【機電整合之運算思維訓練】以 Open Roberta Lab 開發平台為例

Posted By Ted Lee on 4 月 27, 2023 in 教學文, 程式教育, 自造教育 | 0 comments

Arduino-like 的自走車教具要訓練學生學習什麼？硬體？軟體？STEM／STEAM？

如果說是學習硬體（機構、電控），那車輪幾輪才好？車的外形要設計成休旅車款嗎？

如果說是學習軟體（電控程式設計），那軟體學習需要綁一款硬體不可嗎？

科技的本質在於軟硬體知識的整合（integration）。硬體知識的核心在設計思考（design thinking）。另一方面，軟體知識的核心在運算思維（computational thinking）。

本 Open Roberta Lab 開發平台系列文將著眼在以運算思維培養解決問題（problem solving）的能力：先詳述問題的內含，再甞試將對應的解決過程描繪成流程圖（flowchart），最後，以純軟體模擬（simulation）的方式來實現（implement）之。

機電整合學習法

廠商會因為教育市場的利基不斷地設計出各種軟硬體套件，而現今的這些套件多半是將昔日專業機電技術相互結合的最終產物。

在學習上，先以套件成品來吸引初學者的學習興趣後，再將之逐一拆解為基礎的原子知識以利後續相關應用的整合，我們將之稱為「拼圖法」（最終的作品是各部件的組合）。

以前述提及的自走車為例，我們在《廢材車之廢等級》一文中，已呈現了從套件拆解至原子知識的方法了，讀者們可細細推敲這其中的意涵。

另外，將需要的原子知識逐步整合成為一個專案亦為實務上常見的一種問題解決方法，我們將之稱為「積木法」（以眾小積木堆積成最終的作品）。

如圖 1，至於拼圖法或積木法的學習選擇，仍應端賴學習者的特質而選定之，前者的要義在拆解；後者則著重在整合的層面上，這是學習時所需要特別留意的要項。

圖 1：機電整合之套件與專案學習法

問題描述：開車經過經斑馬線

小羅開車來到了十字路口（圖 2），請設計一科技架駛方式（車上裝有顏色感測器color sensor），在「禮讓行人，行車安全」的前提下順利通過。

註：圖 2 的街道圖為 Scratch 內建的背景圖，老婆婆圖示「cartoon grandma with crutches」，組合的完整圖檔「Urban+grandma.jpg」可由此處下載。