上一門不用教科書的課

王立天

這個報告可以說是延續2007年在西安“第三屆全國計算機教育論壇”上作的分享。那次的報告內容似乎比較理論，不免會讓人覺得是在唱高調。因此進一步與各位分享在教學上的實際案例，提供大家參考如何在一線教學上落實那些理論。報告的主題：不用教科書的課程。報告內容依次為：報告動機、教學目標、教學理論、課程設計、教學方法與課程實施。

1 報告的動機

以下先作一些背景的說明，部分內容是延續前次的報告，顧及大部分讀者可能不清楚，容我略略重復述說。

1.1 動機一：新科技、新知識

個人一直有個問題在思考，我們的計算機教育要教孩子們什么？因為當今計算機的技術進步太快，新的知識大約每兩年就成長一倍，學生大一所學的新知識，到大三可能就已過時，因此學校課程改不勝改。在海外教書十幾年間，感覺還不會那么強烈。回到臺灣這些年間參與課程委員會，發現課程今天改、明天改、過了六個月又要重新討論。那么，我們到底要給孩子些什么呢？

美國前教育部長曾經感嘆道；2010年最迫切需要的十種工作，在2004年時可能根本還不存在。回想十年前，再看看現在，我們也會有同樣的感慨。因此我們的挑戰是要教學生面對目前還不存在的工作，使用現在還沒有發明的科技。不管我們的課程是七個核心還是九個核心，重點是要如何教他們進了社會解決可能從來沒有想過，甚至沒發生過的新問題。在這個概念下，關心到孩子真正的需要，如何從“學什么”(內容)轉到“如何學”(過程)，是我的主要動機之一。

1.2 動機二： 哈佛的通識課程

在去年的報告里面也討論過，通識教育是美國大學教育的核心，大學好像是一顆大樹，主干應該是通識教育，而大樹上的分枝才是專業主修。就這方面的認知，東西方有很大差異；我們的大專院校里是以專業為主，學生考進什么科系就一路念下去。美國大學里三分之二的學生，畢業前都曾轉換主修，雙主修比比皆是，而臺灣3成8的畢業生后悔所選擇的科系(注：http://career.1111.com.tw/focus1.asp?sno=1175)。不一樣的概念使我們在東方的高校，無法體認到通識教育的重要性。個人因研究課程接觸了哈佛大學近年更新版本的通識教育課程(注：http://career.1111.com.tw/focus1.asp?sno=1175)，是經過150余位教授三年激烈的討論后才定案。他們的白皮書中有幾句話讓我非常有感觸，也讓我對高等教育有更上一層的見解。

通識教育的目的，一是動搖原有的認知(to unsettle presumptions)；二是使熟悉的變為陌生(to defamiliarize the familiar)；三是揭露表顯下的事實(to reveal what is going on beneath and behind appearances)；四就是讓學生迷失方向，使他們重新定位出發(to disorient young people and to help them to find ways to re-orient themselves)。我常常對我的同事挑戰，哪位能設計一課程，讓學生迷失方向？我們東方的教師教學，都習慣有頭有尾說得清清楚楚，希望讓學生徹徹底底明白一切。而西方的教學思維卻是讓孩子在課堂上迷失方向，讓他自己尋出一個方向來。在以下的報告中，我將分享如何把這個概念融入我的教學。

1.3 動機三：芬蘭教育

國際經濟合作發展組織(OECD)對全球15歲學生整體表現評比，發現芬蘭學生成績落差最小(注：www.kingstone.com.tw/book/book_page.asp?kmcode=2015200084888&show=content&OpenArea=1)，被評鑒為全世界最平衡的教育體制。但落差小并不代表成績差，芬蘭學生就閱讀與科學兩個項目在國際教育評量評比(PISA)中稱霸，而且解決問題和數學兩項分居第二。芬蘭教育的特色是絕不放棄后段的學生，他們的理論很簡單，教育本身就是讓學生們在一種環境中成長，聰明的孩子懂得學習、會學，而那些因各種原因落后的學生，反而應該得到照顧。

芬蘭的教育特點有這樣幾點：(1)上課時數少，課后復習時數少，暑假長；(2)沒有資優班，不需贏在起跑在線，滿七歲才入學；(3)不讓一人落后；(4)沒有后段班，只有引導班；(5)中小學生下課很少呆在教室，即使天寒地凍，下課也要全副武裝出去玩；(6)偏遠地區學生坐出租車上下課；(7)沒有固定上課時間、下課時間；(8)教育目的在于培養孩子終身學習能力；(9)重視過程甚于結果。我認為最重要的就是最后一點，也是我實施教學上的主要原則。

