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第 2 週

按一按、轉一轉:第一次「指揮」機器!

🏅 小小控制官

用按鍵、觸摸、旋鈕、搖桿四種「輸入」去指揮上週的 LED 與蜂鳴器,做出魔法調光旋鈕、搖桿方向盤、搶答鈴,並用搖桿在大螢幕畫畫,學會「我動作 → 機器反應」的因果迴路。

🎯 學習目標

🧰 材料清單

每席

  • Arduino Uno R3 開發板 ×1(含 USB-B 方口線)
  • 免焊麵包板(830 孔)×1
  • 按鍵模組 KY-004 ×1(S→D2,INPUT_PULLUP)
  • 人體觸摸模組 KY-036 ×1(S→D5,碰=HIGH)
  • 旋轉編碼器 KY-040 ×1(5 腳:CLK→D3、DT→D4、SW→D6、+→5V、GND→GND)
  • XY 搖桿模組 KY-023 ×1(5 腳:VRx→A0、VRy→A1、SW→D7)
  • I2C OLED 0.96" 0x3C ×1(VCC→5V、GND→GND、SDA→A4、SCL→A5)
  • 單色 LED 模組 ×1(接 PWM 腳 D9,可調亮度)
  • 有源蜂鳴器 KY-012 或無源 KY-006 ×1(D8)
  • 公對母杜邦線 ×1 排(約 20 條)、公對公杜邦線 ×10
  • 本堂接線小卡 ×1(圖示哪腳接哪腳,含 KY-040 五腳順序)
  • 闖關護照 ×1(第 1 週「點亮魔法師」章已蓋)

共用 / 講師示範

  • 講師示範組:Uno + KY-004/036/040/023 + OLED 各一(投影示範用)
  • 電源軌延長線 / 紅黑母線(每席紅=5V、黑=GND 已預拉貼標籤)
  • 每席筆電(已裝 Arduino IDE,板型 Uno、含本堂離線 .ino 範例碼包)
  • AI 程式助手站內副本(額度已確認)+本機 Ollama 降級備援
  • p5.js「搖桿畫畫板」投影模板(Chrome/Edge,WebSerial)
  • 投影機 / 大螢幕、講師端 WebSerial 主控筆電
  • 護照印章:『控制官』章 ×1(含備用印泥)
  • 拍片用手機 / 穩定器、補光燈
  • 備用整合套件 2 套(課前測好的 KY-040+OLED、KY-023+OLED,誰接不出來先換)
  • 金屬迴紋針 / 湯匙 / 塑膠尺 / 乾木筷(家中導電遊戲示範用)

🧑‍🔧 課前準備(開課前 30 分)

⏰ 全天流程 09:00–17:00

09:00–09:20

報到+哭比熊開場+護照領章

👩‍🏫 講師:哭比熊招呼:「歡迎回來小小發明家!上週我們讓燈會亮、蜂鳴器會唱歌,今天我們要學會『指揮』它們——你動一下,機器就聽你的!」翻開護照指第 1 週章,預告今天要蓋『控制官』章。

🧒 學員:找座位、拿出護照、確認上週『點亮魔法師』章在;跟旁邊同學打招呼。

💻 AI/螢幕:投影第 2 週主視覺與『輸入→輸出』大字(手指圖示→燈圖示)。

✅ 評量/巡檢:助教點名 8 人到齊、每席筆電開機、OLED 通電是否會亮(不亮先記下換備機)。

09:20–09:40

熱身:序列埠看『有沒有』變數字(不寫程式)

👩‍🏫 講師:講:「感測器其實只會做一件事——把『有沒有』變成數字。」助教已接好按鍵,講師示範開『序列埠監看視窗』,按下→畫面跳 1(或按 KY-004 範例顯示)、放開→0。問:「機器怎麼知道你按了?因為它一直在看那一腳是 1 還是 0。」

🧒 學員:輪流按自己桌上的按鍵,盯序列埠看 1/0 跳動;喊出「按下是 1!」(先不接電改線,只看現成範例)。

💻 AI/螢幕:序列埠監看視窗投影放大;先不上 p5.js。

✅ 評量/巡檢:助教確認每席都看到數字會跳;沒跳的查 S 是否接 D2、GND 共地。

09:40–10:05

今日感測器站①:按鍵→LED(第一次 input 控 output)

