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2022年12月14日

全美超過3萬間教室指定科技教具 | OSMO虛實互動遊戲 |美國Google工程師研發 | 專屬STEAM課程教案規劃



2018年美國白宮科學與科技政策辦公室 (The White House Office of Science and Technology Policy，簡稱OSTP)，於華盛頓特區舉辦了第一屆「2018年白宮州政府與聯邦政府STEM教育高峰會」時 (2018 White House State-Federal STEM Education Summit)，首次揭示2018-2023未來五年最新的《聯邦政府STEM教育策略計畫》(Federal 5-Year STEM Education Strategic Plan)，其中「電腦科學」將會是政府最重視的領域。自此後，許多學校單位已陸續將電腦科學，整合到各科跨域學習領域。其中，OSMO便是全美國超過31000多間教室首推採用的科技教具之一，因為他透過實際動手操作活動、與虛擬情境互相整合，將編碼、數學、藝術、語言等領域融合到遊戲軟硬體裡面，最棒的是，OSMO還有設計超過350個以上的課程教案計劃，以及遠端教學投影應用等，讓幼稚園到小學六年級 (K-6) 的孩童，能夠透過數位科技的優勢，培養批判思維、問題解決、以及激發創意想像等21世紀教育關鍵能力。


【一、特色介紹：OSMO虛實互動遊戲教具】


於2013年創立、總部位於加州Pala Alto的OSMO虛實互動遊戲教具，共同創辦人是曾經在Google服務的資深工程師Pramod Sharma與Jérôme Scholler。身為現代孩子們的父親，他們發現到iPad或3C數位工具已經是勢不可擋的學習潮流，所以決定將虛擬世界裡的刺激遊戲，與現實環境共同整合學習，讓小朋友使用3C產品玩遊戲時，可以玩得有意義、玩得有智慧，家長再也不用擔心孩子只是對著螢幕發呆！到目前為止，全球已經有超過42個國家或地區、以及超過3000多所學校、31000多間教室採用OSMO進行學習，並榮獲時代雜誌最佳創新提名、家長選擇獎、奧本漢玩具獎、TOTY玩具獎等各種殊榮，獲得眾多教育界與科技界專業人士青睞。



科技是為了讓學習更有效率。OSMO適合3-4歲以上 (個人建議快接近中班比較好，孩童可先將時間投入在其他大小動作發展與感官體驗) 到小學六年級孩童，目前主攻技能領域有以下幾塊，包括：數學 (Math)、英文閱讀 (Literacy)、程式 (Coding)、科學 (Science)、地理 (Geography)、拼圖 (Puzzle)、創作藝術 (Creative Arts)、繪畫 (Drawing)、想像遊戲 (Imaginative Play)、以及批判性思考 (Critical Thinking) 等。從單獨個人使用到超過100位人數聯合教學以上均可，適合居家或是教室等不同場合使用。最棒的是，OSMO官方提供了非常多延伸課程教案，從自然發音、數學計數、牛頓力學研究、認識美國各州與首都等，均結合了美國最新頒布的「跨州共同核心課程標準」(Common core state standards, 簡稱CCSS)、「數學標準」(Mathematics Standard)、以及「英語文標準」(English Language Arts Standard)，用意是讓學習能夠更精確、過程更融會貫通，進而培養學生高層次的批判思維與跨域問題解決能力。


【官方影片：OSMO在學校場域教學說明 Osmo in Schools】


【官方影片：OSMO官方課程教案示範，可點此參考看更多：https://schools.playosmo.com/sample-lessons】


結合實體教具操作 (Making Learning Hands-on) 是OSMO虛實互動遊戲最大的特色之一，可將抽象的理論與實務結合，相輔相成，尤其對學齡前與低年級孩童來說更加重要。在兒童教育方面，「動手做」(Hands-on) 一直是0-8歲孩童教學不可或缺的一種歷程，孩子能夠透過實物的操作，像是翻轉、旋轉、抓握、拼接、拆解等精細肢體動作，更加了解形狀、顏色、圖形外觀、前後順序的關聯，帶動大腦歸納統整的過程，進而激發小朋友的運算思維、邏輯思考、以及組織表達等整合能力。延伸來說，提供實體操作教具，能讓兒童透過「玩」的方式獲得學習體驗，玩是屬於內在動機而非外在賦予的強制行為，更有潛力將下一代培養成自主學習、終身學習者。


