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黃升龍教授-臺大電機系教授、安盟生技(AMO)科學長 人物專訪

創業的源起

我29歲當老師,找尋喜歡的題目做研究,常常藉出席國際會議時順道參觀別人的實驗室,看到把晶體可提拉成像頭髮一般的晶體光纖(Crystal fiber),感到非常驚豔,潛力無限,因此一頭栽入,但此領域是冷門的學問,國際上做的團隊不多,做了十幾年,覺得自己研究技術已做到全世界最好,卻沒有掌聲肯定,原來自己的技術要靠自己去promote,由世界一流技術到實現其學術或產業效益,還有好大一段路要走!一般業界產學合作給技轉金20~50萬,可能祗是使合作公司增加專利數量,鮮少真正開發學校教授技術變成產品,還是要技術發明人自己去推動才有機會把創新技術變成產品,創造價值產生經濟/社會效益。

我會想要創業首先是大環境的影響,2007-2008年中研院王佑曾院士主持「台灣學術里程與科技前瞻」計畫,希望改變台灣做代工、cost down、經濟停滯和創新不足的情況,那時陳良基教授熱心在台大推動創新創業,於是我申請計畫,這個計畫和一般科技部研究計畫不一樣,有每個月開會輔導如何創業,後來科技部也有類似的「萌芽計畫」及目前的「價創計畫」,輔導創新創業。

創業的路程是很遙遠的,創業後親身感受如何將技術創造產業價值是需要學習相當多跨領域知識,要思考產品、客戶、永續經營各面向,慢慢找到真實的社會上未被滿足的需求。我從晶體光纖開始尋找產業效益,傳統光通信的玻璃纖維一分鐘可以拉2公里,技術已經成熟又便宜,而晶體光纖一分鐘只能拉幾個厘米,製造成本會比玻璃纖維高很多,因此做晶體光纖要避開玻璃纖維已經在做的市場,以免拿石頭砸自己的腳,我對晶體光纖已研究二十幾年,不斷思考能開發成什麼應用。

晶體光纖能產生高亮度的寬頻光源,一般白光寬頻光源單位面積光很小、亮度很低。光學同調斷層掃描 (Optical coherence tomography;OCT)技術需要高亮度寬頻光源,可以做活體的掃描,人有血液流動,做斷層影像,速度要夠快,不然一動影像就模糊了。我們想到晶體光纖在高亮度且寬頻光源的產生上有其獨到之優勢,可大幅提升高速OCT之影像解析度,拓展OCT 於癌症診斷之應用。

因光學同調斷層掃描已發展約30年,當我們向創業天使或創業投資(Venture capital; VC)募資時,因他們不了解技術,必需清楚告訴他們未來如何實現產業效益的過程,讓他們看到我們有很好的團隊,相信而願意投資。當時兩個重要的團隊成員(也是後來安盟生技的首任及現任執行長林群倫先生及馬永霖博士)每季定期來我的研究室腦力激盪,將近1年半最後找到OCT運用在莫式手術(Mohs surgery)有極大之商機,莫式手術主要用於治療皮膚癌,美國每年新發生 3~4百萬人得皮膚癌,在醫院已被廣泛使用而有健保給付。莫式手術醫生拿刀把皮膚癌部位切下來,怎曉得有沒有切乾淨?我們用超高解析OCT做這個事情,這技術速度更快看到的細胞,以輔助醫師診斷。

不像ICT產業在半年或一年內可以用很快的速度賺錢,這樣的模式在流程較長的生技醫療不太可行。生技醫療價值實現很冗長,牽涉許多法規、品質系統,研發的生技醫療器材最終要有健保給付才有機會賺錢,我們從原創技術、跨領域團隊、莫氏手術應用、臨床實驗規劃、CPT code、醫療科技評估(Health technology assessment; HTA)到健保公司願意付錢整套故事都很完整,最終募到創業資金。

創業過程

我們在學校做有趣的研究、有好的技術團隊,但如何募資創業卻花很長的時間摸索。感謝科技部的輔導,讓我們走上創業。我自己不是懂創業,幸好夥伴有創業經驗,科技部在2012年找我和一位科長參與柏克萊大學(University of California, Berkeley) 商學院主辦的全球精實創業計畫受訓一個禮拜,學習如何與投資人有效溝通、如何找到真正的unmet need。當時導師Steve Blank的一句話“The unmet need can not be found in your office: The truth is on the street.”讓我印象深刻,創業過程一直銘記在心。

我們在2014年創立安盟生技公司,2015-2017年草創期,我教書做研究,同時擔任公司技術長,在內湖辦公室和臺大兩邊跑,除了工程原型機開發,亦要考慮法規、品質系統、臨床試驗……等,每周去三次很辛苦,往往忙到沒時間吃晚飯,匆忙抓起麵包參加傍晚的學生group meeting。後來覺得太累身體吃不消,將許多事務交給年輕人,2018年起我擔任科學長,想公司未來的方向,比較少去公司,一個月去1~2次,目前公司穩定發展。

雖然創業很辛苦,我學到很多創業家的精神,如何領導團隊、共事,東方人這部分通常比較弱,西方人比較社會化,擅長與人組成團隊一起工作。目前公司裡有許多30出頭的人,當討論要不要發展一個新方向時,商務、技術、法律、臨床背景的人多元化、跨領域討論是很刺激有趣的,公司需要不同專長的人一起合作。

目前有10家以上醫學中心、醫院、診所使用安盟公司產品,機器有推廣到美國紐約、歐洲柏林,做國際臨床試驗,這幾年經營的樂趣比以前更多。目前已通過美國的FDA、台灣CFDA、歐洲認證也拿到。拿到認證只是第一步,生技醫療商品能否賣出、賺錢是兩回事,我們必須讓保險公司願意給付,健保公司會做HTA (Health technology assessment),評估生醫應用的效益、是否未來能降低整體健保給付,付了這部份其他地方能否省下錢,必須以大量臨床數據佐證,這個過程是滿長的。雖然我們的團隊經過腦力激盪想到莫式手術也說服投資人,最好方式是做一個別人已針對某種檢測已有的CPT code,健保公司針對這個code給付,後來發現當初創業時這條路我們及投資人看得還是不夠深,莫式手術這條路會比預期花更久的時間。

因此約2016年,我們轉換方向,從原先針對莫式手術檢體,直接做活體檢測,如此應用範圍更廣,可由表皮癌診斷之健保市場切入醫學美容之自費市場,大幅加速現金流入之產生。

我對資本市場不是很懂,印象很深刻是2011、2012年常向金控團隊去募資,簡報後他們常說技術很好、很不錯,之後往往就沒下文了。在2012年時參加科技部的計畫去柏克萊大學訓練提到技術的人怎麼樣跟這些VC溝通,從VC的角度,你以為他在看你的技術,其實他看的是你創業是不是有個好的、夠廣的團隊,可以支撐你想做的事情,再來才會看business plan。好的團隊盡量跨領域,一開始很複雜,因每個人想的不一樣,專長不一樣,需長期訓練與交往,才能達到有效的溝通。

給想創業的教師或學生的建議

我未必很鼓勵大學生去創業,但是至少一定要有創業家的精神,怎麼樣領導一個團隊,在團隊裡怎麼要有同理心,怎麼跟大家合作,怎麼teamwork,建立共同的願景跟目標,這個很重要。

同學真的想創業的話,創新加上你願意承擔風險,最後才有機會創造價值出來,創業的過程是一種生理跟心理的煎熬。有很好的理想跟遠景,再加上有創業的訓練,都有機會做很成功的business,像Facebook創立者就大學沒畢業,很重要的關鍵是一定要找到好的團隊,不要都只是電機系的同學,往外面看一下比如說管學院或醫學院等等。

除創業外,其他服務的經歷

我前兩年曾在科技部科技顧問室,協助審查政府大型的生技醫療科技計畫,以及協助政府規劃未來的方向,並對大型政府計劃做考評。現在我們的GDP的很大的比例是靠ICT,但是未來生技醫療很重要,我們是不是有辦法利用台積電、聯發科成功的經驗,協助到生技醫療產業,很多台灣IC公司大老闆的第二代都在發展未來動力很大的生技醫療。

結合ICT跟生技醫療的精準醫療、智慧醫療,是國際趨勢,用IOT的技術蒐集各項生物資料,做大數據做分析,針對一些健康或者是亞健康,找到疾病早期症狀,使未來的醫療支出可以大幅地下降,我覺得是很好的方向。例如:輕症的原位癌,割掉就好,但是癌症久了,往下侵襲血管,可能傳遍全身,這時候就要用放射線。

以上的研究在電資學院有很多的可能性,電子電路的技術進展很快,從早期人工智慧到機器學習、深度學習,醫學研究也很厲害,如何把幾個很棒的技術整合找到一些真正的應用。

早年是美國或其他國家發明產品應用,然後請台灣公司代工,利潤被他們賺走,例如iPhone 90%以上都是Apple賺走了,代工公司合計賺1%。如果創新創業就不一樣了,需求是自己找出來實踐,才有機會拿到比較高的利潤。人類的疾病越來越多,未來有很多的機會,可以創造價值出來,不只是經濟上的價值,還有生命上的價值。

與讀者分享

我很感恩在臺大電機系,教師跟學生都是最優秀的。我從小學、初中、高中,人生志向就是當教授。未來還能做些事情造服人類,電機系是一個非常棒的環境,讓大家可以發揮創造力、想像力。教授的薪水不如去台積電高,但是有無價自由,能做我們自己有興趣的研究,把工作跟娛樂結合在一起,主導性很高。

台灣教育好像會讓人害怕做事失敗,其實創業不要怕失敗,克服困難,繼續往前走,你承認你失敗的時候那才是失敗。2016、2017年我們發現我們的目標可能太天真,做了修正,所以教育應該是做錯了或者想得不夠周延就修正,不要怕失敗不要怕做錯。

補充

1.光學同調斷層掃描(Optical coherence tomography;OCT) 可以提供小範圍淺層但高解析的影像,以非破壞方式分析樣品表面以下1~3 mm深度的高解析3D影像,解析度可以達到微米(μm)精度範圍,彌補了超音波與磁振造影解析度的不足,目前以眼科應用為最大宗,如青光眼、眼底視網膜影像造影等應用。對於不適合切片處理的生理組織,如皮膚的病癥分析,OCT更是一項利器。

2.天使投資者(Angel investor)或天使,提供創業資金以換取可轉換債券或所有者權益的富裕個人投資者。

3.創業投資(Venture capital; VC)簡稱創投,又譯稱為風險投資,可以是私募股權形式,由公司或基金提供給被認為具有高增長潛力或已經表現出高增長的早期新創公司(股票尚未公開發行或上市櫃)。

4.莫氏顯微手術與傳統廣泛切除手術比較起來,有兩個主要的優點:一是可以達到 較高的治癒率並減少癌症復發的機率,二是可以切除較少的組織,降低對外觀或功能 上的影響。因此,莫氏手術特別適合用在高風險容易復發的皮膚癌,以及眼週、鼻子、 唇、耳朵、手指、外生殖器等美容上或功能上較重要,不適合切除太多皮膚的地方。

5.資訊與通信科技(Information and communication technology; ICT)範圍包括:「CR.電子零組件製造業」、「CS.電腦、電子產品及光學製品製造業」、「JB.電信業」及「JC.電腦相關及資訊服務業」。

6.醫療科技評估(Health technology assessment; HTA)是系統性的探討使用醫療科技與設備,在操作性能、治療效果、財務衝擊、醫療倫理等各方面所產生的影響。

給新鮮人的電資工程設計與實作課-變奏曲: COVID-19疫情下的車車課。

教/業師:李建模、林坤佑、陳士元、陳君朋、陳和麟、張時中、莊哲明、鍾孝文、盧奕璋、蘇柏青、蘇國棟

大助教:陳界宇、許瑞福

隨班助教:呂英弘、宋馨慈、周奕慧、俞建琁、趙少緯、蔡昀哲、鄧笙敔、謝兆和、鐘民憲

(以上為本文合著者,依筆畫順序排列。)