👩‍🏫 講師:帶全班對 AI 講第一句咒語:「按住按鈕 LED 亮,放開就熄」。提醒口訣『先講東西接哪一腳、再講要它做什麼』。講解 KY-004 按下其實讀到 LOW(INPUT_PULLUP),但 AI 會幫我們處理。

🧒 學員:重接按鍵 S→D2、LED→D9(或範例的 D13);用 AI 生碼或開離線範例,上傳,親手按按鈕讓 LED 亮熄。

💻 AI/螢幕:AI 生碼:「我有一顆按鈕接在腳位 2,一顆 LED 接在腳位 13,按住按鈕 LED 就亮,放開 LED 就熄掉。」

✅ 評量/巡檢:助教逐席 4 連檢(板型 Uno/S 對腳/5V 沒短 GND/無雙線同孔);每人成功讓 LED 聽手=過第一小關。

10:05–10:30

今日感測器站②:觸摸→蜂鳴器(壓 vs 碰)

👩‍🏫 講師:對 AI 講「手指碰金屬片就嗶一聲」。帶比較:按鍵要『壓』、觸摸只要『碰』,引出『靈敏度』。提醒 KY-036 碰=HIGH,感應片別被壓住或碰到其他金屬。

🧒 學員:加接觸摸 KY-036 S→D5;上傳後手指輕碰金屬片讓蜂鳴器(D8)嗶;比比看碰得多輕還會響。

💻 AI/螢幕:AI 生碼:「觸摸感測器接在腳位 5,碰到時讓接在腳位 8 的蜂鳴器嗶一聲。」

✅ 評量/巡檢:助教查 KY-036 是否 S→D5、感應片沒被壓住;蜂鳴器有源/無源是否與程式相符。

10:30–10:45

休息

👩‍🏫 講師:提醒喝水上廁所、不要拔別人的線;助教趁機把 KY-040、KY-023 接線小卡再講一次。

🧒 學員:休息、喝水、上廁所。

💻 AI/螢幕:投影暫停/播第 1 週成果短片暖場。

✅ 評量/巡檢:助教巡桌把鬆掉的杜邦線壓緊、回收掉到地上的元件。

10:45–11:20

組合作品1-A:旋鈕→看數字(旋轉編碼器 KY-040 + OLED)

👩‍🏫 講師:講:「按鍵只有 0 和 1,旋鈕是一格一格地數!」示範 KY-040 五腳接法,重點警告:CLK 與 DT 不可對調,對調會『轉右卻減一』。帶生碼「右轉加一、左轉減一」顯示在 OLED。

🧒 學員:接 KY-040:CLK→D3、DT→D4、SW→D6、+→5V、GND→GND,再接 OLED(A4/A5);上傳後轉旋鈕看 OLED 數字加減,按下旋鈕 SW 看會不會歸零。

💻 AI/螢幕:AI 生碼:「旋轉編碼器 CLK 接 3、DT 接 4、按鈕 SW 接 6,向右轉數字加一、向左轉減一,用大數字顯示在 I2C OLED。」

✅ 評量/巡檢:助教查右轉是否真的加一(減一=CLK/DT 反了,互換);OLED 不亮查 A4/A5 與 0x3C。

11:20–11:40

組合作品1-B:搖桿→看 X/Y(類比輸入登場)

👩‍🏫 講師:講:「搖桿不是一格一格,是滑順地從 0 到 1023!放手會回到中間大約 512。」對比剛剛的旋鈕(數位)與搖桿(類比)。強調 VRx/VRy 一定要接類比腳 A0/A1。

🧒 學員:接 KY-023:VRx→A0、VRy→A1、SW→D7;OLED 顯示左右上下兩個數字,推搖桿看數字變化、放手看是否回 512。

💻 AI/螢幕:AI 生碼:「搖桿 VRx 接 A0、VRy 接 A1,把 X 和 Y 兩個 0 到 1023 的數字顯示在 OLED。」

✅ 評量/巡檢:助教查 VRx/VRy 沒誤插 D 腳;放手回中間值若離 512 太遠,換一顆搖桿。

11:40–12:00

組合作品1-C:魔法調光旋鈕(輸入+輸出+顯示串起來)

👩‍🏫 講師:帶第一個完整作品:「旋鈕當音量/亮度旋鈕,越大燈越亮、OLED 顯示等級 0~10,按一下旋鈕切換『調亮度/調音量』。」強調這是第一次把感測+輸出+螢幕串成一條鏈。

