物理實驗量測App 的開發與實作

物理實驗量測

App 的開發與實作

洪耀正

1

* 陳淑慧

2 1_{逢 甲 大 學 物 理 教 學 研究 中 心} 2_{逢 甲 大 學 通 識 教 育 中心}

壹、背景與動機

隨 著 通 訊 科 技 的 快 速 發 展 與 普 及 ， 智 慧 型 手 機 已 經 成 為 日 常 生 活 不 可 或 缺 的 一 部 分 ， 影 響 層 面 泛 含 食 衣 住 行 育 樂 。 由 於 智 慧 型 手 機 具 有 可 攜 性 與 便 利 性 ， 除 了 生 活 上 的 用 途 ， 近 年 來 科 教 領 域 的 專 家 學 者 研 擬 將 手 機 應 用 到 教 育 相 關 的 領 域 ， 特 別 是 物 理 實 驗 的 自 動 化 量 測 。 事 實 上 ， 目 前 市 售 的 智 慧 型 手 機 都 已 內 建 多 種 感 測 器 ， 例 如 加 速 度 感 測 器(亦 稱 重 力 感 測 器 )、 方 向 感 測 器( 陀 螺 儀 ) 、 磁 場 感 測 器 ( 數 位 羅 盤)、光 感測 器，以 及距 離 感測 器 等 等。若 能 善 用 這 些 感 測 裝 置 ， 智 慧 型 手 機 結 合 量 測 App 將 可 取 代 傳 統 昂 貴 的 自 動 控 制 及 數 據 擷 取 實 驗 系 統 ， 使 量 測 可 隨 時 隨 地 進 行 ， 提 升 學 生 對 科 學 量 測 的 興 趣 。 有 鑒 於 此 ，Vieyra Software 開 發了 一 個 非 常 有 用 的 App 應 用 程 式 ， Physics Toolbox Sensor Suite。 該 App 提 供 了 多達 18 種 的感 測 功 能以 及 3 種 產生 器(音 調 、 顏 色 ， 以 及 閃 頻 產 生 器) ， 同 時 支 援 了 Android 與 iOS 兩 種 系 統 。RWTH Aachen *為本 文 通 訊 作 者 University 也 開發 了 類 似 的 App，Phyphox。 利 用 上 述 應 用 程 式 ， 智 慧 型 手 機 近 年 來 已 被 用 來 量 測 單 擺 週 期(曾 耀 寰，2017)、地 球 磁 場(李 欣、羅 道正 和 江 俊 明，2017)、驗 證 光 學 定 律(謝 怡 靜、江 俊 明，2017)，以 及進 行 其 它 經 典 物 理 實 驗(Kuhn, 2014)。除 此之 外 ， 手 機 的 便 攜 性 讓 傳 統 的 物 理 實 驗 可 以 走 出 實 驗 室 ， 例 如 至 科 學 博 物 館 探 索 展 示 教 具 所 展 現 的 物 理 現 象(洪 耀正、李 英 德、 羅 道 正 ，2018)。而 結 合 Arduino(戴 明 鳳、 李 芳 瑜 、 施 宙 聰 、 林 錦 言 、 胡 文 彧 、 林 家 賢 ，2018)與 Tracker(洪 耀正、鄭 翰 陽、江 俊 明，2015)之 後，所 設 計 的實 驗 模 組 甚至 可 以 用 到 大 學 普 通 物 理 實 驗 課 程 以 及 高 中 實 驗 課 程 之 中 。 儘 管 以 手 機 進 行 科 學 量 測 已 蔚 為 風 潮，然 而 目 前 相 關 App 應 用程 式 主 要 倚賴 其 它 開 發 者 提 供 ， 尚 無 相 關 的 教 材 引 導 教 師 或 學 生 自 製 物 理 量 測 App。呼 應 十 二年 國 教 自 然 領 域 課 綱 即 將 啟 動 的 探 索 與 實 作 課 程 ， 課 程 應 回 歸 科 學 研 究 的 本 質 ： 發 現 並 提 出 問 題 、 設 計 模 型 ， 親 自 動 手 建 立 工 具 、 進 行 實 驗 ， 以 獲 得 解 答 ； 因 此 學 習 自

