教育部教學實踐研究計畫成果報告

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教育部教學實踐研究計畫成果報告

Project Report for MOE Teaching Practice Research Program

計畫編號/Project Number:PEE1080021 學門專案分類/Division:工程學門

執行期間/Funding Period:2019 年 08 月 01 日 至 2020 年 07 月 31 日

「UbD 逆向課程設計」為基礎之「BOPPPS 有效教學模組」應用於 「訊號處理實驗」

之行動研究

訊號處理實驗

計畫主持人(Principal Investigator):錢膺仁 共同主持人(Co-Principal Investigator):江岱穎

執行機構及系所(Institution/Department/Program):國立宜蘭大學電機系 成果報告公開日期:

立即公開

延後公開(統一於 2022 年 9 月 30 日公開)

繳交報告日期(Report Submission Date):2020 年 8 月 31 日

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「UbD 逆向課程設計」為基礎之「BOPPPS 有效教學模組」應用於

「訊號處理實驗」之行動研究 一. 報告內文(Content)

1. 研究動機與目的(Research Motive and Purpose)

加強『學用合一』及縮短『學用落差』讓大專畢業生可以縮短在學所習得之知識、技能 與產業需求之落差的議題近來越來越受到產、官、學界的關注。在大學所學之相關專業 科目中,實驗課、專題研究或是校外實習等相關課程,無疑是最有機會讓學生將課堂中 所習得之知識理論應用於解決實際問題的課程。申請人在近年透過執行校外實習訪視的 過程中,發現到學生普遍認為在實習過程中學到很多知識與技能,學校所學的基礎能力 還可以加強;對於實習單位的主管而言,他們也普遍認為學生還需要經過相當程度的教 育訓練之後才能夠派上現場。盟訊公司自2015 年起,提供宜蘭大學電資學院的學生校外 實習的工作機會,主要工作內容包含射頻電路/天線設計、數位信號處理演算法設計與實 現、自動化量測技術研發等內容。2015 至 2018 年期間,每年分別有 5、8、5、及 14 位 等合計32 人次參與盟訊公司的校外實習。我們以歷年來有參與校外實習的同學以及盟訊 公司負責校外實習主管們的反饋為主要輸入訊息,透過業主認為來參加實習的同學中,

「最應該具備的基礎能力有哪些?」以及同學們認為在實習過程中,「有哪些能力在學校 培養的程度仍不足?」。主要目的是希望可以改變傳統課程設計方式,改以融入「重理解 的課程設計」理念於「有效教學結構」中,俾利降低學用落差。研究者訪問了四位參與 數位信號處理演算法設計與實現相關工作的同學及盟訊公司主要負責此部門的兩位主管 人員,透過供與需兩方面的交叉比對後,有了以下的初步發現:

 學生在校的學習似乎不足讓學生舉一反三,亦即沒有學會核心技術:

 學生對於在學校沒有接觸過的數位信號處理器發展板,在公司提供相關技 術文件與手冊之後,還是無法自行作業,仍然需要有公司的同仁技術指導 才會比較明白。

 由於軟體發展平台的差異,縱使都是撰寫 C 語言程式,但是依然需要花將 近一個月的時間才能夠較為熟悉數位信號處理搭配周邊介面電路控制的程 式撰寫。

 由於量測儀器的差異,最常見的示波器、信號產生器以及頻譜分析儀等設 備,操作上較為陌生,亦不熟悉儀器可以提供的進階功能。

 專業報告撰寫以及成果簡報能力:

 由於盟訊公司對於文件管理要求相當嚴謹,因此在實驗報告或測試報告的 格式與內容都有一定水準的要求。以電路量測測試報告為例,其內文會要 求撰寫到「量測功能電路規格」、「量測項目」、「使用的量測儀器(含型號)」、

「量測環境與方法、步驟」、「紀錄量測數據」、「結論與相關問題檢討」等 步驟。甚至會希望量測環境還可以使用拍照方式記錄,使得其他工程師如 果量測發生問題時可以參考。同學在撰寫報告的能力較為不足,經常覺得 花很多時間(甚至超過做實驗所花費的時間)在資料整理上是無意義的。

 當每周主管檢核同學的工作進度與表現時,同學往往僅以口頭說明,較欠 缺將每周工作成果以專業的簡報方式匯報主管的能力。

 原文技術手冊研讀與整理能力:

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 在資通產業的研發人員經常要不斷學習新的技術知識,然而第一手的資料 往往是原文資料,且動輒是數百頁到上千頁的技術手冊。當主管要求針對 某項功能或者問題進行改善時,同學唯一可以依靠的只有技術手冊裡面的 詳細資料。但面對這麼巨量的文件,同學往往不知如何下手,最後只能依 靠Google 搜尋引擎或者尋求資深前輩協助。