🧒 學員:在 KY-040+OLED 基礎上加 LED(D9,PWM 才能調亮度)與蜂鳴器(D8),上傳『魔法調光旋鈕』;右轉變亮、按下切到調音高。

💻 AI/螢幕:AI 生碼:「轉旋鈕可調接在 D9 的 LED 亮度,越往右越亮,等級 0~10 顯示在 OLED,按下旋鈕切換成調 D8 蜂鳴器的音高。」

✅ 評量/巡檢:助教查 LED 是否接在 PWM 腳(D9)才調得出中間亮度;接非 PWM 腳只會全亮全暗→提醒改腳。

12:00–13:00

午餐+自由探索

👩‍🏫 講師:開放想先玩的孩子繼續轉旋鈕/推搖桿;助教輪流吃飯、留一人顧場。

🧒 學員:吃午餐、休息;想玩的可繼續試自己的調光旋鈕。

💻 AI/螢幕:投影定格在魔法調光旋鈕成品照,午休循環播放。

✅ 評量/巡檢:助教午休後段把下午要用的搶答鈴/方向盤備用件、p5.js 模板先開好預備。

13:00–13:25

家中×科學遊戲:人體導電大發現

👩‍🏫 講師:用 KY-036 觸摸帶遊戲:「你自己碰會響——那手牽手一排,最後一個人碰,還會響嗎?」帶『人體微微導電』。再拿金屬湯匙/塑膠尺/乾木筷碰,做『家裡哪些東西會導電』尋寶表。

🧒 學員:自己碰觸摸片→響;全班手牽手一排、最後一人碰看會不會響;輪流用湯匙/塑膠尺/木筷碰,填導體/絕緣體尋寶表。

💻 AI/螢幕:投影『導體 vs 絕緣體』尋寶表,邊測邊打勾。

✅ 評量/巡檢:助教確保牽手實驗安全(只是觸摸感測器、非電擊);引導講出『金屬會、塑膠木頭不會』。

13:25–14:05

組合作品2+p5.js 螢幕:搖桿畫畫板

👩‍🏫 講師:接到大螢幕:「現在把你的手變成滑鼠!搖桿 X/Y 就是畫筆的位置。」講解搖桿推哪→筆走哪、按鈕換色、旋鈕調粗細、觸摸=橡皮擦清空。喊每人上來畫一筆,合成全班塗鴉。

🧒 學員:上傳搖桿傳值版程式,連 WebSerial;輪流上台用搖桿在 p5.js 畫畫板畫線、換色、調粗細、觸摸清空,留下自己的一筆。

💻 AI/螢幕:p5.js『搖桿畫畫板』投影:搖桿 X/Y→畫筆軌跡、按鈕換色、旋鈕粗細、觸摸橡皮擦;WebSerial 連學員板。

✅ 評量/巡檢:助教查 WebSerial 連得上、搖桿沒飄移(飄移=回中值不準,換板);每人都留下一筆。

14:05–14:30

組合作品2-B:搖桿小汽車方向盤(後面遙控車的種子)

👩‍🏫 講師:講:「這個搖桿以後可以開真的小車喔!」帶『推上下左右→4 顆方向 LED/OLED 箭頭,按下搖桿按鈕=喇叭嗶一聲』。

🧒 學員:接 4 顆方向 LED 或用 OLED 箭頭,上傳方向盤程式;推搖桿看對應方向亮燈、按 SW(D7)按喇叭。

💻 AI/螢幕:AI 生碼:「搖桿推上下左右,分別點亮 4 顆方向 LED(或在 OLED 顯示箭頭),按下搖桿按鈕讓蜂鳴器嗶一聲當喇叭。」

✅ 評量/巡檢:助教查搖桿 SW→D7、方向判斷門檻是否合理(中間 512 上下留死區避免亂跳)。

14:30–14:45

休息

👩‍🏫 講師:提醒下一段是自由創作+搶答鈴 PK,先想好自己要做哪一個作品。

🧒 學員:休息、喝水;心裡選好待會要做搶答鈴還是強化調光旋鈕。

💻 AI/螢幕:投影三選一作品菜單(魔法調光旋鈕/搖桿方向盤/搶答鈴)。

✅ 評量/巡檢:助教把搶答鈴要用的觸摸+按鍵配對、蜂鳴器補齊到桌上。

14:45–15:45

自由創作:搶答鈴 PK+個人化

👩‍🏫 講師:帶招牌作品『觸摸+按鍵搶答鈴』:「A 用按鍵、B 用觸摸,誰先觸發誰的燈亮+嗶,OLED 顯示『A 搶到!』」。鼓勵改造:搶到放不同音、加倒數、OLED 打名字。

