前言

臺灣半導體研究中心（Taiwan Semiconductor Research Institute, TSRI） 為臺灣產學研界在半導體技術研究領域的服務提供者[1]。以往主要服務對象為全國各大學院校及研究機構相關領域之教授、學生及研究人員。近年來為配合科普活動計畫並響應科技普及化，開始了『小小程式設計師』計畫，秉持著推廣科技普及化的理念，以教導國小及國中學生「程式設計-做中學」為主題，設計一系列教材、活動與創意競賽來推廣大眾科學教育，並激發學生探索科學程式語言撰寫的興趣。計畫中使用本團隊自行開發之「SenCu-感測方塊」為教具，結合不同之感測應用，設計出一系列Scratch [2]為主的程式設計課程，讓學員們了解感測器應用於生活中的科普知識。

 『小小程式設計師』課程營

『小小程式設計師』計畫中的程式設計課程營隊主要是以SenCu感測為應用的實作專題，以問題/專題導向學習方式，讓學員由實作中了解感測器所感測資料為何以及如何應用；同時帶領學員們用Scratch設計遊戲，讓學員於設計遊戲過程中了解程式設計。往年的營隊課程皆舉辦於新竹半導體研究中心的訓練教室，然而課程對象除了一般國小及國中生，也曾受邀至台北科教館、臺北市政府教育局-國教輔導團以及嘉義長庚科技大學，進行種子教師培訓與研習營坊教學。「臺北市政府教育局-國教輔導團」在一次參訪中看到SenCu與Scratch結合的遊戲展示後，便邀請本團隊於2020年11月04日在台北市龍山國中開立SenCu感測方塊種子教師培訓營（如圖1）。課程中說明SenCu感測方塊與感測科技之科普知識，並展示五種SenCu感測方塊搭配Scratch的遊戲，讓種子教師們瞭解SenCu感測方塊在Scratch教學上的應用優勢。


圖1. Sensing Cube感測方塊種子教師培訓活動照片

另一場受邀的推廣則是由嘉義長庚科技大學的紀妙青主任所邀請，主題為紀主任所舉辦的空污防護創新創客系列活動。為拓展及提升民眾對空氣污染的認識與防護知識，邀請本團隊至校內教導小學生如何利用SenCu-PM2.5感測方塊與Scratch結合，並透過SenCu感測器實際操作，了解現居環境即時空氣污染情形，如圖2。上完一系列的課程後，長庚科技大學也舉辦PM2.5微型感測器創意設計競賽，參賽者都是小學生。此競賽目的為提升國小學童對空氣污染的認識，利用SenCu-PM2.5感測方塊結合Scratch蒐集空污資訊，國小學童發揮創造力提出創新應用的空污宣導或改善方案，一同為空氣品質與民眾健康努力。


圖2. 嘉義長庚科技大學-空污PM2.5微型感測器工作坊

然而，因應近兩年新冠肺炎疫情的影響，使我們思考『小小程式設計師』線上課程的實現，除了在疫情中降低群聚所帶來的疑慮，線上課程不受地理區域約束的特點，可以讓更多外縣市或偏遠地區的學童自由參加。然而『小小程式設計師』這樣需要學員動手做的電腦程式課程，由實體課程轉為線上教學，不論是在教學方式或是課程設計都會需要進行調整及妥協，在課前的準備同樣也是有一些困難需要克服。在課程設計部分，本次的線上課程分為兩個梯次，每個梯次包含兩堂課程，分別使用不同種類的「SenCu-感測方塊」進行教學，將操作方式較易懂的感測方塊作為第一堂課，帶領學員入門感測器與程式設計的應用，接著在第二堂課進行較複雜的操作，讓學員可以更深入進行學習。另外，線上課程雖然少了教室空間的限制，但在考慮上課品質以及問題處理速度的因素下，本線上課程每梯次開放最多25名學童報名，而課程的報名也非常踴躍，通常在開放報名的一天內就全數額滿。另針對本次線上課程中，學員與本教學團隊的課前準備，也因為非接觸的教學方式進行了下列調整。

 課程所需基本設備及軟體安裝

以往實體課程，參加學員不需任何額外準備，只需於課程當天前往半導體研究中心的訓練教室上課即可，所有的上課設備以及軟體安裝皆已於課程前測試完畢。而線上課程則需由學員自行準備課程所需電腦以及軟體安裝，並需於課程前確認環境架設並進行測試。故本次於課程開始一周前就寄出安裝軟體檔案以及操作說明，並放至雲端硬碟，讓學員可提前撥空安裝測試。

