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修課如遊戲?台大電機這麼教!

2013
01.10

恩師的啟蒙

記得在二十三年前,我是建中小高一。剛開學時,聽說教我們數學的是邱顯義老師。在當時數學課本還是由國立編譯館的委員們編的。委員多是大學教授,邱老師是當中極少數的高中老師。能被如此名師教到,大家在第一堂數學課前都極其興奮、殷殷期待。

終於,第一堂數學課了。理著平頭不苟言笑的邱老師一進教室,同學都靜下來了。大家超想知道這位名師會怎麼教我們。沒想到老師的第一句話,就把我們都嚇到了。老師說:「我,不講課的。」大家都以為老師在開玩笑。莫非不苟言笑的他是冷面笑匠?老師又說了:「我不講課,上課只讓你們問問題。你們今天回去念第一章頭兩節。」

小高一們依然認為老師在開玩笑,臉上都是嬉笑的表情。但是隔天第二次上課,老師一上台就問:「大家對於這兩節有什麼問題?」想當然耳,沒人舉手。老師就這麼站在台上不講話,整整一節課。下課前老師又指定我們回家念的進度。第三次上課時,老師再次要大家問問題,依然沒人舉手。老師這時大概也受不了,就說:「你們都沒問題,那就換我問。問了答不出來的,就站到下課。」他開始一個個點名問,每個人都答不出來罰站了一整節課。這堂課之後,大家發現這傢伙是玩真的!為了不想被罰站,回家莫不好好念,上課踴躍發問。我是其中最積極發問的,也因此得到老師很多的指導跟啟發。

過了一兩個月開家長會,我母親回家說家長會砲聲隆隆。每位爸媽都在痛罵怎麼會有老師不教課的?到底在搞什麼?不過邱老師依然堅守自己原則,沒有一絲改變。說也奇怪,班上的數學段考成績都是全校第一、第二。後來這位不教課的老師,非常受我們的愛戴。老師在我們高二的時候退休,我提議訂製大型匾額送給老師。在老師最後一堂課,我跟同學把「杏壇清流」的大匾額抬出來送給老師。老師當時紅著眼眶的硬漢形象,至今歷歷在目。

困惑與蛻變

十二年後,我在密西根大學念博士當助教,開始了我的教學生涯。隨著之後在密大擔任講師、回台大電機系教書,時間匆匆的就過了十年。在這十年當中,我的教書理念所追求的是「把課講述的很清楚,讓學生聽得很有趣。」我一直在這樣的路上前進,在教學上也得到相當的快樂,在2010年也僥倖的拿到了教學傑出獎。但我常問自己,教書十年之後,我在教學上是否該有新的追求?

得獎後沒多久某天在上課的時候,我依然使盡渾身解數。大多數的同學都認真聽,可是還是有人打瞌睡。這給我很大的刺激。我回去一直想著,如果老師把課講的清楚有趣,可是還是有人不想聽。作為一個老師,是該安慰自己總是有人沒動機學習,笑笑就算了;還是該想辦法來改變這樣的狀況?

這個問題,讓我輾轉整夜難眠,忽而想起高中時的邱老師。老師當時也不講課,不苟言笑也不有趣,可是為什麼他讓我們那麼懷念?為什麼他能讓我們很多人都有學習的動機?想到高中恩師,心裡逐漸清楚接下來我該追求的是什麼。在教書十年之後,我的新理念,是要讓每位學生都能有學習動機!

設計與實踐

新的教學理念成形之後,這時候剛好開始要準備下個學期要教的電機系必修課「機率與統計」。該如何讓學生有學習動機呢?看著電視一堆XX online的線上遊戲廣告,我突然有了一個念頭:如果我把課程變成線上遊戲,那學生是不是就會比較有學習動機?現今的年輕世代,國外稱之為「數位世代」。這個世代的年輕人,遊戲已經變成是每個人生活的一部分。如果我能把課程跟遊戲結合的話,那他們應會更有學習動機。有了這個想法之後,我開始打造我們的線上遊戲網站。這當中多虧了我的研究生姜哲雄的幫忙,因此我取了我們兩人英文名字的首字母,將之命名為:BJ-Online!

