🎯 學習目標
- 學員能用自己的話說出『磁場看不見，但感測器可以把它變成電腦看得懂的數字』，並指出霍爾與磁簧兩種感測器的差別
- 學員能分辨『數位 on-off（有/沒有磁鐵）』與『類比強弱（磁力 0~1023 連續變化）』兩種訊號，並各舉一個本堂感測器當例子
- 學員能用 AI 助手生出程式，讓霍爾感測器在磁鐵靠近時讓 OLED 顯示『有人開門！』並讓蜂鳴器叫、拿開就顯示『安全』
- 學員能自己設定一個『門檻數字』，做到磁力超過門檻才觸發 LED+蜂鳴器，並觀察『磁力越強嗶越快』
- 學員能正確接好 3-pin 霍爾（中間=VCC→5V、S→D2）與 4 腳線性霍爾（只讀 A0），並做到『先接好再插 USB、改線先拔 USB』
- 學員能完成一件組合作品（門窗防盜警報器／磁鐵尋寶探測器／磁鐵極性判讀機），並向家長解釋它的運作原理
🧰 材料清單
每席
- Arduino Uno 板 ×1 + USB 線 ×1
- 麵包板 ×1（已預拉紅=5V／黑=GND 兩條電源母線並貼標籤）
- 霍爾數位感測器 KY-003（或 A3144）×1
- 線性霍爾感測器 KY-024/035 ×1
- 磁簧開關 KY-021 ×1
- 迷你磁環 ×1（門窗防盜用，裝在『門』那側）
- 小圓磁鐵／釹磁鐵 ×2（一顆探測用、一顆尋寶藏起來用，發小不發大）
- I2C OLED 0.96" ×1（VCC/GND/SDA→A4/SCL→A5，位址 0x3C）
- 有源蜂鳴器 KY-012 ×1（D8）
- LED 模組 ×1～2（紅/藍各一，做極性判讀 N 藍 S 紅）
- 杜邦線（公母）一把 ×約 15 條
- 本堂接線小卡 ×1（圖示哪腳接哪腳）
- 闖關護照 ×1 + 磁力偵探徽章貼紙位
共用 / 講師示範
- 講師示範用大磁鐵 1～2 顆（強磁，講師桌專用，示範磁場範圍與『同極相斥異極相吸』，不發給學員）
- 紙杯數個（磁鐵尋寶把磁鐵藏杯下用）
- 迴紋針一盒（暖身畫『磁場多遠吸得到』用）
- 白紙＋書本數張（家中遊戲『磁力穿透表』示範用）
- 眼罩／不透光布條 8 條（閉眼尋寶關卡用）
- 講師筆電 ×1 接投影機／大螢幕（跑 p5.js『磁力雷達／尋寶羅盤』模板，Chrome/Edge + WebSerial）
- 站內 AI 程式助手副本（額度足）+ 本機 Ollama 備援
- 本堂離線 .ino 範例碼包（門窗防盜／線性霍爾長條／極性判讀三支，放每台筆電）
- 備用整合套件 2～3 套（課前測好，誰接不出來先換機保住進度）
- 乾抹布／磁卡收納盒（提醒強磁遠離手機/磁卡/手錶）
🧑🔧 課前準備（開課前 30 分）
- 每席拉好『紅=5V／黑=GND』兩條電源母線並貼標籤
- 每席 OLED 4 線先接好並通電驗證會亮（VCC→5V、GND→GND、SDA→A4、SCL→A5，位址 0x3C，掃不到改 0x3D）
- 每席發本堂『磁力感測器接線小卡』（KY-003 S→D2、線性霍爾 A0、磁簧 D2、蜂鳴器 D8）
- 每台筆電放好本堂 3 支離線 .ino 範例（門窗防盜／線性霍爾長條／N-S 極判讀），確認可上傳
- 開啟並測通站內 AI 程式助手副本（額度足）與本機 Ollama 備援
- 開啟並測通 p5.js『磁力雷達／尋寶羅盤』投影模板（WebSerial 抓得到 COM port），投影機/大螢幕測通
