計算機概論十六講
說明文件

教材開發進度報告

93 年 3 月 31 日

設計理念 試教人數 講課影片 講次大綱
資料量 製作群 使用量 首頁規格
控制面版 查核表 線上教材 自我檢定
自我評量 線上考試 進度檢閱 檢閱成績

設計理念

這部教材的重要設計之一是紙本與網路多媒體工具的相輔相成。 紙本部份共 16 章，所以叫做《計算機概論１６講》， 每章 8 頁以配合兩節課 100 分鐘的講述容量， 其他擴充的知識內容、歷史故事、技能練習、自我檢視與評量工具， 都放在對應的網頁上。

整個教材的設計理念和使命，以及書本的體例和與網路教材的互動關係， 都寫在這本書的前言。以掃描的圖檔提供參考，文字部份應該足夠清晰可讀， 請從以下的縮圖連結到大型圖片：

教學實驗

這套教材自從 1999 年秋季 (88 學年度第一學期) 開始試用， 還沒寫完成的部份就只能在課堂講授時間內解釋， 而網路教材之輔助工具也是一邊實驗、一邊思索、一邊設計與撰寫。 總共試教過的對象，大約有中央大學數學系學生共 500 人， 中央大學英文系學生共 100 人 (0 至 9 講)， 台灣大學數學系學生共約 120 人。

許多實驗後的心得和注意事項，已經紀錄在網路教材每一講的『教師手冊』裡面， 以便日後教書的同仁參考。 對於某些線上評量工具，也因這幾年的時候獲得成績分佈的模型； 若有必要，這些評量工具的參考分數也紀錄在『教師手冊』裡面。 根據實驗也得知教材的難度和作業份量， 大約調整在什麼程度是大一學生能夠負荷的。

書本

這本書的封面設計很樸素，主要的設計就是放上作者與合作開發網路教材的同學照片。 但是，我們不一樣的地方在於，放上去的全部是我們這些人六歲到十歲之間的照片。 這個設計的目的之一是，我們不希望太過曝光； 但是主要的理念，其實是要提示：兒童的未來真是不可限量啊。 請從左側的縮圖連結到大型圖片 (那是 2002 年 12 月的版本)。

書本共有 16 章，每章 8 頁，寫著最核心的知識， 而且可以用兩堂課講授完畢 (不必是連續的兩堂)。 為了方便其他教師使用這套教材，也為了作者自己授課方便， 已經有一些非常純樸的講課影片可供教師參考。 考慮網路頻寬，我們提供兩種資料流速的授課影片， 雖然影片的製作非常簡樸，但是在中央大學數學、英文系試用情況良好。 以下提供兩例，視訊檔案格式都是 WMV，用 Windows Media Player 即可播放：

資料流速範例一範例二
128kbps 第一講第一節 第二講第二節
888kbps 第一講第一節 第二講第二節

從書本的目錄與題綱，可以一覽這套教材的內容規劃。 請從以下縮圖連結到大型圖片，那是 2002 年 12 月的版本，稍有遺漏。

 

基本上，0 是一個濃縮的計算方法與計算工具的發展史， 放在整個數學史的大架構來看，從古代講到 1950 年代。 1 講電腦的最基本週邊設備：鍵盤、滑鼠、螢幕，和最常見的圖形操作介面。 2 講電腦最基本的資料型態：文字，解釋字集和字碼， 特別講解中文的處理原理以及中文輸入法。 3, 4 和 5 是一系列講解網際網路和磁碟機檔案系統的文章， 因為『網路即電腦』，我把這兩種系統放在一個概念架構下討論。 這三講的目標放在，讀者能夠完全瞭解在 PC 或 Unix 系統內， 一般使用者都會遇到的各種檔案管理、磁碟管理、網路設定與系統安全之狀況。 6 和 7 都講文字資料處理，前者專注於純文字檔案， 後者專注於文字排版與印刷。 以下提供第 0 講到第 7 講的書本掃描檔案，都是 Alpha 版本， 作為課文書寫風格的範例；您會看到書本左右側， 有時候出現一個箭頭標記和一串數字，那是擴編教材的記號：

