以圖控軟體學習正規程式語言之研究

大華技術學院

機電工程研究所

碩士論文

以圖控軟體學習正規程式語言之研究

Efficiency analysis of usiing graphic control program in computer

language pedagogy

研 究 生 ： 徐 順 興

指導教授 ： 何 世 偉 博 士

以圖控軟體學習正規程式語言之研究

Efficiency analysis of usiing graphic control program in

computer language pedagogy

研 究 生：徐順興 Student： Xu, Shun-Xing 指導教授：何世偉 博士 Advisor： Dr. Shr-Wai Ho

大華技術學院 機電工程研究所

碩士論文

A Thesis

Department of Mechatronics Engineering Ta Hwa Institute of Technology in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master of Science

in

Mechatronic Engineering July 2011

Hsinchu, Taiwan, Republic of China.

以圖控軟體學習正規程式語言之研究

學生：徐順興 指導教授：何世偉 博士 大華技術學院 機電工程研究所 摘 要 本研究以樂高機器人為創意教具，並以 k-12 學員和大專生進行實際學習參 數比較，來進行教學方案設計，k-12 組教學一開始採用 LEGO Mindstorms 圖 型控制軟體學習後再以 C 語言控制；另一大學組一開始即學習 C 語言控制，去 探討機器人的運作模式，並完成主題單元任務。本研究之貢獻，發現 k-12 組採 用圖型控制軟體，在之後學習其他程式語言反應皆比大專組學習者，在邏輯思 考能力與創造能力效果更佳強烈，此貢獻希望讓供有興趣的教學者或學習者使 用。 關鍵詞：樂高機器人、K-12、感測器

Efficiency analysis of usiing graphic control program in

computer language pedagogy

Student： Xu, Shun-Xing Advisor： Dr. Shr-Wai Ho

Department of Mechatronics Engineering Ta Hwa Institute of Technology

ABSTRACT

This research design a set of programs, try to analyze whether the concept of graphic control program is suitable for learning computer language. There are two groups of students, K_12 and college, involve in this project. Students of K_12 group learn the basic graphic control program first then into C language. Students of college group study the C language directly.

Results come out that the students of K_12 group, with the help of concept of graphic control program, have much better performance than the students of college group. Some detail program examples and conclusions are also describe in this paper.

誌 謝 首先感謝指導教授 何世偉博士給予學生各方面專業領域的教導及提攜， 並參與許多機器人教學中心助教及講師，累積了不少的經驗，還有對於這篇論 文所提供的幫助以及建議。另外，感謝口詴委員王明誠博士、韋孟育主任與曾 慶祺博士，百忙之中撥空前來指導本人的碩士論文口詴。本論文能完稿付梓， 除感謝本校機電工程研究所之所有老師諄諄教導，亦感謝所有同學相互勉力與 協助，對於論文及課業之完成受益匪淺，永誌不忘。 最後在此向我的家人及好朋友們表達崇高的敬意，沒有他們的鼓勵與支持 就不會有今天的成果，感謝之意盡在不言中。 徐順興 謹誌 2011.07.04

目 錄 頁碼 摘要 III ABSTRACT IV 誌謝 V 目錄 VI 圖目錄 VIII 表目錄 IX 第一章 緒論 1 § 1.1 前言 1 § 1.2 研究問題 3 § 1.3 名詞釋義 6 第二章 文獻探討 8 § 2.1 使用科技於程式設計教學 8 § 2.2 機器人教育 9 § 2.3 樂高機器人與建構學習 10 § 2.4 建構學習理論概述 11 第三章 研究方法 12 § 3.1 研究樣本 12

§ 3.3 描述研究對象與現場 14

§ 3.4 研究工具 15

§ 3.5 NXT -G 軟體控制器各面板操作說明 19

§ 3.6 Bricx Command Center 3.3 21

§ 3.7 各單元課程教學 22 第四章 結果與討論 23 第五章 結論 31 第六章 建議與未來展望 32 § 6.1 建議 32 § 6.2 未來展望 33 參考文獻 34 附錄一 Mindstorms NXT 機器人套件機構與零件說明 37 附錄二 機器人教材教案 40 附錄三 機器人科學語言學習經驗調查問卷 80

圖目錄 頁碼 圖一 NXT 藍芽機器人硬體系統組成 16 圖二 觸碰感應器定義回傳值的模式 17 圖三 光線明暗感測器定義回傳值的模式 17 圖四 聲音感測器定義回傳值的模式 18 圖五 超音波感測器定義回傳值的模式 18 圖六 NXT 與藍芽傳輸概念圖 19 圖七 Bricx C C 程式設計環境 20 圖八 可預測性 Guessability 25 圖九 易學性 Learnability 25 圖十 有效性 Effectiveness 26 圖十一 易用性 Efficiency 26 圖十二 趣味性 27 圖十三 易記性 Memorability 27 圖十四 整體滿意度（Satisfaction）機器人課程對你其它學習是否有幫助? 28 圖十五 整體滿意度（Satisfaction）滿意本次活動課程安排嗎? 28 圖十六 團體合作 29

表目錄 頁碼 表一 傳統教學與建構教學之比較 11 表二 機器人課程活動流程 13 表三 NXT -G 軟體控制器各面板操作說明 20 表四 各項學習對照成果分析表 25

第一章 緒論 §1.1 前言 現今是一個電腦相當普及化和功能強大的時代，許許多多的傳統科系都 已經轉型並結合資訊科技進行新的發展，新興科系當然有許多也是資訊科技 延伸出來的應用領域，因此程式設計已經不是計算機等相關科系所獨有的課 程，而是許多系所的共同科目。然而程式設計課程常常令學生感到繁重而困 難，尤其對初學者而言更是視寫程式為畏途。 究竟程式設計有什麼難以克服的學習障礙？對於這些學習障礙是不是也 能利用資訊科技幫助初學者踏上更好的學習途徑？而不同的科技工具亦有不 同之特性與運用方式，想要發揮科技在程式設計學習上的輔助功能，除了適 當的選擇外，對於科技特性的掌握以及教學策略的結合才是重點所在。 在現今多元的社會中，有多元入學、多元文化…等讓我們無所適從，而 以教育改革來因應這多元多變的社會，似乎是根本之方法。以往的填鴨式教 學已不再適用於今，為有更活潑有趣的教育能真正的吸引孩子的興趣。而樂 高機器人教材的問世，便帶給教師一套可培養學生壅富創造力的最佳教學教 材之工具。

丹麥樂高公司與麻省理學院合作研發，1998 年推出了 LEGO Mindstorms。 他們希望藉由玩這套產品，能夠對他們的認知與學習引發一場強烈的心智激 盪(田耐青，1999)。Wu 也利用 LEGO Mindsdtorms 進行「數學－科學－科技」 統整研究，發現學生能針對所提出的任務，順利組合符合需求的機器人，並 解決問題。同時也團體互動和良好的學習關係，如此讓生活創意經驗能作最 佳的連結(施能木，2007；Wu, 2002)。 由此可知樂高機器人可使學習者具有強烈的學習興趣。藉由簡單的創意 開發套件，激發學生天馬行空的想像力，而腦海中抽象的創意，也可藉著此 套教學工具，讓學習者將創造力，具體表現在其所設計的機器人成品上，並 藉由製作機器人的過程，完成落實創造力的教育。 於是本研究選用 LEGO MINDSTORMS NXT 機器人（以下簡稱：樂高機 器人）進行機器人課程內容之設計與學習程式語言之研究，由於機器人課程 內容包含了許多動手做、創意問題解決的項目，以及對本研究大多數的學生 來說，機器人組裝或程式設計是較少接觸到的教學元素，因此，課程活動是 以小組合作學習的方式，分組進行問題解決與討論，進而完成作品，達到本 課程所列之教學研究目標。

