mBot入門與實習：STEM整合式機器人學習

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