8 和 9 解釋多媒體資料的原理和儲存。 前者專注於顏色和圖像原理，後者專注於數位音訊， 稍微涉獵了動畫和儲存裝置。 第 0 講到第 9 講，共 10 章，在經驗上可以作為第一學期計概課程的內容。

這本書以十六進制數字為篇章編號。所以接下來有 A 講資料庫和 SQL 語言， 在網路教材提供讀者一個具有三千多筆資料的關聯式資料庫來練習。 B 講數學專業軟體，主要推薦陣列導向計算和電腦代數系統， 但是也提及統計專業軟體。 C 講程式語言，D 講硬體計算使用的整數與浮點數資料原理， E 淺介計算機組織和 CPU 之機器碼， 網路教材提供一個 4-bit 虛擬 CPU 讓讀者練習。 最後，F 講邏輯電路和布林代數，用真值表定義邏輯計算， 網路教材提供一個 2 或 3 或 4 bit 的模擬電路板讓讀者練習。

書本之每一講至少有五千字，所以整本書大約有 80,000 字。 我為什麼要限制書本的字數？已經在書本『前言』中闡述。 其實這份教材主要的文字在網路上，光是『擴編教材』部份如今就已經有 72,000 字， 在加上許多『線上教材』，例如 Matlab 線上教材有 50,000 字以上， C 語言線上教材更超過 80,000 字。 其實，網路教材的重點並不在文字的多少，還有多媒體教具、習題、評量工具。

為什麼這本書寫了這麼久？因為我其實寫了大約五本書。 更要加上各種網路輔助學習工具的設計和撰寫。

網路教材

這份教材的網路教材放在單維彰辦公室內一台名叫『李白』的 IBM Netfinity 3500 機器內，這部機器的作業系統是 Linux (核心版本 2.4.18)， 提供服務的軟體系統主要有 Apache 網頁伺服系統，含 SSL, Php, Perl 等模組， 和 MySQL 資料庫管理系統。

資料量統計

以下報告這個教材網站下所擁有的檔案種類、數量和資料含量。 這份統計是根據 2004 年 3 月 25 日的普查， 並且已經盡可能地排除了備份檔案、製作統計時產生的臨時檔案、 從外面鏡射 (mirror) 回來讓學生下載使用的檔案。 總計有 375 個資料夾，7,753 個檔案， 155,166,919 Bytes 資料量！

BCC16 網路教材的檔案數量與資料量
種類檔案種類數量檔案含量 (byte)
文
件
檔
案 		HTML 或 SHTML 或 XML 網頁與
CSS 格式檔案 		1,547 11,927,963
PHP 網頁原始碼 193 482,596
工作計畫、通訊紀錄、原始資料等
其他文字檔案 		2,011 6,793,342
PS, EPS 或 PDF 文件檔案 40 22,083,037
多
媒
體
檔
案 		BMP, JPG, GIF, PNG 圖像檔案 3,478 95,190,836
MIDI, WAV, MP2, MP3 音訊檔案 26 2,030,982
Flash 原始碼、動畫 33 7,223,226
資
料
庫 		資料庫檔案 523 6,621,645
SQL 原始碼 32 634,581
程
式
語
言 		C/C++ 原始碼、可執行檔案 45 633,047
Java 原始碼、Class 或 JAR 檔案 91 765,338
AWK 腳本程式、Perl, C-shell 之 CGI 程式 23 66,488
TeX 原始碼與 DVI 格式檔案 24 42,699
Matlab 或 Maple 原始碼和資料檔案 39 671,139
總
計
7,753 155,166,919

許多人曾經為這份網路教材付出時間、專業與心力， 他們大部分是數學系的學生， 以下按照我主觀上認為貢獻量的多少排序， 而比較少量的貢獻者就暫時從略了。 但是，在每張網頁上，都明白紀錄了製作者的姓名、修改者、以及日期。 所以，凡是有貢獻的人都不會被遺忘；只是人數眾多，不便在此全部列舉而已。