這個現象讓研究者檢討『是否學校的實驗課之課程設計不恰當而造成學用落差? 』;研究 者認為可以利用這些回饋訊息作為 UbD 逆向課程設計的輸入,重新考慮學生可能的迷思 概念以及應該持續思考的主要問題,釐清關鍵知識與技能以期產生學習遷移。學習遷移 是指可以將過去在某種方式或情境下的所學,自行應用到另一個情境。利用逆向課程設 計的理論,重新規劃課程架構,並將之與 BOPPPS 有效教學模組結合。如此的結合可以讓 教師以有系統化的方式尋得「釐清對學生的期望學習結果」、「釐清所有期望學習結果的 合適評量方式與對應的證據」以及「展開提升學生學習成效的有效教學」。。因此,本研 究以『逆向課程設計』為體,『BOPPPS 有效教學模組』為用,於 108 學年度第二學期,

在國立宜蘭大學電機工程學系的選修課程『訊號處理實驗』進行行動研究。藉由逆向課 程設計的概念,我們發展了五個單元主題,定義出了課程訓練想要達成的學生核心能力 如下:「資料分析彙整力」、「訊號處理專業力」、「簡報力」以及「程式發展的除錯力」。

2. 文獻探討(Literature Review)

(1) BOPPPS 有效教學模組(Instructional Skills Workshop International Advisory Committee, 2006)

國內學者李紋霞(2012)在國內推廣加拿大發展出的 BOPPPS 教學模式。此教學模式是以構建 主義理論為基礎,依據人類認知的過程和層次,將教學的過程劃分為六個部分。BOPPPS 代 表了這六部分的英文首字母,六個組成部分相互獨立但連貫起來則構成有效的、完整的課堂 教學模式。不管是 50 分鐘的課程還是 15 分鐘的微課堂,都必須包括這六個要素,概述如 下:

1. 暖身/導言(B,Bridge-in):

目的為吸引學生的注意力,幫助學生專注在即將要介紹的內容。提出和教學主題相關的 問題來引導學生進入課程,吸引學生興趣或注意力的方式可以採用多媒體資料或者有趣 的時事等;提供一個吸引人的引言或不尋常的事實;將接下要講授的知識內容與已經學 過或未來要學的內容相連結。

2. 學習目標(O,Objective):

教師要清楚地為學生規劃該學習單元的學習目標,並且有明確清楚的定義。定義學習目標 時需要包含誰可以在甚麼條件下學到甚麼事情,等清楚的敘述。

3. 前測(P,Pre-assessment,第一個 P,故又簡稱為 P1):

透過先測可了解學生的興趣與能力,進而調整內容的深度與進度;對學生而言,可透過 前測便於聚焦於特定目的,也可藉此向教師表達複習或澄清的需求。考試、作業,或者 非正式提問,如開放式問題及腦力激盪,皆可達到先測的目的;甚至教師可以嘗試讓學 生在教學前,試著做出教學內容相關的事項。對老師而言:前測的實施可以幫助老師找到 程度較好,可以協助互動教學活動進行的學生。

4. 參與式學習(P,Participatory Learning,第二個 P,故又簡稱為 P2)

課堂參與可以分為兩種類型,一種是教師與學生之間的互動,另外一種則是同學之間的 討論。在這個階段,教師要善用教學策略,為課堂內的參與積極度加溫。常見的做法,

是將學生分成小組來討論教材中的問題,讓學生進行反思。此外,亦可鼓勵學生提出自 我思考問題,或者設計模擬情境,將課堂參與者都拉入互動的情境中。

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5. 後測(P,Post-assessment,第三個 P,故又簡稱為 P3)

了解學生的學習成效、及是否達成該教學單元的目標。針對不同的課程教授內容,有不 同的評量方式。若是知識理解型的課程,可採用選擇題或簡答題;應用分析型的課程;

技能傳授的課程,可採用檢核表,或請學生簡單地展示所學;態度價值型的課程內容,

則可請學生填寫態度量表、撰寫心得短文或日誌札記。

6. 總結(S,Summary)

此階段有著承先啟後的功用,教師應幫助學生總結課堂內容、整合學習要點、以及預告 下堂課的內容。教師可以直接用講授的方式做內容複習,或是透過回饋意見進行。適當 表揚學生的努力和學習成果也是常見的課程總結方式。

BOPPPS 式教學模式強調參與式學習,鼓勵學生積極參與教學活動(Fenrich2016)。在課堂 中,教師應該採用多種形式去誘導學生發現問題、分析問題和解決問題。提問是教學中常見 的一種互動方法,但這種方法在課堂實踐中很難實施。即使教師主動向學生徵詢是否有問題,

也未必能夠得到學生的回應。其實,並不是學生沒有問題,而是絕大多數學生不願意在課堂 上向老師提問。如果真有問題,他們寧願去問旁邊的同學。這可能是因為東方文化中的面子 問題,遇到問題,多數人寧願向周圍朋友打聽也不願意向權威專家提問。因此在教學實踐中,