§ 1.2 研究問題

程式設計是一門複雜、抽象而思考密集性的學科（Bryant, Romero & du Boulay,2008），對於初學者而言要產生良好的學習成效實屬不易。一般程式設 計課程授課方式總不離範例講解、上機實作、程式作業、上機測驗、小型專 案開發等形式，但對沒有程式能力的初學者而言，程式的抽象概念常困擾之， 如果沒有克服這些學習過程的障礙，往往造成莫大的挫折感，不利於往後程 式概念的延伸學習以及邏輯思考能力的養成。 許多學者指出，程式設計學習成效不佳的原因之一，乃教師在程式設計 教學過程中過度強調語法，而忽略了問題解決能力的培養（Cox & Clark, 1994; du Boulay, O，Shea & Monk, 1989; Mayer, 1988; Pea, 1983）。但程式設計之問題 解決歷程較一般問題之解決歷程繁瑣而困難，從了解問題、分析問題到找出 解決策略是抽象分析的過程；將問題的解決策略設計成電腦程式邏輯乃經過 不同知識類型的轉換，在這個階段是複雜而需要許多經驗輔助的；而依照程 式邏輯撰寫程式碼牽涉程式設計的技巧；最後程式的除錯與測詴，在驗證與 評估程式是否完整以及功能是否達成目標。因此程式設計問題的解決歷程是 高層次的心理認知活動（陳明溥，2007；Pea, 1983），初學者的挑戰在於是否 於問題解決歷程中建立貣關鍵的能力。

以往應用機器人於程式設計學習的研究，可以歸納為兩個研究主軸：其 一是比較實體機器人與模擬軟體不同科技工具的使用下，學習者的學習成效 差異，如曾義智（2007）和 Wu、Tseng 與 Huang（2008）等；其二是比較使 用機器人輔助學習與一般上機學習兩種方式的學習成效差異，如吳正己 （2005）、吳正己（2007）、劉洲（2005）、許雅慧（2006）等。檢視上述研究 可以發現大部分都是採取準實驗研究法的量化研究。 因此本研究擬以建構式教學的方法，透過活動之情境脈絡、觀察者省思 以及學習者看法，理解機器人活動所具有的特性與意義，以及之後學習 NXC 語言之幫助，並為機器人在程式設計學習應用上提出有效改善的觀點，釐清 樂高機器人的輔助性定位點。 為瞭解應用圖形控制軟體導向於「NXC」程式語言之學習方式機器人課 程之狀況，本研究欲探討的重點為： a. 學生對於先學習圖形控制軟體導向於「正規」程式語言之學習方式是否能 改善傳統模糊理論？ b. 學生對於專題導向機器人課程的滿意度？ c. 學生喜好的機器人課程教學方式？ d. 學生喜好的機器人課程同儕互動方式？ e. 學生操作樂高機器人的團體效能狀況？ f. 學習者在樂高機器人輔助學習活動中的表現為何？

g. 樂高機器人輔助學習活動對於程式設計學習方式有何啟示？ h. 樂高機器人輔助學習活動過程產生什麼問題？解決之道為何？ i. 樂高機器人在程式設計學習之輔助特性定位點是什麼？

§ 1.3 名詞釋義 a. 樂高機器人 本研究之機器人為 LEGO 公司為教育用途所開發，簡化了機械裝置、 動力驅動與訊號傳遞等複雜的功能，推出簡易組合式的套件，並可以透 過程式語言設計控制之樂高積木與其零組件。學習者可以專注於機器人 功能、外型的設計與組裝，以及程式語言的控制及修正，能夠輕易地發 揮創意與巧思，是一種新的科技與機電整合教學輔具。 b. 程式語言課程 本程式語言課程是非計算機科學領域大學部一年級與 K-12 中、小學 的學生，一個學期的必修課程和 K-12 社團時間，課程內容以 NXC 程式 語言為主，教學目標讓學生能夠了解電腦程式語言與機器運作的原理， 並有能力設計 NXC 語言程式以解決問題。 c. 樂高機器人輔助學習活動與課程 本活動以任務與競賽導向，配合程式設計課程進度而設計，讓學習 者應用所學程式能力於機器人控制上，以輔助學習程式設計。 d. 教材編輯 在 10 個單元課程設計中，不只是提供教學而已，在每一單元問題與 討論，能讓學習者動腦筋想一想，每個單元所學到的程式語言然後去想

第二章 文獻探討 § 2.1 使用科技於程式設計教學 從初學程式設計的種種挑戰可知，一般的講授教學難以達到良好的學習 成效，程式設計的教學必頇搭配實作性質的課程內容。吳正己（2005）提到 在程式語言或電腦科學相關概念的教學，實驗課程的配合是一個趨勢。 Peterson 與 Miller（1985）比較實驗與課後程式作業對電腦教學的成效，結果 是實驗明顯優於程式作業。Lin、Wu 與 Liu（1999）比較合作學習實驗與個別 學習實驗，發現合作學習實驗成效較佳。以上學者都結合實驗與一般的程式 設計教學進行研究，強調學習者利用實驗的機會觀察程式的運作情形，對抽 想概念的理解比較有幫助。 最近幾年學者開始運用機器人於電腦科學概念上的學習，尤其是程式概 念方面。Linder、Nestrick 與 Lavelle（2001）認為在機器人的真實情境下，學 習者可以實際體驗利用程式解決問題。Lawhead 等人（2003）亦認為應用機 器人於程式設計課程中，透過各種不同感測器的資料傳遞處理，具有豐富的 學習情境。Klassner 與 Anderson（2003）認為程式設計等七個領域可以用機 器人作為輔助學習工具。 綜合上述可知，運用科技於程式設計教學主要在增加學生實驗或實作的 機會，不管是軟體模擬或者機器人控制，其實都希望透過視覺化工具降低程

式的抽象概念，引導學生在實作過程中能夠流暢地思考。從程式的輸出形式 來看，機器人比模擬軟體更具體地接近學習者，容易觀察以及實際動作的特 性得到研究者、教學者與學習者的青睞。本研究亦採用機器人作為程式設計 的學習輔助工具。 § 2.2 機器人教育 比爾蓋茲於 2007 年預言「機器人學」將會成為下一個熱門領域（鍾樹人， 2007），至今在台坊間已開設許多機器人學苑、機器人教學中心、合作教室或 機器人營隊，這顯示台灣已有許多業者及學者投入機器人教育。 目前也有許多教育學者將機器人應用於課堂教學，並作為學習輔助工具 的應用，如：(游鎮嘉，2006）運用史賓機器人於英語教學，學生更喜歡上英 語課。(石兆芬，2007）的研究使用機器人協助老師備課、運用機器人與老師 之間的互動表演，增加教學活動的趣味性、活絡學習氣氛與提昇學生專注力。 另外，在程式語言教學方面，透過機器人進行程式語言教學，可以更有效地 實踐程式語言概念（黃敏昌，2007），幫助學生更實際地體會程式語言的功用。 機器人除了作為學習輔具之外，在創意啟發、團隊合作意願的增進或專 注力改善、提昇自信心方面，其實也都有所助益（楊秀惠、陳嘉彌，2007）。