壹、前言

延續106學年度開始,本系上學期開授「創意電資工程入門教育設計」,限制大三以上學生 (包含研究所) 選修;目標在於每年度精進教案設計並檢驗課程安排,同時培養未來擔任課程助教人才。下學期開授「電資工程入門設計與實作」,修課同學限制在大一電機系學生,隨班課程助教大部分皆由上學期修課同學擔任;由於助教年紀與大一學生接近,因此在問題回饋與實作協助,都更清楚大一學生所遇到的困難。

由於本課程在電機系的支持,諸多授課老師、隨班助教、修課學生的共同努力,「電資工程入門設計與實作」在大一新生有一定的知名度。每學期第一次上課確定修課人數時,會有超過修課人數的一半以上,排隊抽籤希望能獲得極少數的加簽機會;甚至有同學自願參與所有課程要求,即使最後沒學分也要整學期旁聽的特殊情況。

為保持教學品質與修課同學權益,在現有師資人數上,每學期只能負擔三個班級。班級統一教材、教學進度與評分標準,並有共通的教師與助教團隊,教師團隊幾乎每週固定舉辦「教學會議」。在109學年度第二學期 (109-2) 的課程,分別安排於週一、週三上午 9:10~12:10,週三下午 15:30 ~ 18:30,每班修課人數24人,並開放最多3人旁聽,學期結束共有 72 人修課5人旁聽。

本學期有兩位博士班學生擔任大助教,協助師生與小助教的所有溝通協調,並且每班配有3位隨班小助教。開放實驗室 ( Open Lab.) 固定安排為每週三18:30~21:30、週六9:10~12:10,配置1~2位助教協助學生解決問題,並在評量週前增加時段。教師授課與 Open Lab. 地點,皆為臺大電機系明達館402教室,教室內有6張可供6人使用的大桌,另有約6 x 3平方公尺的空曠地面,提供學生在開放空間測試車輛行走,並在指定題競賽階段鋪上迷宮地圖。

本學期課程規劃如表一,具體的成績評量:

  1. 出席率+實驗操作:30%
    1. 若未事前請假,超過20分鐘未在課堂上(無論遲到或早退),即視為無故缺課 (不可抗拒因素除外)
    2. 無故缺課一次,扣學期總成績5分
    3. 無故缺課達三次,學期成績為F
  2. 作業、工作記錄:20%
  3. 指定專題分組展示、報告:30%
  4. 自選專題分組展示、報告:20%

前三週課程分組由授課教授安排,第四週學生自行分組確定後,如同108-2 學期要求撰寫工作記錄簿,並統一在 HackMD 平台撰寫與批改,師生與助教可以有效率地進行回饋。記錄內容包含一些固定問題,例如當週進度、組內討論事項、課程改善意見、修課心得等。而各班助教與教授,會輪流針對撰寫內容給予回饋,批改後列入平時成績,即使是旁聽生也給予同樣的要求。

貳、本學期課程規劃與進行方式

現行課程安排如圖一,有明確的三階段區分,每階段都有其任務,顏色與課程規畫表一對應。在模仿導向學習 (Imitation-based Learning, IBL) 階段,重點在於教導學生具備基本知識,著重在「知其然而不知其所以然」,使大一學生藉由上學期計算機程式、交換電路與邏輯設計,這兩門課所教導的基礎知識,迅速掌握微控制器電路板 Arduino Uno 與相關模組的使用、以及 Arduino 的C程式語言撰寫能力。同學修這門課同時,大一下必修課還包含電路學、第二學期的普通物理學與微積分 (包含向量微積分),更能了解電機系其他必修課的安排,對於所學有更深入的了解。

車輛行駛迷宮如何走最小路徑,這看似簡單的問題卻與 Breadth-First Search (BFS) 演算法有關。前兩週 Arduino 實作課結束後 (偏向動手),第三週切換到演算法設計與介紹 (偏向動腦)。相較於其他 Arduino 教學與車輛循跡課程,本課程最大不同之處,在於演算法單元的加入,也是展現電機系軟硬體系統整合的具體例證。同學們學會使用 Arduino,也懂得BFS演算法設計;第四週課前,讓同學自行確認組員並合作組裝車輛。由於在過去三週的授課教授,會刻意讓不同學生坐在一起合作,增加同班級同學認識彼此的機會,也較能找到與自己相處融洽的同學。

本系列課程是一循環課程,上學期讓大三以上同學參加修改教案,下學期就用這教案帶領大一學生。過去四年,每一個上學期都改進車輛的設計,因此目前車輛設計已經進入第四版。有別於市面上可買到的 Arduino 車輛,現在系上學生自行設計的車輛,更適合在迷宮中行走,同時也考慮期末自選題的擴充性。許多學生上大學前對螺絲起子、螺帽、烙鐵焊接等並不熟悉,這些工具的使用都在本週教授,並安排助教指導學生使用 (又回到動手較多的課程)。

在前四週的課程結束後,每一組學生已有組裝好的車子,知道怎麼寫類似C語言的程式,透過程式控制車子前進、後退、左右轉。然而,要怎麼透過紅外線感測元件,讓車子平穩的在黑線上走動,在適當的地方左右轉、迴轉,則需要了解比例積分微分控制(Proportional-Integral and Derivative Control, PID Control)原理。紅外線裝置藉由地面的色差,決定車子要如何行走,而行走時是否仍在線上或偏離,也直接影響紅外線裝置感應的結果。這一個回授的架構,希望帶給學生控制的概念,也是第五週所著重的目標。

綜合過去五週的課程內容,學生的車子已經會沿著黑線行走,第六週將宣布課程「指定題」的內容:「迷宮尋寶車」。這個尋寶車有三大特色:

  1. 自走車 (自己走不用遙控,雖然同學知道怎麼透過藍牙遙控)
  2. 走地圖 (能夠在佈滿黑線迷宮,不同標示的地圖上行走)
  3. 找寶藏 (讀取RFID Tag)

目標是任意給定地圖、與不同的 RFID Tag 所在位置,每組學生必須設計自走車,在有限時間內,以最短路徑找到最多寶藏。

此外,第六週課程也統整過去五週課程,介紹整輛車子的模組規格與架構,建立學生「系統」的概念並考慮整體功率消耗。同時也預告地圖基本架構與樣貌、小型E字地圖、第十一週 Check Point 地圖;使同學們知道怎麼樣讓自己的車子,一步一步從基本黑線循跡、識別特殊方塊行走E字地圖、到最後面對指定題的大地圖。而進入第七週問題導向學習 (Problem-based Learning, PmBL) 階段之前,第六週課程最後會介紹甘特圖 (Gantt Chart) 與資料介面流程;前者協助同學規劃未來幾週進度,後者協助同學在Python與Arduino 使用的C語言,彼此協力讓車子完成自走尋寶。學生基於過去六週所具備的能力,去解決指定題所達成的要求;也就是利用現有知識「面對問題 (Problem) 」,透過團隊合作找到「解決方案 (Solutions)」。

課程安排基於「問題導向學習」的理念,各班各組所面對的題目與準備時間都一樣,解決此問題的方法,需要各組同學分工撰寫程式、整合車子系統。每組車輛穩定性不同,同組同學需彼此合作測試並解決問題。此階段教師沒有上台講課,但教師每週與助教都會帶學生課堂討論,每組同學上台報告工作現況、遇到各種問題、是否解決此問題等。藉由分享問題與如何解決問題,同學們彼此互相學習;同時也形成一種特殊的跨組討論方式,例如各組同樣處理循跡問題的同學、同樣設計演算法路徑的同學彼此跨組討論。老師與助教扮演從旁協助的腳色,並將過去的經驗提供作參考,減少解決問題或因探索所花的時間;當然對於極少數較不認真的同學,也提供輔導與提醒。

而本學期在指定題檢驗前,109-1同學 (也是本學期助教) 新設計了一個檢查點 (Check point)。整個 Check point 地圖就像是考駕駛執照的教練場,有S型、倒車入庫、直線加速…等路線設計,如同現實生活中,人們要能安全駕駛車輛上路前,需要能通過駕照考試的要求。藉由這樣的測試,讓學生提前知道自己的程式,在地圖上跑起來的結果如何,提前發現問題解決問題。有別於上學年,今年指定題只有一題且設定在第十二週。題目仍是個很大的迷宮,必須在有限時間內盡可能讀取分數,並設定RFID Tag為得分寶藏,距離迷宮入口越近的分數越低,離入口越遠的分數越高。每組同學依自己車輛現況,策略性的安排進入迷宮後,是先取得附近的分數,或直接取得最遠的分數。

去年指定題地圖公布後,不少學生看了地圖的起點,人為判斷車子的走向,讓車子可以順利的在地圖上行走,雖然這樣有機會獲得高分,但失去教導演算法課程的意義。因此本學期的做法,是事先對學生公布助教會檢查程式,規定須使用演算法的程式,而不能將地圖寫死在程式內。而蘇柏青老師在老師們每週的例會後,寄了一封信提供不同的想法:

『…我們在課程裡規劃了「指定題」,也許不應該有「指定法」,或者至少應儘量避免指定法的要求。我們設計了以競賽形式的「題」以及其遊戲規則,也在學期的前半段教了他們「參考法」,讓學生們可以按照規則,參考課堂上教的方法,進一步發揮他們的創意修改工程設計以力求高分。

這些工程設計,從最底層的機械、電子、一直到各階層的硬體、軟體,都是可以發揮創意的地方。但唯獨這個「決定車車路徑的方法」,我們「指定」了要用 BFS演算法來作。我覺得有可能反而壓抑了同學們創新的機會。…』

幾位老師與助教,都覺得蘇老師提出的建議很有道理,也是110-1 學期開設的:「創意電資工程入門教育設計」會列入的的課程改進內容。如同蘇老師建議,未來可能是以亂數決定車子起點,這樣學生就無從將地圖「寫死」在程式內,教學團隊也不再需要查「違規」,參與競賽的同學也能自由發揮設計才能,體會BFS演算法的優點 (以及其不足之處)。

最後,本學期在問題導向學習的成績,第11週的 Check Point 加上補考,共有 11 組 (超過四成) 拿到120滿分,有些小瑕疵導致沒有滿分的有13組,分數分別是 110 或 100 分,只有兩組拿到 80 這樣的分數。而第12週指定題的分數落差就很大,如圖二滿分2140,但若車子行走超過預期,時間內允許組員決定是否用手去觸碰它,每觸碰一次扣 50分。三個班26組同學,只有一組取得所有 RFID Tag 序號 (拿到所有寶藏),但因用手觸碰兩次,所以總分只有2040。六組同學總成績在 1000 到 1600 分之間,100-800分的有13組。有三組同學只拿到最近的寶藏獲得60分,也有三組同學於時間內一分都沒拿到。

在第12週課程之後,由「指定題」轉換到「自選題」,也就是由「問題導向學習」Problem-based Learning 轉換到「專題導向學習」 Project-based Learning (PjBL)。第一週上課前提供系友陳宣文業師的投影片,第二週上課前針對投影片隨堂小考,目的皆在提示學生未來畢業後,需具備那些職場基本素養。因此在課程最後的第三階段,請學生自己針對目前所學知識,自行提案剩下約五週左右的時間,想要完成什麼樣的專案。藉由同學自行提案、自行規劃同組同學角色扮演、合作時程與甘特圖,並提醒課程一開始所約定的期末展示時間,請同學在期末展示前呈現出最好的結果。

去年 (108-2學期) 25組同學在「自選題」階段,每組都會使用從沒教過的元件,作為他們期末專題的一部分;也就是必須藉由過去所學的知識,閱讀新元件的規格書,知道怎麼正確使用;也必須在網路上尋找資料,知道要如何為元件撰寫程式。舉例而言,超音波感測模組的工作原理,與紅外線感測模組接近,後者課堂有教導而前者沒有,因此使用超音波模組,幾乎不需額外花費太多時間,去年在三個班25組修課同學中,共有15組同學選用超音波模組 (15/25)。

