)是甚麼?

老師說明1:

電腦遊戲就是程式.其目的是依照我們設定的流程處理資料

以上這句話有二個涵義：

1.程式的目的是處理資料

2.程式包含處理資料的步驟

我們可以把程式執行的流程分成三個階段，如下圖

圖片引用:https://sites.google.com/site/ezpythoncolorcourse/dataandvariableintro

圖片引用https://www.csie.ntu.edu.tw/~b98902112/cpp_and_algo/what_is_program/README.html

在遊戲中有許多的功能包裝、隱藏在程式裡，但是使用者只需要知道輸入、輸出是什麼就好。而程式設計師則要根據輸入資料、設計運算過程、產生輸出資料.程式就是不斷地處理資料

老師提問2:體驗玩小精靈遊戲後.試回答下列問題

Which is more fun? 哪個部份最好玩？

Which is harder? 哪個部份最難的？

How does your strategy change? 你的策略如何改變？

How do you deal with mistakes? 你如何處理錯誤？

老師說明2:

小精靈這款遊戲從1980年推出到現在，一直都是人人心目中的經典之作，在進行遊戲中，我們簡單可把畫面進行分類。

問題定義：

在時間限制內Pacman將小藥片吃完，完成闖關任務。.

問題拆解:

1 Pacman 要在迷宮裡四處移動，吃掉所有的pill（小藥片）才能過關。迷宮左右兩邊有傳送通道，Pacman 可以從迷宮左邊離開，然後在迷宮右邊出現，反之亦然

2.有四隻Ghost（鬼）會追Pacman，每隻Ghost 都有不同的顏色。如果有Ghost 抓到了Pacman，Pacman 就會少一條命。如果Pacman 吃到四個角落的Super_pill（大力丸），Ghost 就會暫時變成藍色，這段時間內Pacman

3.可以吃掉Ghost，獲得額外的分數。每當獲得一定的分數之後，迷宮內就會出現加分的水果。Pacman 將迷宮中的pill 都吃完後，這一關就結束，進入速度加快的下一關

問題簡化:

1.得分規則：小精靈吃到小藥片或者吃到水果得分

2.限制規則：小精靈被Ghost抓到少一條命

3.過關規則：小精靈吃完小藥片而且吃完大力丸過關

在規劃以及思考的過程當中，其實你的腦中已經有了運算思維的思考模式，並且透過分析與問題的歸納，包含行走的路線，得分的方式，躲避GHOST技巧，最終完成關卡。

因此，運算思維並不是我們誤以為的複雜、高層次與困難，而是簡單且生活化的思維方式。

老師提問3:小精靈遊戲如何將資料(分數)儲存在電腦?)儲存在哪裡?

老師說明3:

當我們要管理或儲存小精靈遊戲的資料時.需要有一種方法可以記錄我們想要的基本資訊.而且以方便電腦來處理的形式來記錄.而電腦在處理數值.文字.聲音.圖像.視訊這些不同型態資料之前.必須把它們儲存在電腦記憶體.而這些資料始以二進位數字(0與1)來儲存.這就是電腦資料表示