因此，從上述文獻分析結果，得知充份運用各類機器人的優點，並適切 地應用在課堂教學上，其實是可以豐富教學活動或學習效果的。 § 2.3 樂高機器人與建構學習 樂高機器人是方便組合的機器人套件，將龐大的技術處理過程簡化，專 門提供教育用途使用（Fiorini, 2005），學習者可以專注於機器人外型設計、硬 體組裝與程式控制的學習上。由於教育機器人屬於教育性質的玩具，不同於 死板的教科書，學生是在遊戲的過程中學，趣味性較高，比較能夠引發學習 者自主性的學習動機。而且設計與控制機器人動作並不限定學生用什麼方式 達成，保持學習思考與創造力的彈性，扭轉了知識被告知後再驗證這種缺乏 創意的學習模式，而是透過未知的探索過程而對於相關的各領域內容或知識 有所涉獵、了解，如機械原理、程式設計、物理光學等（Mckee，2007 ； Resnick & Ocko，1991）。 因此學習者經過機器人的設計、控制與修正等實際應用及問題解決的體 驗式歷程後，自己建構自我的知識（吳正己，2007；Fiorini ，2005；Maxwell & Meeden， 2000）。另外透過小組合作完成任務或競賽的型態，促使群體智 慧與能力的交流互補，充滿了人際互動、溝通的意涵（Fiorini, 2005； Maxwell & Meeden, 2000；Piepmeier, Bishop &Knowles, 2003）。所以利用 LEGO 機器 人的學習活動是以建構學習理論為基礎。

§ 2.4 建構學習理論概述 一般所言傳統教學即為講述教學法，是最主要且普遍的教學方式，雖然 長期以來被許多研究視為單向灌輸、呆板而被動的教學法，但現在來看仍為 教學之主要形式，顯然有其優點而無法被取代，只是因應時代的進步，應該 要帶入不同的教學思維，應用更多元的教學方法，以彌補傳統教學法之不足 （張世忠，2001）。而建構教學正是改善傳統教學缺點的良方，透過兩種教學 方式的比較可知（表一），傳統教學與建構教學在許多方面的觀點上完全不同， 也可以看出傳統教學法先天上的不足與限制。 表一 傳統教學與建構教學之比較 傳統教學 建構教學 以教學者為中心 以學生為中心 被動接收知識 主動建構知識 真理與事實 經驗與理解 文字、符號、圖像 有意義的內容 聽講 互動磋商 知識傳輸 知識建構

第三章 研究方法 本研究以建構式教學來實行機器人課程，配合一個學期的程式語言課程， 並規劃設計樂高機器人活動，以輔助學習者學習正規程式語言之研究設計。 過程主要以實際參與教學並進行觀察、訪談與相關文件蒐集為主。本章分七 節說明：第一節是研究樣本，分為 K-12 組與大專組；第二節專題式導向學習； 第三節描述研究對象與現場；第四節說明研究工具；第五節 NXT -G 軟體控制 器各面板操作說明；第六節說明資料蒐集與分析；第七節為課程教學與各單 元 Q&A。 § 3.1 研究樣本 本研究對象有下列兩組學習者，兩組學習時間皆為兩個週期，活動以小 組之形式進行，每一組各三人，而組成方式是以隨機分派成員於各組中。 a. 實驗組（K-12），平均年齡程在 9~14 歲的國小和國中生，共 30 人。 b. 對照組（大專生）平均年齡程在 18~20 歲，共 30 人。 § 3.2 專題式導向學習 a. 運用個案研究法分析專題導向學習機器人課程滿意度： 本研究，主要是初探機器人課程教學之實驗組與對照組程式與言之

學習適切性與待改進之處，故採調查法與內容分析法，以獲得學生之回 饋，並據以逐步修訂與整理出日後提供教學者之合適的教學策略。整體 而言，個案研究具敘述研究的性質（郭生玉，1999），透過資料的蒐集 與整理以說明一個特殊的情況，成果可做為問題解決之參考，而不進行 推論性之論述。 b. 融合專題式導向學習特點及創意問題解決之機器人課程： 課程活動以小組合作學習的方式，分組進行問題解決與討論，進而 完成作品，達到本課程所列之教學研究目標。本課程之活動流程與說明 如表二所示。 表二 機器人課程活動流程 活動項目 說明 1.機器人教學(1-5 單元) 投影片及教材解說、課後心得與成果分享 2.設計關卡 小組合作；各組自行設計並闖關 3.互闖關卡 小組競賽 4.期中省思 期中報告、闖關心得、問卷調查 5.機器人教學(6-10 單元) 投影片及教材解說、課後心得與成果分享 6.設計關卡 小組合作；各組自行設計並闖關 7.期末省思 期末報告、闖關心得、問卷調查

在第 1、第 5 項教學活動部分，均採用課堂投影片搭配樂高機器人教材教 案的解說方式進行教學，其中課堂投影片搭配樂高機器人教材教案。教學後 進行單元闖關練習，於課後半小時進行討論與分享。其餘活動，以學生主動 學習為主，教師與助教從旁給予協助。如：第 2、6 項活動為「設計關卡」要 求學生以小組合作方式進行關卡設計、機器人設計與組裝、程式設計與解題； 第 3 項互闖關卡活動，要求互闖別組所設計的關卡，此項活動需要學生進行 機器人改裝及程式撰寫。 § 3.3 描述研究對象與現場 本研究先規劃一套適合幼稚園、中小學到大學的創意科學學習課程。本 套課程的教學理論是以建構式教學為主軸並以不同語言程式和學習者進行學 習分析，並結合日常生活的科學知識，讓學習者透過實際動手做的互動過程， 建構累積經驗與知識，讓學習者從實驗中，進行探索、思考問題，培養其創 造及解決問題的能力，以建構自己的知識體系，並啟發學習者多元的智能(劉 得福 1999)。 本研究對象有兩組學習者：一為實驗組（K-12），平均年齡程在 9~14 歲， 先學習基本圖形控制軟體 LEGO Mindstorms NXT，再進入類似機器人 C 語言 NXC；2005 年 NXT 發表後，John C. Hansen 依照 NXT 硬體設備發展出 NXC(Not eXactly C) ，好處是 NXC 是免費的軟體。NXC 依照 NXT 規格對應了 C 語言 法並完整之原所有的 NXT 的硬體功能及多種外接感測器，可在 BricxCC 中進