製 物 理 量 測App 有 其需 要。另 一 方 面 App 程 式 的 學 習 可 引 起 學 生 對 程 式 語 言 的 興 趣 與 熱 忱 ， 合 乎 現 代 教 育 跨 領 域 合 作 的 趨 勢 (在 此 是 資 訊 科 學 與 物 理 的 跨 領 域 學 習 )。 本 文 的 目 的 即 是 開 發 簡 易 的 物 理 量 測 App，藉 以 讓 師生 動 手 自 製相 關 的 App。 由 於 傳 統 程 式 語 言 的 語 法 龐 大 、 複 雜 且 容 易 造 成 初 學 者 學 習 上 的 困 擾 ， 本 教 學 模 組 採 用 圖 控 式 的 App Inventor 2 以 降低 學 習 的 難 度。教 學 模 組 的 主 要 目 的 在 於「 動 手 完 成 」 物 理 量 測 App， 而非 從 頭 教 授程 式 的 基 本 概 念 ， 因 此 內 容 與 操 作 步 驟 宜 簡 單 明 瞭 。 基 於 這 樣 的 理 念 ， 我 們 的 教 學 模 組 首 先 提 供 半 完 成 的 「 加 速 度 計 App」範 例 ， 讓 師 生 理 解 該 App 的 程式 邏 輯 概 念 。 緊 接 著 藉 由 逐 步 引 導 完 成 該 App， 後 續並 將 其 改 寫 成 為「 磁 場 計 App」，以 及「 光 照 度 計App」。透 過 這 樣 的 過 程，我 們 期 待 師 生 能 初 步 理 解 物 理 量 測App 的 開發 原 理 ， 同 時 克 服 對 程 式 的 陌 生 與 恐 懼 ， 進 而 誘 發 學 習 程 式 語 言 的 興 趣 與 熱 忱 。

貳、

App Inventor 2 簡介

一、App inventor 2 的基本介紹

智 慧 型 手 機 盛 行 以 來 ， 現 代 人 的 生 活 已 經 脫 離 不 了 各 式 各 樣 的 App 應用 軟 體， 同 時 每 年 全 球 的 行 動 應 用 收 入 也 超 過 了 450 億美 元 。 面對 這 樣 的 潮流 ， 具 有 App 設 計 的 基 本 概 念 將 是 未 來 各 領 域 從 業 人 員 所 需 的 基 本 能 力。然 而 就 市 佔 率 超 過 86% 的 Android 行 動 平 台 而 言 ， 傳 統 上 開 發 App 需 要 用 到 Java 程 式 語 言 與 Android Studio，具 有 較 高的 門 檻。為了 讓 沒 有 程式 基 礎 的 使 用 者 一 樣 可 以 開 發 App，2010 年 Google 實驗 室 建立 了 一 套 新的 App 整合 開 發 工 具，App Inventor。隨後 2012 年 App Inventor 移 交 給麻 省 理 工 學院(MIT)，幾 經 改 版 之 後 ， 遂 成 為 本 文 所 採 用 的 App Inventor 2。 App Inventor 2 的 最 大 特 點 為 利 用 積 木 式 的「 程 式 方 塊 」來 取 代 傳 統 的 程 式 碼， 就 算 是 非 資 工 科 系 的 學 生 ， 也 可 以 在 妥 善 的 引 導 下 完 成 程 式 撰 寫 。 程 式 方 塊 的 優 點 是 方 便 直 覺 ， 有 助 於 縮 短 App 的 開 發 時 程 ， 因 此 App Inventor 2 可作 為 快 速 開 發 應 用 程 式 原 型 的 環 境 平 台 。 特 別 的 是 ， 這 個 整 合 開 發 工 具 還 支 援 了 雲 端 資 料 庫 連 結、藍 牙 連 線，甚 至 是 樂 高 機 器 人 的 控 制， 功 能 十 分 齊 全 ， 非 常 適 合 作 為 資 訊 先 導 課 程(如 計 算 機 概 論 或 資 訊 概 論 )的 相 關 教 材 (洪 耀正，2018)。也因 為 App Inventor 2 適 合 完 全 沒 有 程 式 基 礎 的 初 學 者 ， 麻 省 理 工 學 院 現 在 仍 不 斷 擴 充 App Inventor 2 的 相 關 功 能 ， 並 極 力 地 在 全 世 界 進 行 推 廣 。

