S4A在台湾中小学的发展概况及其多元的应用可能性

范运平

S4A（Scratch for Arduino）是由欧盟的Citilab团队根据Scratch衍生的图形化程序设计软件，除了原生Scratch的功能，还能与时下流行的Arduino连接。S4A软件提供免费下载，而Arduino也能以便宜的价位购得，在台湾有愈来愈多的中小学教师将这样一种软硬件组合引进课堂，希望带给孩子更丰富的学习体验。

不同地区、不同教学领域的教师在S4A的利用方式有所不同，以东部的花莲为例，政府单位希望引进LEGO这样可程序设计控制的教具，但过高的单价以及有限的教育预算导致无法普及更多的学校，因此S4A成了替代性的方案。

同样地处东部的宜兰县的发展也有十足的活力，经过国华初中张俊杰老师的热心推广，该县已经有十来所中学加入了S4A的课程，也有不少小学愿意跟进。国华初中的课程材料主要来自回收的资源，如保丽龙杯、光盘片、吸管、纸箱，在孩子手上都可以成为创作机器人造型的零件，进行的既是给孩子充分创作空间的科技教育，也是物尽其用的环保教育。

台中市是S4A社群中教学数据最丰富的，台中市教育网络中心的江昭汉老师具有技职教师背景，对程序教学及自动化控制有专业的素养，其团队成立了E-LESSON数字教学平台（如图1），S4A相关教学数据完整丰富，以开放资源的方式在网络上分享，同时也定期举办教师研习，希望更多有兴趣的老师一同来学习S4A。

S4A目前不是各县市信息教育的发展重点，因此各地的教师都是在现有的资源下想方设法凑到一些经费，勉强购买几套Arduino就开始进行教学，再慢慢修正教材。S4A社群的聚会，也不是主管单位支持的社团，各地的教师牺牲自己的假日，以台北为主要聚会的地点，这种自发性的社群参与不仅扩展了我们工作上的视野，也结识了不少同好丰富了彼此的人际关系。

我所任教的苗栗县在S4A的教学上则没有上列县市那么热烈，原因是各中小学在Scratch程序教学方面的普及程度不高，要教师用S4A软硬件结合在课堂中更是具有挑战性。因此，身为县内信息教育辅导团一员的我，除了在教师专业成长研习的场合大力倡导S4A的美好之外，也利用课余时间与几个中小学教师形成一个小型社群，定期举办一些正式或非正式的交流活动。

我在县内的推动方向与其他县市也有些不同，希望S4A能够在现有的课程架构下找到可以切入的点。以数学科在速度概念的教学为例，以往教师在讲台上通过画图口沫横飞地讲解得到公式，不管学生有没有弄懂，只要会套用公式把题目解出来，教师就认为学生懂了，考试分数完全取决于解题的速度以及计算的精准度上。而通过S4A搭配简单的磁簧开关以及一些积木件，则可以仿真自行车上的速度计，以轮子的直径来得到轮子的周长，轮上的磁铁每经过一次磁簧开关，前后高电压讯号的时间间隔即为转动一圈（行进一个周长距离）所花费的时间，由此求得的瞬间速度相信对学生来说是比较具象的。再来累计的高电位次数（即转动圈数）乘以周长可求得总行进距离，除以累计时间则可得到平均速度（如图2）。在这样的教学活动下学生不仅学到了数学的概念，更通过组装车体的过程不知不觉跨入了工程的领域、通过磁簧开关及S4A软硬体操作涉略了科学及科技的范畴，这也是欧美国家近几年欲强化国力在教育上大力推动的STEM，学习的不应只是单一的知识，而应该是跨领域、有系统且更贴近学生生活经验的问题解决方案。

自然科的实验也有不少可以着力的地方，以往实验的加热过程必须经过长时间的记录再绘成图表。我们可以考虑用S4A的列表功能，将感测值依序写入数据表中，通过S4A本身的绘图功能直接呈现出来，或汇进电子表格软件中进行数据分析或图表呈现（如图3）。

大自然中的各种物质接上带电端，通电来到Arduino上的模拟讯号脚位，则可依测得电位值的高低看出该物质的导电率。例如，小学六年级水溶液导电性的实验原本的设计是观察通过不同水溶液测电架上LED的亮度来比较，些微的亮度差距可能很难比较出来，但通过S4A测得的数据搭配图像指针（决定Y方向的坐标），就比较容易分出高低了。

传统的科学实验在信息工具发达的时代，有改变的必要性及迫切性，教师可以尝试通过不同的手段让学生了解计算机功能的强大以及对他们未来深远的影响。例如，藉由S4A控制马达制作一台简易泡茶机的活动，设定的时间一到就把茶包吊起来避免泡的过久味道苦了，带着孩子想象人类编辑程控机械设备未来可以替代人力哪些工作？哪些工作又是不容易被取代的呢？

对一个非信息本科出身的教师来说，用VB或C来写程序是一件困难的事，但是有了S4A图形化的程序搭配硬件装置，就可以做出以往做不到的互动设备了。例如，配合模范学生的选举制作出电子投票机，省去了纸张的使用却增加了学生投票的新鲜感，还可以将选举结果结合数学课，将直方图及比例图的概念利用S4A具体操作出来。

又如，S4A软件搭配Arduino制作出的投篮装置，可以让数个班级的学生同时进行投篮比赛，添上动画及音效可以增加比赛的刺激感，孩子上起体育课来也比较来劲。

也可以尝试针对一些科学玩具进行改装，当然也可以是创意创作的专题，如请学生利用雨滴侦测板、光敏电阻及马达控制，制作出可以自动送出及收回的晴雨晒衣装置。

还可以挑战比较有难度的专题。为了全方面尝试S4A的功能，我用了两台计算机，一台计算机配合Arduino控制低功率雷射光以类似摩斯码的做法打在另一个Arduino装置的太阳能板上（好比一个大型的光敏电阻），就成了一组简易的光传输装置，可以远距离传递讯息。英文字母透过一端拆码传送，一端接收解码的过程，可以让孩子对讯息传送有大致的轮廓了解。

以上林林总总介绍了这么多，想表达的是S4A是非常有弹性的工具，可以用在教学现场的很多地方，需看教师及学生如何天马行空地去想象及应用它。期望您也跟我一样，在接触了S4A之后，教学工作有如注入了一池活水。endprint