🧒 學員:兩人一組接搶答鈴(A 按鍵 D2、B 觸摸 D5,各自 LED+共用蜂鳴器+OLED),上傳後互相搶答;行有餘力加倒數/改音效/打自己名字。

💻 AI/螢幕:AI 生碼:「A 的按鍵接 D2、B 的觸摸接 D5,誰先觸發誰的 LED 亮並嗶一聲,OLED 顯示是 A 還是 B 搶到,0.5 秒內鎖定不讓對方再搶。」

✅ 評量/巡檢:助教查搶答鎖定邏輯(一人搶到後另一人按不動);每席 OLED 打上學員名字當作品標籤。

15:45–16:15

自由創作收尾+排練 Demo 台詞

👩‍🏫 講師:巡場幫每席微調,挑出最會動的作品。帶練 15 秒台詞:「我做的是 ___,我用 ___(按鍵/旋鈕/搖桿)去指揮 ___,它會 ___。」

🧒 學員:把作品調到穩定可重複觸發;練 Demo 台詞 1~2 次;準備拍片角度。

💻 AI/螢幕:投影『今日作品牆』縮圖,準備 mini Demo 順序。

✅ 評量/巡檢:助教確認每人都有一件可重複展示的作品(搶答鈴/調光旋鈕/方向盤擇一),不穩的換備用整合套件保住展示。

16:15–16:45

mini Demo+護照蓋章+拍成果影片

👩‍🏫 講師:主持 mini Demo:兩人一組搶答鈴 PK(聲光最熱鬧)當壓軸,其餘秀調光旋鈕/方向盤。每人講完 15 秒台詞蓋『控制官』章。逐一拍 10~15 秒個人短影片。

🧒 學員:上台 Demo+講台詞→蓋『控制官』章;輪到搶答鈴的兩兩 PK;對鏡頭說「我讓 LED 聽我的手!」

💻 AI/螢幕:搖桿畫畫板+搶答鈴投影當背景;拍片收音注意蜂鳴器。

✅ 評量/巡檢:助教核對護照三條件:①LED 聽手 ②螢幕顯示轉的數字 ③搖桿玩贏一場小遊戲——全達成才蓋章;每人短影片各拍到一支。

16:45–17:00

收拾+預告下週+家長接送 mini 展示

👩‍🏫 講師:預告第 3 週:「下週玩看得見的雷射和看不見的紅外線,做雷射防盜結界!」提醒家裡玩『人體導電尋寶表』回來分享。家長到場時放搖桿畫畫板全班塗鴉投影。

🧒 學員:拔 USB 斷電→收杜邦線/元件歸盒→桌面歸位;拿好護照與作品;向家長展示自己的搶答鈴或畫畫板那一筆。

💻 AI/螢幕:投影全班搖桿畫畫板塗鴉合成圖當接送背景。

✅ 評量/巡檢:助教清點 KY-004/036/040/023+OLED+杜邦線各席歸位數量;護照收齊章、短影片彙整待發家長群。

🤖 AI 生碼示範 prompt

按鍵→LED(入門咒語)我有一顆按鈕接在腳位 2,一顆 LED 接在腳位 13。請幫我寫 Arduino 程式:按住按鈕 LED 就亮,放開 LED 就熄掉。每一行加上中文說明。
旋鈕調亮度+OLED 等級(魔法調光旋鈕)我接了一個旋轉編碼器,CLK 接在腳位 3、DT 接在腳位 4、按鈕 SW 接在腳位 6。請幫我寫程式:向右轉讓接在 D9 的 LED 越來越亮、向左轉越來越暗,亮度等級 0 到 10 用大數字顯示在 I2C OLED(SDA 接 A4、SCL 接 A5)。每行加中文註解。
觸摸+按鍵搶答鈴A 玩家的按鍵接在腳位 2,B 玩家的觸摸感測器接在腳位 5,兩人各有一顆 LED、共用一個接在 D8 的蜂鳴器和一片 I2C OLED(A4/A5)。請寫程式:誰先觸發就讓誰的 LED 亮並嗶一聲,OLED 顯示『A 搶到!』或『B 搶到!』,搶到後 0.5 秒內鎖住不讓另一人再搶。每行中文註解。

