Scratch 結合 Arduino 應用教學活動 學 校 名 稱 ： 台東縣知本國民小學 團 隊 成 員 ： 黃君懷、田淑君 實 施 班 級 數 ： 1 班(研習活動) 實 施 學 生 數 ： 25 人 實 施 領 域 ： 資訊教育
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簡介 一、國小高年級學生已具備相當之邏輯思考能力，適合學習簡易圖形化介面程式語言。 二、教育部推廣自由硬體 Arduino 應用教學活動，正可結合自由軟體 Scratch 來控制 Arduino 組件。 三、教學目標：學生能藉由學習撰寫程式語言，提升思考邏輯能力；藉由組裝 Arduino 電 子零件的過程，展現學生的創意，發展出實體作品。並且在軟硬體結合過程中，體會遭 遇問題時，學習分析問題、發展解題策略、測試、除錯、解決問題的能力。
壹、教學目標： 一、學習 Scratch 程式的基本指令 二、學習 Arduino 零件的組裝 三、使用 Scratch 控制 Arduino 硬體的動作
貳、教學歷程 一、Scratch 部分(共４節) (一)名稱：Scratch 入門(背景、聲音、角色移動) 1.教學節數：１節 2.教學目標： (1)角色的加入與刪除 (2)認識座標、面向、聲音 (3)使用程式來控制背景的轉換與發出音樂 (4)利用鍵盤來控制角色座標的改變 3.對應能力指標： (1)3-2-1 能進行編輯、列印的設定，並能結合文字、圖畫等完成文稿的編輯(盡量使 用自由軟體) (2)4-3-4 能針對問題提出可行的解決方法 4.教學資源：Youtube 範例欣賞 5.教學活動與流程： (1)教師準備：Scratch 軟體！Scratch 範例欣賞 (2)教學活動： a.說明主題目標：包含背景畫面的轉換。 b.背景音樂的播放。 c.控制角色的移動，當按下方向鍵時，控制角色座標的改變。 d.說明面向、翻轉、碰到邊緣反彈。 e.討論 Scrtach 程式的排列順序造成的影響。
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(二)名稱：電流急急棒 1.教學節數：１節 2.教學目標： (1)當角色發生特定條件時，便會觸動後續事件的發生。 (2)對應不同的特定條件，觸發不同的結果。 3.對應能力指標： (1)4-3-2：能找到合適的網站資源、圖書館資源及檔案傳輸等 (2)4-3-3：能利用資訊科技媒體等搜尋需要的資料 (3)4-3-4：能針對問題提出可行的解決方法 4.教學資源：Youtube 範例 5.教學活動與流程： (1)使用鍵盤控制角色的移動。 (2)介紹 Scratch 的如果指令。(相當於 If…then…) (3)加入不同的如果條件，並設定相對應的發生結果。 (三)名稱：打磚塊 1.教學節數：２節 2.教學目標： (1)學習變數的程式語法，並能控制變數的變化規則。 (2)設定變數的顯示與隱藏。 (3)設定變數的對應條件，以完成過關、失敗等結果。 3.對應能力指標： (1)4-3-2 能找到合適的網站資源、圖書館資源及檔案傳輸等。 (2)4-3-3 能利用資訊科技媒體等搜尋需要的資料。 (3)4-3-4 能針對問題提出可行的解決方法。 4.教學資源：Youtube 範例 5.教學活動與流程(教學節數：１節)： (1)使用面向、移動、碰到邊緣等指令控制球的移動。 (2)使用滑鼠來控制球拍的移動。 (3)設定磚塊的位置、觸發條件、得分、消失等。 (4)設定出界時，程式停止。設定達到預定分數時，顯示過關並程式停止。
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二、Arduino 部分(共４節) (一)名稱：S4A 程式與控制 LED 燈泡明暗 1.教學節數：1 節 2.教學目標： (1)能安裝 Arduino 電路板的驅動程式 (2)使用 S4A 程式連結 Arduino 主機板 (3)使用 S4A 程式控制主機板與 LED 燈泡的明亮與熄滅 3.對應能力指標： (1)1-2-1-1 察覺事物具有可辨識的特徵和屬性。 (2)1-2-3-2 能形成預測式的假設(例如這球一定跳得高，因…)。 (3)3-2-0-3 相信現象的變化，都是由某些變因的改變所促成的。 (4)6-1-2-2 學習安排工作步驟。 (5)1-3-4-3 由資料顯示的相關，推測其背後可能的因果關係。 4.教學資源： (1)Youtube 範例 (2)S4A 教學社群網站資料 5.教學活動與流程： (1)教師準備：Arduino 電路板、麵包板、電線、LED 燈泡 (2)教學活動： a.使用 USB 連結 Arduino 與電腦主機。 b.學習使用驅動程式來完成 Arduino 主機板的驅動。 c.學習安裝 S4A 程式。 d.使用 S4A (Scratch for Arduino) 程式來控制 Arduino 主機板的連接埠(Port)。 e.控制單一 LED 的明亮與熄滅。 f.控制多個 LED 的明亮與熄滅 (二)名稱：S4A 程式與光線感應器 1.教學節數：1 節 2.教學目標： (1)能安裝光線感應器。 (2)使用 S4A 程式來取得光線感應器的數據。 (3)能利用光線感應器的數據來控制 LED 燈泡的明亮與熄滅。 3.對應能力指標： (1)1-2-1-1：察覺事物具有可辨識的特徵和屬性 (2)1-2-3-2：能形成預測式的假設(例如這球一定跳得高，因…) (3)3-2-0-3：相信現象的變化，都是由某些變因的改變所促成的