而其他的模組可能更複雜,使用上所需跨越的門檻也更高。例如有別於 UART ( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 或 RFID 模組所使用的SPI(Serial Peripheral Interface Bus);課堂上並未介紹的感測模組,如三軸加速器、九軸感測器等使用 Inter-Integrated Circuit (I2C) 介面,去年也有五組同學選用並花費較多的時間研究。

甚至有許多同學在最後幾週時間,將Arduino換成 Raspberry Pi 平台,或讓兩個平台做適當整合。Raspberry Pi 是一台以 Linux 作業系統為核心的開發版,運作在 ARM Cortex-A 系列的處理器,與 Arduino Uno 的8位元微控制器大不相同。但同學經過大半學期訓練,自學使用它更具有信心。在上學年使用它的組別共有15組,占修課組別 3/5,充分表達台大電機學生挑戰自我的本質。

但人算不如天算,本學期課程在最後幾週「自選題」階段,同組同學最需要大量密集合作討論,卻因為一場疫情而變奏,有了與以往不同的進行方式。

參、疫情發生所造成的改變

學校於5月17日公布

各位好:因臺北市及新北市已有多起染疫個案,且持續增加中,疫情已是警戒標準的第三階段,除校方已於5月14日發布本校各項防疫措施以茲因應外,有關教學及學生申辦業務相關因應措施,務必配合辦理:5月17日起至本學期結束 (109-2),#本校所有課程 (#含期末考) #全面採用遠距或線上方式辦理


電機系吳忠幟主任也於5/21中午,針對所有大學部實驗/實作課,招開防疫應變線上討論會議。系上十多位複選必修實驗課的授課老師,輪流在線上會議,說明課程全面遠距的做法;各老師也一起集思廣益、互相借鏡。而本課程授課教授林坤佑老師,也代表其他授課老師,介紹本課程目前到學期末預計的處理方式。

本學期授課教授從第13週開始,三班上課時間皆以U-Meeting線上教學,三個小時的課程規劃改為

第一小時:各組報告指定題完結報告,每組5分鐘簡報
第二小時:介紹自選題、討論
第三小時:各組報告自選題初步發想,每組5分鐘簡報

在5/17, 5/24 這兩週透過 U-Meeting 的討論,每組同學都在線上報告自己的期末規劃,助教與教授們也給予回饋意見,同學想要實施的範圍是否太大? 甘特圖的規劃是否過於理想? 想做的專題是否可取得設備完成?…等問題。鼓勵學生創新,甚至放掉前12週所做的內容,重新考慮一個與車子無關的設計,都是這幾週的教學目標。

當疫情升溫且台北市疫情嚴重,許多同學也離開台北回到自己的家。同學學期初進行分組時,當然不會預料到這樣的情況,因此在 5/17 後各組同學討論,也只能利用網路或電話聯繫。而這是一門實驗課,同學們沒有辦法面對面討論,也沒有辦法一起做實驗解決問題,而老師們對這門課的基本要求,不會因為疫情而有多大的改變;導致每週課程線上討論時,都感受到同學的焦慮,工作紀錄簿上也有著相同的反映,這段時間對修課學生、助教、教授們都是考驗。

在自選題器材選用的前幾週,每組同學都需規畫好,各組到 6/30 期末展示的題目、時程規劃等內容。但麻煩在於有些同學已離開台北,或指定題組裝好的車輛留在宿舍,在疫情警戒且學校宣布線上授課的同時,教授們一致不希望學生因這門課回到學校,即使只是回宿舍拿車。因此在實務上有了變更的作法,並公布給學生:

自選題進行請避免群聚,以遠端方式進行軟硬體整合合作。n 主題以軟體設計與創新為主,不以有沒有車子作為評分標準。

材料管理與硬體實作,建議由一個人負責。

提供實驗室現有硬體列表供各組勾選,請各組提供收件人資料,助教將以郵寄送達。

其他所需硬體請利用網路商店進行採購,每組總預算在台幣 1500 以內。

採購請索取發票並開台大統編,單據請先自行保存,待疫情緩和再進行報支。

由於突如其來的轉變,學生們對期末規畫也有所轉變,硬體需求登記表單如圖三;可先交給一人處理另兩位同學線上方式協助;也可是分工做實驗,最後再一起快遞給同一個人彙整。實驗的進行增加了許多困難,卻也增加了許多有趣的地方。5月底左右學生們已大致確定自選題方向,也規劃好所需零件;兩位大助教偕同助教群,統整三個班一共26組組員所需,如圖四。6月初由郵局寄出。

肆、期末自選題規劃與展示

在疫情嚴峻的情況下,許多相對應的軟體蓬勃發展,呂英弘助教曾規劃6/30的期末專題,於 Gather town 網路平台展開,如圖五。國內外有許多會議就以此安排,讓每個參與者都可以連到此虛擬平台,模擬真實環境進行。但幾位參與測試的老師,皆擔心期末展示占總成績20%,並且連線人數將近百人,如在使用經驗與測試皆不足的情況下貿然使用,可能會影響成績造成學生困擾。因此本學期最後仍使用U-Meeting,於線上進行期末自選題展示。兩位大助教依「教師」、「助教」、「學生」提供三個版本的「期末自選題時程說明」,於109/6/30(三)開始,整體安排時間為13:00-16:20,

一、12:30~12:40 會議預備階段(10分鐘)

這階段三個班的三位老師配合指定助教,於這段時間分別在網路上開設三個會議視窗,並且使用 U-Meeting 分組討論功能,開設不同討論組別。

二、12:40~13:00 設備測試階段(20分鐘)

所有評審教師、助教、學生於此階段上線,確認連線狀況正常,學生可正常進入各小組。修課同學需在這小組內測試自己連線情況,有任何問題也需要於此階段排除,否則影響期末評分。而助教為機動人力,負責協調與解決問題。

三、13:00~14:10 海選評審階段(70分鐘)

評審教師依時程表,如圖六亮黃色規劃,於指定時段在規劃的組別,進入對應的小組會議室進行評分,等到評分教授都到齊小組就開始報告。教師每評審完一組後需於緩衝時間內,在網路上填寫該組的評分表單,並移動至下一組評分,最後送出所有組別的評分結果。會議主持助教需對學生報告時間、教師提問時間做掌控與提醒,其餘助教皆為機動人力協助排除問題。

四、14:10~15:00 評分票選階段(50分鐘)

所有組別評分完成後,評審教師於這時間內,進入選拔特色獎之 U-Meeting 會議室中,參與特色獎選拔。在十位評審老師之中,八位評審老師評八組,兩位老師評七組,以確保26組同學,每組都有三位評審評分,且授課老師不對自己的班級做評分。

圖六所示,這段時間大助教一方面統計評分結果,評審老師也可看到其他老師的評分。由於該班的兩位授課老師,在過去幾週參與學生的課堂討論,大致都能夠掌握學生的表現,如有評審給分特別低,也可從授課教師這得到證實,是否該組學生真的比較不夠認真。
由於表現優秀的同學成績都非常接近,最後老師們一致決議本學期給出八組特色獎。各班的三位助教選出助教獎,助教獎不與特色獎重複,而是各班助教一致認為,該班即使沒獲得特色獎,但表現仍非常傑出的組別。人氣獎則由所有與課同學,共同選出心中覺得最好的組別。

五、15:00~16:20 頒獎階段 (80分鐘)

最後所有評審教師、所有助教與學生,都在這時間移到成果發表會議連結,並公開公布所有評審結果。獲得特色獎的組別,會有一位教授簡短介紹該組特色,並讓該組於5-6分鐘內,快速簡報且播放展示影片。特色獎宣布且簡報完成後,各班助教公布獲得助教獎的小組,並使用兩分鐘左右說明該組獲獎理由,最後大助教公布人氣獎得主。

實際上期末專題執行如上述規劃,本學期這門課於 6/30 16:44 完美結束。

伍、得獎作品概述

本學期26組同學如同去年25組同學,每組都使用新元件設計期末自選題內容。今年有11組同學自學Raspberry Pi並整合Arduino,4組同學使用Arduino Nano。雖然Raspberry Pi的使用比例較去年少,但今年有幾組對於Raspberry Pi有更深入的應用,最後分別描述即使在疫情中,同學們發揮創意獲獎的作品。

特色獎八名。

戴歐尼修斯是希臘神話的酒神,也有著快樂的象徵;而週一班第七組的拍手機器人如圖七,以此為命名。疫情階段人與人需保持距離,讓人們有很大的心理壓力;該組同學使用面板顯示鼓勵的話,馬達帶動機械控制像鼓棒的兩隻手,拍手時周圍的光線也跟著亮起,達成隨節奏或音樂拍手的目的。

在搭乘高鐵的途中,都會有員工在走道上拖小垃圾桶收垃圾,週三班下午第七組因為疫情,造成無法使用原有的車子。但他們整合指定題的概念,搭配其他感應模組與影像串流裝置,在短時間內重新採購材料,設計一台完全不同的移動垃圾桶,並成功展示設計的許多功能如圖八。

疫情期間大家都關在家,採購大都只能網購,因此物流業供不應求,倉儲系統無人化為未來趨勢,週三下午班第一組設計了利用顏色辨識,作為貨物分類的自動化倉儲搬運車。如圖九所示,車輛利用 Raspberry Pi 搭配 Pi Camera,自動尋找不同顏色方塊所在位置,使用 Arduino Uno搭配伺服馬達控制夾具夾取,放置指定的顏色位置 (如同倉儲標記)。

週三下午班第四組的成員有兩位養貓,卻因為課業忙碌較沒時間陪伴,延續指定題發想了自動逗貓車。該組成員平常使用 Google Meet 合作討論,最後呈現 Android 系統上的 APP ,可以透過藍芽與 Raspberry Pi連結,提供照相、播放音樂、超音波測距等功能,並回傳照片在APP顯示;Arduino Uno 則提供車輛移動,轉動逗貓棒等功能,整體逗貓過程的截圖如圖十。

車輛在城市中尋找停車位很困難,週三上午班第五組提出新的車輛設計,搭配數個會旋轉的超音波模組,對周圍環境進行偵測,使得車子具備避障、自駕與自動尋找停車位的功能。使用一個 Arduino Uno 兩個 Arduino Nano 模組,考慮車子的迴轉半徑,與多個超音波模組整體判斷結果,讓車子具備倒車入庫、路邊停車等功能,如圖十一所示。

在疫情嚴峻下消毒,清潔人員噴灑消毒液的同時,本身也增加吸入消毒液的風險。因此週三下午班第九組設計可遙控的防疫消毒車。設計手機 APP 遙控消毒車,此APP也具備搖桿功能,方便利用支架控制噴頭。車上的保鮮盒裝載酒精類的消毒液,再利用抽水馬達供應噴嘴,最後的呈現如圖十二所示。

週三上午班第六組利用大量雷切材料,完成升降運輸車設計;主要是希望疫情期間,人不離開位置也可傳遞資料,如工廠的自動化系統。整體機構設計利用 AutoCAD, Fusion360 等軟體,使用 Raspberry Pi 搭配超音波模組測距,伺服馬達轉動升降高度,Pi Camera 處理影像,並透過 I2C 與 SPI 介面,讓 Arduino 模組與 Raspberry Pi 溝通。最後成果影片如圖十三所示。

疫情期間在市場與賣場都出現人群的狀況,週一上午班第二組設計了防疫小尖兵,透過超音波模組算出兩個人的距離,熱成像模組取得對應角度,搭配餘弦定理得知這兩人是否保持距離。口罩辨識使用 Pi Camera 錄影,利用網路上取得臉部與口罩辨識模型訓練,最後再搭配深度學習套件判斷是否有戴口罩,最後結果影片截圖如圖十四呈現。
助教獎每班各一名。