- 清點本堂感測器：每席霍爾/線性霍爾/磁簧/迷你磁環/小磁鐵齊全；強磁示範件留講師桌、遠離學員筆電硬碟與磁卡
- 先把每席小磁鐵『發小不發大』，強磁集中講師桌；備好眼罩、紙杯（尋寶用）、迴紋針（暖身用）
- 備好 2～3 套課前測好的『備用整合套件』，逐席通電前 4 連檢清單列印好
⏰ 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：哭比熊角色開場：『今天我們要當磁力偵探，去抓一種看不見、摸不到、卻能隔空吸東西的隱形力量！』發本週護照頁，預告今天集滿三關拿『磁力偵探徽章』。
🧒 學員：報到入座、領護照、把名字寫上今天頁；看講師手上磁鐵隔空吸迴紋針。
💻 AI／螢幕：投影打出今日大字標題『隱形力量大搜查』+ 一張磁鐵吸迴紋針照片。
✅ 評量／巡檢：助教核對到席 8 人、每席 OLED 已亮（課前驗證的延續），護照本人到位。
09:20–09:45
暖身・看不見的力量（不接電）
👩🏫 講師：發磁鐵+迴紋針，請大家畫『磁鐵離多遠就吸不到了』。提問：『磁場看得到嗎？那電腦怎麼知道磁鐵來了？』帶出兩個主角：霍爾、磁簧。
🧒 學員：用磁鐵慢慢靠近迴紋針，量並畫出『吸得到的距離』；舉手猜電腦怎麼偵測磁鐵。
💻 AI／螢幕：（暫不開螢幕，純動手猜想）
✅ 評量／巡檢：助教確認每人都動手玩過、能說出『磁場看不見但有範圍』。
09:45–10:30
今日感測器單站體驗：霍爾數位 on-off
👩🏫 講師：帶 KY-003 接 S→D2、INPUT_PULLUP。關鍵台詞：『這顆只會說有或沒有，就像電燈開關。』示範磁鐵翻面——只有某一面（南極）會觸發，引導發現『磁鐵有兩極』。
🧒 學員：接好 KY-003，上傳範例：磁鐵靠近 OLED 印『偵測到磁鐵！』、拿開印『沒有磁鐵』；翻轉磁鐵試哪一面才觸發。
💻 AI／螢幕：離線 .ino 範例先上傳看反應（AI 留到組合段再用）。
✅ 評量／巡檢：助教逐席：S 是否接 D2、中間腳是否到 5V、INPUT_PULLUP 有無；確認每人看到 OLED 字會隨磁鐵變。
10:30–10:45
休息
👩🏫 講師：提醒喝水、上廁所；強磁示範件收回講師桌，提醒別把磁鐵靠近自己或同學的水壺/手錶。
🧒 學員：休息、喝水。
✅ 評量／巡檢：助教趁空檔把下一段線性霍爾與磁簧的感測器發到每席。
10:45–11:15
磁簧開關＋線性霍爾：機械式 vs 類比強弱
👩🏫 講師：先玩磁簧 KY-021（S→D2）：『這是機械式的，兩片金屬被磁鐵吸在一起會喀一聲，靠耳朵聽！』再換線性霍爾（讀 A0 0~1023）：『這顆會說磁力多強，像溫度計一樣連續變。』點題：磁簧/霍爾=數位有無，線性霍爾=類比強弱。
🧒 學員：磁簧靠近耳朵聽『喀』、比反應距離；換線性霍爾把磁鐵越靠越近，看 A0 數字越來越大。
💻 AI／螢幕：OLED 把線性霍爾值畫成『磁力：●●●○○』長條（離線範例）。
✅ 評量／巡檢：助教確認線性霍爾接 A0（不是 D 腳）、能說出『這個是連續數字、剛剛那個只有 0 跟 1』。
11:15–12:00
組合作品 1・門窗防盜警報器（AI 生碼）
👩🏫 講師：帶 AI 生碼：把霍爾/磁簧+磁環+蜂鳴器+OLED+LED 組成防盜器。教『先講東西接在哪一腳，再講要它做什麼』。台詞：『關門=磁鐵貼近=門已上鎖；開門=磁鐵離開=蜂鳴器大叫！』
