碧華國小資訊中心

日期：106年7月26日(三)

主題：STEAM與運算思維教學實務班–卡內基美隆大學機械學院入門課程：機器人設計

單位：資訊工業策進會　數位教育研究所

上課地點：台北市信義路三段153號3樓

課程計畫：

• 課程網站：https://goo.gl/ulZeDx
• 2017資策會未來之星扎根計畫
• 資策會未來之星扎根培育計畫課程網站
• 資策會【未來之星-扎根計畫】2017年課程列表
• 未來之星扎根計畫FB粉絲專頁

課程目標：

1. 瞭解運算思維與STEAM於學科整合應用。
2. 瞭解國際機器人教學編制架構與教學內容。
3. 瞭解數位學習平台、模擬軟體與實體教學搭配。
4. 瞭解機械工程中需要的技巧(包含簡單機械，基礎物理，解決問題的能力，設計和測試等)
5. 具備建立簡單機械裝置同時能透過動作編程，將二者整合應用。

課程大綱：

1. 【開幕式與課程說明】:這個單元會帶領您了解機器人的零件，以及如何更新機器人的韌體。
2. 【圖型化編程環境介紹】:這個單元會教您如何利用圖型化程式，讓機器人前進與設置馬達。
3. 【基本移動】:這個單元會教您如何利用圖型化程式讓機器人前後移動、控制速度與控制手臂、操縱旋轉方向與角度等，以及應用程式設計和數學的技巧。
4. 【感測器應用】:這個單元會教您如何利用圖型化程式，讓機器人使用觸碰感應器與距離感應器避開障礙物、用陀螺儀感應器來偵測旋轉，以及用顏色感應器讓機器人可以對紅綠燈、道路標示等有所反應。
5. 【程式流程】:這個單元會教您使用迴圈來編寫更複雜的程式碼，並用If/Else 條件敘述式，讓機器人根據感應器的讀取數值做出判斷、重複決策與追蹤路線。
6. 【學習成果】: 這個單元會請您以救援為挑戰任務，讓機器人執行救人任務，同時防止任務中出現更嚴重的破壞。

課程內容：

STEM Integration in K-12 Education

什麼是運算思維 (Computational Thinking)？

• CM Asia Learning：goo.gl/uxo2mj
• 軟體下載：goo.gl/JexuwC
  • 最先裝：ROBOTCforVEXRobotics_455Release.exe
  • 最後裝：ExpeditionAtlantisDemo_August_31_2017.exe

學習資源：

• CM Asia Learning
• VEX IQ 官方網站
  • VEX IQ Support
• Robot Virtual Worlds | ROBOTC | VEX & NXT Simulator
• ROBOTC.net :: Learn how to use Robot Virtual Worlds
• STEM教育- 維基百科，自由的百科全書
• 從STEM到STEAM:藝術將如何提升高科技人才？
• 運算思維在中小學之推動策略 – 台北市立大學盧東華教授
• 運算思維與程式語言教學增能 – Kids Coding Studio 蔡淑玲 Shalley
• 運算思維簡報_呂聰賢
• 新北市蘆洲國中研習：運算思維與程式設計
• 想法 & 程式 – 呂聰賢

課程主題：認識DiFi學習板

參考網站：竹林資訊站 – 宜蘭縣教育支援平台

• DiFi第0課認識DiFi學習板及課前準備

DiFi 是 Scratch外部感應器另一種選擇。

DiFi 是一塊整合感測元件在板子上的學習板，可省去接線的困擾。直接用這一片，不用再去接擴充板及繁雜的接線，針對短時間(半天)的研習，做基礎教學應該夠用了。

DiFi 以ESP8266系列wifi晶片為基礎，加上繼電器、光敏電阻、RGB LED、按鍵開關、紅外線感測器、蜂鳴器、DHT11溫濕度感測器等感測元件。

除了基本的感測器之外，你還是可以很容易的再連接麵包板及其他感測器。

因為是以wifi晶片為基礎，也可以做遠端遙控喔！

有3種供電方式：110V ～ 200V 市電、MicroUSB、圓孔5V插座

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因為DiFi的腳位和arduino不同，所以WFduino特別製作了一個腳位對照表方便大家使用。

開啟WFduino，選擇[幫助]，[腳位對照表]，[DiFi]