BJ-Online 的遊戲,主要是建構在課程作業之上。有很多台大同學,習慣每學期修很多學分。在同時間應付很多課程時,學習方法往往會走偏(我曾針對這部份寫過一篇文章「回想我過去不堪回首的學習方式」,請參閱:http://goo.gl/C85CJ )。很多時候,作業不見得有時間好好寫。同學常會看作業的式子,再去比對是課本哪邊出來的,然後就只片段的看那部分後寫作業。另外也會有人參考坊間賣的習題解答。為了改變這些流弊,我的設計是:「我不出作業,讓學生自己出作業!」

上課的時候我教同學該怎麼設計題目。我教他們怎麼從課本中找到重要的元素後,如何將他們結合成一個好題目,再用文字把這些元素隱藏其中成為一個好的應用問題(題外話:很多台大學生很會證明,但是不大會處理應用題。因此我認為要讓大家多做應用題,以後做研究才能真正解決問題)。在教會他們出題之後,我把學生分成三人一組。每次教完一章後,就給大家三天的時間出題目。之後每組上傳自己設計的題目跟解答到BJ-Online。 為了避免出題組的題目或答案有瑕疵,我們的系統會在每組上傳自己設計的題目跟答案時,即時挑選其他三個組來review題目跟答案的正確性。唯有三組都accept的題目才能放上線,有任何一組reject的話,出題組都應該回去針對缺失revise題目後再上傳。這樣的設計,讓有瑕疵的題目數量,大幅減少。

出完題目之後,我們有一週的時間讓各組去攻破別人的題目。我們的系統會即時的讓大家看到各組攻破哪些組的戰況,如圖一所示。當同學看到別組陸陸續續攻破很多組題目時,他們就會有迫切感要趕快開始做作業。攻破越多題目,分數就會越高。在我們的地圖上就會跑的越快,領先別人越多,如圖二所示。

給學生出題,最大的困難在於老師跟助教怎麼批改這些學生設計的題目?我們設計了一個方式可以讓老師和助教們很輕鬆的處理批改的工作。每次當某組同學攻破一題並完成上傳答案的時候,BJ-Online系統會給他們看出題組的答案,看完後批改自己對或錯。另外系統也會即時通知出題組來批改對或錯。當攻題組跟出題組都覺得攻題組的答案是對的,或是都覺得是錯的時候,這時批改結果是沒有爭議的。只有在攻題組自覺是對而出題組認為是錯的時候,助教才需要出來仲裁爭議。依據過往的經驗,每次作業出現需要仲裁的情況相當少。因此批改的工作是相當的輕鬆的。

但是這樣的遊戲,最怕的是同學之間互相交換各組答案作弊。這該怎麼防止呢?我苦思許久,設計了一個算分的方法:每一題一千分,由解對的各組平分。我在上課的時候,跟同學說:「老師教你們怎麼作弊!」。我告訴他們,以第一組同學為例,他們可以拿他們解出來的三題,去跟第二組交換另外其他三題的答案。拿到第二組所解出的三題之後,第一組可以再拿第二組辛苦解出的那三題,分別去跟第三組、第四組、…去交換收集其他題目的答案。結果到最後,第一組拿了第二組解出來的那三題,去跟別人交易到了所有的題目答案。可是第二組他們辛苦解出來的那三題,卻因為很多組都有答案,而嚴重貶值。同學聽我說了,眼睛都睜大了!最後我問他們一句:「你們,真的都能相信你們的同學嗎?」

圖1:BJ-Online 即時戰報

圖2:BJ-Online 成績地圖

以賽局理論來說,這樣的遊戲只有兩個穩態,大家都不作弊跟大家都作弊。不過因為我刻意的告訴他們這樣的作弊方法。在大家都知道別人也知道可以這樣作弊的時候,大家反而會因為不敢相信別人而不敢作弊了。透過這樣的恐怖平衡,我們的賽局,就落在大家不作弊的穩態上!作弊的問題,就此解決了!

除了作業算分的特殊設計外,我們為了獎勵大家設計好的題目,我們系統還有投票功能讓大家票選設計最好的題目。故意刁難人的題目通常都不會受到青睞。被票選最高票的組,會得到數百分的獎勵。而投給設計最好的題目的這些組,也有樂透彩的方式讓他們得到額外的加分,獎勵他們對於題目的「好品味」。另外上課抽問也可透過BJ-Online隨機選組的功能來選人回答問題(這想法源自資工系林守德教授上課抽問同學的設計),答對的人也可以得到BJ-Online的獎勵分數。我還記得第一年用BJ-Online上課抽問同學時,有同學因為我按的太快,本來選到他們又跳過了變別組。他們因為沒被抽問到而跟我抱怨。居然有同學跟我抱怨上課抽問沒抽到他們!我聽了真是太高興了!