🔌 接線重點與安全

👧 分齡差異化

3–4 年級3-4 年級:完成『按鍵→LED 亮熄』+『旋鈕→OLED 數字加減』兩個基礎就達標。搶答鈴只要會兩人互按、看誰燈亮即可,不要求改音效/倒數。助教協助:旋轉編碼器五腳由助教先接好半套(電源+GND),孩子只接 CLK/DT 訊號兩條;搖桿值飄移先由助教換好板;AI 咒語提供『填空卡』(東西接在第 __ 腳,我要它 ____),降低空白頁焦慮。
5–6 年級5-6 年級:挑戰『魔法調光旋鈕』按一下切換調亮度/調音高的雙模式,並把等級 0~10 對應 LED 亮度與蜂鳴器音高同步;搶答鈴加倒數計時、搶到放不同得分音、OLED 顯示比分;搖桿方向盤加『按住 SW 加速』或對角線方向判斷。額外延伸:自己讀懂為什麼 KY-040 要判斷 CLK/DT 先後順序才知道轉向,試著對 AI 追問『為什麼右轉是加一』。

📸 家長展示(拍片重點)

壓軸用『觸摸+按鍵搶答鈴 PK』:兩兩一組站投影前,主持人喊『預備——搶!』,誰先按/碰,誰的 LED 亮+蜂鳴器嗶、OLED 跳『○○搶到!』,有輸贏有聲光、孩子表情最生動,拍 10 秒最易在家長群瘋傳。搭配『搖桿畫畫板投影』讓每位孩子上來畫一筆,合成『全班共同創作』塗鴉牆,自然帶出每個孩子的名字。拍法:先特寫一位孩子按下搶答鈴『我贏了!』的瞬間,再拉遠拍投影上全班合畫的塗鴉。

🏠 回家科學遊戲

🎫 闖關護照通過標準

第 2 關『小小控制官』三條件全達成才蓋章:①讓 LED 聽我的手(按鍵或觸摸成功控制 LED 亮熄)②讓螢幕(OLED)顯示我轉旋鈕或推搖桿的數字 ③用搖桿玩贏一場小遊戲(搖桿畫畫板留一筆、方向盤過關、或搶答鈴贏一場任一即可)。三項齊備蓋上『控制官』印章。

🆘 常見卡關 → 排解

旋轉編碼器『右轉卻減一』,數字方向相反 → CLK 與 DT 接反了——把 D3 與 D4 兩條對調即可(或請 AI 把程式裡判斷的兩腳互換)。這是本週第一名卡關,課前已逐顆測過、小卡標清楚順序可大幅減少。
搖桿放手後 OLED 數字不回中間(飄到 300 或 700),畫畫板筆一直亂跑 → 先確認 VRx→A0、VRy→A1 沒誤插 D 腳;若接對仍偏離 512 太多,是這顆搖桿中位不準,直接換一顆備用搖桿(課前已挑過,留 2 顆備品)。也可在程式加『中間 ±30 算死區』讓它別亂跳。
觸摸感測器一直自己嗶/一碰就響個不停 → 檢查感應片有沒有被書本或手壓住、是否碰到旁邊金屬或 GND;KY-036 是碰=HIGH,把感應片懸空清出來即可。若仍誤觸發,確認 S→D5 沒接到別的腳。
OLED 整片黑、沒畫面(不報錯) → 九成是 I2C 沒接好:查 SDA→A4、SCL→A5 有沒有對調,VCC→5V/GND 沒反接,位址預設 0x3C 掃不到改 0x3D。課前已每席驗證會亮,上課重接後再驗一次。
按鍵按下 LED 沒反應(或一直亮) → 先 4 連檢:板型 Uno、COM port 對、S→D2 沒插錯孔、沒有 5V 短到 GND。KY-004 用 INPUT_PULLUP『按下=LOW』,若 AI 生的碼判斷寫反會剛好相反——請 AI『改成按住才亮、放開熄』重生一次即可。
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