1.4 動機四：大學不等于職業教育

大學與職業教育到底有什么不一樣？曾經有幾件事給我個人很大的啟發，舉其中幾個小故事；大學后在臺灣得到第一個全職的計算機工作，每天帶著公司發的領帶進進出出非常快樂，拿著系統工程師的小名片到處發感覺很驕傲。可是坐在我旁邊一位高職畢業的小女生，因為她的COBOL程序又漂亮又整齊，老板喜歡她不得了，看到我寫的程序眉頭就皺起來了。我開始認真思考念大學到底為何？大學生難道不如高職生？

多年前我在美國教書時的幾位學生，剛畢業就花了相當于大學一年學費的經費，去補習報考火紅的Novell證照。當時我在想干脆學校也來開班，大家各取所需多好，大學就直接取代補習班，還是補習班干脆取代大學了？另外在網絡泡沫化前，不少原來念生物、歷史、中文的朋友跳槽，上6個月的補習班拿計算機證照，還都能找到薪水不錯的工作。如果只是找工作上班，學生根本不需要在大學里混四年。大學存在的意義是什么呢？個人認為應該是要給學生一輩子能運用的能力，這也是設計課程的主要思考方向。

2 教學目標——重學習過程

總結以上的想法，我訂定了一個教學目標就是“重視學習的過程”。同時在個人多年的教學中發現，學生對計算機的概念往往是很零碎，缺乏一個具象的認知。因為傳統的學習模式里，仍然是老師講學生聽，學生缺乏主觀的思考，學習結束沒有與其他科目橫向連接，不久后就把所有學的還給老師了。因此我的教學目標是以下面幾個方向來進行：(1)引發學生學習的動機，(2)啟動學生自我學習的能力，(3)培養學生的責任心，(4)打破老師講學生聽的單一模式，(5)引導寬廣面的認知，建立具象立體的概念。

3 教學理論——認知結構學習論

教育心理學里面談認知學習(Cognitive structure learning)通常會說

到兩大理論，一是J.S.Bruner的發現學習論(Discovery learning theory)；另一個是D.P.Ausubel的意義學習論(Meaningful learning theory)。就我粗淺的了解，前者認為教師扮演的角色是引導者，告訴學生怎么做，由孩子們主動去發現知識中所隱藏的原則。教師好比一個球隊的教練，是讓學生們下場去打球而不是教練。而后者的概念和我們東方的思維比較類似，由教師事先把教材充分準備好，將新知識詳細規劃在清晰的課程架構上，教學以講解為主，且要從頭到尾都說清楚，而討論及其他操作方式為輔。雖然覺得兩種方法都不可缺，個人的教學比較傾向前者的運作。并且另一位專家Paulo Freire認為知識是動態的，應該用對話來落實教育活動，他建議的提問式教學(Problem posing)與我所想要做的不謀而合。

4 課程設計：螺旋式課程

課程的設計是采用由J.S.Bruner提出的螺旋式課程(Spiral curriculum)。假如教學像爬山一樣，通常我們的教學習慣是一口氣從山下直線攻頂，從A講到Z非要一次說清楚不可。螺旋式課程就像是繞著山轉，在相同的角度看到的風景雖然都一樣，但每次繞回來時的高度不同，能看到的廣度和深度都不一樣了。等到達山頂時學生不僅對山有具體認知，也能掌握四周環境全面性的關聯知識。

以螺旋式的理念應用在數據結構教學，課程設計中我有兩個面向，一個是以數據結構課程作內容；另一個是以計算機核心課程作內容。這樣操作的原因，是與當年第一次學數據結構的痛苦經驗有關。當時我很想知道數據結構是什么東西，也想知道學習數據結構的目的是什么，它將來的運用是在什么方面。上課前到處詢問打聽，上課間老師也認真講了很多，學了一堆東西還是不清楚數據結構要做什么，好像與其他課程沒發生什么關系。所以，現在我將數據結構課程作一些擴展，有機會就會加上計算機核心課程基本知識的論述。