 課程必備之教具

在本課程中，作為主軸不可或缺的教具就是「SenCu-感測方塊」，課程會教導並引領學員完成一個使用「SenCu-感測方塊」遊玩的互動式的遊戲。為了讓學員可以提早測試並熟悉「SenCu-感測方塊」，團隊在課程前一周便分配包裝並以郵寄方式寄送到各學員家中（如圖3），並將操作測試方式與上述課程軟體一併寄給學員，讓學員遇到問題時還有充裕時間來信詢問。


圖3. 課程實體教具SenCu-感測方塊分配包裝準備寄送

 『小小程式設計師』線上課程的實現

在『小小程式設計師』線上課程操作的需求考量下，本次課程要求學員在上課時需自備一台課程視訊用的裝置以及一台程式設計操作用的電腦，方便學員在課程中操作程式遇到問題時，可同時進行發問。每個梯次的課程皆包含兩堂課，每堂課的上課時間為4個小時，並配合學員們平日還有學校上課的安排，選擇在周六開課。線上課程於課前也開立Line社群，參加線上課程的小朋友與家長能隨時在社群發問，講師們也能即時將上課資訊公佈在Line社群中（如圖4）。


圖4. Line社群參加課程的小朋友／家長與講師互動畫面

課程主題分別是利用「SenCu-絕對姿態感測方塊」所設計的迷宮遊戲，以及利用「SenC-顏色感測方塊」所設計的氣球射擊遊戲（如圖5）。每堂課程中會有一位主要講師（如圖6）及兩位助教，除了即時利用視訊拍攝教材操作，課程中講師也會利用講義搭配實際操作示範（圖7, 8），帶領學員逐步完成課程中的程式設計，課程中亦預留空檔讓學員提問以及自行操作。但在課程的規劃雖有安排空檔讓學生操作及提問，在實際的線上課程中，時常會有學員在講課中自行操作時發現問題想要即時提問，若時常打斷講師發問則容易造成課程進度的拖延以及其他學生上課的困擾，尤其在線上視訊會議通常一次只能針對一位學員問題做解決，故實際上課時，助教通常會以電話、語音或是聊天區打字的方式同時替多個學員即時解決問題。在課程的最後，我們也邀請所有上課的學員開啟視訊，讓所有學員互相打招呼並合影留念（如圖9）。


圖5. 迷宮遊戲及氣球射擊遊戲操作畫面


圖6. 線上課程中講師上課實況


圖7. 迷宮遊戲線上課程講義教學畫面


圖8. 迷宮遊戲線上課程操作程式教學畫面


圖9. 線上課程最後全體講師、助教及學員視訊合照

 『小小程式設計師』創意競賽

為激發小學生於感測技術應用之巧思，除了豐富的課程外，為了讓小朋友更加了解SenCu感測器，我們也舉辦「SenCu-小小程式設計師創意應用競賽」。參賽者可挑選所需要的SenCu-感測方塊搭配Scratch語法，設計出能夠展示創意的應用程式，使之成為完整且實用的成品。「SenCu-小小程式設計師創意應用競賽」凡是國內各縣市之國小學生，皆具資格組隊參加，競賽主題及題目不限定，參賽者能盡情的發揮創意。

一、第一屆－SenCu小小程式設計師競賽：

．初賽：只需繳交創意構想書，考量到有些年紀較小的小朋友對電腦不太熟悉，所以構想書可用電腦撰寫也可用手寫繪畫的方式表達，投稿的構想書會經由產業界及學術界專業評審審查後，選出15支隊伍晉級決賽。圖10是第一屆競賽小朋友畫的構想書手稿，非常的可愛又有趣。


圖10. 繪圖風格的初賽構想書

．決賽：晉級決賽之隊伍可參加免費的競賽訓練課程，課程當天會講解所有SenCu感測方塊的資料代表意義以及連線教學。決賽當天15個團隊需攜帶完成的成品至國家實驗研究院 臺灣半導體研究中心進行口頭報告與現地展示，並由產學界評審評定名次，現場公布及頒獎。評選標準包含功能實用性、設計創意性、完成度...等。冠軍隊伍可獲得15000元獎金，亞軍、季軍及佳作也分別獲得10000元、8000元及3000元獎金。


