在紙電路上寫程式碼
【這篇文章獻給科技教育現場的教師，以及對電路教育有興趣的家長】
這一兩年我們引進了麻省理工學院（MIT）博後研究員Jieqi與他的同事Bunnie Huang和Nutalie Freed研發的chibitronics套件
（chibitronics是一個學習寫電路的開發版，詳細介紹可以參考前篇，連結在下面）教到現在，總學生人數應該已經破百了，從小學生到高中生都有。在分享學生學習電路時，更是發現教育現場的「老師」同
時也有強烈的學習需求。過去的經驗裡，如果直接進入Arduino的世界學電路，無論是學生或是老師都會非常辛苦。那到底最適合學電路的工具是什麼？又該從何開始學起呢？最近想要把整個架構整理好，順便推推暑期的營隊（名額僅剩不多XD）
I. 為什麼要學電路
1.1 電子產品無處不在
在生活中，有越來越多高科技電子產品，享受科技所帶來的便利的同時，理解背後的原理也是很重要的事，當大家開始有了一些基礎電路、電學素養，會慢慢對於這個世界建立有邏輯的「系統」。
1.2 實踐創意好點子
動手創作是老天爺給每一個人最棒的天賦！人都會想要創作，除了選擇一個好的媒材來設計外型，如果你還有一些電路的知識，你的想像會更寬闊，你能做出更有創意的互動設計！
II. 比較坊間學習電路的硬體
以下是airtable表格，手機使用者可以點開右下角"View larger Version"觀看，電腦使用者可以透過滑鼠左右滑動，看到完整的表格。III. 為什麼我選擇從紙電路開始教
說到電路，在Maker界無人不知無人不曉的就是Arduino了！不過，Arduino真的適合小朋友嗎？特別是在沒有電學背景知識的前提下進行學習時，大部份的學習者遇到第一個問題就是，為什麼要把程式燒到一塊板子裡？這到底代表了甚麼？13號腳位High或Low，電位高或電位低，這是什麼意思？（我想很多大人學過一次之後也很難回答這個問題，我本人一開始也是這樣的！）
因此，課堂很容易就會進入一個最安全的模式 — 「給你電路圖你照接，給你程式碼你照傳，我們再慢慢學習看懂程式碼裡的一些指令。」
不過一定要澄清一下，我不是討厭用Arduino，我覺得Arduino在適當的時機登場，效果非常好，也很適合一定程度的機電整合初學者！當然要推個書～這本書的相關教材請找機器人王國！
對我來說，同時教「接電路」和「寫程式」是非常困難的，兩者有完全不同的基底！在我的想像中，應該要把「電路」和「程式」分開教學，首先是「電路」的部分，以下幾點是在學習上常見的問題：
- 「電」是一個相當抽象的名詞，卻與生活息息相關，尤其是小學生第一次接觸電路，在形式運思期尚未成熟發展的情況下，自然很難透過知識概念來理解深奧的電路。
- 在現成的教具模組下，學生容易對於燈與電線的連接方式有誤解，在實作的過程中，無法連結課堂中所學的「正負極的概念」。
- 複雜的線路往往讓學生不太清楚自己正在做什麼，也很難對於電路進行「debug」，會讓課堂流於step by step的步驟，而非讓學生真正的設計電路以完成自己的專案。
回到紙電路，就是在白紙上貼上一些導電膠帶，再將電池夾在角落，如果需要調整電路，只要將新的膠帶取代或連結原本的線路，就可以因應新的設計。在進入Arduino之前，我選用紙電路，以徒手貼電路的方式來放慢一開始的學習速度。學生在白紙上清楚的看到串並聯，花上兩三個小時設計出「沒有控制板」的設計，慢慢梳理各種電路原理。
事實上，初學者非常享受簡單電路達成的效果，他們在從快速的prototype實驗中找到成就感！理所當然的，他們很快就會說，老師：「燈只能亮或是暗嗎？」當這個問題來的時候，就是教「開關」的時機了！想要「控制燈光」是孩子們的天性，蠟燭要一閃一閃、聖誕樹要一閃一閃、皮影戲要有開有關、手電筒也要有開有關，什麼時候「開」、什麼時候「關」、要怎麼做到，像這樣問題總是會自然的出現，這時我建議不需要立刻的拿出開發版，而是從物理上的「開路、閉路（open/close loop)」講起，舉出幾種有趣的開關，孩子們又會陷入純電路中控制燈的喜悅！
IV. 為什麼要在紙電路上學習寫程式
接著呢！要怎麼做出閃爍？要怎麼開始寫程式？
當純紙電路玩夠了也理解了之後，就是使用微控制器的時候了！不過要怎麼選擇學習工具呢？你也許會想說：可以用Arduino啊！為什麼要在紙電路上寫程式？有什麼特別或一定要用它的原因嗎？
我這裡有觀察到三個原因 — — 在紙電路上學習寫程式，比使用其他工具更能達到有意義的學習！
- 很多學生在學習Arduino時，只是follow老師的步驟，這一步插電線在Arduino上，下一步把另一頭插在麵包板上。但事實上，學生沒辦法把專案從麵包板搬到真實世界中。在紙電路上寫程式能夠幫助學生往更真實的世界探索，另外在佈局電路時，學生就像是在創造設計自己的PCB板，只是使用的是導電膠帶，但佈線邏輯幾乎是一樣的！
- 如果將Arduino板夾在紙上(其實就是chibitronics），學習者能掌握「控制板」和「電路」。這會比使用很複雜的電路、電路板或是焊接專案更容易理解其中的「運算思維」。
- 108課綱講求的是「素養導向」課程，因此教師在新的課程設計上，除了傳統的教學上很容易就能搞定的「知識」，更需要把「情意和技能」設計進
我不希望學生學了一大堆電路，卻連最基本的串並聯都搞不懂，我希望學生不要害怕拆掉麵包板上的電線，我希望學生除了玩現有的模組之外，還能接觸到真實世界的零件。在課程設計上，我們重視的是「情意」，還有更重要的「動機」，動手自造和鼓勵共享，讓學生感受到知識內容本身的樂趣外，還能把知識連結回生活，要讓學生感受到這些事都自己息息相關！在紙電路上寫程式也許沒有快速和高強度的知識量，卻能讓大部分學生感受到電學意義，同時也是一種好的學習工具及內容管道。
跟著由chibitronics開發 — — Love to code套件的腳步，一步步地從串並聯開始做，接著認識微控制器，嘗試控制一顆燈、一排燈、很多燈！哇！很多老師都告訴我，他們學了很多次Arduino都聽不懂，現在因為chibitronics的教材，他們真的懂了！一切都開始「Make Sense」了！也敢教學生了！
V. 結語與未來展望
不知道你的電路學習或教學經驗如何？如果你是Maker，很推薦你玩玩看 chibitronics（容許我稱為小朋友的Arduino 🙂）；如果你是edtech老師，chibitronics能讓你的學生更了解「微控制器的運作」以及如何進行「電路布局」
現在有幾個方案可以持續follow下去這個好工具，繼續跟著我們一起開發更多更酷更好玩的教案！
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