🧒 學員：對 AI 講需求生碼上傳：磁鐵靠近顯示『門已上鎖🔒』，磁鐵離開→蜂鳴器叫+閃燈+『有人開門！』；磁簧裝『門框』、磁環裝『門』模擬開關門。
💻 AI／螢幕：AI 助手生碼（接腳對齊：霍爾/磁簧 D2、蜂鳴器 D8、OLED A4/A5）；斷網則退離線範例。
✅ 評量／巡檢：助教巡檢：開門關門兩狀態都對、蜂鳴器只在開門時叫（不亂叫）；護照第②關候選達標者先記。
12:00–13:00
午餐 + 自由探索
👩🏫 講師：一師二助輪流陪餐；提醒磁鐵不要帶上餐桌玩、收進盒。午後預告：要玩『閉眼磁鐵尋寶』和大螢幕磁力雷達。
🧒 學員：用餐、休息；想玩的可以先用磁鐵在桌邊試吸不同小物。
✅ 評量／巡檢：助教確認所有磁鐵與感測器歸位、沒有磁鐵掉在 Uno 上或靠近筆電。
13:00–13:25
家中科學遊戲：冰箱磁力大調查 + 穿透實驗
👩🏫 講師：帶『家中磁力排行榜』思路：『冰箱貼、白板磁扣、舊耳機……哪個磁力最強？』示範隔一張紙、隔一本書還吸不吸，講『磁場會穿過非磁性材料、隨距離快速變弱』。發回家任務單。
🧒 學員：用線性霍爾測手邊不同小物（迴紋針盒、磁環、磁鐵）排磁力強弱；試隔紙/隔書數字掉多少。
💻 AI／螢幕：OLED 即時長條輔助比強弱。
✅ 評量／巡檢：助教確認每人理解『越遠數字越小』『隔紙還吸、隔很厚就不太吸』，能填一格排行榜。
13:25–14:30
組合作品 2・磁鐵尋寶探測器 + p5.js 磁力雷達投影
👩🏫 講師：帶『地雷尋寶』：磁鐵藏紙杯下，探頭越近 OLED 長條越長、嗶聲越密（類比值控 delay）。把線性霍爾接電腦投影 p5.js：『中央光圈越大代表磁力越強，藍=弱、紅=強，聲音也跟著高低。』
🧒 學員：做尋寶探測器，自己設門檻；輪流戴眼罩閉眼純靠嗶聲找出藏起來的磁鐵；上台把探頭靠近磁鐵看大螢幕光圈變大、聽聲音變高。
💻 AI／螢幕：p5.js『磁力雷達／尋寶羅盤』：A0 值→光圈半徑+藍到紅、頻率 map 200–1200Hz，疊磁鐵靠近又遠離的山形折線。
✅ 評量／巡檢：助教巡檢：嗶聲確實隨磁力變密、門檻可調；護照第③關（閉眼30秒找磁鐵）現場可蓋章者先記。
14:30–14:45
休息
👩🏫 講師：提醒喝水；收回眼罩；強磁件清點一次。
🧒 學員：休息、喝水。
✅ 評量／巡檢：助教清點磁鐵/感測器沒少，準備自由創作要用的三種主題材料。
14:45–15:45
自由創作・三選一深化（含磁鐵極性判讀機）
👩🏫 講師：給三條路：①把門窗防盜加『布防/解除按鍵』②尋寶探測器加難度③做『磁鐵極性判讀機』（霍爾判有無、線性值偏離中點判 N/S，N 亮藍 S 亮紅）。鼓勵用 AI 改寫加裝飾。
🧒 學員：選一個主題深化，自己改門檻、改 OLED 文字、加 LED 顏色；在護照空白處畫『我的磁力裝置』說明。
💻 AI／螢幕：AI 助手做個人化改寫（顏色/文字/門檻）；極性判讀走離線範例對齊 N 藍 S 紅。
✅ 評量／巡檢：助教確認每人有一件『會反應』的成品；想衝『N/S 極判讀』護照第①關的孩子優先支援。
15:45–16:15
排練 Demo 稿 + 互測過關
👩🏫 講師：帶每人練 20 秒台詞：『我做的是___，磁鐵___的時候它會___，因為磁鐵離開磁簧就斷電所以會叫。』兩兩互測三道闖關關卡。
🧒 學員：互相當『假裝小偷』測門窗防盜、互相藏磁鐵測尋寶、彼此檢查 N/S 極判讀對不對；練講稿。