【影片分享：CC徽徽玩OSMO Words】


值得一提的是，有些家長可能會認為，傳統紙本、無科技介入的教學方式，依然可以達到各科學習的效果。這邊我想提的是關於「遊戲化」(gamifier/gamification) 的魅力，現在有越來越多知識領域是採用遊戲的方式設計元素與獎勵機制，讓參與者能夠有更多的投入、主動思考問題解決方案、強化學習動機與學習成效。而OSMO虛實互動遊戲教具，設計了許多趣味的地圖與闖關遊戲，並建立回饋機制讓小朋友更有成就感，這就如同美國芝加哥大學心理教育學教授Teresa Thorkildsen所提到的，遊戲能夠提升孩子的自我效能期望 (efficacy expextations)，對知識的學習更加積極，未來也會有更多興趣與動力去追求數理各科的問題或概念。


【二、品項介紹：OSMO虛實互動遊戲教具】


現在，來介紹OSMO虛實互動遊戲教具，自2014年開發了最初三款的遊戲APP軟體Newton (科學)、Tangram (七巧板)、Words (單字) 後，迄今已研發出超過30種以上更多元軟體遊戲APP，以及14種以上的實體產品組合。如下圖所示，實體產品可分成兩部分，第一部分是屬於基礎款 (包含白色底座與紅色反射鏡)，包括：OSMO幼幼天才啟蒙組、創意激發組、編程大師啟蒙組、小天才學習組等；第二個部分是屬於進階加購款 (不含白色底座與紅色反射鏡)，包括：迪士尼系列、小小偵探組、披薩店小老闆啟蒙組、數學精靈系列等。在選購方面，建議一定要先選購一款基礎組合，這才有白色底座與紅色反射鏡，未來可以自由搭配進階加購組做延伸使用唷！


以下我就針對目前手上所收到的兩款基本款「OSMO編程大師啟蒙組 Coding Starter Kit」以及「OSMO小天才學習組 Genius Starter Kit」，均是適合5歲中班以上，來進一步做介紹。值得一提的是，根據OSMO的遊戲設計，我們可以發現到頗符合美國K-12教育改革作家Marc Prensky對數位遊戲式學習 (Digital Game-based Learning) 的六大關鍵元素：1. 規則 (Rules) 2. 目標 (Goals & Objectives) 3. 成果反饋 (Outcomes & Feedback) 4. 衝突/競爭/挑戰/反對 (Conflict/Competition/Challenge/Opposition) 5. 互動 (Interaction) 6. 故事呈現 (Representation or Story) 等，跳脫傳統老師台上口沫橫飛、學生台下睡覺的窘境，透過遊戲激發孩童本能對目標的追求、願意主動提升自我、進而挑戰更多的困難、形成一個正向的學習循環模式。


1. 基礎組：OSMO編程大師啟蒙組 Coding Starter Kit (含白色底座與紅色鏡頭) 適合5歲以上


【影片分享：CC徽徽玩OSMO Awbie】


自從知道OSMO這個數位學習品牌後，第一款我看上的就是這套「OSMO編程大師啟蒙組 Coding Starter Kit」，因為這款是源自於美國西北大學的TIDAL實驗室 (TIDAL Lab, Northwesyetn University) 研發的Strawbies，其靈感來自 50 多年的電腦程式教育研究。透過實體程式積木 (Physical coding blocks) 操作，請小朋友帶遊戲中的超可愛主角艾比 (Awbie)，一路過關斬將吃草莓，隨著艾比越吃越多、場景也越來越豐富，快樂遊戲中鍛鍊孩子設定指令、路徑規劃、發現模式、認識迴圈等邏輯鍛鍊與運算思維的能力！