週一班第三組利用類似掃地機器人技術,讓這輛車在室內行走後,直接畫出室內環境的二維平面圖,尤其對於故意設置的障礙物,幾何形狀與位置都非常清楚。週三上午班第一組在原車輛上搭配了Raspberry Pi 模組,同時也撰寫APP遙控取景與酒精噴灑及夾物裝置,形成防疫運輸車。而旁聽生的週三下午班第六組,利用感測元件設計非接觸式自動販賣機,販賣機的外觀、怎麼讓飲料掉出來,都有很多軟硬體整合的巧思在其中。

人氣獎 (所有同學投票)

週三上午班第六組與下午班第四組同票獲得,這兩組也是特色獎得主。

陸、結論

限大一新鮮人的「電資工程入門設計與實作」,今年邁入第四年,同學們給它可愛的暱稱是 「車車課」。去年與今年擔任助教的學生,有多位是當年「車車課」的第一屆學生,也是今年六月畢業的學生,他們分別扮演過學生與助教的腳色,不只一位反映這是一門老師累、助教累、學生也累的課程,但卻能幫助修課學生,學習到軟硬體整合與系統的概念,對大學生活有著完全不同的影響。而今年,授課教授不因疫情嚴峻對課程要求有所鬆懈,修課同學不因疫情而怠惰或失去創意,期末自選題反倒是從疫情獲得了許多靈感,也發展了即使遠距也可合作的新模式。最後的合照如,右上角顯示與會者 94人,共同完成這部疫情下的變奏曲。

週次 課程內容
Week 1 課程介紹、課程提醒事項、Arduino IDE
Week 2 228補假統一停課
Week 3 Arduino
Week 4 Introduction to search algorithm(s)
Week 5 車子組裝
Week 6 循跡 P control
Week 7 溫書假統一停課
Week 8 指定專題介紹:循跡自走車迷宮尋寶
Week 9 期中考週統一停課
Week 10 指定專題上台進度報告
Week 11 指定專題檢查點 (Check Point),設計補教教學。
Week 12 指定專題展示、競賽
Week 13 自選專題介紹,自選題 Proposal 討論
Week 14 指定專題補考,自選題 Proposal 確認
Week 15 自選專題設計、製作與進度報告 + 指定專題補考、展示
Week 16 自選專題設計、製作與進度報告
Week 17 端午節統一停課
Week 18 期末考週統一停課,加開Open Lab時段
Week 19 自選專題展示與競賽,三班統一時間:6/30 (三)13:00~17:00

表一、 109-2電資工程入門設計與實作的課程大綱

圖一、依教學理論規劃三階段課程

圖二、迷宮地圖與寶藏分數

圖三、料件統計資料

圖四、統計各組需求後,準備將元件寄送給學生的大助教

圖五、線上測試期末專題展示

圖六、教師評分統計表

圖七、週一早上班第七組,拍手機器人

圖八、週三下午班第七組,移動垃圾桶

圖九、週三下午班第一組,自動化倉儲車

圖十、週三下午班第四組,自動逗貓車

圖十一、週三早上班第五組,自動避障車

圖十二、週三下午班第九組,防疫消毒車

圖十三、週三上午班第六組,升降運輸車

圖十四、週一上午班第二組,防疫小尖兵

圖十五、學期結束團體合照

線上翻轉教學: VISTA 及 VILTA 授課經驗談

鄭士康

近年受疫情影響,常常需要遠距教學, 因此線上教學日漸風行,已經成為重要的授課方式。但是純粹只是讓學生看影片或直播上課,學生的學習動機通常會降低,互動討論的機會也減少。因此莊榮輝副校長數年前提出兩種線上翻轉教學的方式[1],分別是稱為「虛擬整合教學」的VISTA (Virtual Instruction and on-Site Teaching in Action)及「數位遠距教學」的VILTA(Virtual Instruction and on-Line Teaching in Action)。兩種方式中,一部分課程為數位影片遠距課程,學生在每次上課之前,自行上網收看任課教師的講課影片。另一部分課程為教學助理(或稱助教、TA)實地與學生互動,進行翻轉教學、督促學習進度。如果TA主持在實體教室討論,稱為VISTA;如果在線上進行討論,稱為 VILTA。這種線上翻轉教學,打破學生必須定時定點集中學習的限制,增加學生學習的彈性。

個人在台大教授通識《計算機程式設計》多年,剛好也在約四五年前,由台大「共同教育中心」協助,拍攝了全學期的上課影片,並經後製,放置在台大《開放式課程網》[2] 以及《台灣通識網》[3]。這套已經上線的教學影片,配合我多年前撰寫的文字講義《以C#學習程式設計基礎:使用Visual Studio 2012 Express for Windows Desktop》(除程式開發環境的應用細節外, 絕大部分內容目前仍然適用),正好拿來嘗試 VISTA 教學。因此,從108學年第2學期,開始 VISTA 實驗。本(109)學年第二學期(表示為109-2,2021年2月底至7月初),5月下旬開始,受疫情影響,全校改為線上教學,所以助教主持的實體討論課無法繼續,改為線上討論,因此變成 VILTA 數位遠距教學。

除了台大通識《計算機程式設計》課之外,我也參加由台大主辦的「全國夏季學院」向全國各大學各學院學生開放的「全國性暑期通識課程」,同樣教授《計算機程式設計》,但因時程較短,上課內容僅有台大通識《計算機程式設計》課的前一半,難度較低。這兩年時間,我在 108-3[4] 和 109-3 的夏季學院,分別進行 VISTA 以及 VILTA 的教學實驗。其中108-3 的夏季學院課程,還特別分為台大校區及成大校區,分別有助教主持實體討論,嘗試應用VISTA打破空間距離限制的能力,讓同一課程在多校區同步上課。這種教學方式,可以派遣熱心助教到偏遠地區協助學生同步或依不同步調學習,因而有可能減少數位落差。109-3學期,因疫情限制,全部採取VILTA教學,不另分校區。

另外,本年莊副校長正式成立「全國大專校院雲端學院」,推出數門遠距通識課程。我的台大通識《計算機程式設計》受邀加入,讓幾位其他學校的學生,透過「全國大專校院雲端學院」,併入台大課程,一起上課。授課內容與評量方式,與其他同學完全相同。

個人相信:蜻蜓點水式的程式設計教育,對學生來講,很難理解程式設計的精髓以及相關的觀念,也不太能曉得如何進一步使用電腦,以及程式設計師都在做些甚麼。同時,軟體開發其實牽涉到基本的做事方法、人際溝通合作、一些哲學觀念,更可以看成以實作,養成跨領域素養的一種通識教育。國外知名大學多已對非理工科系開設相關課程,因此台大開始推動普及電腦程式設計課程,增添助教人力,要求確實實作,增強同學們在資訊時代的競爭力。我的通識《計算機程式設計》課程,學生需要投入非常多時間學習,可說是一門「深碗」式的通識課程。

基於以上理念,我這兩年的《計算機程式設計》課程,設定目標為應用VISTA/VILTA方法,訓練學生能夠自主學習,利用C# 語言寫作計算機程式,並從中學習資訊時代解決問題的新方法。此一課程在通識教育面向,具有如下特色:VISTA/VILTA教學、自學要求高,學生負擔重、評量方式多樣、大量運用網路及教學工具。在程式設計課程內容方面,本課程特色為:基本軟體工程(software engineering)觀念引進、較易理解的物件(object)及類別(class)觀念介紹、以及圖形使用介面(GUI)與Unity遊戲程式的撰寫。夏季學院的課程則只介紹到函式的寫作應用,刪除了物件導向、GUI、Unity的內容。

評量方式包括二次(夏季學院)至三次(台大通識課)主要作業、期中期末考、期末專題。各次作業以及期末專題都不指定主題,由同學自由發揮,並且需要繳交書面報告,以及錄下解說影片,上傳 YouTube,彼此觀摩。不訂題目的作業和期末專題,可以訓練學生主動思考學習,解決問題。學生選擇的期末專題主題包含各專業領域的研究與學習工具、日常生活便利應用程式、基本的資訊軟體工具、乃至於電腦遊戲(很多同學修這門課的主要動機)等等。期末專題1~3人一組,每組同樣需繳交書面報告及上傳簡報視訊到YouTube。期末專題書面報告由我批改,簡報則由同學相互評分。108-2課程的詳細說明及應用VISTA 的成效,請參看我的報告[5]

VISTA/VILTA 教學方法的關鍵是教學助理TA。我們很幸運,各個學期都找到電資學院的高材生擔任TA,也感謝共教中心的游子弘先生,提供行政工作的協助。助教年紀與同學接近,與學生互動比較容易溝通,也比較知道有甚麼線上工具可以協助教學。我們很慶幸有這麼優秀的助教群,對所面臨的教學考試等問題,都能討論提出優越可行的解決方案,使課程順利進行。108-2 台大通識 有 5 位教學助理[6],這五位助理中的三位,繼續擔任108-3夏季學院的助理,兩位負責台大校區[7],一位負責成大校區[8]。109-2 台大通識 有 4 位教學助理[9],這四位助理中的三位[10],繼續擔任109-3夏季學院的助理。助理們的工作大致條列如下:

  • 每週參與線上工作討論會(子弘參加了每一次工作會議),由任課教師主持:檢討前一週教學情況、有沒有需要改變的課程規定、同學們的主要問題、本週教材的準備,需要釐清的觀念等等。這可以立即回饋學生狀況,因應學生程度差異調整教學內容。TA會議中也腦力激盪更好的與學生討論互動方式。這在今年五月後,全部改為線上上課及期末考時,更加重要。另外,VISTA 實體互動討論課雖由助教主持, 但任課教師表定上課時間仍然在教室, 處理各種狀況(通常沒有)。
  • 主持實體或線上翻轉教室與同學討論解惑。任課教師扮演「空氣人」,在場提供無言的鼓勵,以及必要的依靠(通常用不著)。
  • 原先規劃舉行出題搶答、分組競賽等較有趣的活動,但因同學反應不如預期熱烈,後來就沒有繼續辦理。
  • 依進度提示當週課程內容摘要(108-2, 108-3)。
  • 每週出數個不同程度的題目給同學練習。助教所出的練習題,都能夠以新生代同學喜好的方式包裝,引起學生練習實作的動機。
  • 扮演「教練」的角色,與學生討論,根據其背景、興趣、作業表現,指引期末專題的可能方向,解決許多學生茫茫然不知如何下手的問題。
  • 批改作業書面報告。每份作業都要給評語,說明其好表現、待改進之處、以及改進的建議。成績評為A+的作業,同時提供給所有同學觀摩。
  • 批改期中考及期末考試卷。
  • 協助期中期末考出題(109-2, 109-3)。
  • 批改期中考及期末考試卷。

顯然負擔相當沉重,但是每位助教都很盡責,而且能夠發揮創意,解決課程中的問題,獲得許多學生的肯定。

今年5月21日開始,由於新冠肺炎影響,台大通識課必須由 VISTA 改為 VILTA教學。剛開始希望同學們能夠主動上網找助教討論, 結果出席率接近0。推想原因,可能因隨時都能看影片「上課」,考試和專題繳交還不急時,沒做甚麼練習,沒甚麼問題好問,缺乏參加線上討論的誘因。

經過工作會議討論,我們覺得學生一旦能隨時看講課的影片後,會覺得隨時都能看影片「上課」;而沒看影片,如果覺得考試和專題繳交還不急,沒做甚麼練習,就沒甚麼問題好問,當然就不會上線了。於是,參照游子弘先生介紹的其他課程作法,助理們商量了一些對應措施:以每週不同難度的練習題, 作為共通學習活動及討論主題。並且只要出席就加一點分數,繳交練習題以及提問討論的同學,再額外加分。實施以後,出席率大幅提升到大約5~6成。。

本年的 VILTA 教學碰到的另一個難題,是如何進行線上考試。經過教學助理團隊的討論,採用以下方式:

  • 使用 discord 軟體,考試時間維持為下午2:20到6:00。
  • 維持 open-book 形式。因為無法要求同學不使用任何種類的電腦和網路資源,增加實作題,難度也較以前為高。
  • 既然沒有辦法禁止同學相互討論,乾脆讓同學1至3人一組參加考試,同組學生考試成績相同。
  • 每一組同學,開啟一個對話空間討論答案。
  • 助教線上「監考」,看到同學們在網路上的互動情況。
  • 每位助教,於不同課程範圍,各出一題。
  • 任課教師出一題綜合課程範圍的程式實作題。
  • 考試開始時,助教將考題上傳至NTU COOL,同學自行上網查看題目。
  • 繳交答案以組別為單位,將所有答案壓縮後上傳至NTU COOL。
  • 程式題答案須包含程式碼,簡答題須詳述答案與理由。

夏季學院期末考時,由於分組考試容易讓程度沒有很好的同學,因為和功力較高同學一組,得到高分,對其他同學不太公平。所以改回來一人一組。

接下來是學生的成績表現和學習心得的反映。

由於我的台大通識《計算機程式設計》課程,從102-2 開始使用台大提供的CEIBA 網站,因此可以利用CEIBA 網站歷年的成績統計,將102-2 到107-2 的(傳統教學)學生成績與108-2 (VISTA)及109-2(VISTA+VILTA)的學生成績比較。整理各學期課程的基本資料如表1。表1 顯示102-2 至104-2,本課程作為一般通識課程,因此只有2 學分;105-1 至107-2,應當時的郭鴻基教務長加強台大學生資訊能力要求,作為「深碗」式通識教育之一環,不但將學分數加倍,修課人數上限也調高到100,同時也由106-2 開始接受台灣大學聯盟(含本校、台師大與台科大)學生,名額前兩年為4 人,108-2為8 人,109-2為 4人。本學期因為校外生報名不足額,使期初修課人數僅有99 人。同時,因為修課人數由105-1 起增加,一舉將助教人數由一人增加為三人;108-2 則因加強與學生的互動,更將助教增為5名。109-2 則因台大增開多班計算機程式,修課人數減少至61人(含5名雲端學院學生),因此助教也減為4人。表1也可以看到:堅持到最後,完成課程的人數比例大約在六至八成左右。原因可能是課程內容較深,考題較難,要求繳交的作業較多,使沒法付出許多時間心力的同學退選或停修。

雖然學分數及修課人數變動,但是102-2 到107-2,本課程內容與上課方式都沒有太大變化(也就是說即使只有2 學分,對學生要求都一樣。因此改成4 學分或3 學分,對學生算是比較公平的作法),所以正好將各學期的學生表現,拿來與108-2及109-2線上翻轉教學的成效比較。其次,學生的其他學習表現,可以由完成課程人數比例、各評量及學期成績比較、學期成績進步與否的統計檢定、學習心得等角度觀察,特別注意與先前非 VISTA 教學的比較。

圖1為102-2到109-2的學生各項評量成績變化折線圖。由圖可以看出:除了107-2三次作業成績平均較高外,都是期末專題書面報告成績最高。這項成績是由我自己所打的分數;由於大部分同學都花很多心力,認真製作期末專題,書面報告也很完整清楚,因此分數給高一點相當合理。其次是助教批改的作業成績和同儕互評的期末專題期末口頭報告(105-1起改為簡報上傳YouTube)成績。期中考和期末考平均成績通常較低,與試題難度逐年增加有關。期末考平均成績普遍最低,應該是期中考後的教材,沒有那麼容易吸收的緣故。108-2雖然因為疫情,壓縮進度,期末考成績下降,但仍然高於103-2及105-1。

表1. 102-2學期至109-2學期,台大通識《計算機程式設計》課程修課人數變化

圖1. 102-2至109-2 台大通識《計算機程式設計》課程,各項評量成績變化

圖2則是學期成績的變化。由於109-2 VISTA+VILTA的評量方式與之前大不相同,所以這裡只比較 108-2 VISTA與傳統教法的全班學期成績平均。因為期末考通常較難,所以在102-2、104-2、106-2、108-2各自調分,使計算學期成績時,期末考的平均成績與期中考成績接近。其他學期沒有調分,已經忘記甚麼原因,可能是不想有太高比例的A+。從圖2可見從105-1開始,不論有無調分,平均學期成績趨勢都朝上。可是同時參考表1,完成課程的人數比例,卻呈現下降走勢。這可能顯示考試及作業與專題難度增加,能撐到最後的,大概都是高手或有毅力或有堅定目標(如完成遊戲或與本身專業有用的程式)的同學,使學期的成績平均反而上揚。雖然如此,觀察108-2學期百分制學期成績的分布,發現還是接近一個由高峰向兩側減少的形狀,應該可說接近正規分布,所以能進行統計檢定。

圖2. 102-2至109-2 台大通識《計算機程式設計》全班平均總成績變化

VISTA教學實驗,學生的學期成績表現,是否達到統計上的顯著水準,需要進行統計檢定。假定102-2到107-2的所有學生構成一個族群X,本學期課程學生為另一個族群Y。假定兩個群組均為正規分布,虛無假說為 X 的機率分布與 Y 的機率分布相同。為公平比較兩個族群,我們扣掉期末考調分。統計採雙尾檢定,設單邊顯著水準為2.5%、5.0%、10%,得到z分數的臨界值[11] 分別為 1.96、1.645、1.28。結果發現z分數比2.5%、5.0%時的臨界值低,但是高於10% 的臨界值。所以在雙邊顯著水準5%、10%下,不能推翻虛無假說。也就是說,統計上不能顯示VISTA 教學能夠提高學期成績。我們也許只能說,VISTA教學成效不同的假設,僅有約 80% 的機會可以成立。由於雙尾檢定結果不明顯,我們沒有進一步探討 Y 平均值一定高於 X 平均值的檢定。

109-2學期的台大通識《計算機程式設計》課程,是雲端學院開辦的第一學期課程之一,先期作業較趕,因此雲端學院5位同學於三月十九日才加入本課程,當時修習此一課程的國立台灣大學系統[12]學生,由於二月二十六日開學,已經上過三週,所以我們指派一位助教協助雲端學院同學盡快趕上進度,同時把雲端學院學生第一次計分作業繳交時程延後一週。其餘課程規定及計分方式等,都與台大班同學相同。

學期末完成課程,得到學期成績的人數台大班有39人, 雲端學院有2人。比例上,雲端學院完成課程的人數略少。但是雲端學院的兩位同學,學期成績都得到A+,相較於整體學期成績分布: A+ 22 人、A 5 人、A- 4 人、B+ 5 人、B 3 人、B- 1 人、C+ 一人,可以說是名列前茅。分開來看各項成績: 三次計分作業(30%),雲端同學平均 93.67 (台大班 90.33);期中考(20%),雲端同學平均95.5 (台大班87.06,中位數 92);期末考(20%),雲端同學平均 89.5 (台大班 72.89,中位數 74.25);期末專題解說同儕互評(15%),兩位雲端同學與一位台大班同學一組,得到 93.71 分(台大班平均88.97,中位數89.71);期末專題書面報告(15%),雲端同學組 87 分(台大班平均 92.25,中位數92.25)。顯然,除了期末專題書面表達成績略低外,雲端同學的每一項成績都優於台大班的平均/中位數。他們的學期百分制成績,在整體修課同學中,可以分別排到第五、六名。與他們一組的台大同學,成績其實也不錯,排到第十一名。同時,由 NTU COOL 提供的資料,雲端學院的兩位同學,在線上學習的時數,分別是 234 小時(幾乎看完每一單元教學影片,所有同學中學習時數最高)以及13.5 小時(只看了一些重點單元,應該是已經有一些程度),代表雲端同學的努力,以及教學方法的高度彈性。

在夏季學院方面,表2則顯示修課人數資料。顯然,108-3台大校區完成課程的比例大約有50%,但108-3成大校區及109-3支持到最後的同學接近九成,可能是因為教材趨易,以及成大校區人數較少,助教與同學的互動較密切的關係。

表2. 夏季學院修課人數分布

表3 則是各期夏季學院同學的各項評量成績分布。由表列數據,可看出109-3的各項評量成績普遍高於108-3同學的表現。特別是期中考成績高出甚多,猜想是前述考試允許分組的關係。期末考時規定不分組,果然成績反而低於108-3。不過,因為考試方法不同,作業評分的助教給分標準不見得相似,這樣的比較不是很公平。

表3. 夏季學院同學各項評量成績分布

其次是學生的學習心得:大多也和過去同學所寫相似。主要內容是本課程讓同學們學到了自主學習、搜尋網路資源、時間分配、溝通合作、相互觀摩等能力。同時,同學們也紛紛表示:期末專題的製作雖然辛苦,但是完成專題的成就感,卻是覺得這門課收穫豐碩的主因。有位同學特別表示「這門課給我的印象就是非常紮實,老師已經把所有東西都給我們了,而能不能將它們學起來就要看個人的造化。」

其他學生所寫的學習心得,有幾位所寫,很能鼓舞推動線上翻轉學習的老師和助教。摘錄其中較有代表性的心得如下:

(108-2) 我很喜歡這堂課的運作方式,這是我修習的程式語言課程中,唯一利用非同步遠距教學的課程。我也沒有修過特別多課,但以往大部分的程式語言課程,老師都是邊操作邊解釋,但在這個過程中同時要執行自己的實作,又要吸收老師的講述,這樣實作過程會更容易犯錯,然後在找問題的時間就會跟不上老師講課,這是我修別的課常常遇到的問題。所以我覺得能自己看影片,並搭配書面資料,真的可以很扎實的建立概念。而且我覺得面對提問最好的解答方式,雖然網路提問也是一個方法,但最方便的還是以電腦實際操作,並利用口頭問答,所以我覺得這堂課的形式很理想。而這堂課的實作讓我對程式語言的學習方式有很深刻的體認,之前我聽過其他老師很不經意講的一句話,「很會寫程式的人都是靠自己學的」,我猜這也不是不需要老師的意思,只是比起模仿老師示範的內容,自己去嘗試實作的過程會讓你更有所收穫。

(108-3)我認為目前的上課模式對我來說是非常有效的,由於我的注意力稍有些不足,一般的課堂我常常會漏聽一些內容,但是透過影片的教學模式,我可以反覆的觀看,把所有漏聽的內容補起來,讓我學習的效果更好。

(109-2) 做了期末專題之後才知道,看似沒什麼的遊戲裡隱含了大量的物件、事件與處理機制或方法,非常瑣碎,需要耐心慢慢構建,每個變數都要小心翼翼的設計,不斷重複修改換方法,解決各種傳值問題之外也要思考如何快速處理大量物件。由於unity並沒有經過系統性的學習,在開發過程需要一直搜尋解決方法,這段期間我幾乎是把分頁開爆來搜索需要的資源和函式用法,其實沒什麼效率。在我自認為已經做很多功能之後,迎來的是和組員組裝程式碼的問題,將變數接口整合時頻頻傳出錯誤訊息,小組內開螢幕分享一起解決了一整個晚上,後期對精神負擔蠻巨大的,開發遊戲真的不是一件輕鬆的事情,但是和大家一起找問題和討論解決方案真的很快樂,合作開發原來這麼有趣。這學期讓我學到:

1.合作編程的敘事。

2.報告討論的表達。

3.程式寫作物件導向。

(109-3) 我覺得這門課的三次作業以及期末專題都採用開放式題目的作法非常有趣。因為是自己專屬的作品,一旦找到了喜歡的題材就會自動自發地去做作業,並且會不斷地思考如何改善能夠讓它更完美,在為了實現某個功能而上網查資料的過程還會學習到非常多的課外知識。 另外感到特別的是,因為從小學到高中的資訊課,還有大學某些程式設計課程的上課方式都是老師把大家的電腦螢幕畫面切掉,自己一個人在上面講了好幾個小時,台下很容易無聊想睡覺,坐在那邊很痛苦,學習並沒有什麼效率。然而這堂課採用虛實整合的教學方式,將教學資源放在網路上讓大家自主學習,課堂上則是提供向助教或教授發問的功能。這點我覺得非常棒。而學期末因為疫情的爆發,實體課都取消了,口頭報告的部分改成上傳影片到Youtube分享,我覺得效果還不錯,或許以後的實體課可以比照辦理,用demo影片取代現場講解的簡報PPT。