行編輯，更提供許多方便直接控制介面。NXC 在 2011 年 Dave Baum 發表了 NQC(Not Quite C)，給 RCX 使用的類似 C 語言，程式環境是 RCX Command Center，後來改版成 Bricx Command Center。Bricx Command Center(後簡稱 BricxCC)是一個整合型程式環境，支援了所有的 LEGO 智慧型主機以及第三 方的程式語言。對照組（大專生）平均年齡程在 18~20 歲，直接學習 NXC 與 NXT-G；兩組學習時間皆為兩個週期，實驗結果發現，先學習圖形控制軟體 後，再進入類似 C 語言的 NXC 會讓學生提高學習興趣，並更清楚的瞭解教師 所欲傳達之知識內容。再者提供一套有系統之教學流程，供教學者針對實際 的教學需求，進行創意教學方案設計。 § 3.4 研究工具 a.何謂 NXT 所謂的 NXT，全名是 LEGO Mindstorms NXT，是指由樂高教育事業部門 ﹙LEGO Educational Divition﹚與麻省理工學院於 1998 年共同研發的樂高可程 式化機器人套件，其前身是 LEGO Mindstorms RCX﹙已停產﹚。這套積木結合 了各種物理、機械原理與電腦程式設計，使組裝出的機器自動完成目標工作。

b.各種零件

b-1.積木﹕除了傳統印象中那方塊、上面有一個個圓形突貣的樂高積木 外，主要是使用樂高 Technic 系列積木，且兩者之間可以相

互組合。 b-2.接合零件﹕可以依照需求選擇不同的零件來組裝積木。主要用在 Technic 積木上。 b-3.動力零件﹕包括各種長度的傳動軸、齒輪與滑輪，可配合馬達使用。 b-4.電子零件﹕包含了外形很像 iPod 的樂高 NXT 主機、馬達之外，還 有各式各樣的感應器，像碰觸、光線、聲音、超音波、 角度﹙在馬達裡﹚、色彩、陀螺儀、磁力、向量、加速度、 溫度、甚至連攝影鏡頭都有﹗不過除了前五者之外，都 要另外自行購買，如圖一。 圖一 NXT 藍芽機器人硬體系統組成

c.基本感測元件： c1.觸碰感測器：當觸碰感測器被壓下時，則回傳至 NXT 的數值為 1： 未被按下時，則回傳至 NXT 的數值為 0，如圖二。 圖二 觸碰感應器定義回傳值的模式 c2.光線明暗感測器：光線明暗感測器可偵測反射物質的亮度。顏色越深 則回傳值越低，反之顏色越淺，則回傳值越高。國 際奧林匹克機器人競賽中的軌跡賽項目，便是利用 此感測器去應用的，如圖三。 圖三 光線明暗感測器定義回傳值的模式

dB(分貝)和 dBA(調整分貝)兩種。透過改變聲音大小變 化改變 NXT 機器人行為，如圖四。 圖四 聲音感測器定義回傳值的模式 c4.超音波感測器：超音波感測器藉由發射聲波至物體碰撞反射回來的時 間來判斷距離的遠近，測量單位為英吋或公分，如圖 五。 圖五 超音波感測器定義回傳值的模式 c5.藍芽控制概念：藍芽（BlueTooth)是一種低成本大容量短距離無線通 訊新規範，藍牙規範採用微波頻段工作，傳輸速率每 秒 1MB 位元組，最少傳輸距離 10 米，通過增加發射 功率可達到 100 米，如圖六。

。

圖六 NXT 與藍芽傳輸概念圖

§ 3.5 NXT -G 軟體控制器各面板操作說明

NXT 控制器包含 6 個操作面版，分別為“ My Files ”、“ Try Me ＂、 “ Settings ＂、“ Bluetooth ＂、“ View ＂、“ NXT Program＂，下面簡單介紹 每個操作面版功能。

表三 NXT -G 軟體控制器各面板操作說明 圖示 功能介紹 該功能表內可以保存在 NXT 上編寫的程 式和從電腦上下載的程式 可以測詴程式裡感測器和電機的工作狀態 不需要在電腦上編寫程式來控制機器人， 可以通過在NXT 控制器上編寫程式控制機 器人 該操作面版可以查看NXT 不同設置，例如 NXT 揚聲器、關機模式NXT 版本資訊，還 可以刪除NXT 內保存的程式 在查看功能表裡，可以快速查看當前感測 器和主機的工作狀態和資料，能方便我們 在程式設計中設置感測器和主機的參數值 可以通過藍牙無線技術使NXT 與其他藍牙 設備進行連接，如：NXT設備、手機（帶有 藍牙功能）和電腦。

§ 3.6 Bricx Command Center 3.3

Bricx Command Center（Bricx C C）是一整合性的視窗程式發展環境，支

援各種類的可程式積木的程式撰寫，可使用 C、C++、Pascal、Forth 以及 Java 等程式語言來撰寫程式碼，新版 BricxCC 現在也可配合 NXC（Not eXactly C）、 NBC（Next ByteCodes）、NPG（on-brick programming language）程式語言支 援 LEGO Mindstorms NXT 的控制。而且可以在 Windows 95、98、ME、NT、 W2K、XP 與 Vista 等作業系統上安裝使用（Sourceforge, 2008）。程式設計環 境如下圖七。

§ 3.7 各單元課程教學 單元一名稱：NXT 基本指令介紹 單元二名稱：NXC 基本指令介紹 單元三名稱：搖擺擺擺 單元四名稱：碰碰撞撞 單元五名稱：機器人走一正方形 單元六名稱：線控遙控車 單元七名稱：測光儀 單元八名稱：雙光感車 單元九名稱：自行定義函數 第十單元名稱：自行設計迷宮機器人 註：教材教案請參照附件二所示。

第四章 結果與討論 a. 從兩組學習分析中，不管是程序性、解題性和概念性知識上，在一開始實 驗組雖學習率落後對照組，但後續單元中會發現實驗組能大幅提升學習率， 甚至最後各項總平均數皆高於對照組，由此可知圖形控制軟體有助於提升 日後正規機器人程式的學習。 b. K-12 組與大學組，經由不同程式語言學習比較，在同一時間 K-12 組雖比 大專組多學習其圖控式軟體卻能提升學習者學習理解力更強，並且能提高 學生學習興趣和激發其創意思考能力，卻不因多學習初階圖控軟體而影響 學習成效。 c. K-12 組平均年齡程雖小於大專組，但不因年齡落差而影響學習成效，由此 可在次證明圖控軟體，能增強學習效率。 d. 在兩週教學後顯示，樂高機器人本身對學生的創造力學習有正面的影響。 e. 組裝機器人是一項重要的過程之一，當學習者有不同之組裝想法時，應予 以鼓勵與肯定，而非依既定之組裝方式。不同的組裝反而可以提供學生更 多的思考方向。甚至也可以運用不同之感應器、程式設計，來達到相容或 更好的呈現方式。 f. 本研究之教學方案中，建立詳細的教學步驟、程式與組裝流程圖，預期學 習者可有系統的學習樂高機器人套件的基本功能、進而組裝機器人，並習

g. 藉由樂高機器人教學，學習者可習得物理方面的相關原理，電腦程式編輯 能力與各種機械組合應用。

i. 於期中和期末進行問卷調查予以分析，取得各項學習對照成果分析表與分 析表內之兩組分析圖；如下表四與各式圖表如圖 8 ~圖 16 所示：

表四 各項學習對照成果分析表 建 議 SD D U A SA 期初課前軟硬體系統可用性評估 可預測性 (Guessability) 大概知道如何操作? 實驗組 _{0 21 3 6 0} 對照組 _{0 0 22 6 2} 易學性 (Learnability) 經過課堂與教材輔助下會 不會操作 實驗組 _{0 2 26 2 0} 對照組 _{0 0 18 8 4} 期末課後軟硬體系統可用性評估 有效性 （Effectiveness） 使用本系統後，讓課程教材 編譯更輕鬆嗎？ 實驗組 0 0 2 20 8 對照組 0 2 17 6 4 易用性 （Efficiency） 程式系統好不好操作？ 實驗組 0 0 8 15 7 對照組 0 3 15 8 4 趣味性 是個有趣的軟體嗎？ 實驗組 0 0 8 10 12 對照組 0 0 8 15 7 易記性 （Memorability） 當下次使用時，還會記得如 何操作嗎？ 實驗組 0 0 4 19 7 對照組 0 0 13 15 2 整體滿意度 （Satisfaction） 機器人課程對你其它學習 是否有幫助? 實驗組 0 3 5 12 10 對照組 1 2 16 5 6 滿意本次活動課程安排嗎? 實驗組 0 0 2 10 18 對照組 0 0 8 15 7 團體合作 喜歡同儕互動方式? 實驗組 0 0 0 8 22 對照組 0 0 0 5 25