如何誘導學生的積極性,鼓勵學生主動參與討論,主動發言,則是參與式教學的關鍵所在。

首先要弄清楚學生學習的真正動機,在引入部分儘量引起學生的學習興趣。其次要根據具體 的教學內容制定適當的教學活動。比如在北美課堂中比較常用的一種教學活動--拼圖學習

(Aronson & Patnoe, 1997)。這種方法是將學生進行分組。每一組分工,研讀課程內容的 不同部分,然後在課堂上,向所有學生講解自己小組學到的內容,就像玩拼圖遊戲,當所有 小組都講完了,學生們就學到了所有的內容。這種學生教學生的方式可能更容易增加學生的 課堂參與度。因為雖然學生較不敢質疑老師所講解的內容,但學生卻較有勇氣對同學講解的 內容產生質疑和挑戰。鍾智超等(2016)也指出 BOPPPS 搭配整合化技術可以引導學生在課前 的積極參與,課程中培養合作學習,課程後以多元評量方式可提高學生學習成效。然而,以 下幾點問題是 BOPPPS 的方法論還需要進一步澄清之處:

1. BOPPPS 有效教學模組的「O」,要求教師要清楚地為學生規劃該學習單元的學習目標,

可是卻沒有一套系統化的方式,協助教師設計教學目標。

2. BOPPPS 有效教學模組的「P3」,主張利用後測方式來了解學生學習成效,可是卻沒有提 供如何設定評量標準的方法論。每份評量應該採用甚麼標準,以評鑑期望的成果是否 達成。如何設計一些合適的實作任務(Authentic Task)來證明學生達到期望的學習結 果?傳統的考試、測驗或報告的方式有可能讓學生測驗成績良好,但是其實並沒有真的 學會;或者反過來說,學生在測驗中表現不佳,但是根據其他證據還是可以稱其已經 理解。因此要了解學生是否理解的評量設計亦是一大挑戰。

(2) UbD (Understanding by Design)重理解的課程設計(McTighe, J.與 Wiggins, G.著,賴麗 真譯,2008a)(Wiggins, G.與 McTighe, J.著,賴麗珍譯(2008b))

UbD 是一種以「理解」作為教育目的的教學設計框架,避免授課教師過度強調短期的知識習 得,而未讓學生得到長期的理解。UbD 強調課程設計時,首先需知道我們期望學生能應用課 程所學內容做甚麼?而非從教學內容開始設計。主要流程可以分為下述三個階段:

階段一:確認期望的學習結果

這是逆向課程設計的第一個核心步驟,教師需要深度的思考我們想要學生學習到的核心能力 為何?學生應該持續思考哪些主要議題?學生應該學會哪些知識和技能?因為這些能力才是可 以讓學生長時間積累達到所謂學習遷移的目標。

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階段二:決定可接受的評量證據

根據階段一所期望的學習結果而言,那些實作表現或是作品足以證明學生達到教師所設定的 學習結果?實作表現的評量標準是甚麼?這些評量標準是否與階段一相互呼應?此階段的目的 是在找出適當的評量證據,並非設計有趣的專題活動或是任務。文獻 Wiggins, G.與 McTighe, J.著,賴麗珍譯(2008a)建議使用實作任務設計 GRASPS (Goal, Role, Audience, Situation, Products/Performance, Standards)來架構實作任務。評量學生的理解內容與程度之基本要 求是:我們需要知道學生提出解決方案或答案時的思考過程,使我們對學生的理解程度可以 更加完成。因此,我們需要透過多個面向來觀察學生對於理解程度的表現,單純的單選題、

是非題等評量方式不足以提供足夠的證據。文獻 Wiggins, G.與 McTighe, J.著,賴麗珍譯

(2008a)所建議的六大面向:說明、詮釋、應用、觀點、同理心及自我認識,供我們找到所 需的證據。

階段三:設計教學活動

根據階段一的目標與階段二的評量,教師須設計教學活動,使得學生可以達到預期的學習結 果並通過評量。在此階段中,劉雯瑜(2016)整理出有以下重要任務:

(1) 相對於想涵蓋的內容,考慮需要發現的知識有哪些。

(2) 使用 WHERETO 來設計學習活動與教學活動。

(3) 利用診斷性與形成性評量來監控與調整課程設計。

(4) 使用理解的六個層面來產生關於學習活動的新想法。

(5) 根據 WHERETO 連結階段一、二的測量來編輯學習計畫。

其中WHERETO 的內涵與 BOPPPS 有效教學模組的關係比較如表 4 所示,我們可以發現到 這兩種做法有些異曲同工之妙。但申請人認為 WHERETO 的手法較強調課程的發展以及引 導學習者達到學習目標;而 BOPPPS 的手法較強調教師的授課節奏以及參與式學習的重要 性。