BCC16 網路教材的貢獻者
姓名背景工作
張智韶數學系 85教材輔助, 系統規劃, C, Php 與 Java 程式設計
顧正偉數學系 88教材輔助, C 與 Php 程式設計
李易霖數學系 88教材輔助, Java 程式設計
徐家珍數學系 84美工設計
陳韋辰數學系 83教材輔助, Java 程式設計
林勁伍數學系 88教材輔助, Php 程式設計
詹博欽數學系 89美工設計
周恩冉數學系 89C, Perl 與 Java 程式設計
徐佳萍數學所 89教材輔助
陳柏成數學所 91教材輔助
李明裕數學系 87教材輔助
吳柏青數學系 87教材輔助
卓昇勳資工系 89Php 與 Java 程式設計
張鈞威數學系 89教材輔助

使用量統計

這個教學網是在 2000 年春季開張的， 但是直到 2001 年底才開始設計使用者帳號機制。 這個機制在 2002-01-31 12:36:23 正式啟用， 第一個『外人』註冊者名叫『吳柏鋒』， 他是在 2002-01-31 13:27:43 註冊的； 截至寫稿為止，最近一位註冊者名叫『李明樺』， 他是在 2004-03-31 00:39:52 註冊的。

截至寫稿為止，這個網站共有 1,474 名註冊的使用者， 根據『李白』的 Webalizer 統計數據顯示，過去一年以來， 平均每天大約有 7,000 次的網頁服務。 如果按照註冊用戶的『身份』來分類，呈現以下分佈：

結構簡介--首頁

以下簡介網路輔助教材的規劃。整個 BCC16 網路輔助教材的首頁是在 封面是中央大學著名的那顆大榕樹。 無獨有偶，這張封面設計就像中央大學計算機中心曾經使用的封面設計， 但是這純屬巧合，我們的設計是徐家珍小姐在西元 2000 年製作的。

首頁上，有兩個特殊按鈕【註冊】和【說明】。 其中【註冊】除了提供註冊用的網頁工具之外，也詳細說明了註冊的意義， 和我們對於用戶的責任、義務與承諾。因為文字說明頗為冗長， 經驗上，不容易在課堂上讓大一新生自己去讀，所以我也製作了錄影的說明， 以方便授課的教師或助教播放給同學們聽。 而【說明】則相當於這份網路輔助教材的使用手冊， 並提供幾種基礎軟體 (例如 Java Runtime Environment 和 Flash Player Plugin) 之下載和安裝指南。

結構簡介--各講教材與控制面板

在首頁之下，最主要的結構就是按照 16 講分成 16 份首頁， 其檔頭形式一致，例如以下是第四講的檔頭 (縮小 20%)

在每一講的檔頭右側，都有一幅植物的花或葉， 譬如第四講的植物是木犀 (桂花)。 這 16 份植物圖片都是中央大學校園內的植物， 從那一小片圖標連結出去，還可以看到賞樹情報， 譬如桂花的賞樹地點是百花川、鴻經館前。 這是我們為感謝中央大學的優美環境所表達的一點敬意。

每一講的網頁結構都一致，包括以下幾個項目和條款：

在所有 BCC16 的主要網頁之下方， 都有一張標準控制面板，形式如下：

而控制面板的功能敘述如下：

網路輔助教材的基本結構如上，下面挑選幾項特別的設計給讀者參考。

特殊設計--備忘資料

這其實沒有太特殊，就是讓讀者輸入幾項不太容易忘記的資料： 身份證字號 (可以只輸入後四碼就好)、 小學畢業的學校 (假設進入這個網站的人都小學畢業了)、 一生難忘的老師姓名，以備將來忘記自己的通行碼 (password) 時， 可以用來登入並且更換通行碼。

比較特殊的是，我們用 MD5 將通行碼加密儲存， 所以無法幫用戶「查詢」他忘記的通行碼之明碼。 所以備忘資料是很重要的。 一般用戶可以在忘記通行碼之後另行註冊一個新的帳戶， 但是學生用戶不可以，因為他的成績和作業都與其帳戶密切結合。