在期初課程前對於實驗組與對照組做了可預測性的分析，由圖八可請處 的顯示出因實驗組尚未接觸過程式語言的撰寫，所以呈現出不同意的狀況， 而對照組則呈現普通。 圖八 可預測性 Guessability

可預測性Guessability

0 5 10 15 20 25 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

在接觸機器人課程經過課堂與教材輔助下會不會操作的分析，由圖九在 兩組大部份呈現出普通的狀況。 圖九 易學性 Learnability 在使用本系統後，讓課程教材編譯更輕鬆嗎？由圖十所示，兩組的比較 呈現出普通與同意。

易學性Learnability

0 5 10 15 20 25 30 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

有效性Effectiveness

0 5 10 15 20 25 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

在易用性上對程式系統好不好操作？兩組大部分的學習者也呈現出普通 與同意，如圖十一。 圖十一 易用性 Efficiency 在趣味性上，兩組認為所學的軟體是有趣的結果如圖十二。 圖十二 趣味性

易用性Efficiency

0 2 4 6 8 10 12 14 16 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

趣味性

0 2 4 6 8 10 12 14 16 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

在軟體操作後是否容易記得，兩組所得知結果趨向滿意的結果如圖十 三。 圖十三 易記性 Memorability 兩組對於機器人課程對其它學習課程所給予之結果大都趨向滿意，結果如圖 十四。

易記性Memorability

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

整體滿意度（Satisfaction） 機器

人課程對你其它學習是否有幫助?

0 5 10 15 20 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

圖十四 整體滿意度（Satisfaction） 機器人課程對你其它學習是否有幫助?兩組給予是否滿意本次活動課程安排 中，都呈現出滿意如圖十五。 圖十五 整體滿意度（Satisfaction） 滿意本次活動課程安排嗎? 喜歡與同儕互動方式兩組對照都呈現出非常滿意的結果如圖十六。 圖十六 團體合作

整體滿意度（Satisfaction） 滿意

本次活動課程安排嗎?

0 5 10 15 20 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組 團體合作 0 5 10 15 20 25 30 SD非常不同意 D不同意 U普通 A同意 SA非常同意 人數 實驗組 對照組

第五章 結論

本研究的主要目的是以樂高機器人為教學媒介，設計一個讓學習者在短 時間內能有效學習機器人語言的教學方案。本研究經由實驗組與對照組之各 階段學習的發現與心得，予以歸納得到各項學習對照成果分析表和研究之貢 獻與預期效果。

第六章 建議與未來展望 § 6.1 建議與成果 本研究所遇到之問題與未來展望提出下列方向，以供日後之研究者參考： a. 樂高機器人的相關領域涵蓋甚廣，在進行教學方案設計時，可組成教學團 隊。就創意、作品組裝、程式與教學設計等方面，找尋學有專長之教學者 共同研究開發教案。 b. 教學者應加強有效的教學設計與創造力教學法知能，以進行教學方案設 計。 c. 教學活動的設計，應給予學習者充分認識樂高機器人的功能，再給予足夠 之時間去主動詴驗、具體操作。在實作中培養操作經驗、反省思考以及抽 象概念具體化的能力。 d. 未來的相關研究並不一定要使用樂高機器人做為輔助工具，以其他科技媒 介亦可。主要以引導小組成為學習社群為目標，探究促進小組成員互動素 養及提高思考參與度的方法。若仍以樂高機器人為媒介時必頇注意學習者 遊戲心理的掌握，以及結合程式設計課程的限制與瓶頸。 e. 本研究如能把 k-12 與大專組區分開來實驗，將更有利研究探討。 f. 問卷之有效值可加上樣本平均滿意度或樣本變數差異等將更確實。

§ 6.2 未來展望

a. 樂高機器人可使用之程式語言包括 NXT-G、NXC、Robot C、LABVIEW 等。善用適合的程式語言，可讓樂高機器人有更複雜、精細的行為操作。 b. 未來之研究可就樂高機器人的原則應用，感應器與馬達的多項組合應用，

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[21]機器人世界情報網（2008）。相關競賽訊息。台中：精密機械研發中心。 線上檢索日期：2008 年 9 月 20 日。網址：

附 錄 一

Mindstorms NXT 機器人套件機構與零件說明

一、NXT 控制器 就像人類的大腦，可以接收感測器傳回的訊號，經過程式處理，再發出 相對應的控制訊號給馬達，可以說是一個微型的電腦，也是機器人的核心裝 置。NXT 可以接收光源感測器、碰撞感測器、聲音感測器、超音波感測器的 四種訊號。而可以連接以驅動三個馬達產生動作。NXT 構造功能如下圖。 註：採自 ROBOTDIY 網站：http://www.robotdiy.com/

二、感測器 （一）光源感測器：可以接收物體表面的反射光，轉換成數位訊號，再傳遞 到 NXT 做判斷與處理，如下圖。 （二）聲音感測器：接收聲音的分貝數大小，再傳遞訊號到 NXT 做判斷與處 理，如下圖。 （三）碰撞感測器：當橘色的部份受壓時，傳遞訊號到 NXT 做判斷與處理， 如下圖。 （四）超音波感測器：可以偵測與物體的距離，並傳遞訊號到 NXT 做判斷與 處理，如下圖。

三、馬達

NXT 的輸出裝置即為馬達，透過馬達來反應欲執行的動作。可以控制馬達轉 動的方向、速度與動力，也可以利用轉動的秒數、角度、圈數或無限迴轉來 控制，如下圖。

附 錄 二 單元一名稱：NXT 基本指令介紹 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象：實驗組 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解 NXT-G 軟體應用 二、參數設定 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件。 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 軟硬體解說。 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 參、 軟體教學 一、 介紹 NXT 軟體功能。 二、 利用 NXT 主機進行測詴，並介紹參數設定。 三、 學習各項指令。 肆、 範例教學

介紹一些常用的基本指令： 1. 黃色資料線代表傳遞數值型的資料。 2. 綠色資料代表傳遞邏輯型的資料。 3. 橘色資料代表傳遞文字型的資料。 4. 灰色資料代表無效的資料。 5. 設定馬達運轉模式：  Port:設定將使用的馬達編號(可複選)。  Direction:設定馬達向前轉、向後轉、停止。  Steering:設定旋轉方式，向左拉左轉、向右拉右轉、中間則直走，且 越往旁邊拉轉的幅度越大。 6. 設定聲音運轉模式：