(3) 實驗課程設計

文獻林欣達(2013)指出傳統的實驗課設計有如流水式的實驗進度為主,授課教師所提供的 實驗講義則以食譜式按部就班的形式呈現,這種設計的好處是教學者對於課程掌控度比較 高、實驗室管理員對於器材管理比較方便,然而這樣的實驗設計並不利於學生對於光學知識 的建構及發展。這類的教學方式稱為按內容 (Content Coverage)教學(Wiggins, G.與 McTighe, J.著,賴麗珍譯(2008b)),如此的教學方式,將使得教學過程是老師帶著學生 走過教材,比較無法透過實驗培養學生的探究能力。在現今的教學現場逐漸從以教師為中心 轉換成以學生為中心,林欣達(2013)嘗試以探究式教學理念,透過「預測-實驗-修正 (Predict-Test-Reconcile)」的模式來設計發展光學實驗課程。這份研究中亦指出學生對於 實驗課程有以下的認知:

1. 學生普遍認為撰寫報告是困難的

2. 學生普遍認為撰寫報告有助於了解實驗內容 3. 學生普遍認為自己預習實驗的時間比需要的少

其中,對於撰寫實驗報告能力的重要性與申請人對校外實習盟訊公司主管訪談結果不謀而 合。

3. 研究問題(Research Question) 我們的研究問題是要了解以下幾個問題:

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(1)「UbD 逆向課程設計」為基礎之「BOPPPS 有效教學模組」的教學設計是否對於學習成效有 所提升?

(2) 課程目標所設定之「資料分析彙整力」、「訊號處理專業力」、「簡報力」以及「程式發展 的除錯力」對於降低學用落差是否有幫助。

(3) 以逆向課程設計中提到的實作任務設計 GRASPS 方式,針對開放式專題競賽的目標制定是 否有幫助。

其中第三個問題是為了因應 2020 年新冠肺炎疫情對於暑期實習工作的影響所採取的應變措 施。評估降低學用落差的有效性原本預計於 2020 年 7 月至 9 月間的暑期實習中進行檢視,然 而因為新冠肺炎疫情的影響,與計畫共同主持人討論後,我們決定鼓勵修課同學組隊參加校 外的專題競賽,利用比賽作為驗證學用落差的場域。

4. 研究設計與方法(Research Methodology)

(1) 課程設計

課程設計上,我們以要達成四個欲培養的學生核心能力:「資料分析彙整力」、「訊號處理專業 力」、「簡報力」以及「程式發展的除錯力」,設計了五個單元模組,其與核心能力養成的對應 關係如下所示:

單元主題與預期養成之核心能力及授課週數對照表

單元 單元名稱 主要對應欲養成之能力 原規

劃週

實際 執行 週數 1 數位訊號處理之理

論與實作基礎

 演算法於數位信號處理器實作之能力

[訊號處理專業力][程式發展的除錯力] 3 9 2 DSP 發展板與相關

軟硬體資源基礎

 技術手冊研讀能力[資料分析彙整力]

 量測儀器操作之能力[訊號處理專業力] 2 2

3 DSP 發展板基礎實 驗

 專業實驗/測試報告撰寫能力 [資料分析彙整力] [簡報力]

 技術手冊研讀能力[資料分析彙整力]

 量測儀器操作之能力[訊號處理專業力]

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4 DSP 發展板進階實 驗

 專業實驗/測試報告撰寫能力 [資料分析彙整力] [簡報力]

 技術手冊研讀能力[資料分析彙整力]

 量測儀器操作之能力[訊號處理專業力]

3 2

5 企業參訪小專題製 作與發表

 成果簡報能力[簡報力]

 團隊合作的實踐力[資料分析彙整力] 6 3

課程中還輔以教學影片介紹基本數位信號處理的相關專業知識,以補足部分同學缺乏相關基 礎知識。課程中除了講授訊號處理的專業知識之外,還讓同學在課堂上親自撰寫程式、操作 儀器,並以個人為單位,將心得記錄於當週的學習單上,留下個人的學習歷程資訊(共 12 份)。

此外,研究者也會在每週課程後記錄當週的上課心得記錄於教學實踐研究的研究手冊上。

(2) 企業參訪

為了讓企業與學生雙方可以互相交流,我們也安排了修課同學至新北市五股的盟訊公司進行 企業參訪,讓同學可以更加了解企業的工作環境、工作內容,以及企業所需的人才。

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(3) 校外專題競賽

如前所述,我們鼓勵同學組隊參加校外專題競賽,讓自己可以更了解如何將所學知識應用於 實際場域中來解決問題。此次共募集了兩組同學組隊參與競賽,並且順利晉級到決賽階段。

 2020 創創 AIOT 黑客組競賽:

研究者擔任指導老師,隊員為宜蘭大學電機系大三同學,共四名,其中有三名有選修本 訊號處理實驗課程。黑客組的競賽題目由參賽隊伍自行指定,唯一要求是參賽作品必須 使用主辦單位所提供的感測元件。在此限制下,我們利用了UbD 逆向課程設計中,常用 來建構可量測效能指標之工具:實作任務設計 GRASPS (Goal, Role, Audience, Situation, Products/Performance, Standards)。在參考了比賽單位所公告的評分規則來設計 GRASPS,

技術可行性(30%)、功能與實用性(25%)、作品創新性(25%)以及作品完整性(20%)。

 2020 新光保全智慧型保全機器人競賽:

研究者擔任指導老師,隊員為宜蘭大學電機系大四同學,共六名,其中有三名有選修本 訊號處理實驗課程。競賽有設計了兩個關卡,包括了機器人自主移動巡邏以及機器人遠 端遙控巡邏。此外,外殼設計以及警示發報與攝影也有要求。希望機器人在任務進行中 遇到無法處理的意外狀況時,機器人的攝影機須能正常攝影並傳送畫面,以及透過身上 的喇叭播放警報聲。

(4) 行動研究成果資料處理與分析

本次行動研究參與成員共有25 人,有效問卷共 24 份。問卷採用五等第評分的方式評估同學 們對於逆向課程設計、BOPPPS 有效教學模組、核心能力養成成效、暑期實習、校外專題競 賽、課前預習等面向之認同度。另外,我們針對參加2020 創創 AIOT 黑客組競賽的同學進行 非結構性的訪談調查,以評估同學對於這種逆向課程設計所建議的實作任務設計GRASPS 對 於減少目標的不明確性或者反過來說成果展現的聚焦性的助益。

5. 教學暨研究成果(Teaching and Research Outcomes)

(1) 教學過程與成果

我們在課前會請同學觀看預備知識的影片(B),在課程中我們以單元式的方式進行教學,目的 在於讓同學可以清楚每個單元的教學目標(O)。前測(P1)的部分我們採用口頭詢問的方式,瞭 解同學們對於信號與系統理論基礎、數位信號處理理論基礎、C 語言撰寫能力技巧等基礎能 力的狀況,以作為課程中參與式教學(P2)進行方式的參考,我們會在課堂上給與同學實際練習 數位信號處理的C 程式撰寫並且操作儀器去觀察相關信號

特性。最後,我們請同學在課堂上完成學習單的撰寫。學習單上面會整理出當週的學習重點 (S),並且會有一些延伸的題目讓同學自己去思考如何完成更進階的問題或者是解讀實驗數據 結果(P3)。我們完成了 9 份教學投影片資料以及 12 份學習單的設計。此外,針對參加 2020 創 創 AIOT 黑客組競賽的同學我們設計了一份實作任務設計 GRASPS,讓同學做為專題競賽題 目發想,如下所示:

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2020 創創 AIOT 黑客組競賽 GRASPS

我們要設計的專題是利用大會所提供的感測元件(三軸振動偵測模組、光學式煙霧偵測模組、3D 飛時測距模組、藍芽模組、心電訊號(ECG)感測模組、腦電訊號(EEG)感測模組、肌電訊號(EMG) 感測模組、血氧濃度計算模組、環境溫度感測模組、心電與呼吸訊號量測模組)進行題目的發想,

評分項目包含技術可行性(30%)、功能與實用性(25%)、作品創新性(25%)以及作品完整性(20%)。

除了考慮元件使用的限制之外,還要考慮組員們的專長,來思考專題題目的難度;此外,在學期 中組員的時間都比較有限,題目的構思最好能與同學的專長有關,避免需要花太多時間學習新技 術。

我們討論出來的題目是: 情緒追蹤藍芽耳機 四個組員的主要工作分配如下:

組員 1:感測元件、主控板整合

組員 2:情緒壓力演算法設計[參考「音樂療法」(Music Therapy)]

組員 3:軟體介面與通訊模組 組員 4:機器學習引擎建置

目標式設計出一個情緒追蹤藍芽耳機,根據使用者目前情緒播放合適的音樂,改善或增強現有情 緒,達成在最短時間內紓壓的效果。

我們服務的對象是比賽的評審群,設計出的成品在作品的創新性、完整性以及技術的可行性和實 用性都具有說服力。工作分配如下:

組員 1:

可以先去搜尋目前產業界或學術界有無類似的產品或研究?如果有的話,他們可以做到那些功能?

組員 2:

必須先壓力對於人類健康的影響有多大、台灣人民的壓力指數是否很高?用具體的數據說服評審 我們這個題目的重要性。

組員 3:

針對軟體使用者介面的設計以及手機端跟藍芽耳機端的連線方式確定。

組員 4:

找尋適當的分類演算法,將音樂資料庫中的音樂自動進行分類。

最後,我們希望可以在以下四個評分面向技術可行性(30%)、功能與實用性(25%)、作品創新性 (25%)以及作品完整性(20%)取得具有說服力的證據。

我們需要

(1)完成相關資料蒐集,說明本專題的創新性;

(2)壓力指數跟腦波信號之間的關聯性如何證明,有學理上的研究結果作為支持證據嗎?