「OSMO編程大師啟蒙組 Coding Starter Kit」內容物包括：底座1組、說明書1份、程式積木1盒 (共有31塊程式積木，包含Walk移動積木x6片、Hand小手積木x3片、Jump跳躍積木x3片、Star Subroutine星形子程序積木x1片、Circle Subroutine圓形子程序積木x1片、Square Subroutine方形子程序積木x1片、Magic魔法積木x1片、Rest休息積木2片、Repear循環積木x2片、變數2倍積木x3片、變數3倍積木x3片、變數4倍積木x3片、變數5倍數字積木x2片等。)


【官方影片介紹：Coding Starter Kit 互動遊戲編程大師啟蒙組(含底座)】


OSMO研發團隊特別將「程式積木實體化」，如同MIT麻省理工學院多媒體實驗室所開發的視覺化線上程式語言Scratch，將程式語言製作成「長條形積木」(stack blocks)，特色是上面有個凹槽、下面有個凸起，就像拼拼圖一樣進行組合，這也是線上Scratch最常見的程式積木。值得一提的是，OSMO程式積木彼此之間是有磁吸的，小小孩能夠輕鬆吸附在一起；另外，360度前後左右方向也直接設計在藍色的「移動積木」與紅色的「跳躍積木」裡面；最後，再搭配黃色的「數字積木」，讓3-8歲學齡前與低年級兒童也能透過小手拼湊、將大腦中建構的抽象路徑具體化呈現，相當有巧思。





比較需要進一步說明的，是三種「子程序積木」，分別是：圓形、星形、方形。子程序積木的功能是，可以將經常使用的編碼儲存到裡面，方便設定指令時，直接將子程序積木芳入編碼序列中，就可以直接使用。以下面圖形為例，方形積木是儲存「上下左右跳躍的連續動作」、星形積木是儲存「上下左右移動的連續動作」、圓形積木是儲存「上下左右抓取的連續動作」。


「OSMO編程大師啟蒙組 Coding Starter Kit」可以搭配三種不同程度的編程遊戲APP，小朋友可以依據個人能力進行挑戰，只要到平板電腦的APP Store均可下載，三款遊戲包括：基礎編碼遊戲　Coding Awbie (初級)、音樂學習編程遊戲 Coding Jam (中級)、雙人聯手編碼遊戲 Coding Duo (高級) 等。所有遊戲開始前，都要先建立一個客製化的個人檔案，所以，其實只要買一台OSMO，就能切換好幾位不同家庭成員使用遊戲，非常方便又划算唷！以下分別根據不同遊戲內容進行介紹：




Coding Awbie是OSMO Coding Start Kit裡面最基礎的學習APP，小朋友需要透過方向設定、路徑規劃、步數計算計等能力，一路沿著地圖帶Awbie吃下他最喜歡的草莓與各種美食，吃下後就能獲得積分、進一步幫Awbie打造有趣的露營區與花園場景喔！Coding Awbie共有五張不同的冒險地圖，包括：綠光森林、秋天森林、夢幻島嶼、熱帶叢林、以及冰天雪地等，沿途會有許多寵物好朋友提示Awbie哪裡可以找到建造露營地的道具，小朋友也可以讓Awbie找到這些好朋友，帶牠們回到花園幫忙採收最喜歡的草莓！


Coding Awbie對中班以上的孩子來說，是容易掌握的程式遊戲 (簡單來說，就是小朋友只要數一數需要走幾格、沿途吃草莓即可賺取積分，過程中孩子需要用到空間辨識、數學計數、以及邏輯推理等能力，所以建議4-5歲中班以上使用Coding Awbie比較好，因為已具備一定程度的數理認知概念)，因為小朋友通常只會用到幾個程式積木，就可以完成闖關遊戲，包括：移動積木、跳躍積木。因為Awbie只要走過去，就可以輕鬆吃到草莓積分，容易讓小小孩獲得成就感。如果說，想要讓年紀大一點的孩子，進一步訓練較為進階的編碼能力，那也可視需求加入循環積木或是子程序積木。


小朋友可以透過帶Awbie吃草莓獲得積分，來布置Awbie的露營地或草莓花園，這樣的遊戲獎勵方式對孩子來說是持續玩下去的動力，因為努力越多、積分就越多、也能獲得更多的獎勵，形成一個正向的學習循環。