 Action:Sound File 可使用旁邊 File 中內建的聲音檔，而 Tone 則可 利用旁邊的鋼琴鍵盤設定聲音。

 Control:設定聲音的播放(Play)及停止(Stop)。  Volume:設定音量大小，值越大聲音樂大。

7. 設定螢幕運轉模式：  此指令為顯示指令，可編輯後透過 NXT 主機銀幕顯示資訊。 8. Wait 運轉模式：  此指令為等待指令，有時間、觸控感測器、聲音感測器、超音波感測 器能點選。 9. Switch 運轉模式：  此指令主要應用於抉擇或分辨的時候 。  總共有兩種狀態，會依據所設之條件選擇不同路徑。

單元二名稱：NXC 基本指令介紹 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解 NXC 基本指令 二、 參數設定 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件。 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 軟硬體解說。 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 參、 軟體教學 一、 介紹 NXC 功能。 二、 利用 NXT 主機進行測詴，並介紹參數設定。 三、 學習各項指令。 肆、 範例教學 1. 藍色的字是函數，可以命令 NXT 執行不同的功能，例如 OnFwd()與 Off()。 2. 紅色的字是數值參數，例如馬達轉動強度 75。

3. 綠色的字是文字參數，例如輸入端 A 為 OUT_A 與輸入端為 SENSOR_1。 4. 紫色的字是巨集與標頭檔，例如#define 與#include。 5. 啟動馬達： OnFwd(輸出端, 電力); 例：OnFwd(OUT_A,75);、OnFwd(OUT_AB,75); 注意：若是沒有 Off(port); 指令，馬達是不會停下來的，除非程式結束。 注意：power 可輸入負值，負號代表反轉。 6. 啟動馬達並設定運轉模式：OnFwdReg(輸出端, 電力, 規範模式); 例：OnFwdReg(OUT_A, 75, OUT_REGMODE_SPEED);注意：上面的範例為 定轉速模式，當馬達運轉遇到阻力時，會加大電力以維持所設定之轉速注 意：第一點所提到的 OnFwd()為無控制模式。 7. 啟動兩顆馬達並使其同步：OnFwdSync(輸出端, 電力, 轉彎百分比); 例：OnFwdSync(OUT_AB,75,0);注意：沒有兩顆馬達生下來是一樣的，就算 在全速運轉時，轉速也不一定相同，就像兩個人全力奔跑也很難跑得一樣 快的道理是一樣的。同步可以讓兩顆馬達互相知道對方的狀態，可以用來 走直線或轉彎。注意：0 是直走、 50 是以某輪為圓心旋轉、 100 則是原 地旋轉。注意：同步一顆馬達沒有意義，若只有一顆馬達請用定轉速模式。 8. 讓馬達旋轉一個角度： RotateMotor(輸出端, 角度); 例：RotateMotor(OUT_A,1080)

9. 馬達負載：MotorOverload(輸出端); 若馬達有遇到阻力，回傳 1，若沒有 則是 0。 例： task main() { OnFwdReg(OUT_A, 75, OUT_REGMODE_SPEED); until(MotorOverload(OUT_A)==1); Off(OUT_A); }//馬達以 75 電力旋轉，遇到阻力停止 注意： MotorOverload 必頇要搭配定轉速模式使用，因為在定轉速模式 時，馬達所轉的角度會回傳給 NXT 分析，才有辦法知道馬達是否有遇到 阻力。若是使用無控制模式(例如 OnFwd)，本指令就不會發揮作用。 伍、 綜合整理討論： 一、 小組討論： (一) 一個字子如果沒加上「；」將會是如何？ (二) NXC 除了不同的顏色外，粗體字代表是什麼意思？ 二、 整理學生的想法，並討論可行之做法並加以指導。 學生發表成果。

單元三名稱：搖擺擺擺 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解馬達的應用與生活應用 二、 直線運動與圓周運動 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、、樂高機器人套件 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、、樂高機器人套件 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 (一) 物理性運動和機器運動差別。 (二) 在生活中有那些地方運用到馬達。 參、 馬達感測器教學： 一、 介紹馬達感測器功能 二、 利用 NXT 主機內建 Ttry Me 進行測詴，並介紹參數設定。 三、 馬達輸出埠設置、運行方向設置、轉彎設置、馬達能量級別 設 置、延續時間設置和停止設置。

肆、 範例教學 一、 NXT 範例：運行方向、馬達能量、角度、圈數、時間 二、 NXC 範例：OnFwdSync(輸出端,速度,轉彎百分比); 以兩輪中點為圓心來轉彎 以某輪為圓心轉 走大弧線 伍、 綜合整理討論

(一) 如何以同樣運動模式而改變程式寫法？ (二) 車子在不同的轉彎百分比調整下會有何變化，如賽車、走一直角有 何區 別呢? 四、 整理學生的想法，並討論可行之做法並加以指導。 學生發表成果。

單元四名稱：碰碰撞撞 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解馬達的應用與生活應用 二、 Touch 感測器之應用 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件。 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件。 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 (一) 物理性運動和機器運動差別 (二) 在生活中有那些地方運用到光感測器 參、 感測器教學： 一、 SetSensor Touch(S1)。 二、 了解圖形控制軟體應用和 While 指令。 肆、 範例教學 一、

機器人用 50 的 power 直走

當 Touch 為 1 時

馬達用 50 的 power 向後走 0.5 秒

二、 task main() { SetSensor(S1,SENSOR_TOUCH); while(true) { OnFwd(OUT_AC, 50); until (SENSOR(S1) == 1); OnRev(OUT_AC, 75); Wait( 500); OnFwd(OUT_A, 50); Wait(5000); } } 伍、 綜合整理討論 Q&A： 1. Q：如範例教學一，第一顆馬達設置的延續特性如果改用角度，圈數 時，將會有何改變? A：如果改用角度或是圈數時，並非延續特性情況的馬達，在整個程 式中雖然看不出有錯誤，但是在機器人動作時，第一顆馬達執行 完角度或是圈數的指令時，執行動作停止了，就無法發揮下一步 Touch 指令的動作。 2. Q：機器人在轉彎時能如何讓輪胎轉 90 度呢？ A：在馬達與裝好的輪胎，因組裝機器人時可能裝設齒輪等，因而馬 達所轉的 90 度透過了其他零組件，就並非輪胎所轉的 90 度，若

所以必頇不斷的在嘗詴與改正程式才得到答案。 3. Q：在範例教學一中若不加“迴圈”，機器人將會如何? A：若不加迴圈，機器人只會執行 1 次程式的動作，並無法一直重複 的動作執行程式。 4. Q：在範例教學一中馬達的 Port 為何要選擇 A、C，為何不選擇 B、C 或是 A、B 呢? A：其實在 NXT 主機硬體的設置上，Port A 是單一通道，在動力上是 比較強的，人類的肉眼較感覺不出，在範例一中詴必頇使用到 Port B、C 的，並不是 Port A、C，因為 Port B、C 的電位差相同。

5.

Q：在範例教學一中 Touch 的 Action 選擇 Pressed ，那是否可以選擇 Released 或是 Bumped 呢?