(109-3)本次上課採取線上影片授課,外加助教課的方式進行,在剛開始時還沒什麼感覺,只知道寫完練習題就可以提早回家真是太棒了,但隨著習題難度逐漸上升,我才意識到三個小時的助教課是何其的重要,與老師行雲流水的操作相比,親自寫程式可以出現問題的地方實在太多。…在此相當感謝助教提供的相當多的幫助。

當然也有一些負面意見,選錄幾則代表性看法如下:

  • 教學我覺得蠻普通的,主要其實還是自學
  • 有點太自學了
  • 缺乏練習
  • 我就看影片就好啦幹嘛來上課?????
  • 不適合初學者,我覺得可以在課程網頁說明
  • 教學目標不夠明確
  • 課程內容太多,後半內容看影片很難理解,作業交三次負擔太重。雖然說課程介紹中有寫有些基礎比較好,但畢竟是通識課,一般同學還是需要時間吸收運用。
  • 一直看課程影片還是比較難學到, 建議實體課程除了做習題還可以大概回顧影片內容
  • 線上課有沒有看自由心證,實體課只是過去做練習題,有問題就問助教,對我而言沒有太大的意義,但又怕宣布什麼事情沒聽到,還是得去
  • 或許某些部分有點過時,希望可以更新
  • 繳交報告的次數有點太多

也有同學建議不要完全翻轉教學:

我個人覺得老師授課的部分可以不要拉到線上去,因為程式語言這種東西,若可以當面問問題,會更好,在老師的線上課程中,畢竟也有習題,所以我認為可以把老師上課的部分拉回來,再撥一小時給助教上課這樣。

此外、以前我需要講課的時候,學生有時抱怨我平鋪直敘,缺少抑揚頓挫,在冷氣房裡容易打瞌睡,常常一個閃神,後面就聽不懂了。偶而講課時間沒控制好,多講一些,學生又說沒有準時下課,造成困擾。採用VISTA/VILTA教學後,這樣的批評就不見了。

108-2和108-3的教學助理李承祐同學,先前曾經擔任本系翻轉教學大師葉丙成教授簡報課的助教,此次又幫忙帶VISTA的實體討論課,並且獨力主持成大校區同學的線上翻轉教學,經驗豐富。他在108-3夏季學院教學之後,撰寫了一份TA心得及改進意見[13],對於 VISTA 教學、差異化教學、課堂活動、想法與建議,都有深入獨到的看法。此處列出其幾項重點:

  • 每位助教帶10位左右學生較有效。
  • 每段教學影片應搭配簡單練習題目。
  • 課堂練習題目差異化。
  • 建立題庫。
  • 每位同學的作業都要向一位助教簡報,取代原先的課堂抽籤報告作法。
  • 給予學生程式風格及程式撰寫構思等建議。
  • 營造學生互動環境, 輪換寫程式練習與簡報。

其中的若干建議,已經在109-2及109-3課堂實施或部分實施。

最後,雖然學期成績的統計分析,顯示VISTA 教學下的學期成績,檢定的結果,與非 VISTA 教學的成效相較,不夠顯著;以及課程沒有辦法完全滿足學生的需求與偏好,還是感謝學校讓我的通識《計算機程式設計》課程,加入莊榮輝副校長領導的線上翻轉教學實驗。尤其謝謝共同教育中心及雲端學院的全力支持,撥款聘任電資學院博碩士班學生擔任助教,並且讓游子弘先生幫忙處理行政事務。由於助教們的認真協力合作,讓課程很順利地依照VISTA/VILTA的理念進行。雖然受到疫情影響,壓縮上課時間,沒有能夠隨時向同學強調自我彈性學習的重要,以及期中考期末考試題的難度較高,使台大通識《計算機程式設計》完成課程的學生人數,沒有比之前傳統教學完成課程的人數多。然而多個學生所寫的學習心得,非常肯定 VISTA/VILTA 教學帶來的優點:包括各人可以依照自己吸收能力,彈性學習,又能夠透過與助教互動,加深加廣學習的內容。因此,這兩年的VISTA/VILTA教學實驗,個人覺得已經達成基本目標。以後再開本課程時,希望能維持本學期呈現出來的優點,參考學生與助教的回饋意見,並且更多向學生解說強調學習方法應有的改變,應該可以達成更好的成效。

鄭士康,1983臺大電機博士,現在臺大電機系教授。

[1] http://juang.bst.ntu.edu.tw/Cell/VISTA.htm

[2] http://ocw.aca.ntu.edu.tw/ntu-ocw/ocw/cou/106S201

[3] http://get.aca.ntu.edu.tw/getcdb/handle/getcdb/395307

[4] 暑期課程視為第三學期

[5] 鄭士康, 混成教學課程《計算機程式設計》期末成果說明, 共同教育中心, 國立台灣大學, 2020.

[6] 陳一銘、李承祐、周俊光、蔡宇軒、許家瑋

[7] 陳一銘、周俊光

[8] 李承祐

[9] 戴胤、龔柏森、陳昱瑋、陳麒宇

[10] 戴胤、龔柏森、陳麒宇

[11] http://www.math.armstrong.edu/statsonline/5/5.3.2.html

[12] 成員包括台大, 台科大, 台師大.

[13] 收錄於: 鄭士康, 全國夏季學院《計算機程式設計》課程期末成果報告, 2020年11月.

學生榮譽事蹟報導

  1. 電機學群研究團隊榮獲「2021國研院台灣半導體研究中心成果發表會優良晶片遴選」,特此恭賀。
獎項 研究團隊 論文/專題名稱
特別設計獎 林宗賢教授 A 0.008mm2 1.5mW 0.625-to-200MHz Fractional Output Divider with 120fsrms Jitter Based on Replica-DTC-Free Background Calibration
楊家驤教授 A 91mW 90fps Super-Resolution Processor for Full HD Images
特優設計獎數位(含AI) 吳安宇教授 適用於穿戴式裝置之低功耗壓縮感知即時心律不整診斷及EKG還原引擎
楊家驤教授 適用於下世代行動通訊系統之高速多用戶巨量天線訊號偵測器
特優設計獎射頻/微波 王暉教授 應用於38GHz之無開關雙向低雜訊/功率放大器
優等設計獎
數位(含AI)
楊家驤教授 應用於物聯網具雙棘輪安全性之高能效加密處理器
優等設計獎
射頻/微波
林坤佑教授 應用於第五代行動通訊之毫米波超寬頻功率放大器
  1. 電機學群研究團隊榮獲「TICD臺灣積體電路設計學會110年度博碩士論文獎」,特此恭賀。
獎項 得獎者 系所 指導教授 論文題目
博士論文獎 吳易忠 電子所 楊家驤 應用於次世代基因定序之變體識別硬體加速系統設計與實現
碩士論文獎 吳辰鋐 電子所 李建模 qATG:量子電路測試產生技術
蘇倍陞 電子所 闕志達 在5G網路下針對低密度奇偶校驗碼與極化碼之通用信度傳播解碼器設計與晶片實現
  1. 電機學群研究團隊榮獲「CVPR NTIRE 2021 Challenge 第一名、第三名」,特此恭賀。
獎項 獲獎團隊 指導教授 競賽名稱
第一名 華碩AI研發中心楊皓翔、電子所陳韋廷、電機所羅浩倫 郭斯彥 NTIRE 2021 Challenge on Depth Guided Image Relighting: Track 1 One-to-One relighting
第一名 電信所張家銘 林宗男 NTIRE 2021 Challenge on Nonhomogeneous Dehazing
第三名 電子所陳韋廷、華碩AI研發中心楊皓翔、電機所羅浩倫 郭斯彥 NTIRE 2021 Challenge on Depth Guided Image Relighting: Track 1 One-to-One relighting
第三名 華碩AI研發中心楊皓翔、電子所陳韋廷 郭斯彥 NTIRE 2021 Challenge on Depth Guided Image Relighting: Track 2 Any-to-Any relighting
  1. 電機學群研究團隊榮獲「科技部109年度大專學生研究計畫研究創作獎」,特此恭賀。
得獎學生 系所 指導教授 計畫名稱
李筠婕 大學部 吳安宇 可解釋的心律不整偵測系統
羅韻瑢 大學部 江介宏 Resolution for Dependency Stochastic Boolean Satisfiability
林宛萱 大學部 江介宏 String Manipulation with Boolean and Alternating Finite Automata
李承霖 大學部 吳安宇 An Extreme Learning Machine Design for ECG User Identification 應用於心電圖身分辨識之極限學習機設計
劉衡謙 大學部 李宣緯(中研院社會學研究所) Social Consensus and Cultural Variation: Modeling and Theorizing for Social Dynamics
  1. 江介宏教授研究團隊(電子所張鶴騰同學)榮獲「IWLS 2021 Best Student Paper Award」,特此恭賀。
  2. 江介宏教授研究團隊(電子所黃友杉、王浩仁、紀乃寧同學、錢伯均研究助理)榮獲「IWLS 2021 Programming Contest亞軍」,特此恭賀。
  3. 電機系大學部榮獲「2021臺大第五屆學士班學生論文獎」,特此恭賀。
獎項 得獎學生 學系 指導教授 論文名稱
院長獎 黃柏崴 電機系大四 劉致為 多重關聯遞迴神經網路用於鰭式電晶體複雜電路熱模擬
優良獎 呂承樺 電機系大四 莊曜宇 癌症基因體學之整合型大數據分析套件
  1. 電機學群研究團隊榮獲「2021 VLSI Design/CAD Symposium Best Paper Award」,特此恭賀。
得獎學生 指導教授 組別 論文題目
電子所謝伊妍、電子所李諭奇 楊家驤 Digital & System An Energy-Efficient CycleGAN Accelerator for Edge AI Devices
電子所林君豫 林宗賢 Analog & RF A ±20-ppm -50°C-105°C 1-μA 32.768-kHz Clock Generator with an AT-Cut-Crystal-Assisted Background Calibration
電子所呂祐昇、電子所陳冠誠、電子所許祐綾 張耀文 EDA & Testing Thermal-aware Optical-electrical Co-routing Algorithm for Networks-on-Chip
  1. 電機學群研究團隊榮獲「2021第21屆旺宏金矽獎~評審團銅獎、優勝獎」,特此恭賀。
獎項 得獎學生 指導教授 作品名稱
設計組評審團銅獎 電子所 陳柏劭、電子所 陳彥龍、電子所 傅子興 楊家驤 基於暗通道先驗演算法之高能效盲去模糊加速器晶片
設計組評審團銅獎 電子所 許尹端、電子所 姚鈞嚴、電子所 吳宗諺 劉宗德闕志達 使用電荷運算機制之記憶體內運算之靜態隨機存取記憶體
設計組優勝獎 電子所 吳秉宸 劉宗德 使用多重速率漸進控制之全集成電容型切換式穩壓器
設計組優勝獎 電子所 李諭奇、電機系 林亮昕 楊家驤 應用於物聯網具雙棘輪安全性之高能效加密處理器
應用組優勝獎 生醫電資所賴芷萱、生醫電資所林上竣、生機系 陳怡孜 黃念祖 保護我們的心血結晶!「心血」管疾病終「結」者—微流體血液檢測「晶」片
  1. 劉致為教授研究團隊榮獲「2021 SNDCT 傑出論文指導教授獎(劉致為教授)、學生口頭論文簡報獎(電子所林詩雅、鄒亞叡同學)、學生論文海報競賽獎(電子所邱日照同學)」,特此恭賀。
  2. 劉致為教授研究團隊(電子所鍾嘉哲同學)榮獲「台積電2021實習競賽總決賽第三名」,特此恭賀。
  3. 吳沛遠助理教授研究團隊(電信所邱耘偉同學)榮獲「2021台積電DNA積因計畫Final Competition Ops-Non EE (B) 第一名」,特此恭賀。
  4. 電機學群博士生榮獲「台積電2021博士生獎學金」,特此恭賀。
系所 學生 指導教授
電子所 林旻叡 李峻霣副教授
電子所 林鑫成 劉致為教授
電子所 陳韋任 劉致為教授
  1. 連豊力教授研究團隊(電機所黃國郡同學)榮獲「中華民國自動控制學會碩士論文獎~優等獎」,特此恭賀。