值得一提的是，Coding Awbie還有一個好處就是，當小朋友將程式積木擺放在桌面上時，螢幕就能直接先預覽即將移動的路徑，也就是所謂的「路徑投影」。這樣的好處是，小小孩可以事先了解到自己設定的指令順序是否正確，如果發現指令設定有誤，則可以事先更改積木的擺放順序或變數大小，也就是程式教育裡「除錯」(debug) 的學習熱身站。Coding Awbie還增加許多闖關小驚喜，比如說：音樂拼圖、不同的寵物小道具、能量鵝卵石等，等著小朋友一關一關破解、靠著自己的力量去發掘唷！



Coding Jam是OSMO Coding Starter Kit的第二款遊戲軟體，同樣是運用程式積木的指令設定，來創作出不同類型的音樂，玩法可說是完全沒有極限！相較於坊間的電子音樂製作軟體，Coding Jam的操作更加直觀，小朋友只要用到橘色小手積木、藍色移動積木、紅色跳躍積木三款，就可以編輯出各種類型的電子音樂；如果想要暫停或是循環重複播放某段音效，則可另外加入循環積木、休息積木，小朋友會驚奇於自己創作的音樂作品，超級有趣的！以下是不同的音樂類型場景，闖關越多、解鎖的音效就越多喔！


首先可以先設定自己想要打造的舞台名稱，想要古典柔美、龐克搖滾、或是活潑輕快的都可以，值得一提的是，這邊我建議可以使用英文語言設定，感覺會比較順暢喔！


剛進入遊戲時，可以先使用Coding Jam的練習模式，一步一步引導小朋友要如何進行創作，從最簡單的單人編曲、多人、音樂休止符、循環音效等，都可以用程式積木很直觀的完成喔！孩子只要跟著螢幕的指示，將程式積木一塊一塊動手拼組起來，就可以隨心所欲的創作出各種有趣的音樂類型！完成後，Coding Jam還有提供愛心點數累計，帶領小朋友解鎖更多的功能。




等到小朋友在練習模式熟練一陣子、獲得100顆愛心之後，就能解鎖Studio工作室的功能，裡面可以儲存小朋友過去創作過的音樂，另外，Coding Jam還有提供一個Jam TV的功能，裡面是全世界所有Coding Jam的玩家所創作出來的即興作品，孩子可以透過這些作品進行聆聽與模仿，並給予評分獲得徽章，學習如何創作更多有趣的情境音樂喔！


【影片分享：OSMO JAM玩家作品集】




Coding Duo是OSMO Starter Kit裡面第三款應用程式，是三款遊戲裡面程度最高的，建議小朋友在遊戲前可以先熟悉Coding Awbie與Coding Jam的玩法。Coding Duo顧名思義，就是可以雙人挑戰遊戲，一個孩子可以幫Awbie寫編碼、另一個孩子可以幫Mo寫編碼，共同完成目標，除了學習運算思維外，還可以練習團隊協作的能力！團隊協作能力 (cooperation and coordination) 在未來社會是一項非常重要的溝通技能，因為在AI科技時代，許多問題是需要靠各領域不同的人才共同完成解決的，所以從小培養如何與他人溝通、聆聽需求、協調妥協，是非常重要的訓練喔！


這邊想特別說明一下Coding Duo與Coding Awbie的差異，兩款都是路徑移動的闖關遊戲，但有些細節有所不同：第一、Coding Awbie可以事先預覽程式積木的編碼路線，但Coding Duo沒有，考驗小朋友抽象思考路徑的能力；第二、Coding Awbie可以分段式移動人物，路徑較短，但Coding Duo需要一次移動到位，路徑較長，考驗孩子規劃較為複雜的路徑；第三、Coding Duo關卡比Coding Awbie更加複雜，遊戲到後面會增加許多障礙物，像是：樹木、水、輸送帶、高壓水槍等，考驗小朋友之間如何調配Awbie跟Mo團隊合作的能力，就像一個小型的虛擬社會唷！