A： Released 是放開 Touch 執行下個動作，Bumped 是壓住後放開執 行下個動作，因為範例教學一中是讓機器人一直往前，到 Touch 碰 到東西後執行之後的動作，故而 Released 與 Bumped 不符合程式的 需求。

6.

A：將第一個馬達 Port AC 改成 BC，如圖(6-1)。 圖(6-1) 7. Q：依照上題為例之範例教學二，NXC 程式要改什麼地方呢? A： task main() { SetSensor(S1,SENSOR_TOUCH); while(true) { OnFwd(OUT_BC, 50); until (SENSOR(S1) == 1); OnRev(OUT_BC, 75); Wait( 500); OnFwd(OUT_B, 50); Wait(5000); } } 8. Q：在範例教學一中當 Touch 碰到後 BC 馬達向後退，執行向後退使 用了秒數，可否更改使用其他方式呢? A：當後退是可以使用其他方式，在 Duration 可以選擇使用角度與圈 數方式，如圖(7-1)。

圖(7-1) 9. Q：在 Q&A 第六題，最後一個馬達使用秒數做為轉彎的條件，是否還 有其他方式的條件讓馬達轉彎? A：最後一顆馬達的轉彎條件是可以使用其他方式的，在 Duration 可 以選擇使用角度(Rotations)與圈數(Degreesm)方式，如圖(9-1)。 圖(9-1)

單元五名稱：機器人走一正方形 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解馬達的應用與生活應用 二、 了解迴圈設定 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件。 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件。 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 參、 馬達感測器教學： 一、 介紹迴圈功能 肆、 範例教學 一、

機器人用 100 的 power 直走 2.5 秒 機器人以 B 為中心點，馬達轉 170 度 機器人迴圈設定 二、 Task main() { int i=0; While (i≦4) { Moter[motorA]=100 Moter[motorB]=100 Wait1msec(2500) Moter[motorA]=100 Moter[motorB]=-100 Wait1msec(600) i++; } } 伍、 綜合整理討論 Q&A：

1. Q：在範例教學一中的“迴圈”，與單元四的“迴圈”有何不同呢? A：在單元四中是執行延續特性的“迴圈”，而本單元所用的迴圈是算 次數的迴圈。 2. Q：承上題，本單元迴圈該如何設定為次數的迴圈呢? A：在迴圈選項(Control)中，原本是不斷延續(Forever)換成計算次數 (Count)。如圖(2-1) 圖(2-1) 3. Q：在迴圈的圖控指令中，有無其他條件只令可以使用? A： Q：在迴圈內第一個馬達原本使用秒數是否可改成用其他方式呢? A：在 Duration 可以選擇使用角度(Rotations)與圈數(Degreesm)方式，

圖(3-1) 4. Q：那讓機器人走二次的正方形，NXT-G 軟體該怎麼寫? A： Control 項目中將 Count 的 4 改成 8 機器人用 100 的 power 直走 2.5 秒 機器人以 B 為中心點，馬達轉 170 度

單元六名稱：線控遙控車 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解觸碰感測器功能 二、 生活中類似之感測器 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 (一) 在生活中有那些地方運用到類似控制。 (二) 了解觸碰感測器原理。 參、 觸碰感測器教學： 一、 介紹觸碰感測器功能 二、 利用 NXT 主機內建 Ttry Me 進行測詴，並介紹參數設定。 三、 顯示哪觸動感測器的狀態來發送“真＂信號（按下，鬆開，或者 按下後鬆開）。

四、 觸碰感測器狀態真值表 T1 訊號 T3 訊號 運動方向 1 1 直走 1 0 左轉 0 1 右轉 0 0 停止 肆、 範例教學 一、

二、 伍、 綜合整理討論 Q&A： 1. Q：請問 Touch 共有幾中操作模式呢? A：共有 3 種操作模式，第一種為按下，第二種為放開，第三種為按壓後放 開；如圖(1-1)

圖(1-1) 2. Q：請問範例教學程式一，執行檔分為上下兩個程式，當機器人執行時會先 用哪一個? A：會一貣執行，但必頇看先按哪一顆 Touch 感測器，驅使機器人執行哪一 顆馬達。 3. Q：在範例教學程式中是否發先缺少了什麼圖控程式呢? A：少了 Loop 迴圈，範例程式只能操作一次，程式就停止了。真的圖控程 式必頇加 Loop 迴圈。圖(3-1)

圖(3-1) 4. Q：以上題為例，當我按下兩顆 Touch 感測器機器人將會如何? A：會一直往前走。 5. Q：是否還有別的圖控程式來寫呢? A：如圖(5-1)

單元七名稱：測光儀 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解數位/類比指令應用 二、 感測器教學 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、、樂高機器人套件 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 (一) 物理性運動和機器運動差別 (二) 在生活中有那些地方運用到光感測器 參、 感測器教學： 一、 SetSensor Light(S2) 二、 了解圖形控制軟體應用和數位/類比指令。 肆、 範例教學

二 task main() { SetSensorLight(IN_2); //設定第 2 埠為光線感測器 while(true) { NumOut(0,0,SENSOR_2); //將光線感測器讀到的值顯示在螢幕上 Wait(300); //每 0.3 秒更新一次 } } 伍、 綜合整理討論： 1. Q：不使用電腦如何使用光感測器呢?

A：利用 NXT 主機中有一個 View 的選項，進入 View 後請選擇 Reflected Light 與 Ambient Light 都可使用。

2. Reflected Light 與 Ambient Light 兩者有何不同? Q：Reflected Light 與 Ambient Light 兩者有何不同?

3. Q：讓光感測器能準確地判讀呢？ A：Reflected Light 距離顏色約 0.5 公分距離做量測。 4. Q：請問 代表意義為何? A：選擇數位/類比指令

單元八名稱：雙光感車 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 了解馬達的應用與生活應用 二、 直線運動與圓周運動 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、、樂高機器人套件 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、、樂高機器人套件 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 (一) 物理性運動和機器運動差別 (二) 在生活中有那些地方運用到光感測器 參、 光感測器教學： 一、 介紹光感測器功能 二、 利用 NXT 主機內建 Ttry Me 進行測詴，並介紹參數設定。 三、 以色版實測，讓學員了解光的變化值。 四、 SWITCH、#define 巨集指令學習。

五、 觸碰感測器狀態真值表 肆、 範例 教學 二 L1 訊號 L2 訊號 運動方向 白 白 直走 白 黑 向右前修正 黑 白 向左前修正 黑 黑 直走

伍、 綜合整理討論： 1. Q：光感應器偵測模式有那些? A：有環境光和反射光兩種。 2. Q：光感應器有紅光時是何種偵測模式呢? A： 是反射模式。 3. Q：請說明光感測器的特性為何? A：在同樣顏色的物體表面越光滑其光感值越大。

Q：如換成同樣材質物體會是如何呢? A：在同樣材質的物體顏色越淺光感值越低。 5. Q：如機器人在一十字路口時，如何讓其能左、右轉呢？ A：改變 L1 和 L2 訊號中都讀到黑色時可修正往左或往右轉 L1 訊號 L2 訊號 運動方向 白 白 直走 白 黑 向右前修正 黑 白 向左前修正 黑 黑 直走

單元九名稱：拍走拍停 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 自自行定義函數 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 參、 自行定義函數教學： 一、 介紹自函數功能。 二、 如何同時執行兩函數。 三、 自行動手寫寫看。 肆、 範例教學

範例程式

#define SOUND 70 #define MIC SENSOR_2

task main() { SetSensorSound(IN_2); while(true) { if(MIC > SOUND); OnFwd(OUT_BC, 75); until(MIC > SOUND); Off(OUT_BC); }//while }//main 伍、 綜合整理討論 Q&A： 1. Q：nxc 中宣告一個常數其名字是甚麼? A： SOUND 2.