 

教師榮譽報導

  1. 電機學群研究團隊榮獲「2021未來科技獎」,特此恭賀。
技術名稱 計畫(總)主持人 計畫共同主持人
擴增實境之光場顯示光機 陳宏銘
超高效率之三重態-三重態湮滅向上轉換深藍光有機元件 元智大學邱天隆 國立臺灣大學李君浩、吳育任、梁文傑
適用於次世代定序識別基因變體之系統晶片 國立陽明交通大學
洪瑞鴻
國立臺灣大學楊家驤
  1. 電機學群研究團隊獲「2021未來科技獎」入圍展示技術,特此恭賀。
技術名稱 計畫(總)主持人 計畫共同主持人
以智慧型手表的生理徵象監測以建立急診醫護人員的過勞示警 陳銘憲 黃建華、呂宗謙
智慧急診即時決策支援系統:住院安排、停留時間、暨相似病歷取回之妥善化技術 陳銘憲 方震中、陳祝嵩
智慧材料輔助應用之饋入毫米波陣列天線封裝技術 周錫增
智慧醫院ICD10病歷分類自動編碼系統 賴飛羆
臨床前錐束X光激發光學與電腦斷層影像系統原型機 國立陽明交通大學
陳志成
國立臺灣大學曾雪峰
國立陽明交通大學 劉澤英
  1. 楊家驤教授與陽明交大洪瑞鴻副教授研究團隊(電子所博後吳易忠、電子所陳彥龍、楊仲萱同學、陽明交大碩畢李詔熙)榮獲「國研院研發服務平台亮點成果獎~優等獎」,特此恭賀。
  2. 劉致為教授研究團隊榮獲「2021 SNDCT 傑出論文指導教授獎,特此恭賀。
  3. 吳沛遠助理教授研究團隊榮獲「 台積電 DNA 實習積因計畫 2021 Final Competition Ops-Non EE (B) 第一名」,特此恭賀。
  4. 吳育任教授、黃念祖副教授參加本校慢速壘球教職員工組榮獲「中華民國大專校院110年度教職員工慢速壘球錦標賽~第三名」,特此恭賀。
  5. 郭斯彥教授榮獲「第28屆東元獎(電機/資訊/通訊領域)」,特此恭賀。
  6. 電機學群研究團隊榮獲「2021國研院台灣半導體研究中心成果發表會優良晶片遴選」,特此恭賀。
獎項 研究團隊 論文/專題名稱
特別設計獎 林宗賢教授 A 0.008mm2 1.5mW 0.625-to-200MHz Fractional Output Divider with 120fsrms Jitter Based on Replica-DTC-Free Background Calibration
楊家驤教授 A 91mW 90fps Super-Resolution Processor for Full HD Images
特優設計獎數位(含AI) 吳安宇教授 適用於穿戴式裝置之低功耗壓縮感知即時心律不整診斷及EKG還原引擎
楊家驤教授 適用於下世代行動通訊系統之高速多用戶巨量天線訊號偵測器
特優設計獎射頻/微波 王暉教授 應用於38GHz之無開關雙向低雜訊/功率放大器
優等設計獎
數位(含AI)
楊家驤教授 應用於物聯網具雙棘輪安全性之高能效加密處理器
優等設計獎
射頻/微波
林坤佑教授 應用於第五代行動通訊之毫米波超寬頻功率放大器

 

  1. 李宏毅副教授榮獲「第59屆 十大傑出青年 (科學及技術研究發展類)」,特此恭賀。
  2. 周錫增教授榮獲「2021 IET Achievement Medals- Winners in Communications Engineering」,特此恭賀。
  3. 陳耀銘教授榮獲110年和碩講座講座主持人,特此恭賀。
  4. 楊志忠教授榮獲110年粘銘講座講座主持人,特此恭賀。
  5. 吳忠幟教授榮獲110年美光講座講座主持人,特此恭賀。
  6. 胡璧合副教授榮獲110年傑出青年學者講座~講座主持人,特此恭賀。
  7. 劉宗德副教授榮獲110年傑出青年學者講座~講座主持人,特此恭賀。
  8. 陳景然副教授榮獲110年傑出青年學者講座~講座主持人,特此恭賀。
  9. 王奕翔副教授榮獲110年傑出青年學者講座~講座主持人,特此恭賀。
  10. 蘇炫榮教授榮獲「110年度電機資訊學院學術貢獻獎」,特此恭賀。
  11. 吳育任教授榮獲「110年度電機資訊學院學術貢獻獎」,特此恭賀。
  12. 楊家驤教授榮獲「110年度電機資訊學院學術貢獻獎」,特此恭賀。
  13. 李宏毅副教授榮獲「110年度電機資訊學院學術貢獻獎」,特此恭賀。
  14. 楊家驤教授榮獲「中國電機工程學會 110年度傑出電機工程教授獎」,特此恭賀。
  15. 貝蘇章教授當選「中國電機工程學會110年度會士」,特此恭賀。
  16. 吳瑞北教授當選「中國電機工程學會110年度會士」,特此恭賀。

專業技能幫助肯亞防制沙蚤~電機系服務學習幫助舊鞋救命協會建置自動沙蚤病例系統

謝承運、顏家科、徐敏倩

109學年度第二學期李建模老師開設服務學習帶領導生參與舊鞋救命協會的志工服務,舊鞋及衣服的回收整理。在服務的過程中,得知舊鞋救命協會面臨了一個大難題,他們過去在非洲肯亞針對沙蚤感染的醫療,都是先用傳統的紙筆在現場紀錄,再回辦公室一筆一筆手動輸入並整理,曠日費時又耗費人力。兩位特別有心的同學自願幫忙,用電機系專長撰寫APP讓社工們能夠在現場以PAD完成病例輸入。經過好幾個月的努力與來來回回的討論,總算完成了系統,並且於2021年夏天正式使用到舊鞋救命協會非洲肯亞的服務現場,我們很高興能為國際志工服務盡一分力。

專業、公益與生命教育的服務學習

每位學生心中都潛藏有善良的種子,電機系服務學習總是積極尋找各種機會澆灌,讓種子發芽。電機系一向安排有課輔、淨灘等服務學習,都是從公益服務中實踐生命教育,而此次為舊鞋救命協會開發APP更進一步激發學生的專業潛能,讓個人能力有機會為公共利益創造價值 。

這次的開發團隊雖然人少,但各個都是精兵。寒假期間老師第一次帶著助教到新莊拜訪協會洽談需求後,就有了一個大致的方向與做法。開學之後顏家科同學憑著不服輸的想法,自告奮勇的接下任務;徐敏倩同學也是勇於挑戰,用來開發的React Native 和 Android Emulator 都不是大家熟悉的語言與套件,所以用了比預期還要久的時間,但是多花一些時間查資料也可以多增加一些專業知識與技能。雖然在學期中繁重的課業與考試壓力下難免有抱怨,同學還是做得很開心。因為大家都是具有責任感的人,所以合作起來是十分愉快的經驗。

在初版程式完成後,協會提供了許多實用的回饋,不只撥空兩度到台大來與我們面對面討論,更不時在線上提供意見,經過團隊成員多次的調整與修正,把這個APP的功能修到更符合協會的需求。這件任務無關成績,但顏家科同學重視承程度不亞於考試,「收到來自協會最後一封測試結果時,心中的大石才是真的放下來。」徐敏倩同學則表示「最後看到協會在服務的時候真的使用我們的程式來記錄,才真的感覺到了,原來我們這樣真的也有幫助到人。」

用平板取代紙筆做紀錄,在資源取得相對困難的肯亞,也可以算是一項環保上的貢獻;這個APP可以減少過去需要大量文書處理作業或者照片整理的社工人力,讓有心服務的社工可以有更多的時間到現場走訪更多需要服務的人;或許這些資料將來也可以幫助公衛專家或醫療專家,為預防或者治療沙蚤問題提出更好的解方。

非常謝謝協會提供我們這個實踐公益理想的舞台,讓我們從個人自我實踐連結到團隊合作再連結到地球另一端的小朋友。讓我們的專業對遠方世界的小朋友產生正向的影響,是很有意義的事。

來自舊鞋救命協會的回饋

舊鞋救命一直以來除了在非洲赤貧地區進行社區發展的工作之外,我們也非常希望透過這個機構延伸為一個場域,讓台灣的青年可以運用自己的專才,運用在志工服務的面向,不但可以學以致用,更期盼讓台灣青年學子能在年輕的時候就體驗到「助人為快樂之本」。

這次與台大電機系的服務學習計畫,正是實踐本會理想的一次機會,透過同學們對於資訊的專業以及服務的熱忱,得以解決我們長年在非洲只能用紙本紀錄病例,無法有效能的管理以及運用的困境。也透過這個App簡化了非洲當地社工在進行醫療服務流程,提升本會在當地的服務效率。

再次感謝臺大電機系李建模教授與助教當中細心的協調與溝通,以及參與其中同學們,你們所學的專才確實可以幫助這個世界進入善的循環,再次謝謝你們。

謝承運、顏家科、徐敏倩,電機系大學部學生。

暖心關懷 認識你真好–轉系轉學雙主修學生 師生座談會

圖1 座談會活動流程

向誼庭 副理

歷經全球疫情的大考驗,本系在110年5月11日舉辦系主任時間之後,暫停了所有的實體課程與活動,直到疫情趨緩,終於在8月26日於煥然一新的大型階梯教室電二229,辦理了第一場實體師生活動–轉系轉學雙主修學生師生座談會。

本次座談會於下午兩點開放入場,座位安排以同一導生班學生相鄰、同時兼顧防疫社交距離之原則,暖場活動除了學生相關事項說明與活動流程介紹(圖1),也鼓勵大家認識身邊的新朋友,並邀請同學將今天認識的新朋友之特色與亮點,介紹給在場的同學們一起認識與分享,縮短彼此的距離,促進交流。

正式活動於兩點半開始,首先由吳忠幟主任進行簡報介紹(圖2),很清楚的為大家介紹了電資學院的架構、電機系的環境空間、教學分組、課程規劃、領域專長模組、學習輔導機制、系辦業務承辦同仁、特色課程、國際交換生計畫、畢業生未來發展、研究所升學資訊、職涯輔導、重點產業、實習資訊等學生們關切的主題。系學會時間部分,由謝承霖會長帶領幹部詳細介紹了系學會的各項服務(圖3),包括在行銷、公關、資訊、學術、EEPLUS系友專訪、人脈連結等各方面,提供了豐富多元的課外學習機會,以及充滿熱情與活力的各項運動系隊活動。並邀請了黃奕榜學長、林鈺翔學長,分享轉系轉學生如何適應與融入電機系環境的寶貴心路歷程。本次活動的最後階段,進行分組導生座談,同時間部分學生留在電二229繼續與學長姐交流分享。當日出席的導師李翔傑教授、吳沛遠教授(圖4),分別於電二124與111,與導生進行座談,讓學生們和導師彼此認識,學生們日後不論在課業、生活、升學、職涯規劃上,均可向導師們請益。

導師制度在電機系歷任主任長期的經營與努力下,逐漸形塑了電機系自己的特色,持續改進以更趨符合師生的需求。例如在學校既有的導師之度下,電機系運用本系的聯合導生基金,為加修電機系的外系雙主修學生,以提供課業職涯方面的諮詢為主,安排電機系的導師。系上統籌安排新生的導生座談,讓初來乍到的學生,即刻感受導師長的關懷。服務課以導生班為單位,讓導師有機會更了解學生的人格特質與想法。學生也可以藉由聯合導生活動與服務課的提案,規劃導生聚會的方式與內容。導師可以運用學校NTUaCARE學習預警輔導追蹤系統,充分整合校內各種學習、生活輔導資源幫助學生,以及本系課程助教與關懷助教,協力運作的必修課讀書會,發揮課業輔導之功能。109學年起特別規劃電二222為學生晤談空間,提供師生一個溫馨舒適的對話環境(圖5)。

本次活動師生合計約40人參加,配合學務處原雙主修學生輔導方案,納入多元入學生之暖心關懷輔導方案辦理,因應防疫期間特別進行活動錄影,提供未到場的同學們影音連結,暖心關懷送到家。活動結束後,同學們也給予了系上師長熱情的回響:

「我覺得活動內容相當完善…」

「我覺得轉系學長的分享很實用,他們也很熱心回答我們的問題,感覺比

較能做開學後的規劃。」

「很棒,給人安定感!」

再一次歡迎新同學們加入電機系的大家庭!

