前言
自序
駕駛巨大機器人保護地球,一直是小時候的願望。長大以後才發現,真實的機器人不但很小,功能也很陽春,還無法保護地球。
不過,從喜歡機器人到喜歡科技,進而從事科技教學與研究,對機器人的喜愛一直是這條路上陪伴我前進的重要動力之一。研究所學的是古典人工智慧,現在教學和研究用的是近代的機器學習技術,如何把這些技術放在機器人中,也一直是我的喜好和研究方向。
近十五年來,每年暑假帶著學生上山下海,到山地偏鄉和離島修電腦和教小學生電腦課程,除了讓大學生能夠學以致用,學習關懷社會以外;也希望能讓偏遠地區的小孩學到新的資訊電腦科技。我們一直認為,對小孩的教學內容應該盡量有趣,並一定要能給小朋友成就感。十多年來的教學和活動設計,都在這樣的原則下進行。
最早我們就嘗試過以Flash做簡單的動畫,並整合各種多媒體應用軟硬體。後來加上3D紙模型製作,也試過Algodoo這種物理遊戲模擬器,近五、六年開始使用Scratch特色動畫。我們的確發現能夠立即讓小孩看到成果的教學模式,在小朋友欣喜和感動之餘,會比較容易讓他們進一步學習深入的知識。動畫、多媒體和動手做模型剛剛好都能夠契合這種教學與學習模式。
在Arduino微處理器開始流行的三、四年前,我們也嘗試將動畫的畫面轉移到簡易的機器人上,並讓小能朋友以竹筷子和橡皮筋自行製作簡易的機器人,再以S4A之類的Scratch延伸版本進行控制。
但是,在製作過程失敗的挫折和所花費的時間,常常讓小朋友失去耐性。
2015年發現mBot這種科學玩具機器人,使用的軟體又是我們所熟悉的 Scratch,同時在台灣代理商圓創力科技周泰民先生支援下,我們嘗試使用mBot做為教學工具。雖然少了自行DIY的樂趣,但卻可以更專注在機器人的動作和反應設計上,整體的教學效果對大小朋友來說,都有明顯的進步。
我們認為mBot機器人簡單易學,可以讓小朋友快速累積成就感,但不能只是停留「機器人會動就好」的階段。如果可以在學習如何讓機器人動起來的過程中,同時學習相關的科學知識,也接觸程式設計邏輯,豈不是更好。
近年來國外流行的STEM的整合教學模式(STEM–Science, Technology, Engineering, Mathematics),透過機器人當作平臺時,似乎有許多故事可以講給小朋友聽。
於是,有了寫這本書的念頭。但是把想法落實到完稿,還要比預期中多花了幾個月。可以在教學和研究工作非常有限的時間完成這本書,需感謝許多人:黃冠文、吳孟瑋兩位先生撰寫了各單元的範例程式並繪製詳細的流程圖;駱獻仁先生提供 Scratch基礎介紹與程式流程圖簡介的原型;賴正齡先生實作創意DIY單元的兩個範例與程式;ICAL實驗室成員幫忙校稿與驗證程式。
特別感謝:圓創力科技的周泰民先生提供mBot硬體與技術上的協助;周均健先生給予編輯與出版上的許多指點;ICAL&e-Eureka團隊所有成員過去在營隊活動的付出,給予這本書強力的動機。
謝謝親愛的家人——淑瑜、家宇、宜宸的支持。
希望
這本書,能讓小朋友和我一樣喜歡機器人。
這本書,對自學者有所啟發。
這本書,減輕老師和家長的教學負擔。
這本書,開啟大小朋友對STEM整合學習的興趣。
吳志宏誌於高雄
2016.03.20