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(4)6-1-2-2：學習安排工作步驟 (5)1-3-4-3：由資料顯示的相關，推測其背後可能的因果關係 4.教學資源：Youtube 範例、S4A 教學社群網站資料 5.教學活動與流程： (1)教師準備：Arduino 電路板、麵包板、電線、光線感應器、LED 燈泡 (2)教學活動： a.完成 Arduino 主機板的驅動。 b.啟動 S4A 程式。 c.安裝光線感應器與連結 Arduino 主機板。 d.使用 S4A 程式來獲得光線感應器的數據。 e.使用獲得的數據配合 S4A 程式，控制 LED 的明亮與熄滅。 (三)名稱：S4A 程式與紅外線測距離 1.教學節數：1 節 2.教學目標： (1)能安裝紅外線感應器。 (2)使用 S4A 程式來取得紅外線感應器的數據。 (3)能利用紅外線感應器的數據來控制 LED 燈泡的明亮與熄滅。 3.對應能力指標： (1)1-2-1-1：察覺事物具有可辨識的特徵和屬性 (2)1-2-3-2：能形成預測式的假設(例如這球一定跳得高，因…) (3)3-2-0-3：相信現象的變化，都是由某些變因的改變所促成的 (4)6-1-2-2：學習安排工作步驟 (5)1-3-4-3：由資料顯示的相關，推測其背後可能的因果關係 4.教學資源：Youtube 範例、S4A 教學社群網站資料 5.教學活動與流程： (1)教師準備：Arduino 電路板、麵包板、電線、紅外線感應器、LED 燈泡 (2)教學活動： a.完成 Arduino 主機板的驅動。 b.啟動 S4A 程式。 c.安裝紅外線感應器與連結 Arduino 主機板。 d.使用 S4A 程式來獲得紅外線感應器的數據。 e.使用獲得的數據配合 S4A 程式，控制 LED 的明亮與熄滅。 (四)名稱：S4A 程式與聲音感應器、舵機(馬達) 1.教學節數：1 節 2.教學目標： (1)能安裝聲音感應器。 (2)能取得聲音感應器的數據。
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(3)能安裝舵機。 (4)控制舵機的轉動角度。 3.對應能力指標： (1)1-2-1-1 察覺事物具有可辨識的特徵和屬性。 (2)1-2-3-2 能形成預測式的假設。(例如這球一定跳得高，因…) (3)3-2-0-3 相信現象的變化，都是由某些變因的改變所促成的。 (4)6-1-2-2 學習安排工作步驟。 (5)1-3-4-3 由資料顯示的相關，推測其背後可能的因果關係。 (6)6-3-2-3 面對問題時，能做多方思考，提出解決方法。 4.教學資源：Youtube 範例、S4A 教學社群網站資料 5.教學活動與流程： (1)教師準備：Arduino 電路板、麵包板、電線、舵機 (2)教學活動： a.完成 Arduino 主機板的驅動。 b.啟動 S4A 程式。 c.安裝聲音感應器。 d.使用 S4A 程式來獲得聲音感應器的數據。 e.安裝舵機與連結 Arduino 主機板。 f.使用 S4A 程式來控制舵機的轉動。
三、綜合活動： 使用紅外線測距、光線感應器、聲音感應器等不同的搭配組合，來獲取周遭的環境數據， 並依數據控制 LED 燈泡的明暗、馬達的運轉。
參、資訊工具運用方式 一、Scratch 課程 二、Arduino 課程 (一)LED 燈泡明亮的控制 (二)光線感應器的使用 (三)紅外線感應器的使用 (四)聲音感應器的使用 (五)馬達的使用 三、未來將導入 Arduino 自走車，使用不同的感應器判斷環境資訊、撰寫判斷軟體，讓自 走車偵測環境與走出迷宮。(編寫相關課程，經實驗教學後再依教學結果修正課程) 四、未來將實驗 Android 智慧型手機利用藍芽連線，控制 Arduino 機器人的運作。
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肆、教學成果 一、參加 2013 年東區(宜花東)中小學 Arduino 應用教學成果觀摩賽，獲得國小組第二名(作 品名稱：智慧型檯燈) 二、參加 2014 年東區(宜花東)中小學 Arduino 應用教學成果觀摩賽，獲得國小組第四名(作 品名稱：停車場空位顯示系統)。 三、2013 年參賽之學生，本校畢業升上知本國中七年級之後，參加國中組比賽，獲得國中 組第二名。
伍、教學資源推薦 教學資源類型
名稱
說明
資訊軟體 (工具類)
Scratch 1.4 版
學習基礎程式
Scratch for Arduino
學習進階程式(加入可連結 Arduino 功能)
Arduino 組件
自由硬體
資訊硬體設備
陸、心得與未來展望 Scratch 軟體本身即可當作獨立單元，做為高年級學習撰寫程式。並不一定要結合 Arduino 課程。在 Scratch 課程中以寫遊戲的方式，提高學生學習動機，讓學生發現原來簡單的手機 遊戲我自己也能寫出來，經由自我滿足來提高學習動機，是很好的一種學習方式。 Scratch 延伸至 Arduino 的課程，可視為進階教材，建議面對國小學童時，必須將電子零 件逐步介紹個別功能，並設計個別功能的單元教材。待學生熟悉各零件功能後，才能進行組 合不同零件之綜合課程，避免學生產生混淆與挫折，降低學習熱情。 目前，本校正在進行 Android 智慧型手機遙控 Arduino 自走車的教材測試，以及 Arduino 自走車迷宮競賽的測試，期望能找出適合國小學童能力的教學方法與策略，幫助學生提高資 訊應用的能力。
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