成果與分享

透過這個遊戲,學生的學習動機提昇了。除了遊戲本身的趣味性跟競爭性之外,傳統課程老師出題、批改的權力下放給學生,也是讓他們會提昇動機的主要原因之一。這跟現在素人節目「American Idols」、「星光大道」走紅的的原因是一樣的。以學生為主體的學習,會讓他們更有興趣與動機,這也就是我常說的「素人教學」。

另外因為分組的關係,同組的同學如果有人擺爛會影響整組的戰績。因此,同學們會互相提攜。也因此在使用了這個系統後,考試成績很明顯的標準差變小了,平均成績也提昇了。同學對於題目的品味也提昇了。圖三是我們林鼎棋、魏振宇、黃俊衡三位同學設計的題目。一個機率的題目可以把蘇格拉底跟柏拉圖對愛情的看法入題,這是多麼的令人驚艷!

另外其他同學設計的題目也都是超級有趣。每次作業出題期限到的時候(通常是半夜三點),我半夜在床上檢閱同學上傳的題目,動不動就狂笑不止。被我吵醒的太太,常常覺得我半夜不睡亂笑一通像個瘋子。這點流弊倒是我當初沒想過的。經過兩年,我們已經累積了兩百多題的經典機率題目。我跟同學說我們要來出版一本「台大電機機率銘題一百」。我很有信心出版後,大家一定會對同學們的創意設計激賞不已!

在過去兩年,我曾陸續將我的設計與電機系、數學系、物理系的老師分享, 目前也有老師用在他們自己的課程中。 我也曾與國外老師分享。美國萊斯大學電機系的Sabharwal教授就應用了我的設計在他的消息理論課程中。隔個學期,他很興奮的告訴我:「It was a big hit!」。有些老師的課可能不適合由學生出題,老師也可以改變方式,鼓勵學生自己從不同的教科書中找出他們覺得最好的題目,做出解答後上傳到系統給其他組做。我試過這種方式,結果同學們非常認真的遍覽群藉找好題目,效果很不錯!

為了讓其他老師可以方便使用,目前BJ-Onilne系統的設計是採取開放式的。如果台大老師有興趣使用這樣的系統,可以讓我知道。只要系統可以負荷的話,我很歡迎大家使用BJ-Online將自己的課程遊戲化。能夠幫助更多老師讓學生更有學習動機,這是我的夢想!

圖3:林鼎棋、魏振宇、黃俊衡3位同學機率題目設計成果

感動與感謝

在上個學期接近期末考週的時候,我在臉書看到一位同學所寫的動態。他說:「電子學快要考了,還有好多沒有念完,可是還是忍不住上去BJ-Online又多解了兩題機率。」

我看了這個臉書的動態,真是感動到眼淚快掉下來。 真的有同學像沉迷線上遊戲似的沉迷在機率課的學習!目前我們正在撰寫論文要投稿國際工程教育期刊,同時也在設計更多的遊戲特色,希望能讓同學覺得更好玩、更有趣。

回首這一切,都源自於我高中時碰到的那位極不平凡的老師。他即使不講課,也能讓我們學的好。是他啟發了我,在講課之外追尋更多的教學可能性。

邱顯義老師,謝謝您!

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18 Responses to “修課如遊戲?台大電機這麼教!”

  1. Apprentice 說:

    Gamification! 遊戲顯然已成為生活中的一部份,也讓它成為教學中的一部份。

  2. 老徐 說:

    偶然逛到此網頁,學長好!

    我是建中51屆畢業,十多年前念政大時

    念政大會計朋友說,大一會計學也是這麼上的

    應該是鄭丁旺教授! 

    會計系最重要的大一基礎會計,用這獨特方法上課

    當時我心想,這樣上會不會太"瑣碎"

    但朋友說,班上同學非常認真的準備!也都聽得懂

    對現在超混的大學生來說,或許是個超好的方法

  3. pcyeh 說:

    太棒了,英雄所見略同! 🙂

  4. Secheon 說:

    This is a really itnelilgnet way to answer the question.