因為備忘資料可能也有敏感資料，所以我們為用戶保密， 這些備忘資料也是編碼後以 MD5 加密儲存。

特殊設計--以中文姓名登入

這或許也不太特殊，BCC16 的登入機制容許用戶以用戶名、或者是自己的中文姓名登入。 遇到姓名相同者，系統會列出幾個不同的用戶名給他選擇。 其實輸入全英文的用戶名 (username) 也許比較簡單， 但是我發現許多年輕人比較喜歡輸入自己的中文姓名， 或許這樣「感覺」比較親切吧。

特殊設計--基本操作查核表

有些操作技能屬於「小」動作的組合， 而這些小動作很可能是許多高中畢業生已經會了的， 所以就不以『線上教材』的大規模形式來寫教材， 而是製作一張表格，說「我會...」， 讓讀者自己查核是否會執行這些動作。 如果會，就打勾，系統會紀錄下來；如果不會， 則有一個小小的【求助】連結，點下去可以看到圖文並茂、有時還有動畫的說明。

目前，共有以下六項查核表

此外，還有許多現在已經寫好了的小型操作技能教材， 是以文字附圖片之「散裝」形式呈現，將來會一一整理成查核表的一致規格， 它們包括了以下十九項，另有幾項在規劃中但是沒寫出來的，就不在此叨敘了。

特殊設計--線上教材

這部份的特殊之處，就是一本薄薄 130 多頁的計概書籍， 為什麼會寫了四年？為什麼可以教兩學期還不能全部教完？ 為什麼能讓學生承認這是一門夠資格稱為『三學分系定必修課』的課程？ 都是因為線上教材。在書本裡，我只談觀念和原則， 操作技能和細節都寫在網路輔助教材內。 規模較小的教材以『查核表』形式呈現， 規模較大的教材就以『線上教材』形式呈現。

以下是目前各種『線上教材』的統計，共有十二份教材。 製作了這麼多教材是為了提供計概課程之多樣性， 絕非暗示一年的計概課程該要完成這麼多內容。 在『教師手冊』中會闡述此思想，而有經驗的教師想必也知道如何取捨。

特殊設計--課文內容自我檢定

針對每一講課文，都設計了一份自我檢定表格， 幫助讀者複習或者反省，是否注意到了課文中的重點。例如第八講的自我檢定問題， 有一部分如下圖 (縮小 10%)：

當用戶在使用檢定表格的時候，他可以勾選自己知道的， 然後系統會做紀錄。然後他自己或者教師，可以看到這會用戶勾選了哪些項目。 教師如果發現學生有共同困難，可以考慮加強講解。 教師也可以根據檢定表的題目，來設計紙筆測驗的題目。

特殊設計--自我評量工具

用戶可以使用 BCC16 教材提供的自動化工具， 得到即時回饋的練習。許多的線上考試題目，其實在形式上都與自我評量工具完全一致， 使得學生在接受考試的時候已經熟悉操作程序。 而考試的題目內容雖然和自我評量不盡相同，但是都被設計得類似。 所有操作自我評量工具的紀錄都被保存下來，可以讓用戶自己或教師查閱。

目前，共有以下十五項自我評量工具：

特殊設計--考試工具

如上所述，許多自我評量工具都兼具有考試功能。 但是，為了能保護考試題目不至於大量外洩 (除了正整數進制轉換是以亂數出題，無須保護)， 考試工具只有在特定時段、針對特定學生才會開啟。 設計的工作流程如下：
  1. 助教或教師在課程管理工具中，進入『開╱閉考試網頁』， 針對某一個班級開啟某一份考試，獲得一個『授權碼』。
  2. 學生以自己的身份登入 BCC16 網頁，開啟考試網頁。
  3. 助教或教師當場告知學生『授權碼』，學生以此碼進入考試網頁。 學生可以在考試時間內做任意多次考試，選擇登記或不登記成績。 事後由教師決定，處理多份成績的規定：例如只接受最後一次成績， 或者接受最高成績，或者取平均值。
  4. 考試時，網頁上顯示學生姓名、學號，助教或教師可以核對學生證。
  5. 考試結束後，助教或教師關閉考試網頁，授權碼失效， 網頁也不再登記成績。