2. 基礎組：OSMO小天才學習組 Genius Starter Kit (含白色底座與紅色鏡頭) 適合5歲以上


如果說要點名一款最接近OSMO創辦人玩中學的初心產品，那麼非「OSMO小天才學習組 Genius Starter Kit 」了，因為2014年OSMO草起創辦時，就涵蓋了小天才組的其中三款遊戲軟體APP，像是：Newton (科學)、Tangram (七巧板)、Words (單字) 等，加上後來開發了兩款新遊戲Numbers (數字) 與 Masterpiece (藝術大師)，所以可說是OSMO的經典當家產品絕不為過。「OSMO小天才學習組 Genius Starter Kit 」內容物包括：底座一組、說明書1份、七巧板積木1盒、數字方塊1盒、英文積木1等，教具非常小巧精美，攜帶出門也很方便唷！


【官方影片介紹：OSMO小天才學習組 Genius Starter Kit (含底座) 】


「OSMO小天才學習組 Genius Starter Kit」屬於跨域類型的學習教具，學習幼稚園中大班到小學三四年級的英文、數學、幾何空間、美術、益智推理等領域，可以搭配五種不同學習主題的APP，小朋友可以根據個人興趣或需求進行挑戰，包括：七巧板幾何 (Tangram)、數學 (Numbers)、英文 (Words)、牛頓科學 (Newton)、藝術大師 (Masterpiece) 等。以下分別根據不同遊戲內容進行介紹：



七巧板遊戲 (Tangram) 是許多家長第一次認識 Osmo Genius Starter Kit 的學習遊戲，裡面可以拼湊超過500張以上虛擬拼圖，小朋友只要動手將七巧板在桌面擺放成跟畫面一樣的圖案，就能闖關成功，逐步開啟不同的場景主題，像是：池塘、森林、非洲大草原、海灘、冬日雪景等。在幼兒教育發展中，七巧板是一個非常重要的益智教育，因為能夠讓孩童將大腦抽象想法與現實實物鏈結在一起，遊戲中鍛鍊孩童的觀察力、空間力、辨識力、數學幾何、創意邏輯等。在美國課堂上，也有許多教師會將Tangram放大投影，讓小朋友去動手挑戰，活化大腦思考。


【影片分享：徽徽玩OSMO七巧板】



值得一提的是，美國南加州大學教授Hengtao Tang、賓州州立大學教授Mona Alqahtani曾於2019年在《教育性科技發展與交換期刊》(Journal of Educational Technology Development and Exchange)上，發表過一篇「小學數學課的OSMO七巧板與七巧板操作探究」(An Exploratory Study of Osmo Tangram and Tangram Manipulative in an Elementary Mathematics Classroom)的報告，研究顯示，相較於傳統七巧板教具，小學生對於OSMO虛實互動的七巧板更有興趣，許多學生表示，他們享受於OSMO所以提供的繽紛色彩與闖關成功的音樂，能夠讓他們更有動力持續挑戰更難的題目。



Osmo Genius Starter Kit的第二款遊戲是「數字」(numbers)，共有五種數學模式，包括：計算 count、加法 add、乘法 multiply、進階加法 advanced addition、進階減法 advanced subtraction，每一種模式均可調整三種能力 (簡單Easy / 中級Medium / 高級Hard)。家長或老師可以根據孩子的程度自由進行調整，如果對照臺灣的體制內數學教育，大約介於中班到小學中年級 (九九乘法) 的程度，分級如下方所示：

(1) 計算模式 (Counting)：例如5+7=11，約5-7歲能力 (簡單3-10 / 中級8-15 / 高級20-35 )

(2) 加法模式 (Add)：例如5+6=11，約5-7歲能力 (簡單6-15 / 中級10-25 / 高級20-35)

(3) 乘法 (Multiply)：例如2x6=12，約6-9歲能力 (簡單4-16 / 中級9-36 / 高級40-81)

(4) 進階加法 (Advanced Addition)：例如30+3=33，約7歲以上 (簡單13-23 / 中級15-25 / 高級25-50)