二、以

App inventor 2 教授程式語言

的優點

程 式 語 言 的 學 習 已 被 普 遍 認 為 有 助 於 提 升 學 生 的 邏 輯 、 高 層 次 思 考 ， 以 及 解 決

問 題 的 能 力 。 在 過 去 的 教 學 研 究 中 ， 傳 統 的 程 式 設 計 課 程 往 往 遇 到 一 些 教 學 端 的 困 難 與 問 題 。 由 於 傳 統 程 式 語 言 語 法 龐 大 複 雜 ， 初 學 者 在 學 習 上 容 易 遭 遇 理 解 語 法 結 構 的 困 難 與 大 量 記 憶 指 令 的 困 擾 。 也 因 為 語 法 繁 瑣 ， 老 師 在 教 學 中 因 而 聚 焦 於 指 令 與 語 法 結 構 ， 而 忽 略 教 導 利 用 程 式 來 進 行 創 意 發 想 ， 解 決 真 實 的 問 題 。 最 終 導 致 學 生 不 知 為 何 而 學 ， 以 致 喪 失 了 學 習 動 機 與 意 願(Mannila, Peltomäki, & Salakoski,. 2006)。如此 惡 性循 環 下，程 式設 計 遂 變成 一 道 難 以 跨 越 的 鴻 溝 ， 讓 非 資 訊 相 關 系 所 的 學 生 望 之 卻 步(洪 耀 正 ，2018)。 對 於 非 資 訊 相 關 系 所 的 學 生 ， 學 習 程 式 語 言 的 目 的 是 成 為 資 訊 工 程 師 嗎 ？ 答 案 當 然 是 否 定 的 。 然 而 面 對 物 聯 網 、 大 數 據 分 析 、 機 器 人 、 人 工 智 慧 等 未 來 產 業 的 崛 起 ， 各 行 各 業 都 有 機 會 與 程 式 專 業 人 員 合 作 ， 發 揮 自 己 專 業 上 的 創 意 。 因 此 了 解 程 式 能 做 些 甚 麼 ， 同 時 藉 此 培 養 邏 輯 思 維 、 創 意 思 考 與 解 決 問 題 的 能 力 ， 才 是 一 般 學 生 程 式 教 育 的 核 心 重 點。App Inventor 2 所 具 備 的 一 些 特 點 ， 恰 可 完 美 地 解 決 傳 統 程 式 語 言 教 學 上 的 問 題。首 先App Inventor 2 的 「 程 式 方 塊 」 保 留 了 程 式 語 言 基 本 的 邏 輯 架 構 與 邏 輯 流 程 ， 然 而 學 習 者 無 需 大 量 記 憶 繁 瑣 的 程 式 語 法 ， 大 幅 降 低 了 入 門 的 難 度 。 此 外 App Inventor 2 的 目的 在 撰寫 App 程 式， 這 提供 給 學 生 相對 充 足 的 學習 動 機 ， 以 及 後 續 專 題 發 想 、 結 合 學 科 專 業 的 機 會 。 更 不 用 說 App Inventor 2 只 需要 Google 帳 號 便 可登 入 開 始 使用、使 用 完全 免 費 ， 並 具 有 控 制 樂 高 機 器 人 與 微 處 理 器 等 相 關 功 能 。 由 於 兼 具 上 述 優 點 ，App Inventor 2 遂 成為 自 製 物 理實 驗 量 測 App 教 學 模 組 的 首 選 。

參、物理實驗量測

App 教學模組

一、開發理念與準備工作

誠 如 先 前 所 述 ， 本 教 學 模 組 的 主 要 目 的 在 於 「 動 手 完 成 」 物 理 量 測 相 關 App， 而 非 從 頭 教 授 變 數 宣 告 、 邏 輯 判 斷 、 迴 圈 等 程 式 基 本 概 念 。 因 此 我 們 的 教 學 模 組 設 計 了 半 成 品 的 物 理 實 驗 量 測 App， 藉 由匯 入 與 修 改 該 專 案 ， 學 習 者 將 可 了 解 此 類 App 的 設計 概 念， 同 時 學 習如 何 安 裝 利用 App Inventor 2 撰 寫 的 App 程式 到 Android 手 機 ， 並 進 行 後 續 應 用 。