5 教學方法——改良式五段教學法

課堂教學是采用改良式五段教學法，是由臺灣熊慧英教授改良自德國教育學家J.F.Herbart所提出的教學法。熊慧英教授之前任教于師范大學，實務經驗豐富，經歷幼兒園園長、中小學校長、大學系所主任。她改進的五段教學法內容如表一，其特色是學生本位，活動以學生做主角，而教師是導演，每一次上課都可按順序，將五個過程來聯貫實施。

我個人認為最重要的步驟是最后的“收網”，一方面教學效果要實時驗收，驗收方法很多，如小考或學生上講臺演練都可。但更重要的是一定要清楚交代預習以及強調作業完成，然后在下一次上課時嚴格的驗收預習及檢討作業。否則學生沒預習，課堂里教師和學生無法互動，就會回到老師講學生聽的老局面。另外“連結舊經驗”也是非常關鍵的，由學生找出上堂課和這堂課的關聯，是培養他們建立學習方法的重要過程。事實上花了這些時間后，教師的講解分析與概念補充會明顯提升效果。“回饋”就是讓學生們能夠發問、討論、實際操作，有什么創新議題或有好的想法，請千萬留時間給學生。我們東方的孩子不太會問問題，原因之一是我們沒有留時間給他們去天馬行空的思考。

6 課程實施

在課程實施上我有如下的規劃：

(1) 有非常清楚的課程大綱：就好像旅游導引地圖，要說明這個課程如何實施，讓學生能隨時清楚他所在位置。

(2) 依學習狀況給予明確的進度：師法芬蘭不放棄后段學生的原則，進度會為落后的學生不斷作調整，不會為趕進度而趕。對進度快的學生給予額外的材料，也要求他們協助落后的學生，養成一種幫助他人的良性社會行為。

(3) 不指定教科書：數據結構不是一個新的學科，發展已經幾十年了，圖書館的數據多，網上的免費教材也很多，要讓孩子們自己去找資料。將來他們進入業界，老板指定一個項目，不會告訴到哪找參考書。不指定教科書的另外原因，是不希望一本教科書就可能把學生的概念給固定了。

(4) 鼓勵讀書小組：將來學生進入業界，會經常需要小組互動。讀書小組為將來從事社會化活動的前奏，學生偶爾會有矛盾出現，但能學到做人處事的原則。同時學生來問問題時，也鼓勵結伴同行，因為事先他們經過腦力激蕩的討論，講解吸收的果效倍增。

(5) 非常強調預習、復習：預習是希望學生事先了解上課內容，而且課前接觸不同的資料，課間討論時才能積極參與并言之有物。而學生在課堂上只會記得一周前20%授課內容，如果不實時復習，學習成效一定打折扣。預習、復習能奠定良好自我學習基模。

(6) 學生不提問題就不講課：這是學習態度與責任感的培養，因為如果按規定預習、復習，又認真做作業，學生勢必會有相當的困難疑惑，可以在課間提出經師生來一起討論(而不是由教師直接答復)。學生如果提不出問題，一種可能是完全沒有困難，我會立刻以小考驗收。另外一種可能是學生沒有預習、復習，我會告訴學生因為他們不負應盡的責任，我也就不負責任而不講課。但話說是不講課，我會出一堆深淺互搭的問題要學生當場操作，也會選一些同學上臺答題，其中可能有錯的有對的，我只討論而不給答案，讓他們帶回家成為作業。

(7) 隨時以小考評量學習果效：小考(pop quiz)就像爆米花一樣，隨時都會爆出來，完全依照他們的學習狀況進行。考試的時候學生就會發現，在真正了解與大概了解之間有很大的差別，他們也會為沒有預習和復習付出“慘痛”的代價，因為小考的成績占很重的比例。

(8) 作業有連貫性：作業會按照主題分類，相同主題下的許多作業有一定連貫性，如果學生前一個作業是抄別人的，然后又沒弄清楚怎么回事，后面一個作業就很難繼續。而且小考也能立即反映學生有沒有花時間在自己的作業上。

(9) 鼓勵上講臺演練：學生主導的課堂，臺上的主角應該是學生，親自上臺去演練會加強學生的認知學習，教師不要占太多的時間。

(10) 困難的點要重復接觸：利用螺旋式課程的概念，對于一些重要且較為艱難的議題，會在學生糊里胡涂的時候停下來，告訴他們不要急、慢慢來，過兩個禮拜利用機會再回頭來講，談到他們又糊里胡涂的時候，就再等段時間續談。