(3)如果是要設計藍芽耳機,ECG 信號蒐集的貼片應該貼在哪裡比較合適?需要幾組 ECG 感測器?

(4)音樂情緒分類要分為幾類?分類的正確性或者是原始的資料標記是否有相關的研究結果支持?

(5)手機程式介面預計採用安卓系統或是 IOS 系統?

你必須提出書面的實驗程序,其內容清楚列出各步驟的程序、量測的儀器及相關的環境等,以利 評審可以信服你的實驗結果,包含了:

(1) ECG 量測信號

(2) 測試者情緒故意改變時,是否能夠偵測出來?對應的音樂是否會跟著改變

四個評分面向技術可行性(30%)、功能與實用性(25%)、作品創新性(25%)以及作品完整性(20%)。

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(2) 教師教學反思 (1) 課程時間配當:

原本規劃的上課進度著重在利用DSP 發展板進行實驗,並且在後續自我發展的小專題題目上 花較多時間;但實際上課過程中發現到同學們普遍對於理論基礎以及C 程式的撰寫較不孰悉,

因此將單元一的比重由大約16.67%調至 50%的授課時間比例。

(2) 學習單撰寫結果:

不知道是否同學為了盡快完成學習單的紀錄,可以早點下課回家休息。有些學習單的內容記 錄過於草率或簡略。如此,已失去與原本學習單想要達成的功能(摘要今天講授重點、延伸問 題的思考等)。

(3) 實驗執行過程:

在發展數位信號處理演算法的C 程式過程中,多數的同學需要我們幫忙搭鷹架協助,有了基 本的程式輪廓才比較有辦法修改。在課程初期,原本想要磨練同學們完全靠自己解決問題,

但是後來發現,這樣不但會拖延上課時間,而且也會消磨同學們的心智。類似的問題,希望 可以透過適當的鷹架搭建,降低同學的進入門檻,但是又須要避免給同學太多提示,而無法 讓同學獨立思考的目的。

(4) 小專題製作:

此次課程執行過程中,由於前面的基礎概念花掉比較多時間,導致小專題的思考時間不足。

後來,我們對於沒有自己想要做的題目的組別,改成大家統一題目(DTMF 信號產生與偵測演 算法的實作),減少同學們必須要再找時間發想題目的時間。對於比較有能力的同學,我們有 鼓勵同學可以參加校外競賽,以降低同學無法自由發揮題目設計的缺憾。

(5) 問卷結果分析問題:

由於俢課人數不多(僅 25 人,其中有一名同學未完成問卷),導致問卷結果不易產生顯著差異 之結果,依據研究使用的統計分析的需求調整抽選的樣本數應該滿足以下要求(Gay, 1992)

 敘述性統計分析研究:基本上樣本數佔母群體的 10%,若母群體較小,則抽選的樣本數 佔母群體的百分比,需提升至20%。

 相關分析研究:至少需有 30 個樣本數。

 比較研究(如比較實驗組和控制組的差異):每組至少需有 30 個樣本數。

 因素分析:至少需有 100 個有效樣本數,最好超過 300 個以上的樣本數。

(3) 學生學習回饋 質性回饋意見:

 “互動式教學讓學生能夠了解得更快,學到很多關於C語言和MATLAB的撰寫和繪圖 方法。”

 “老師帶領我們走向信號處理實際應用場域,延伸去年所教授的信號與系統學科,使用 MATLAB 以及 ADI BF706 開發板實踐信號處理,搭配各種濾波器以及頻譜分析,數位信 號處理是對我(們)非常有幫助的一門課程,感謝教授的用心備課與指導!”

 “若教授能夠在課堂上分享一些關於信號處理開發板的架構與流程,學生在使用上可以更 加順利上手。老師對於信號處理有想法的學生會認真聆聽,並且吸收我們的思想方式,不 會自私的一昧否決,老師教學用心,可以提升學生的學習熱忱,非常感謝老師及本課程助 教!”