(5) 進階減法 (Advanced Subtraction)：例如12-3=9，約7歲以上 (簡單1-10 / 中級10-20 / 高級20-40)



【影片分享：OSMO Numbers實測影片】


「數學」的故事情境是請小朋友開漁船，到美國加州海岸抓魚，小朋友必須要將手上的數字積木，利用加法、減法或乘法，湊成底下泡泡的數字來爆破泡泡、就可以抓到魚囉！越深海的魚種、需要爆破的泡泡數量越多，最好玩的是，小朋友可以陸續蒐集到不同的海洋生物圖卡，圖卡裡面有海洋生物的詳細介紹，激發小朋友想要蒐集全套的挑戰動力喔！隨著程度越玩越高，還可以開啟飛機模式，遠赴加勒比海進行捕魚工作，相當有趣好玩！




第三款Osmo Genius Starter Kit的遊戲是「英文單字」(words)，可搭配隨盒附的52張紅色與藍色的英文字母卡，非常適合正在學習自然發音 (phonics) 或是英文拼字 (spelling) 的孩童，有四種英文程度模式，家長可以根據孩子的程度自由挑選起跑點，包括：

(1) Level 1 練習子音發音(Initial Letters/Sounds Only)，例如：Bat, Car, Dog等。

(2) Level 2 一個音節/CVC單字/短二合字母或短混音 (One syllable/CVC Words/Short Diagraphs/Blends)，例如：Pond, Worm, Stomp等。

(3) Level 3 兩個音節/CVCe單字/長二合字母/長混音 (Two Syllable/ CVCe Words, Longer Diagraphs/Blends)，例如：Clear, Stare. Train等。

(4) Level 4 三個以上音節/複雜二合字母/混音 (Three+ Syllable Words/ Complex Diagraphs/Blends)，例如：Alternative, Chameleon等。


Osmo Genuis Starter Kit 英文這一款，適合已經認識ABC英文26個字母、正在學習自然發音的孩子，大約是幼稚園中班以上，可以從最簡單的子音開始練習拚起。如果以最高程度來講，大約可以到臺灣體制內小學高年級左右。獎勵方式是幫裡面的小人物換穿衣服，共有春、夏、秋、冬四種情境，偶而還會出現彈珠檯Bonus或是聖誕節特殊節慶小遊戲，音效非常熱鬧活潑，很能夠提起孩童挑戰下去的熱情與動力喔！


【影片分享：OSMO Words英文字母實際遊戲紀錄】


【影片分享：OSMO Words獎勵機制遊戲】






Osmo Genuis Starter Kit的第四款遊戲是「牛頓科學」(Newton)，共有60種以上的創意工程科學遊戲，小朋友可以利用現實的各種材料、來引導螢幕裡面的彈珠擊中目標球，賺取積分。這一款遊戲是以知名的英國物理學家牛頓 (Isaac Newton) 所提出的「三大運動定律」(Newton's laws of motion) 作為發想，包括：慣性定律、加速度定律、以及作用力與反作用力定律等，非常考驗小朋友的觀察力、空間力、想像力、以及創造力等，也是我認為能真正體驗Osmo虛實互動的終極遊戲！帶著小朋友利用周邊可得的任何素材，無論是雙手、鉛筆、積木、衛生紙、還是迴紋針，都能成為過關得分的最佳工具，非常值得一試！


【影片分享：OSMO Newton牛頓科學實際遊戲紀錄】





最後一個要介紹的，就是Osmo Starter Kit的最後一個程式遊戲「藝術大師」(Masterpiece) 囉！這一款是很多小小孩的最愛，因為可以將想要畫的作品、直接投影到白紙上，設計出自己想要的作品、卡片、或是各種藝術創作等！OSMO提供的主題模板很多，像是：動物、城堡、恐龍、食物、世界地圖、英文字母等，應有盡有，小朋友創作完成後，還可以將畫作存檔，上傳到雲端提供全世界其他國家的小朋友進行藝術賞析，很能帶給孩子滿滿的成就感，超級推薦的喔！


【影片分享：CC玩OSMO Masterpiece】









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