由 於 App Inventor 2 是 Google 公 司 所 開 發，因 此 事 先 必 需 備 妥 Google 帳 號 與密 碼(即 Gmail 的帳 號 與 密 碼)， 同 時 利 用電 腦 端 的Google Chrome 瀏 覽器 執 行 。 打開 Google Chrome ， 搜 尋 關 鍵 字 「 MIT App Inventor 2」，便 可 找 到 其 對 應 的 網 頁。點 擊 該 頁 面 ， 依 序 進 行 帳 號 與 密 碼 的 輸 入 、 同 意 服 務 條 款 、 稍 後 填 寫 問 卷(Take Survey Later)， 便 可 進 入 App Inventor 2， 如 圖 一 所 示 。 最 後 ， 確 認 其 為 英 文 介 面 即 可 。

利 用Emulator 模 擬器 直 接 在電 腦 端 模 擬， 或 在 手 機 端 安 裝 MIT AI2 Companion，藉 此 進 行 模 擬(洪 耀正，2018)。除 了 Emulator 以 及AI2 Companion，App Inventor 2 也 能 將 完 成 的 App 打 包 成 apk 檔 案 ，藉 由 QR code 讓 使 用 者 將程 式 安 裝到 Android 手機 裡 。 因 此 學 習 者 在 進 行 物 理 實 驗 量 測 App 實 作 前 ， 必 需 先 安 裝 任 何 一 款QR code 掃 描 器 App。 最 後， 請 由 參 考文 獻 的 連 結下 載 物 理 實 驗 量 測 App 教 學 專 案 ： PhySensors.aia(洪 耀 正 ， 2019)。 PhySensors.aia 沒有 辦 法 直 接安 裝，必 需 先 登 入 App Inventor 2 並 點 選 Projects， 選 取 Import project (.aia) from my computer，點 選彈 出 視 窗 的「 選 擇 檔 案」並 選 取 已 下 載 的 PhySensors.aia， 最 後 點 擊 OK 鈕 才 可 以 匯入 該 專 案(圖二)。匯 入 完成 後 ， 便 可 進 行 後 續 的 修 改 與 應 用 。

圖 一 、(a) App Inventor 2 登 入 頁 面， 在 此 需 要輸 入 使 用 者 Google 帳 號 ， 亦 即 Gmail。 (b) 輸 入 密 碼 。(c) App Inventor 2 的 主 頁 面 ， 確 認 右上 角 語 言 設定 為 English。

(a) (b)

圖 二 、_{(a) 選 取 匯 入 專案 功 能 。 (b)選 擇 所 要 匯入 的 檔 案 。}

二、加速度計

App

匯 入 檔 案 後 的 頁 面 如 圖 三 所 示 ， 此 為 專 案PhySensors 的 設計 者 介面(Designer)， 是 設 定App 外 觀與 啟 動 手 機相 關 硬 體 功能 的 地 方 。 畫 面 中 由 左 至 右 三 個 區 域 分 別 為 Palette，Viewer， 與 Components。 其 中 我 們 可 以 藉 由 Palette 為 程 式 加 入 新 的 元 件 與 功 能，Viewer 是編 排 App 使 用者 介 面的 地 方，Components 則呈 現 所有 出 現 在 本專 案 的 元 件 。PhySensors 專 案的 預 設 內 容為 加 速 度 計 的 半 完 成 品，因 此Viewer 將 用來 顯 示 感 測 器 所 量 到 的 加 速 度 總 大 小 以 及 各 分 量 的 大 小 。Viewer 下 方 的 Non-visible components 則 顯示 本 專 案 用到 的 幾 個 不可 見 元 件(App 使 用 者 介 面 上 看 不 到 這 幾 個 元 件，但 其 可 發 揮 相 關 功 能)，特 別 是 框起 來 的 AccelerometerSensor ， Taifun Magnetic， 與 TaifunLight，其 分 別 為 加速 度 感 測 器 元 件 、 磁 場 感 測 器 元 件 ， 以 及 光 感 測 器 元 件 。 在 此 我 們 先 把 相 關 的 元 件 加 到 App 裡 面，藉 由這 幾 個 元件 後 續 將 可擷 取 相 關 的 物 理 量 ， 同 時 拖 曳 相 關 程 式 方 塊 以 量 測 加 速 度 、 磁 場 ， 或 是 光 照 度 。 接 下 來 點 選 功 能 列 最 右 端 的 Blocks 按 鈕( 圖 四 (a)) ， 以 進 入 程 式 設 計 介 面 (Blocks’ View)，此 為撰 寫 程式 的 地 方(圖四 (b))。圖四(b)左 側是 程 式 方 塊面 板，裡 面包 含 了 所 有 可 以 在 App Inventor 2 使 用 的程 式 方 塊；右 側 則 是 PhySensors 專 案 目 前所 擁 有 的 程 式 方 塊 。 (a) (b)