問卷量化分析結果:

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 同學們對於使用逆向課程設計有助於對課程單元的學習目標之釐清給予了高度的肯定

(平均4.75/滿分 5)。

 課前預習影片資料完成度平均介於 70%-89%之間。

 對於 BOPPPS 模組提升學習成效的看法,同學們認為 P2 模組(22.10%)、B 模組(17.90%) 以及O 模組(16.84%)最為重要,P3 模組與 S 模組均為(14.74%),最後為 P1 模組(13.68%)。

 同學對於『安排企業參訪活動有助於我更了解業界需求』的認同度給予了高度的肯定(平 均4.67/滿分 5)。

 同學對於『採用參加校內外競賽有助於我更加了解如何將所學專業應用在問題解決上』

的認同度給予了高度的肯定(平均4.54/滿分 5)。

 同學對於『學習單的撰寫以及課後延伸作業對於資料分析彙整力的提升有正面的幫助』

的認同度給予了高度的肯定(平均4.63/滿分 5)。

 同學對於『假設今年沒有疫情的影響,請問您願意參加暑期校外實習的意願有多高

』表示高度的意願(平均4.13/滿分 5)。

 同學對於本課程對於『資料分析、蒐集與彙整力』的學習成效提升表示高度的認同(平 均4.17/滿分 5)。

 同學對於本課程對於『訊號處理專業力』的學習成效提升表示高度的認同(平均 4.38/

滿分5)。

 同學對於本課程對於『簡報力』的學習成效提升表示高度的認同(平均4.38/滿分 5)。

 同學對於本課程對於『除錯力』的學習成效提升表示高度的認同(平均4.33/滿分 5)。

半結構訪談的分析結果:

 同學對於目前大學所學的專業科目部分存在學用落差的問題,特別是針對理論課程。經 常是不知道為什麼要學這些特別的方程式(例如:工程數學)以及這些方程式到底是用在哪 邊。綜整而言,同學也許學到的某些專業,但比較不知道如何用這些專業。

 輪到必須自己去定義問題、分析問題以及解決問題時特別容易覺得有學用落差。這時候 通常不會有人清楚地說明要做甚麼,如何做。

 會存在學用落差的問題,除了老師的教學,學生也有責任。特別在低年級的課程,老師 的引導思考可能滿重要的,否則除了天資聰穎的學生,大部分同學可能不容易有更深入 的思考,或知道如何活用知識。學生也需要經常訓練自己去思考”為什麼”,而不是一昧 吸收老師所講的知識。

 訊號處理實驗這門課程的一開始就有設定明確且具體的學習目標,並且在實作的過程中,

會讓我們知道以前學過的基礎理論是用在信號分析/處理的甚麼地方。除了可以自己寫程 式去觀看結果,甚至可以使用示波器、頻譜分析儀器等方式去觀察結果,而不是傳統的 數學分析,這會讓學生更容易理解。

 這次參加 AAIOT 黑客組競賽讓我們的收穫很多,從一開始題目構思過程,老師建議使用 GRASPS 實作任務設計的方式去思考,的確比較容易聚焦大家提出來的構想,同時也確 認了大致上的分工模式。在寫計畫書的過程中對於核心能力(1)的考驗是可以看到的,例 如:我們要去找資料支持這個專題的重要性(即說明台灣人壓力有多大,以及壓力對人類情 緒的影響)另外,由於比賽單位有指定使用某些電子元件,我們還得去找其規格資料,方 便做後續題目的發想;另外我們後來提出的『情緒追蹤藍牙耳機』有用到信號在不同頻 段的強度去估算壓力指數,也算是有活用到訊號處理實驗這門課所學的專長;簡報能力 的部分充分展示在最後去參加決賽時的報告;程式發展的除錯力也有得到許多驗證,例 如:DSP 發展板、手機介面程式開發、深度學習程式開發。

 經過這門課程的訓練,我們對於進到職場所需要的專業技能比較有概念,也比較清楚如 何訓練自己,以後在思考問題的過程中,我們也盡量會以目標為導向進行設計思考。同 時,我們雖然這次競賽沒有得獎,但是後續我們會在將此成果拿去其他國內研討會進行

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發表。

期末教學滿意度結果:

 使用學校的調查問卷,共21 人填答,本門課程的滿意度為 4.52(滿分 5 分,系平均 4.39、

院平均4.37、校平均 4.36)。

6. 建議與省思(Recommendations and Reflections)

好的教學設計對於學生的學習成效的確有很大的改善,BOPPPS 有效教學模組的課程設計可 以讓課堂中學生的反應較為活躍,也大幅避免單方面講授的傳統教學的缺點。本次行動研究 嘗試以逆向課程設計的概念來建構B 模組與 O 模組以提升學習成效、降低學用落差。雖然此 次因為新冠肺炎疫情影響,無法由本次的暑期實習去直接驗證對於降低學用落差的成效;但 是,在與參加校外專題競賽的同學經由半結構式的訪談後,由參賽同學們的反應,研究者還 是對於此做法給予正面的肯定結果,我們也將會在109 學年度的課程中持續嘗試此教學模式,

希望可以透過長期的實驗與觀察已獲得有效的支持證據。過程中教師紀錄的行動研究紀錄簿 比較多是課堂上的觀察,或者是可以持續改進的方向,個人覺得對於行動研究的過程紀錄有 很大的幫助。

