范運平

S4A（Scratch for Arduino）是由歐盟的Citilab團隊根據(jù)Scratch衍生的圖形化程序設(shè)計軟件，除了原生Scratch的功能，還能與時下流行的Arduino連接。S4A軟件提供免費下載，而Arduino也能以便宜的價位購得，在臺灣有愈來愈多的中小學教師將這樣一種軟硬件組合引進課堂，希望帶給孩子更豐富的學習體驗。

不同地區(qū)、不同教學領(lǐng)域的教師在S4A的利用方式有所不同，以東部的花蓮為例，政府單位希望引進LEGO這樣可程序設(shè)計控制的教具，但過高的單價以及有限的教育預算導致無法普及更多的學校，因此S4A成了替代性的方案。

同樣地處東部的宜蘭縣的發(fā)展也有十足的活力，經(jīng)過國華初中張俊杰老師的熱心推廣，該縣已經(jīng)有十來所中學加入了S4A的課程，也有不少小學愿意跟進。國華初中的課程材料主要來自回收的資源，如保麗龍杯、光盤片、吸管、紙箱，在孩子手上都可以成為創(chuàng)作機器人造型的零件，進行的既是給孩子充分創(chuàng)作空間的科技教育，也是物盡其用的環(huán)保教育。

臺中市是S4A社群中教學數(shù)據(jù)最豐富的，臺中市教育網(wǎng)絡中心的江昭漢老師具有技職教師背景，對程序教學及自動化控制有專業(yè)的素養(yǎng)，其團隊成立了E-LESSON數(shù)字教學平臺（如圖1），S4A相關(guān)教學數(shù)據(jù)完整豐富，以開放資源的方式在網(wǎng)絡上分享，同時也定期舉辦教師研習，希望更多有興趣的老師一同來學習S4A。

S4A目前不是各縣市信息教育的發(fā)展重點，因此各地的教師都是在現(xiàn)有的資源下想方設(shè)法湊到一些經(jīng)費，勉強購買幾套Arduino就開始進行教學，再慢慢修正教材。S4A社群的聚會，也不是主管單位支持的社團，各地的教師犧牲自己的假日，以臺北為主要聚會的地點，這種自發(fā)性的社群參與不僅擴展了我們工作上的視野，也結(jié)識了不少同好豐富了彼此的人際關(guān)系。

我所任教的苗栗縣在S4A的教學上則沒有上列縣市那么熱烈，原因是各中小學在Scratch程序教學方面的普及程度不高，要教師用S4A軟硬件結(jié)合在課堂中更是具有挑戰(zhàn)性。因此，身為縣內(nèi)信息教育輔導團一員的我，除了在教師專業(yè)成長研習的場合大力倡導S4A的美好之外，也利用課余時間與幾個中小學教師形成一個小型社群，定期舉辦一些正式或非正式的交流活動。

我在縣內(nèi)的推動方向與其他縣市也有些不同，希望S4A能夠在現(xiàn)有的課程架構(gòu)下找到可以切入的點。以數(shù)學科在速度概念的教學為例，以往教師在講臺上通過畫圖口沫橫飛地講解得到公式，不管學生有沒有弄懂，只要會套用公式把題目解出來，教師就認為學生懂了，考試分數(shù)完全取決于解題的速度以及計算的精準度上。而通過S4A搭配簡單的磁簧開關(guān)以及一些積木件，則可以仿真自行車上的速度計，以輪子的直徑來得到輪子的周長，輪上的磁鐵每經(jīng)過一次磁簧開關(guān)，前后高電壓訊號的時間間隔即為轉(zhuǎn)動一圈（行進一個周長距離）所花費的時間，由此求得的瞬間速度相信對學生來說是比較具象的。再來累計的高電位次數(shù)（即轉(zhuǎn)動圈數(shù)）乘以周長可求得總行進距離，除以累計時間則可得到平均速度（如圖2）。在這樣的教學活動下學生不僅學到了數(shù)學的概念，更通過組裝車體的過程不知不覺跨入了工程的領(lǐng)域、通過磁簧開關(guān)及S4A軟硬體操作涉略了科學及科技的范疇，這也是歐美國家近幾年欲強化國力在教育上大力推動的STEM，學習的不應只是單一的知識，而應該是跨領(lǐng)域、有系統(tǒng)且更貼近學生生活經(jīng)驗的問題解決方案。

自然科的實驗也有不少可以著力的地方，以往實驗的加熱過程必須經(jīng)過長時間的記錄再繪成圖表。我們可以考慮用S4A的列表功能，將感測值依序?qū)懭霐?shù)據(jù)表中，通過S4A本身的繪圖功能直接呈現(xiàn)出來，或匯進電子表格軟件中進行數(shù)據(jù)分析或圖表呈現(xiàn)（如圖3）。

大自然中的各種物質(zhì)接上帶電端，通電來到Arduino上的模擬訊號腳位，則可依測得電位值的高低看出該物質(zhì)的導電率。例如，小學六年級水溶液導電性的實驗原本的設(shè)計是觀察通過不同水溶液測電架上LED的亮度來比較，些微的亮度差距可能很難比較出來，但通過S4A測得的數(shù)據(jù)搭配圖像指針（決定Y方向的坐標），就比較容易分出高低了。

傳統(tǒng)的科學實驗在信息工具發(fā)達的時代，有改變的必要性及迫切性，教師可以嘗試通過不同的手段讓學生了解計算機功能的強大以及對他們未來深遠的影響。例如，藉由S4A控制馬達制作一臺簡易泡茶機的活動，設(shè)定的時間一到就把茶包吊起來避免泡的過久味道苦了，帶著孩子想象人類編輯程控機械設(shè)備未來可以替代人力哪些工作？哪些工作又是不容易被取代的呢？

對一個非信息本科出身的教師來說，用VB或C來寫程序是一件困難的事，但是有了S4A圖形化的程序搭配硬件裝置，就可以做出以往做不到的互動設(shè)備了。例如，配合模范學生的選舉制作出電子投票機，省去了紙張的使用卻增加了學生投票的新鮮感，還可以將選舉結(jié)果結(jié)合數(shù)學課，將直方圖及比例圖的概念利用S4A具體操作出來。

又如，S4A軟件搭配Arduino制作出的投籃裝置，可以讓數(shù)個班級的學生同時進行投籃比賽，添上動畫及音效可以增加比賽的刺激感，孩子上起體育課來也比較來勁。

也可以嘗試針對一些科學玩具進行改裝，當然也可以是創(chuàng)意創(chuàng)作的專題，如請學生利用雨滴偵測板、光敏電阻及馬達控制，制作出可以自動送出及收回的晴雨曬衣裝置。

還可以挑戰(zhàn)比較有難度的專題。為了全方面嘗試S4A的功能，我用了兩臺計算機，一臺計算機配合Arduino控制低功率雷射光以類似摩斯碼的做法打在另一個Arduino裝置的太陽能板上（好比一個大型的光敏電阻），就成了一組簡易的光傳輸裝置，可以遠距離傳遞訊息。英文字母透過一端拆碼傳送，一端接收解碼的過程，可以讓孩子對訊息傳送有大致的輪廓了解。

以上林林總總介紹了這么多，想表達的是S4A是非常有彈性的工具，可以用在教學現(xiàn)場的很多地方，需看教師及學生如何天馬行空地去想象及應用它。期望您也跟我一樣，在接觸了S4A之后，教學工作有如注入了一池活水。endprint