圖11. 決賽當日預定時程

然而因COVID-19疫情於2019年12月肆虐全球，疫情擴散的速度非常快，怕造成群聚感染，中央流行疫情指揮中心於2020/02/02決議高級中等以下學校開學日期延後二週，且多個縣市皆已全面暫停寒假營隊或冬令營等各項活動。主辦單位也陸續接到參賽者們的來信詢問，為了學生的健康，並將傳播風險降至最低，也避免各位家長擔憂，主辦單位緊急於2020/02/03開會決議取消免費的競賽訓練課程。並利用講義以及SenCu感測方塊連線的操作影片讓參賽者了解SenCu的基本用途。

而也因為疫情沒有減緩的趨勢，擔心來自不同縣市的小朋友聚集競賽會有群聚感染的可能性，故將原訂於2020年3月28日（六）的現地決賽延期辦理，且決賽形式調整為非接觸式評審（影片）方式進行，參賽隊伍的影片拍攝長度不超過5分鐘，參賽者需口頭介紹作品的發想並實際展示完成的作品，決賽影片會由學界及業界專家組成的評審委員進行評分。

．『金牌』：守護阿嬤隊－用SenCu守護阿嬤的巴金森氏
「作品的創意源自於阿嬤，因為阿嬤得巴金森氏症已經有10幾年，現在越來越嚴重，已經漸漸無法行走。我的構想是用SenCu做一個紀錄器，記錄阿嬤手抖的時間跟大小，我覺得這樣的紀錄資料，長時間記錄之後，可以幫助醫生知道阿嬤的病情。另外，我也要設計一個遊戲，讓阿嬤練習，讓阿嬤多動手，希望可以減緩阿嬤的病情。」

． 『銀牌』：榮耀騎士隊的－超級魔王鋼琴塊
運用scratch2.0和 SenCu紅外線感測器，結合程式與音樂做出有趣又好玩的音樂體感遊戲。


圖12. 第一屆－SenCu小小程式設計師競賽金/銀牌作品

二、第二屆－SenCu小小程式設計師競賽：

籌備第二屆的競賽時COVID-19疫情依舊存在，許多學校、公司都開始實施線上教學或會議視訊，故第二屆的競賽方式一樣採用初賽與決賽的方式進行比賽，然而晉級決賽的參賽者可透過線上教學的方式參加免費的競賽訓練課程（如圖13），經由講師視訊教學，當參賽者有任何問題，都能在視訊會議中與講師溝通並解決問題。


圖13. 線上競賽訓練課程

為了讓競賽更加的生動與精彩，主辦單位經過多重的考量，決定2021/03/27的決賽讓15隊參賽隊伍能至競賽會場進行競賽。競賽會場都有做好全面的防疫措施，確保大家的安全，要求每位工作人員、參賽者、陪同者及評審進入會場前都必需戴上口罩、測量額溫並酒精消毒。參加人數也有限制，每個隊伍小朋友只能有1位家長出席。


圖14. 全面防疫措施的競賽會場

圖15是在競賽現場小學生們利用SenCu及Scratch展現最後作品成果，每個小朋友報告時的台風非常穩健。左圖是使用SenCu-紅外線距離感測方塊與Scratch程式結合的運動遊戲。玩家透過身體的跳動將Scratch中的氣球踩破，計時內成功踩破氣球越多分數越高。右圖是利用本團隊新推出的SenCu-紅外線溫度感測方塊，設計出一個日常生活中常可用到的一個應用，就是偵測煮水的溫度和預測煮好的時間，並可以用聲音影像提醒使用者，這樣在煮水時就不需站在爐火旁監督，也不會忙其他事情就忘了回來關火。


圖15. 參賽隊伍展示競賽作品成果

小學生們帶來的作品都非常的精彩又有創意，經過一整個下午的刺激競賽，專業的評審也非常認真且激烈的討論頒獎的名次，於這次競賽獲得金牌的是「我的程式。我帥氣」－S粒子危機、獲得銀牌的是「圓圓」－城市老驚魂記。


圖16.第二屆小小程式設計師 - 金牌、銀牌頒獎照片

第二屆小小程式設計師的競賽在這15隊優秀的隊伍比拼之下圓滿的落幕，最後評審與參賽隊伍的小朋友們一起來個大合照，為競賽畫下完滿的句點。


圖17. 第二屆小小程師設計師競賽結束大合照