二. 參考文獻(References) 1. 中文部分

李 紋 霞 (2012) 。 有 效 教 學 結 構 : BOPPPS 模 組 。 國 立 台 灣 大 學 教 育 發 展 中 心 。 取 自 : http://ctld.ntu.edu.tw/_epaper/news_detail.php?f_s_num=96

林欣達(2013)。光學實驗課程發展研究(碩士論文)。國立清華大學物理系研究所,新竹市。

劉雯瑜(2016)。基於 UbD 理論之技職課程設計與實踐。大學教學實務與研究學刊,民 106.07,

133-150。

鍾智超等(2016)。U-BOPPPS 教學模式之評估與建構。技術及職業教育學報,7,1,97-117。

Wiggins, G.與 McTighe, J.著,賴麗珍譯(2008a)。重視理解的課程設計。新北:心理。

Wiggins, G.與 McTighe, J.著,賴麗珍譯(2008b)。設計優質的課程單元-重視理解的設計法 指南。新北:心理。

2.英文部分

Aronson, E., & Patnoe, S. (1997).The jigsaw classroom: Building cooperation in the classroom

(2nd ed.). New York, Addison-Wesley Longman.

Fenrich, P. & Johnson, R. (2016) “Instructional skills workshops: a model for training professors how to teach”, in Proc. Research Highlights in Education and Science, pp. 9-14.

Gay, L. R. (1992). Educational research competencies for analysis and application. Macmillan, New York.

Instructional Skills Workshop International Advisory Committee. (2006). Instructional Skills Workshop (ISW) Handbook for Participants. Instructional Skills Workshop International Advisory Committee, British Columbia, Canada.

三. 附件(Appendix)

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附件一

期末教學評量問卷(研究者提供)

1. "逆向課程的設計有助於對課程單元的學習目標之釐清",請問您對這句說明的認同度為 何?

2. 假設有課前預習影片需要觀看,通常影片事前預習的完成度約多少?

3. BOPPPS 模組中,您覺得哪一個對您提升學習成效或提高上課注意力最有幫助(可複選) 4. "安排企業參訪活動有助於我更了解業界需求",請問您對這句說明的認同度為何?

5. "採用參加校內外競賽有助於我更加了解如何將所學專業應用在問題解決上",請問您對 這句說明的認同度為何?

6. "學習單的撰寫以及課後延伸作業對於資料分析彙整力的提升有正面的幫助",請問您對 這句說明的認同度為何?

7. 假設今年沒有疫情的影響,請問您願意參加暑期校外實習的意願有多高?

8. "資料分析、蒐集與彙整力"的學習成效,您個人評分幾分(5 分最高)?

9. "訊號處理專業力"的學習成效,您個人評分幾分(5 分最高)?

10. "簡報力"的學習成效,您個人評分幾分(5 分最高)?

11. "除錯力"的學習成效,您個人評分幾分(5 分最高)?

12. 質性回饋意見,對於本門課程的實施有無其他建議?

期末教學滿意度問卷(學校統一)

1. 老師能清楚說明教學目標及教學大綱。

2. 本課程教材內容有組織且適切。

3. 老師的授課內容能切中主題,不偏離教學目標。

4. 老師對本課程教學認真負責。

5. 老師不會無故缺課、遲到、早退。

6. 老師留意學生的學習反應,並改善學生的學習困難。

7. 老師能清楚表達授課內容。

8. 老師使用適當教學方法及資源,能引起學生學習興趣。

9. 老師與學生互動良好,能鼓勵學生投入學習。

10. 老師評分方式與標準於事前清楚說明,並能反映學生的學習成效。

11. 老師適時給予學生作業、報告或考試等評量方式,有效掌握學生學習效果。

12. 老師會將各項評量結果告知學生,適時給予意見。

13. 整體而言,本課程的教學品質良好。

附件二

半結構訪問題目大綱

1. 您個人覺得在大學階段,所學的專業科目,是否存在學用落差 (可用不同程度表示)?為什 麼會有這種感覺?

2. 在”用”的具體表現,您是透過修課(包含專題研究等拱頂石課程)或者是其他面向去了解(如:

校外工讀)或者只是無法具體說所學知識可以應用到甚麼地方?

3. 如果有學用落差存在,您覺得問題出在哪裡?如果沒有,可否具體說明您是如何做到學以 致用(可以實際例子說明)。

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4. 訊號處理實驗這門課程的教學/引導方式,您覺得對於降低學用落差有何具體的改善?

5. 在參與校外專題競賽的過程中,您覺得過程中,授課老師以及同組同學們的齊心協力,對 於您培養原課程預定養成的四項核心力 “(1)資料分析、蒐集與彙整能力、(2)訊號處理的專 業力、(3)簡報能力以及(4)程式發展的除錯能力”有何具體的證明及對應關係?

6. 這門課程所設計的學習方式(以目標為導向的設計),會不會影響您之後在其他科目的學習 方式?

數據

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參考文獻

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