圖 三 、 專 案 PhySensors 的 設 計 者 介面 。 圖 中 虛 線 框 起 來 的 部 分 是 程 式 語 言 最 重 要 的 概 念 之 一：宣 告 變 數。「 變 數 」的 功 用 是 儲 存 程 式 執 行 時 的 變 動 資 訊 ， 例 如 加 速 度 的 大 小 。 而 「 宣 告 變 數 」 則 是 告 訴 程 式 有 這 些 變 數 的 存 在，並 給 定 它 們 初 始 值。 因 此 我 們 宣 告 變 數「unit」來存 放 物 理 量的 單 位，並 給 定 初 始 值 為「m/s^2」以 作 為加 速 度 的 單 位。同 時 我 們 宣 告 變 數 x、y、z、 Net，分 別 用 來 存放 加 速 度 的 x 分 量、y 分 量、z 分 量、總 大小。由 於 這些 數 值 後 續可 由 加 速 度 感 測 器 元 件 匯 入 ， 因 此 初 始 值 可 先 給 定 為 0。下 方 的 when Screen1.Initilize 功 用 為 啟 動App 時將 裡 面 所有 單 位 相 關的 文 字 設 定 為 變 數 「unit 」， 亦 即 設 定 為 「m/s^2」。 圖 五 顯 示 了 專 案PhySensors 的 其它 程 式 方 塊。when Clock1.Timer 的 功能 為 每 隔 t 秒 即 執 行 do 程 式 方框 內 的程 式 指 令，其 目 的 在 每 隔 t 秒 取 樣 一 次 ；在 此 專 案 中我 們 預 設 t=0.1 秒。 程 式 方 框內 的 set global x to， set global y to， set global z to， 以 及 set global Net to 則 是 分 別 給定 變 數 x、y、 z、Net 的 大 小 ，Format as decimal number 是 將 加 速 度 大 小 取 至 小 數 點 下 第 2 位 ，右 方 缺 口 處 則 需 要 匯 入 加 速 度 感 測 器 所 擷 取 的 物 理 量 。 下 方 4 個綠 色 的程 式 方 塊 則能 把 變 數Net、x、y、z 的 大 小 顯示 在 App 畫 面 上 。 x 分 量 y 分 量 z 分 量 加 速 度 大 小

圖 四 、(a)按 下 功 能 列 最右 端 的 Blocks 按 鈕 切 換 至 程 式 設 計介 面 。 (b)專案 PhySensors 的 程 式 設 計 界 面 。

圖 五 、 專 案 PhySensors 的 其 它 程 式方 塊 。

(a)