💻 AI／螢幕：投影留磁力雷達當背景氛圍。
✅ 評量／巡檢：助教按三關標準逐席核章前驗收：N/S 分得出、關門上鎖開門報警、閉眼30秒找到磁鐵。
16:15–16:45
mini Demo + 護照蓋章 + 拍成果影片
👩🏫 講師：主持 mini Demo：每人上台 10～15 秒展示。重頭戲拍『門窗防盜』戲劇橋段：孩子關門上鎖→講師當小偷偷開→蜂鳴器大叫紅燈狂閃。逐一蓋『磁力偵探徽章』。
🧒 學員：上台示範自己的裝置並講一句原理；輪到防盜的演『關門→偷開→警報』10 秒戲；通關蓋章。
💻 AI／螢幕：投影 p5.js 磁力雷達當舞台背景；拍片時帶到大螢幕光圈反應。
✅ 評量／巡檢：助教 A 拍每人個人化短影片、助教 B 核三關蓋章，確認 8 人都有片、護照都有徽章。
16:45–17:00
收拾 + 預告第 5 堂 + 家長接送 mini 展示
👩🏫 講師：帶收線：『改線先拔 USB，今天最後一次——拔 USB、磁鐵收盒。』預告第5堂『搖一搖敲一敲的體感魔法』。家長接送時放一段防盜警報 mini 展示。
🧒 學員：拔 USB、把磁鐵與感測器歸位清點、杜邦線理好、護照收好；向來接的家長示範一次防盜叫聲。
💻 AI／螢幕：投影循環播放今天的磁力雷達畫面當接送背景。
✅ 評量／巡檢：助教清點所有磁鐵（尤其強磁示範件）與感測器數量、確認桌面無遺留、筆電 COM 關閉。
🤖 AI 生碼示範 prompt
門窗防盜警報器（霍爾數位）我有一個霍爾磁鐵感測器接在 D2，一個蜂鳴器接在 D8，還有一個 I2C OLED（接 A4、A5）。請幫我寫 Arduino 程式：磁鐵靠近時 OLED 顯示『有人開門！』而且蜂鳴器一直叫，磁鐵拿開就顯示『安全』而且不要叫。霍爾要用 INPUT_PULLUP（有磁是 LOW）。每一行請加上中文說明。
磁力強弱尋寶探測器（線性霍爾）我再加一顆線性霍爾感測器接在 A0（類比腳），還有蜂鳴器在 D8、OLED 在 A4/A5。請幫我寫程式：磁鐵越靠近，A0 數字越大，OLED 的長條就畫越長、蜂鳴器嗶嗶叫越快（磁力越強 delay 越短）。讓我可以自己設一個門檻數字，超過門檻才開始叫。中文註解。
磁鐵極性判讀機（N極藍／S極紅）我有一顆霍爾 KY-003 接 D2 判斷有沒有磁鐵，一顆線性霍爾接 A0 讀磁力強弱，還有一顆藍 LED 和一顆紅 LED，加一個 OLED（A4/A5）。請幫我寫程式：沒磁鐵時 OLED 顯示『沒磁鐵』兩燈都不亮；有磁鐵時，如果 A0 值比中間值（約 512）高就判 N 極、亮藍燈、OLED 顯示『N 極』，比中間值低就判 S 極、亮紅燈、顯示『S 極』。每行中文註解。
🔌 接線重點與安全
- 3-pin 看絲印不看顏色，口訣『中間永遠是電（VCC→5V）』；接反多半沒反應，先檢查 −接黑GND軌、＋接紅5V軌
- KY-003 霍爾：S→D2、用 INPUT_PULLUP，無磁=HIGH、有磁=LOW；只有某一面（南極）觸發是正常不是壞掉，別當故障重接
- 線性霍爾 KY-024/035 是 4 腳：只接 A0→Arduino A0、＋→5V、GND→GND，D0 可不接；務必接『類比腳 A0』不可插到 D 腳，否則讀不到強弱
- 磁簧 KY-021：磁鐵要『側面貼近』玻璃管最靈敏，正對著反而沒那麼準