就會出現腳位對照表

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腳位說明：

A0：讀取類比輸入訊號

D0~D10：數位輸出、輸入，也可以做類比(PWM)輸出。(D9、D10做USB傳輸使用)

3V3：正極(3.3V)

GND：接地(負極)

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實際對照圖如下：

只要將輸出、入腳位用麵包線跟感測器插孔連接，就可以使用。

左上方那個大黑色方塊是[變壓器]，可以直接將家用電源的火線、零線(中性線)接上供電。(請參考DiFi第十三課繼電器)，比較危險，要注意絕緣，建議教學上不要用。

A是[繼電器]：COM、長閉、常開，接外部要控制的電器。控制方法就是拿一條麵包線，一端接輸出腳位D0~D8其中一個插孔，一端接板子上寫[REALY]的插孔(上圖標a)。使用方法請參考DiFi第十三課繼電器。

C是[蜂鳴器]：控制方法就是拿一條麵包線，一端接輸出腳位D0~D80其中一個插孔，一端接板子上寫[BEEP]的插孔(上圖標c)。使用方法請參考WFduino第七課(蜂鳴器)。

RGB是[RGB三色LED]：燈的顏色分別由板子上的插孔[LEDG](上圖標d)、[LEDR](上圖標e)、[LEDB](上圖標f)，來控制綠、紅、藍三個顏色，採用低電位觸發(類似共陽極RGB LED)。使用方法請參考DiFi第2~7課

H是[按鍵]：由板子上的插孔寫[KEY](上圖標h)來控制，使用方法請參考DiFi第九、十課按鍵

J是[光敏電阻]：由板子上的插孔寫[PhotoR](上圖標j)來控制，使用方法請參考DiFi第11課(光敏電阻)

K是[DHT11溫溼度感測器]：由板子上的插孔寫[DHT22](上圖標k)來控制，使用方法請參考DiFi第十五課DHT11溫濕度感測器

M是[紅外線感測器]：由板子上的插孔寫[IRSW](上圖標m)來控制，使用方法請參考DiFi第12課主動式紅外線感測器

板子上寫[D2]的LED由(上圖標D0)的腳位來控制，採用低電位觸發(預設是亮燈)。

數位輸出高電位是3.3V

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使用USB線連接電腦後，板子上有3顆LED會亮

開啟WFduino，選擇連接埠後，程式會自動掃描附近的基地台，此時板子上寫[D2]的LED(上圖標D0)會先熄滅，等它再次亮起來，就是連接完成了。

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更新韌體：

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1.如果要更新韌體，請選[功能]，[韌體更新]，選擇板子的型號[ESP8266系列]

2.顯示[正在更新ESP8266晶片]。請稍等

3.顯示[更新完成，請按RST重開，已完成重置動作]。

4.請按板子上面的[RESET]鍵，重新啟動。

5.等板子上寫[D2]的LED(上圖標D0)燈亮起，再選一次連接port 就可以使用了。

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安裝WFduino

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WFduino新版下載使用方法，請參考：

http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/97509/660050

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安裝離線版Scratch 2.0

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請先連結 Scratch 2.0 離線版 下載網址：https://scratch.mit.edu/scratch2download/

下載安裝檔，然後依照指示安裝即可，過程中會要求安裝[Adobe AIR]，就按[確定]把它裝完。

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注意：

WIN7 系統上沒有預設安裝USB連接晶片的驅動程式，所以插上板子不會有動作，請先安裝CH340系列的驅動程式。

參考下載點

win7 http://www.arduined.eu/files/CH341SER.zip

win8 http://www.arduined.eu/files/windows8/CH341SER.zip

Mac http://kig.re/downloads/CH341SER_MAC.ZIP

小學生的 FABLAB 創客教室檔案下載區(黃輝聲老師網頁)

https://app.box.com/shared/iemr21so8a942l6pu9r6tygy787eg7ol/1/3157139133

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安裝CH340系列的驅動程式(WIN7 系統)

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註：win10系統會自動安裝，chromebook也可以省略這個步驟。

下載程式後解壓縮，請點[CH341SER]資料夾

執行[SETUP.EXE]

點[INSTALL]，就可以完成驅動程式安裝。

 

相關連結：

DiFi課程目錄
http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/100870/660551

WFduino(Arduino)課程目錄
http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/97509/641433