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國科會補助產學計畫成果-提升程式能力的新世代物聯網學習平台

本文共1611字

經濟日報 孫震宇

「程式設計」為21世紀的關鍵能力,未來人才需要具備了解及整合運用新科技的能力,才能普遍的將大數據、機器學習、人工智慧、物聯網、雲端計算等新穎技術導入各產業,使生產及管理更有效率和智慧。

依據教育部12年國教課程綱要中「資訊教育」的需求,國立中央大學資訊工程學系吳曉光教授與學習王科技股份有限公司執行國科會工程處產學合作研究計畫,開發為入門學生設計的提升程式能力新世代物聯網學習平台,這項易學、易用的教學平台針對課綱中的必修科目「資訊科技」、「生活科技」與選修科目「機器人專題」,提供教學相關的工具與課程,協助學習王科技公司厚植數位學習關鍵技術,產品已於2020年成功上市,打造擴展青少年程式學習數位內容。

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雖然12年國教課綱即將實行,但在專業程式教育師資和電腦設備上仍不敷需求,吳曉光教授指出,從美國近年的政策可看出科學(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)、數學(Math)和電腦科學教育已經被視為國家未來競爭力的一環,並且攸關國家的未來發展,尤其電腦科學應該要作為一門基礎課程,讓學生從現在開始為未來做準備。若想藉由程式教育讓臺灣的下一代在國際上更有競爭力,勢必需要一套程式教育的解決方案,讓推廣程式教育更為容易,因此與學習王科技股份有限公司共同開發這項平台。

此平台包含程式開發學習軟體、物聯網開發板和教學資訊網站3部分。程式開發學習軟體使用Blockly編輯器介面,藉由拖拉程式拼圖讓學生了解程式邏輯,另外也針對想成為程式設計師的學生提供Python編輯器介面,讓學生可以為未來做準備。計畫團隊也加入了可以獨立使用的物聯網開發板,採用的是Python直譯器,相較於C語言的系統,可減少編譯、燒錄與學習程式語言的時間,讓學生完成實用的作品。若是業界廠商和學術單位來使用這套開發版,將能更快速的開發產品原型或是實驗裝置。

平台的程式架構。 計畫團隊/提供
平台的程式架構。 計畫團隊/提供

吳曉光教授強調,這項計畫打造了以臺灣廠商聯發科晶片為核心引擎的第一個通用普及行動兒童程式學習平台。Linkit7697是聯發科技推出的物聯網開發板,主要使用MT7697系統單晶片,這顆晶片除了含浮點數運算的ARM Cortex-M4微控制器,並且整合了802.11b/g/n Wi-Fi與Bluetooth 4.2低功耗藍芽功能。

計畫團隊貼心的設計了教學課程放在教學資訊網站上,還在Windows、MacOS、Linux、Android和IOS系統上推出,讓學校和民間教育單位能在電腦和行動裝置的跨平台環境上進行教學,吳曉光教授說:「我們相信這個平台可以讓程式教育更容易推廣,並且更加提升學生的能力。」

計畫團隊參考了課綱中的學習內容與教學實施來製作教學平台。以「資訊科技」為例,課綱中建議要讓學生運用「程式設計」來實作「演算法」,教師須依照學生特質選擇適切的程式語言或程式設計工具,並建議初學者可採用視覺化程式設計工具。因此平台在程式設計工具上會提供視覺化程式語言與文本型程式語言供使用者選擇,讓學生不被程式語言的語法與系統設定等問題所限制,而能夠專注於演算法的實作。而在「生活科技」與「機器人」專題中,將有機電整合、控制等應用實作課程,這些課程會整合微控制器、傳感器、電機等設備。

在開發這部分的項目時,計畫團隊參考了現有的主流方案,並提出更加容易入門的方法,讓學生不至於被困在底層的控制問題中,而能專注在設計及實作上。吳曉光教授說:「透過我們的平台,學生更能了解各種裝置的原理,也能提升學習的興趣與成就感。」

計畫團隊在學術方面也創造了豐收,相關研究成果發表了3篇IEEE期刊論文和1篇會議論文。關切下一代國際競爭力的吳曉光教授說:「回歸到實務面,要運用新科技,就必須學習『程式語言』這門『科技的語言』,關鍵在於學習如何分析與解決問題,有獨立思考的能力,而不是被新科技制約住。尤其是我們的下一代,他們將面對資訊更加發達的環境,更需要去了解、使用與創造新科技。」

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