7 課程特色：談天、說地、論人

常思考計算機科學能成為一個science的道理所在為何，而西方的學校常將art 與 science組成一個學院，也不明白為什么文學院和理學院能合在一起，后來有了一些領會，因為art 和 science基本上是一個范疇。既然孩子來到了計算機科學系，我就要帶領他們從欣賞art的角度進入science的領域。我希望學生將來成為一個“師”，而不是成為一個“匠”。好比學建筑的要先會欣賞房子，同時才來學如何建房子。

有人認為數據結構的教學，只需教學生使用別人寫好的template即可，就像蓋房子用水泥灌模子就行了。這讓我想起曾獲世界設計大獎普立茲克獎的名建筑師安藤忠雄(注：http://web2.ntit.edu.tw/~s14938024/ando.htm)，他對清水混泥土特別情有獨鐘，大部分的作品都是以清水混凝土來表現。但是任何水泥工匠都會用的清水混泥土，有多少人如安藤忠雄盛能深入察覺到構成材料與形態之間的關聯？今天我們是在培養計算機的專家，而非計算機的使用者，所以個人會花很多時間和學生談what、why、how，以系統開發者的角色出發。

譬如談數據結構前，先談什么是data？計算機里的data type有哪些？然后指派作業去查什么是ASCII/ EBCDIC/UNICODE等，從bit復習到BCD時會要求學生寫一個程序，把一篇英文的文字文件，用加減法將字母的大小寫互換，(此時還未開始談linked list卻已開始用到了)。接著淺談Coding Theory，再從Morse Code論到Cryptography。其中談到二戰德軍的Enigma密碼機，會要求學生去看電影《獵殺U-571》(改編自1994年6月4日美國海軍TG 22.3部隊在海上獵獲U-505號U潛艦史實)。講到二戰時期破密碼少不了提到Alan Turing的貢獻，至于ACM 與Turing Award的關系當然也會成為學生的作業題目了。

然后要問學生data放在計算機里面什么地方？接著把Memory比喻成大旅館，每個房間都有號碼，除了確立學生有address/pointer的觀念，還可談談計算機組織結構。當然任何旅館都需要有管理，這間大旅館的經理就叫做Operating System，順便也把OS的相關業務介紹一下，同時也請大家去查一下Edsger Dijkstra這號人物對OS的影響。這個實例說明我如何把計算機核心課程融入教學，目的不是讓學生即刻明白組織結構或操作系統，而是落實螺旋式課程的理念。

繼續會要談什么是data structure？如果把水果當成data，水果攤上擺不同的水果方法就不一樣，橘子可堆成山，但香蕉不能因為會壓壞。再把書視為data，同樣的書在書店呈列圖書的原則，與圖書館存書的方法也不相同。因此學生很快了解這個科目的大概內容，就是要談如何有效的擺放data，能易于觀察與處理。接著進一步會論到Data Base，當然要秀幾個Data Mining的神奇故事。一定也會扯進Artificial Intelligence, 順便吹噓一下我與Lotfi Zadeh在新加坡巧遇的經過。

我會把程序設計、數據結構、算法、計算理論這一系列的課，用訓練大廚師的概念串起來。從洗菜切菜到抓碼，從油鍋炒鍋到二廚，從大廚到行政總廚，最后能創新食譜。不僅讓學生對課程的關聯有一個具象的概念，也順便讓孩子知道國際連鎖大旅館的總經理多由廚房出身。還有許多類似的案例就不逐一敘述。學生也許聽的似懂非懂，但是有如竹籃子打水，會慢慢凈潤透的。

個人大概過于古板，不堅持需要用什么犀利的程序語言來教學，C語言甚至BASIC都可以。但是我要求學生們用紙和筆來寫作業，例如在講遞歸(recursive)的時候，我讓學生去校園里“摸”幾張沒用的大海報或廣告，在海報的背面用手寫去仿真Fibonacci數列程序的運作，很多同學表示因此對遞歸有了清楚的概念。用筆紙做作業就算抄別人的，還得看一眼別人寫什么，最起碼比直接cut/paste有意義。而從環保面講起，有人以為用計算機可以省紙，卻不知道是更耗費電量。