在 此 教 學 模 組 中 ， 使 用 者 只 需 要 拖 曳 加 速 度 感 測 器 相 關 的 程 式 方 塊 到 缺 口 處 ， 即 可 完 成 加 速 度 計 App。 點選 左 側 程 式方 塊 面 板 下 方 的AccelerometerSensor1，此 時 出 現 AccelerometerSensor1 元 件所 有 相關 的 程 式 方 塊 。 其 中 AccelerometerSensor1. XAccel 可 以 取 出感 測 器 所 量到 的 加 速度 x 分 量 ， 同 理 AccelerometerSensor1.YAccel 與 AccelerometerSensor1.ZAccel 分 別 可以 取 出 加 速 度 y 分 量與 z 分 量。 將 這 三 個程 式 方 塊 拖 曳 至 先 前 的 缺 口 處，如 圖 六 所 示， 即 可 完 成 加 速 度 計 App。 最 後 將 完 成 的 App 打 包 成 apk 檔 案 ， 就 可 以 將 App 安 裝 到手 機。點選 功 能 列 的 Build 鈕，以 及 彈跳 出 來 的 App(provide QR code for .apk)選項 ， 如 圖 七(a)所 示 ， 系統 便 開 始 生 成apk 檔。圖 七(b)顯示 完 成 後所 彈 跳 出 來 的 視 窗 ， 利 用 任 何 一 款 QR code 掃 描 器App 掃 描螢 幕 上 的 QR code， 便可 以 連 結 到 對 應 網 址 ， 於 手 機 端 下 載 並 安 裝 專 案 的 apk 檔 。由 於 本 專 案的 apk 檔 並不 是 從 Play 商 店 下載 的 程 式，因 此安 裝 過程 中 必 需 點 選「 允 許 安 裝 未 知 應 用 」。此 外QR code 的 連 結 只 能存 在 2 小 時，因 此 稍 後若 需 要 在 其 它 手 機 安 裝 此 App，則 必 需 重複 先 前 打 包 apk 的 動 作。 最 後 我 們 可 以 由 手 機 端 檢 視 製 作 完 成 的 加 速 度 計 App。開 啟 手 機螢 幕 上 新 安裝 的 Physics Sensors， 便 可 以看 到 如 圖 八(a) 的 畫 面 ： 螢 幕 上 半 部 顯 示 當 下 加 速 度 總 大 小 ， 下 半 部 則 分 別 顯 示 加 速 度 各 分 量 的 大 小。其 中 單 位「m/s^2」清 楚地 告 知 使 用者 畫 面 中 的 物 理 量 為 加 速 度 。 若 使 用 者 隨 意 搖 晃 手 機 ， 螢 幕 上 的 加 速 度 數 值 亦 會 隨 著 變 動 ， 而 取 樣 時 間 即 為 我 們 在 程 式 中 已 經 設 定 好 的 t=0.1 秒 。 圖 六 、 匯 入 加 速 度 感 測 器 所 擷 取 的 物 理 量 。

圖 七 、(a) 將 完 成 的 App 打 包 成 apk 檔 。 (b) 掃 描 QR code， 即 可 將 完成 的 apk 檔 安 裝 到 手 機 。

圖 八 、(a)加 速 度 計 App 的 執 行 結 果。 (b) 磁 場計 App 的 執 行 結 果 。 (c) 光 照 度 計 App 的 執 行 結 果 。

三、磁場計

App

藉 由 幾 個 簡 單 的 步 驟 ， 我 們 可 以 將 專

案 PhySensors 改寫 成 為 磁 場 計 App。首 先 在 程 式 設 計 介 面 點 選 上 個 範 例 所 加 入 的

AccelerometerSensor1 相 關 程式 方 塊，並按 下 鍵 盤 上 的Delete 按 鍵 進 行刪 除。點 選左 側 程 式 方 塊 面 板 下 方 的TaifunMagnetic1， 此 時 出 現 TaifunMagnetic1 元 件 所 有 相 關 的 程 式 方 塊 ， 其 中 TaifunMagnetic1. MagneticX~Z 可 以 取 出 感 測器 所 量 到 的磁 場 x 分 量 ~z 分 量 。 如 圖 九 所 示 ， 將 TaifunMagnetic1.MagneticX~Z 程 式 方 塊 拖 曳 至 缺 口 處，並 將 變 數「unit」的初 始 值改 為「uT」以 給 定磁 場 的 單 位 Microtesla (由 於App Inventor 2 不 支 援 Symbol 字 型，因 此 我 們 以 uT 代 表 µT)。這 樣就 完 成 了 磁場 計App。 將 完 成 的 App 打 包 成 apk 檔 案，就 可 以 將 程 式 安 裝 到 手 機 ， 並 取 代 原 本 的 Physics Sensors。如 果想 要 獨立 安 裝 成 一個 新 的 App ， 可 以 在 打 包 前 點 選 功 能 列 的 Projects 鈕，選 擇 Save project as 將 原 本 專 案 存 成 一 個 新 的 專 案 ， 並 任 意 輸 入 新 專 案 名 稱(例 如 PhySensors-1)。切換 至 設 計 者介 面(Designer)， 如圖 十 點 選 Components 區 域 內 的Screen1，並修 改 右 方 Screen1 屬 性 裡 的 AppName 為 Magnetic Meter。這 樣 打 包 安 裝 後 手 機 螢 幕 上 便 會 出 現 新 的 App， 其 名 稱 為 Magnetic Meter。 該 App 的 執行 結 果 如 圖 八(b)所示 。