  5. Yukie 說:

    我也有嘗試讓學生彼此出題,不過沒有像您這樣好用的系統輔助,所以都得自己改題目,滿累的。

    但是我很喜歡讓學生自己出題,因為會看到許多有趣的題目。即使我教的學生祇是國中生,但他們創意十足,讓我讚嘆不已。:)

    比方說國中生物教到捉放法時,學生出了一些融合數學的題目:

    1、甲山上有X隻蚱蜢,抓600隻到另一個地方,做記號後放回甲山中。隔2週再捉Y隻,其中有2隻有記號。又乙山上有X+100隻蚱蜢,從中抓500隻做記號後放回乙山中。隔二週再抓2Y隻,其中有3隻有記號。問X、Y=?(出題者:沈政昕)

    2、我愛羅 & 鳴人在向上國中操場對決。鳴人使出多重影分身之術。我愛羅為了要知道鳴人有多少分身,就在鳴人的100個分身上施加特殊物質,並用大絕技把那100個分身均勻打散。再隨便抓50個分身,且發現其中祇有一個分身的身上有特殊物質。求鳴人有多少分身?(出題者:胡哲瑜)

    3、有一個包包裡面裝著 X^2 個肉包,無聊的人放 5050 個菜包到包包裡,無趣的人從包包中拿 2527 個包子,其中 2 個是菜包。請問 X^2 的末三位為何?加分題:X=?2X=?0.04X-1=?(出題者:劉立宏)

    我從這些題目向學生學習很多,雖然累,但是我玩的很開心。:D

    學生出的其他題目:
    http://edumeme.blogspot.com/2009/06/blog-post_19.html

    http://edumeme.blogspot.com/2009/06/blog-post_18.html

  6. pcyeh 說:

    Yukie 老師好酷!我也是玩的很開心呢!老師果然還是要玩的開心才會有熱情! ^_^

  7. Yifan Huang 說:

    專程來膜拜神人 期待開課哦~祝好

  8. pcyeh 說:

    謝謝!我也很期待開課呢 :{)

  9. Agustin 說:

    This is helpful!

  10. 李凌淞 說:

    同學 沒想到今天會在泛科學看到你的文章!邱老師真是令人畏懼懷念的好老師!另一位就是信能格老師了xd

  11. floyd 說:

    好文一篇,
    可惜26年前我念建中一年級時,
    遇到一位有在補習班兼課的數學老師
    所有不是標準解法的全部0分
    上課還不能提問
    沒上到邱顯義老師的課真是遺憾
    葉老師加油, 希望我兒子將來能到你的班上課

  12. pcyeh 說:

    同學!好久不見 :{)

  13. 斷了的弦 說:

    我是 友校 的, 念第二類組的女生, 最近, 有上 老師 網路的機率課, 沒想到, 老師比我小兩屆, 但, 我保養的比較好, 應該是 待在無塵室 六年, 冷凍了

  14. Jessie Chuang 說:

    這個 model 要成功, 似乎同儕的程度要差不多才行, 是嗎? 要學生互相出題的方式, 有不少老師用, 請問如何處理沒有標準答案的情形, 在歐美的MOOC, 廣泛採用 peer review, 但 MOOC 學分一直很難被正式承認, 有效的 assessment 是挑戰之一.

  15. Ding-Yi Chen 說:

    有想過在 TED 上發表嗎?

  16. pcyeh 說:

    有喔,剛好今年 9/28 在 TEDxTAIPEI 2013 講這個題目~

  17. PaulLiu 說:

    請問有數學模型能證明或模擬嗎??
    我嘗試著模型化但發現有些複雜, 因為在一次修課中不太容易得知到底對方有沒有背叛..
    但我認為必需要有數學模型出來才會是比較能信服的說法.

    或是我舉個極端的例子.
    舉例來說 假設班上有個天才強者, 我們叫他涼宮同學好了, 不管任何作業, 他都能 10 分鐘內就解決掉, 然後出去玩.. 對於涼宮同學來說, 她完全不用作弊.

    而班上有另外一群魯蛇, 他們頭腦不夠聰明.. 一個星期後要交的總共 10 題的作業, 憑他們貧乏的頭腦, 24×7 花下去也只能在時間內解一題. 就假設這些人都叫阿虛好了..
    這些阿虛也知道有涼宮這號人物的存在..
    那麼, 如果每次作業都這樣交, 那學期末, 他們勢必被當掉.. 所以他們的策略必須是讓所有的題目貶值.. 在這種情況下, 阿虛們只能 10 個人組一個交作業大會, 分配題目共同作戰.. 否則最後必然敵不過涼宮同學~~

  18. pcyeh 說:

    我們沒有去建立數學模型喔,都是直接應用在班級上、觀察班上同學的學習狀況。魯蛇們合作還是會變魯蛇的,因為大家一起合作,評分到的分數也是超低。
    另外一個關鍵是,真正的難題,不是靠人多就可以做出來的…


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