8 課程實施條件和困難

這樣由學生主導的教學模式，有其實施上的條件，不是每個科目或每堂課都可如此操作，大概歸納出下面幾個必要環節：(1)班級人數不能過多，一個五六十人的大班級是沒辦法良好互動的。(2)適合操作性強的課程，或技術性低的入門課程，學生容易藉實做來進行學習。(3)有充足的資源，如圖書館、網絡資源、助教等。(4)教師對課程內容有十足的把握，不能本身對課程不熟習，然后要學生去自己讀。(5)教師有相當的教學經驗，能掌握學生的學習狀況，明了可能有的學習障礙。(6)教師能實時問問題，將深淺問題靈活互搭。例如先給一個非常深的問題，學生會凍在那個地方，此時再丟一個淺的問題來引導思路。

曾經嘗試與同仁交流如是概念的教學，但是發現推動是有相當大的困難。大概原因如下：(1)大學教師對教育原理陌生；大家都認同對大一和大四學生上課，學習能力差異是非常大，讀書的心態也都不一樣。但是我們對學生的心智發展及認知表征，理解有限還不如中小學教師。(2)成績不容易量化；因為強調學習過程，我有20%的分數來自教學過程中的學生參與。每個孩子的發展都不一樣，成績量化是不容易的。(3)效果很難及時評量；學生上完我的數據結構，可能雙鏈都還沒有講，如果按照現行熱門的工程認證去評量，能力指標表上的許多空格可能都要空白，沒辦法打勾是因為無法立刻提出證明。(4)學生初期接受度難；在考試導向成長的孩子，都是由人手把手的被動式學習，突然一切要自己來了，會失去方向而不知所措。

9 結論與心得

就在前個學期我用類似方法教大一下的程序設計，學生抱怨的是老師上課不用課本、不講課只考試、問問題不給答案。期末學生給的評分結果是全校最末5%的教師，還必須接受學校的教學輔導。可是這學期上數據結構，同樣一批學生的反映就不同了，其中一位是這么說的：

…我還想用用看不一樣的方法解題，比如這tree要用pointer去做的話，回家我就array做做看，比較兩個的不同，反正又不是在讀死書。答案出來不正確是一回事，更重要的是解題過程中的想法與思考…

另一位外籍生如是說：

…Data Structure (class) allows me to explore this difficult subject by myself without a guiding hand showing me how things should be done….you realize youre not only learning structuring data, but a lesson that can be applied to your life as whole.”

這兩位學生的成績都不算杰出，他們的評語卻給我相當的鼓勵與安慰。至今仍然有許多同學討厭我的教學方式，但一位曾經在大學上過我課的究生表示：

…小時候覺得他上課很無聊，不知他所云。現在才發現原來那是自己的無知。

這句話讓我動容且雀躍三分，心想夫復何求？

我們的學生很可憐，從小就被強迫急著學東西，而急的過程常伴著反效果。就像讓孩子練鋼琴急于求成的家長，第一堂課就開始教孩子指法，急于讓孩子彈一首曲子卻忽略了節奏，而孩子的節奏感是天生的，節奏感帶出來再學鋼琴，那對孩子的影響才是終身的。許多教師的教學又急又忙，我常在想急著趕什么呢？學生的學習胃口被破壞，給孩子的有多少是他們帶著走的能力？

我們一日三餐，中間都有間隔消化的時間，學習也是一樣需要時間消化。嘗試行為和思考邏輯是一種“慢學”的方式(注：http://tw.myblog.yahoo.com/jw!D4z7iz2CAh5soj50CN8jqtxH7Rdiy9mUJQ--/article?mid=424)，就像細細品嘗的道理！我們強調培養創造力，而創造力需要時間，沒有辦法囫圇吞棗，而培養學生創造力的過程更需要有時間。現在的知識太多，你要給學生的幾乎教不完，我覺得要讓學生慢慢學，是要能喜愛學習的學。敬送給天下教師伙伴一句諺語：”Tell me, and I'll forget. Show me, and I may not remember. Involve me, and I'll understand.”

對于希望培育什么樣的學生的問題，有些教育者表示希望自己是對社會國家有責任感的有為青年；有些教育者則希望他的學生會問問題。我絕對相信一個會問問題的學生才能知人、知物、知天，才會對社會國家有“感覺”。身為高等學府的施教者，我們必須有個清楚的認知；知識的傳授只是一個載體，我們要借著這個知識傳授的機會，來培養學生發展成為一個完整的“全人”，大學教育不能淪為一個就業的戰場。

最后特別要感謝改良五段教學法的熊慧英教授，她與我個人關系非常深厚，因為她是我母親。不僅在她身旁耳濡目染，她不放棄落后學生的堅持，才造就了今日的我。