考試的題目 (除了正整數的進制轉換以外) 都預先備妥於資料庫內， 題目非常多，而且每次教書就會順便多添入幾題，每一份考卷以亂數選題。 目前共有以下七份線上考試：

我們還要自誇，所有的考試和自我評量工具，都有周密的防弊設計； 我們沒有設想週到之處，每年也都有富於創意的學生想到新的作弊方法， 然後好心地通知我，讓我有機會修補程式。 但是中打、英打考試，還有一種已知的作弊方式還無法找到防止之道， 不過大約可以說學生也不容易辦到， 我會在教師手冊內提醒教師這種作弊方式 (只有教師身份的用戶可以閱讀教師手冊網頁)。

特殊設計--檢閱學習歷程 (所有用戶與教師)

所有用戶可以打開一張列表，看看自己在 BCC16 網路教材中使用上述各種查核、 檢定、評量的紀錄。 例如某人的 SQL 自我評量之第三階段紀錄如下圖 (縮小 10%)：

而助教或教師可以列出全班名單， 在學生姓名上點一下，也可以看到這份列表。

特殊設計--檢閱成績 (學生用戶與教師)

如果是學生身份 (課程在進行當中) 或者校友身份 (課程已經結束) 的用戶， 除了可以檢閱學習歷程之外，還能檢閱成績。 每一份成績都列出滿分，還有一張簡圖顯示自己相對於其他同學的位置， 像下面這張圖的樣子，深藍色是他自己的成績， 其他條狀圖是全班同學排序後的成績。

我們特別注意到，若是缺考/缺交/尚未登記成績，那是「沒有成績」， 不會顯示 0 分以免誤導學生、家長和教師。

成績紀錄理論上永不刪除，所以學生、助教和教師都可以查詢過去的成績。

而助教或教師可以列出全班名單， 在學生姓名上點一下，也可以看到這位學生的所有成績。 此外，助教或教師還可以檢閱全班的單次測驗/作業成績， 或者全班的全部測驗/作業成績。 前者會畫出一份全班成績分佈的簡圖，像下面這樣， 條狀圖上方的數字是百分比，深紅色是平均值所在區域， 淺紅色是兩段標準差所函蓋的範圍，淡紅色就是其他分佈。

特殊設計--放行碼

任何用戶可以另外設定一個「放行碼」， 交給自己的監護人或者其他有權或有義務檢查自己學習狀況的人。 任何人以用戶的帳戶名和放行碼，就能觀看上述的檢閱學習歷程或檢閱成績之列表， 但是不能在 BCC16 教材內以該名用戶身份做任何其他的工作。

特殊設計--用戶興趣指數

每個月一日凌晨，我們檢查所有用戶的紀錄，根據他 決定一個『興趣指數』，並且紀錄一年份 (12 次) 的指數， 可以觀察其變化趨勢。

特殊設計--用戶研習指數

每個月一日凌晨，我們檢查所有用戶的紀錄，根據他 決定一個『研習指數』，並且紀錄一年份 (12 次) 的指數， 可以觀察其變化趨勢。

特殊設計--用戶功力

每個月一日凌晨，我們根據用戶最新的『興趣指數』和『研習指數』計算出『功力』， 當作此人在 BCC16 教材網頁內的相對程度標竿。 每個人在論壇中發言的時候，會顯示他的功力， 因此觀看文章的人或許能夠據此評估發言者的可信度。 此外，在論壇中評價別人的文章時，也依據評分者自己的功力而有輕重的差別： 功力高的人的評價比較受重視。

但是 BCC16 論壇尚未廣泛使用，所以上述之『功力』設計尚未發揮效果。 長久以後，我希望還能參考『功力』而挑選 BCC16 的助教。

單維彰--2004/03/31, 04/05, 08/27