圖 九 、 匯 入 磁 場 感 測 器 所 擷 取 的 物 理 量 ， 同 時 將 單 位 改 成 uT。

四、光照度計

App

最 後，我 們 把 專 案 PhySensors 改 寫 成 為 光 照 度 計。首 先 將 變 數「unit」的 初 始值 改 為「lux」以 給定 光 照 度 的單 位。由 於光 照 度 是 純 量 ， 因 此 我 們 由 Math 拉 出 數值 為 0 的程 式 方 塊， 並 將 變數 x、 y、 z 都 設 為 0， 如圖 十 一(a)所 示 。 點選 左 側 程 式方 塊 面 板 下 方 的 TaifunLight1 ， 此 時 出 現 TaifunLight1 元 件 所有 相 關的 程 式 方 塊，其 中 TaifunLight1.Illuminance 可 以 取 出 感測 器 所 量 到 的 光 照 度 大 小。圖 十 一(b)顯 示將 變 數 Net 改 為 TaifunLight1.Illuminance 程 式 方 塊 ， 如 此 便 完 成 光 照 度 計 App。 將該 App 打包 成 apk 檔 案， 便 可安 裝 到 手 機。 光 照 度 計App 的執 行 結 果 如圖 八(c)所 示。

肆、結論

搭 上 風 靡 全 球 的 創 客(maker)熱 潮，近 年 來 國 內 外 學 者 開 始 推 動 以 Arduino 、 LabView 等 軟 硬體 來 自 製 物理 量 測 實 驗。 相 較 於 前 述 兩 者，智 慧 型 手 機 的 可 移 動 性、 流 通 性 ， 以 及 普 及 性 更 高 ， 更 適 合 後 續 對 學 生 乃 至 社 會 大 眾 的 推 廣 使 用 。 結 合 以 程 式 方 塊 為 主 體 的 App Inventor 2，不 但 程式 架 構 簡 單 ， 使 用 完 全 免 費 ， 因 此 極 適 合 用 來 開 發 物 理 量 測 App 的 程 式平 台。基 於這 樣 的 理 念 ， 本 文 提 供 了 自 製 的 教 學 模 組 PhySensors， 藉 以 作 為 橫 跨 資 訊 科 學 與 物 理 領 域 的 第 一 堂 課 ， 讓 參 與 的 師 生 初 步 了 解 物 理 量 測 App 的 開發 概 念。

Physics Toolbox Sensor Suite 等 應 用 程 式 除 了 能 在 螢 幕 上 顯 示 量 到 的 物 理 量 ， 同 時 能 把 量 到 的 數 據 儲 存 到 手 機 的 記 憶 卡 ， 同 時 利 用email 寄 到 使用 者 所指 定 的 信 箱。 事 實 上，結 合 相 關 程 式 概 念 與 邏 輯 結 構 後， App Inventor 2 所開 發 App 也可 以 具 有相 同 的 功 能(洪 耀 正，2018)。後 續 我 們 將 持續 開 發 相 關 教 材 內 容 ， 並 將 結 果 以 書 面 或 是 磨 課 師 課 程 的 形 式 呈 現 。

圖 十 一 、(a)將 光 照 度 的各 分 量 改 為 0， 並 將 單 位改 為 lux。 (b) 匯 入 光 照度 感 測 器 所擷 取 的 物 理 量 。

參考文獻

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Kuhn, J. 2014. Relevant information about using a mobile phone acceleration sensor in physics experiments.

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94-94.

Mannila, L., Peltomäki, M., & Salakoski, T. (2006) What about a simple language? Analyzing the difficulties in learning to program. Computer