Q：透過 if 指令如同 nxt-g 中的何種模組? A：等待模組。 3. Q：nxt 的 View 模式有兩種聲音模式為何? A：db（分貝）與 dBA（A 權分貝）。 4. Q：db 與 dBA 有何差別? A： dBA 是反應人耳對低頻的不敏感性而產生的量測單位。 5. Q：聲音感應器測量的是聲音壓力還是音頻? A：聲音壓力。

單元十名稱：自行閃躲機器人 教材來源： 大華技術學院機器人教學中心 教學對象 教學時間：80 分鐘（共 2 節、每節 40 分鐘） 教學目標 一、 程式輸寫能力 教學活動 壹、 準備設備 一、 準備教具：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件。 二、 鼓勵學生查詢、搜集各種資料。 貳、 發展活動 一、 引發動機：筆記型電腦、投影機、樂高機器人套件 二、 小組討論：引導學生思考和互相交換心得。 參、 迷宮原理解說教學： 一、 融合以上單元所學自形設計程式。 二、 如何讓機器人能判斷左右邊距離。 三、 自行動手寫寫看。

肆、 範例教學 1. 範例程式

task main() { SetSensorLowspeed(IN_4); while(true) { OnFwd(OUT_AC,50); if(SensorUS(IN_4)< DISTANCE); { Off(OUT_AC); OnRev(OUT_C,100); Wait(800); Off(OUT_AC); }//if }//while }//main 伍、 綜合整理討論 Q&A： 1. Q：請簡述超音波感應器運作原理? A：超音波感應器運作原理與聲納類似，它會發出一連串的超音波並紀錄超 音波被物體反射後所需要的時間。 2. Q：超音波感應器可測到最短的距離約為幾公分? A： 5cm 3. Q：超音波感應器可測到最大的距離約為幾公分? A：最遠距離約為 200cm;內鍵參數為 250cm 4.

Q：NXT 中的 Switch 主要是用在那一地方呢?

A：此指令主要應用於抉擇或分辨的時候總共有兩種狀態，會依據所設之條 件選擇不同路徑

附 錄 三 機器人科學語言學習經驗調查問卷 親愛的同學，您好： 我們是來自 大華技術學院 機電工程研究所 機器人教學中心的團隊，這份問卷的目的在瞭解你/ 妳對於學習機器人的情形。問卷內容將僅作為研究之用，絕對不會將個人資料對外公開，請您放心回 答，感謝您的協助。 1、姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 2、性別：□(1)男 □(2)女 3、學校：□(1)公立 校名_____________ □(2)私立 校名_____________ 4、年級：□國小 □國中□高中/職□大學 5、父親的教育程度 □(1)研究所以上 □(2)專科或大學 □(3)高中(職) □(4)國(初)中 □(5)國小以下 6、母親的教育程度 □(1)研究所以上 □(2)專科或大學 □(3)高中(職) □(4)國(初)中 □(5)國小以下 7、學了機器人幾年？_________年 8 8、參加過幾次機器人比賽? __________次 9、比賽是否有得過名？ □(1)是 □(2)否 10、職業類型，勾選最適合父親及母親的職業，若找不到符合類別，請於最下方其他欄填 入父母職業。 範例: Zj4 父 母 職業類型 □ □ 工廠工人、學徒、小販、小吃店、雜貨店、檳榔店、佃農、漁夫、清潔隊 代 號 父 母 職業類型 A □ □ 工廠工人、學徒、小販、小吃店、雜貨店、檳榔店、佃農、漁夫、清潔隊、工友、 警衛、送貨員、傭工、服務生、待業、家庭主婦、家庭代工 B □ □ 技工、水電工、裝潢員、店員、小店長、超市老闆、零售員、業務員、推銷員、自 耕農、司機、裁縫師、廚師、麵包師父、美容師、理髮師、郵差、職員、士官兵、 領班、監工、保全、行政文書人員、品管人員 C □ □ 技術員、委任公務人員（年資較淺）、銀行行員、理財專員、出納員、甲等職員、縣 市議員、鄉鎮民代表、批發商、代理商、包商、尉級軍官、警察、消防隊員、船員、

開始作答： 填答舉例 下列題項的敘述與您目前狀況符合程度為何？ 請在右方圈選符合您狀況的數字 非 常 不 同 意 不 同 意 普 通 同 意 非 常 同 意 我認為我可以完成組裝、編寫程式及關卡闖關等機器人學習內容。 _{1 2 3 4 5} 若該題項的敘述與您的想法是「非常同意」，故圈選 ５ 。 D □ □ 中小學校長、中小學教師、幼稚園園長、會計師、法官、工程師、建築師、護理師、 營養師、藥劑師、薦任級公務人員、公司科長、市議員、船長、經理、襄理、軍官 E □ □ 大學校長、教授、醫師、大法官、科學家、特任或簡任級公務人員、立法委員、監 察委員、考詴委員、董事長、將級軍官、部長 學習經驗調查表(二) 非 常 不 同 意 不 同 意 普 通 同 意 非常 同意 1.在機器人課程中，我喜歡學習有挑戰性的內容，這樣我才能學習到新的東西。 1 2 3 4 5 2.在機器人課程中，我喜歡學那些能夠引貣我好奇心的教材，即使那些內容是比較困難的。 1 2 3 4 5 3.在機器人課程中，我會努力完成機器人的設計，是因為想獲得其他人的讚美。 1 2 3 4 5 4.機器人課程中，為使用本系統後，讓課程教材編譯更輕鬆嗎？。 1 2 3 4 5 5 在您學習過程中，您覺得程式系統好不好操作？。 1 2 3 4 5 6.在機器人課程中，您覺得這是一門有趣的課程嗎? 1 2 3 4 5 7.當下次使用時，還會記得如何操作嗎？ 1 2 3 4 5 8.我在機器人器人課程中努力設計出機器人，是想獲得同學的肯定。 1 2 3 4 5 9.我希望自己設計的機器人能得到其他人的肯定。 1 2 3 4 5 10.機器人課程中所學到的內容，可以讓我運用在日常生活中。 1 2 3 4 5 11.學習如何設計機器人的知識對我而言是很重要的。 1 2 3 4 5 12.在機器人課程中所學到的問題解決方法對我很有用。 1 2 3 4 5 13.當您學習本次課程後能否把機器人課程中所學習到的知識運用到其他課程中? 1 2 3 4 5 14.就機器人程式設計而言，我有能力去教其他同學。 1 2 3 4 5 15.設計機器人對我現在而言，並不難。 1 2 3 4 5 16.我相信在機器人課程中，連最困難的關卡，我都可以順利解決。 1 2 3 4 5 17.我相信在機器人課程中，連最困難的程式設計概念，我都可以學會。 1 2 3 4 5 18.當其他同學在設計機器人遭遇困難時，我有提供其他同學解決方案的能力。 1 2 3 4 5