 

圖2 吳忠幟主任簡報

圖3 系學會時間

圖4吳沛遠教授導生座談

圖5 電二222 學生晤談空間

 

 

 

 

 

AI-on-Chip前瞻技術論壇 成果報導《 看見台灣邊緣AI晶片的無限可能》

全球進入邊緣 AI 晶片大爆發時代!台灣如何靠半導體優勢搶下一片天?

臺大系統晶片中心

隨著 AI 應用的全面普及,帶動邊緣 AI 晶片的需求大幅成長,為了協助台灣晶片產業更深入掌握相關趨勢,臺大系統晶片中心特別於日前舉辦《AI-on-Chip 前瞻技術論壇》,邀請產學專家進行專題演講,並舉辦互動座談,讓與會者能夠進一步與專家交流意見,探討台灣在此領域的發展與前景。

臺大系統晶片中心主任陳良基指出,在台灣推動產業轉型過程中,若能延續既有半導體產業的優勢,先在邊緣 AI 晶片市場搶下一片天,再結合台灣新創團隊的創新與創意發展出各式 AI 應用服務,便能大幅提升成功轉型的機會。

為協助產業,臺大系統晶片中心每季都會舉辦特定主題的產業交流會議,讓產業知道可以和學界哪位教授合作,每年還有不定期的論壇,為產業提供最新趨勢,希望透過產學間的緊密合作,成功推動台灣產業轉型。

臺大系統晶片中心主任陳良基指出,台灣若能延續半導體產業的優勢,在邊緣 AI 晶片市場搶下一片天,並結合新創發展出各式 AI 應用服務,有望大幅提升轉型成功的機會。

對此,台灣人工智慧晶片聯盟副會長張世杰也有相同看法,因此目前聯盟內設置 4 個SIG,整合半導體業上中下游的研發能量,聚焦AI系統應用、異質晶片整合、新興運算架構AI晶片及 AI 相關應用軟體,全力推動台灣邊緣 AI 晶片的發展。

邊緣 AI 晶片商機驚人,台灣如何找到切入點?

根據勤業預測,到了 2024 年,邊緣 AI 晶片的銷售量將超過 15 億,這代表邊緣 AI 晶片的單位銷售額年增長率至少為 20%,是整體半導體銷售量 9% 增長率的 2 倍之多。

英業達數位長陳維超認為,邊緣 AI 市場商機驚人,但很多企業常常不知道該如何切入這塊市場,其實只要從自身擅長的應用領域和技術出發,再思考可以對接到哪一塊市場需求,就能成功找到切入點,像英業達就是鎖定商用車隊管理,將先進駕駛輔助系統(ADAS)放到車機裡,為客戶提供嵌入式解決方案,滿足市場的需求缺口。

英業達數位長陳維超。

凌陽科技智能運算專案技術總監李桓瑞則分享當初開發 Plus1 架構的心路歷程。由於 IC 先進製程的投資成本相當高,如果市場量不夠大,很難吸引企業投入,因此凌陽以「共享 IC」的設計觀念推出 Plus1 架構,使用先進製程製作共用運算單元(C-Chip),成熟製程製作週邊單元(P-Chip),再透過 SiP 技術將兩者封裝成單一晶片,協助客戶用更具 CP 值的方式追求 AI 創新應用。

凌陽科技智能運算專案技術總監李桓瑞。

神盾技術長林功藝從類比運算 AI 晶片的角度,談到將其結合不同感測器的好處。舉例來說,如果與攝影機結合進行影像辨識,就可以輕鬆將民眾家中的老舊冰箱升級成智慧化冰箱類比 AI,又若結合智慧音箱進行語音辨識,就不必使用類比數位轉換器(ADC),還能縮減體積、降低耗電量。

神盾技術長林功藝。

聯發科技處長林建宏以智慧型手機為例,談到邊緣 AI 晶片在設計時的兩大挑戰:散熱與記憶體頻寬。

他指出,由於智慧型手機有很多零組件,不只會發出熱能,也會使用到記憶體頻寬,因此邊緣 AI 晶片在設計時必須特別注意這兩點,找到最佳平衡,才能避免影響消費者的使用體驗。

聯發科技處長林建宏。

COVID-19 疫情帶動 AI 晶片新成長力道

耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠進一步探討後疫情時代的邊緣 AI 發展趨勢。受到 COVID-19 疫情影響,零接觸的需求興起,連帶推動 AI 應用有了新的成長力道,未來將有更多設備會導入 AI 晶片,因此,耐能智慧將持續聚焦縮小 AI 晶片的體積、提高效能與降低功耗,讓 AI 晶片能嵌入至各種設備中,透過設備串連資訊打造更智慧化的應用。

耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠。

清華大學資訊工程學系講座教授林永隆則介紹新的 CNN 架構 HarDNet。在科技部半導體射月計畫及國網中心的支持下,林永隆帶領研究團隊改良常見的 DenseNet 網路架構,進而達到提升運算速度、維持高辨識準確率與高運算量的目標。

清華大學資訊工程學系講座教授林永隆。

目前,林永隆團隊已將 HarDNet 放在開源軟體平台上分享給各界使用,並成立創鑫智慧公司,希望能加速推廣 HarDNet 技術,為台灣產業界做出更多貢獻。

在諸位專家精采的分享後,就進入壓軸的互動討論時間,六位專家與現場及網路上的與會者,從技術、趨勢、應用等不同面向共同探討邊緣 AI 晶片的未來發展,在眾人熱絡的討論聲浪中,為本日論壇畫下完美句點。

聯發科技的前瞻研究單位 — 聯發創新基地(MediaTek Research)與臺大的合作

許大山

(3-1)許大山

從最近電資學院的新聞裡,你可能得知有一個在嶄新的學新館裡面的單位,在今年的 NeurIPS 會議裡,一舉入選了有四篇正選論文,以及兩篇研討會論文。那麼,這是個什麼樣的組織? 而它對電資學院的學生,老師,甚至校友,可以是什麼樣的機會呢?

NeurIPS 會議收錄的論文,代表了機器學習領域中最新發展的趨勢和突破領先的技術水準,獲選研究均來自全球的一流學院,研究機構,及頂尖企業,具有廣泛而深遠的國際影響力,受到來自學術界和業界的廣泛關注。本次成果來自於聯發科技的前瞻研究單位 — 聯發創新基地(MediaTek Research)。該研究中心專注於人工智慧(AI)領域,成果發表於 NeurIPS, ICLR, 及 ICML 等國際一級 AI 期刊,也應用在聯發科技產品本身不斷智慧化的推展進程。

聯發創新基地在AI的研究與應用上,長期尋求與全球頂尖大學以及一流學者合作。此次正選論文,是分別與英國劍橋大學(Cambridge Univ.), 倫敦帝國學院 (Imperial College London),美國康乃爾大學 (Cornell University), 以及英國劍橋知名新創 SecondMind 協做的成果。在國內,目前準備投稿中的研究,有與臺大電資學院張耀文院長在AI for EDA,以及與陳教授在對話系統。除了研究上的合作之外,當然也有將合作方的前端技術,用在聯發科技的產品與開發之上。

聯發創新基地正式成立於2019年;在英國劍橋,以及台灣臺大,有兩處研究工作室。在英國的據點,現有十多人的團隊,其特別與劍橋大學的 CBL (http://learning.eng.cam.ac.uk/Public/),在 Gaussian process 與 meta learning上,有深入合作的關係。在台灣的據點,雖成立較英國晚,於今(2021)年七月也已正式將籌備處遷入臺大學新館,未來將迅速的達到規模;並期以地利之便,深化與臺大電資學院的合作。爾後,聯發創新基地期望能達到促進劍橋,臺大,以及聯發科技的合作,各方面除享受合作方特色與專長的互惠外,卻又會受到跨洲際的思路與迥異的價值觀的衝擊;在這樣最利於創新的條件下,聚焦於去追求難以靠單方自力達成的目標。

聯發創新基地的負責人,目前是由我許大山來擔任。算上我大學畢業於臺大電機系,以及2004-2007在電機系與電信所任教,這是我個人第三次和臺大的緣分。也許這個因緣,能夠讓創新基地在臺大以及聯發科技之間,扮演最好的橋樑。

在這裡,呼籲學生,老師,以及校友,能夠和我們一起來探索未來嶄新的可能。若是您已經有想要追逐的想法,請馬上聯繫我們,我們樂意推動創新想法的進行。這不僅僅受限於學術上的研討,也包含產業上的應用,甚至是新領域的孕育,我們也都有興趣。如若你目前並沒有特別的想法,也可以聯繫我們,我們非常想分享我們的創意給你,看看你是否有興趣一起同行。希望明年,聯發創新基地能夠有更多與臺大協作開發的AI產品,以及數篇與臺大合撰的NeurIPS論文!

如果您在聯絡我們之前,想要先多觀察我們的性質,可以先旁聽我們和臺大的聯合研討會。這個研討會的機制,是仿效於劍橋大學CBL的跨教授seminar。研討會定期由吳沛遠,王奕翔,以及李彥寰三位老師的學生,以及 MediaTek Research Cambridge 的研究員,對 AI theory 的最新成果,以純英文做深入報告,質量非常值得推薦,目前還可以開放給所有人參與。除此之外,聯發創新基地也在籌備以 empirical AI 為主題的聯合跨教授群的 seminar,以及規劃未來在重點技術學院可能的參與。如果您對這兩方面願意給我們指教,也請馬上和我們聯繫。

(3-2)合照

(3-3)mtkresearch_4_neurips_papers_poster_update

許大山博士,1993本校電機系畢業,1999 UC Berkeley 博士。於2011年加入聯發科技,目前為 Mediatek Research 的負責人,研究中心的主軸在人工智慧。

新進教師介紹-林建中教授

(2-1)林建中

林建中博士於2002年取得美國史丹佛大學電機工程博士學位,指導教授為Professor James Harris。其博士論文主要在半導體光電元件與微機電結構(MEMS)的單石化整合(monolithic integration)上。畢業之後投入美國相關的新創公司工作,包括E2O Communication Inc. 以及Santur Corp. 兩家新創公司。期間由一般的研發工程師逐步升至相關的經理職位。工作範圍包括了長波長VCSEL雷射以及波長可調變之DFB雷射陣列。這些元件,在當時不但屬於新穎技術,也是業界極為需要商品化的關鍵光通訊元件。2009年林博士返國加入國立交通大學光電學院光電系統研究所,重新返回學術單位,進行相關的光電元件研究。之後在2021年8月加入國立台灣大學電機系及光電工程研究所任教。

林教授的研究領域著重於新穎光電元件的製作與設計。包括高效率量子點發光與光偵測元件、微小化發光二極體應用於微顯示螢幕、多重發光之顏色轉換層應用於光電元件等等方向。涵蓋了相關的材料研究以及元件的製程與封裝。同時也對於如何延長新穎材料的使用壽命,進行廣泛而深入的探討。相關的研究成果多發表於國際頂尖會議與學術期刊如,CLEO、IEEE IPC、IEEE PVSC、Advanced Functional Materials, IEEE JSTQE, Optics Express 等,歷年來已發表超過230篇的相關論文。林教授是科技部優秀年輕學者研究計劃得主,同時也於2020年榮獲美國光學學會會士的榮譽。