S4A在臺灣中小學(xué)的發(fā)展概況及其多元的應(yīng)用可能性

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(xué)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(xué)習(xí)體驗。

不同地區(qū)、不同教學(xué)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(yù)算導(dǎo)致無法普及更多的學(xué)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(xué)加入了S4A的課程，也有不少小學(xué)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(xué)數(shù)據(jù)最豐富的，臺中市教育網(wǎng)絡(luò)中心的江昭漢老師具有技職教師背景，對程序教學(xué)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(xué)平臺（如圖1），S4A相關(guān)教學(xué)數(shù)據(jù)完整豐富，以開放資源的方式在網(wǎng)絡(luò)上分享，同時也定期舉辦教師研習(xí)，希望更多有興趣的老師一同來學(xué)習(xí)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(xué)，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(xué)上則沒有上列縣市那么熱烈，原因是各中小學(xué)在Scratch程序教學(xué)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(dǎo)團一員的我，除了在教師專業(yè)成長研習(xí)的場合大力倡導(dǎo)S4A的美好之外，也利用課余時間與幾個中小學(xué)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(xué)科在速度概念的教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)活動下學(xué)生不僅學(xué)到了數(shù)學(xué)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(xué)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(xué)習(xí)的不應(yīng)只是單一的知識，而應(yīng)該是跨領(lǐng)域、有系統(tǒng)且更貼近學(xué)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(dǎo)電率。例如，小學(xué)六年級水溶液導(dǎo)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生投票的新鮮感，還可以將選舉結(jié)果結(jié)合數(shù)學(xué)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(xué)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(xué)玩具進行改裝，當然也可以是創(chuàng)意創(chuàng)作的專題，如請學(xué)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(xué)現(xiàn)場的很多地方，需看教師及學(xué)生如何天馬行空地去想象及應(yīng)用它。期望您也跟我一樣，在接觸了S4A之后，教學(xué)工作有如注入了一池活水。endprint