- OLED 走 I2C（SDA→A4、SCL→A5），多個 I2C 裝置可共用同兩腳；整片黑不亮先查 VCC/GND 有沒有反接、位址 0x3C（掃不到改 0x3D）
- 共地鐵則：所有感測器+OLED 的 GND 都回到 UNO 同一條 GND 軌，漏接會數值亂跳最難 debug
- 安全：強磁會吸 Arduino 上金屬、夾到手，發小磁鐵不發大磁鐵；強磁遠離手機/磁卡/手錶/筆電硬碟
- 操作鐵則：一律『先接好再插 USB』，要改線先拔 USB 再動，母頭別硬扯
👧 分齡差異化
3–4 年級3-4 年級聚焦『有/沒有磁鐵』的數位邏輯：用 KY-003 + 蜂鳴器 + OLED 完成『門窗防盜警報器』即達標。助教先幫接好線、上傳離線範例，孩子負責改 OLED 文字（例如把『有人開門！』改成自己的句子）與測試開關門反應。閉眼尋寶關卡讓低年級用『嗶聲變密』判斷即可，不要求讀懂 A0 數字。
5–6 年級5-6 年級加入『類比強弱』與『門檻判斷』：自己用 AI 生碼做線性霍爾尋寶探測器，並自行設定/調整觸發門檻、做到『磁力越強嗶越快』。挑戰『磁鐵極性判讀機』——用線性霍爾值偏離中點（約512）判 N/S 極、N 亮藍 S 亮紅，並能向同學解釋為什麼同一顆磁鐵翻面數字會往反方向偏。
📸 家長展示（拍片重點）
當堂最適合拍片的是『門窗防盜警報器』戲劇橋段：孩子先當鏡頭關門上鎖（OLED 顯示『門已上鎖🔒』），請家長或講師『假裝小偷』偷偷開門——磁鐵一離開磁簧，蜂鳴器立刻大叫、LED 狂閃、OLED 跳『有人開門！』。拍法：固定 10 秒一鏡到底，依序拍『關門上鎖→小偷偷開→警報炸響』三拍，收尾讓孩子對鏡頭講一句『磁鐵離開磁簧就斷電，所以它會叫』。背景可投影 p5.js 磁力雷達增加科技感。
🏠 回家科學遊戲
- 冰箱磁力大調查：用線性霍爾（或回家用磁鐵+迴紋針替代）測冰箱貼、白板磁扣、喇叭、舊耳機，排出『家中磁力排行榜』，再測隔一張紙、隔一本書還吸不吸，畫『磁力穿透表』。科學概念：磁場有強弱、隨距離快速變弱、能穿透非磁性材料。
- 指南針 vs 感測器找北方：用手機指南針找北，再拿磁鐵繞一顆大磁鐵轉一圈找『最強的方向』，跟爸媽討論『為什麼地球本身就像一顆大磁鐵』。科學概念：磁有兩極、同極相斥異極相吸、地球是巨大磁體。
- 誰偷開了我的抽屜：把書包、鉛筆盒或餅乾盒當寶箱，蓋子貼磁鐵、盒身裝磁簧（或回家用『磁鐵離開就觸發』的概念設計），誰偷開就會嗶；比比看誰能設計出最難『無聲打開』的盒子。科學概念：磁簧＝接觸式狀態偵測，門禁與筆電合蓋自動休眠是同一個原理。
🎫 闖關護照通過標準
本堂『磁力偵探結業章』三關全過才蓋徽章：①讓霍爾/線性霍爾分辨出磁鐵的 N 極與 S 極（或低年級版：說出磁鐵有兩極、只有一面會觸發）；②做出『關門上鎖、開門報警』的門窗防盜裝置，且無人開門時不會亂叫；③閉眼只靠蜂鳴器嗶聲，在 30 秒內找出藏起來的磁鐵。三關到齊蓋『磁力偵探』徽章。
🆘 常見卡關 → 排解
霍爾感測器磁鐵靠近都沒反應，OLED 不變 → 先確認 S 接 D2、中間腳到 5V（看絲印不看顏色）；再翻面磁鐵試——KY-003 只有某一面（南極）會觸發是正常的，多半是磁鐵面相反或靠太遠，不是壞掉。
線性霍爾讀到的值固定不動或一直跳亂數 → 檢查是否誤接到 D 腳——線性霍爾要讀『類比腳 A0』；若接對仍亂跳，多半是 GND 沒回到同一條共地軌，把該模組 GND 確實接回 UNO 同一條黑軌。
門窗防盜沒人開門卻一直亂叫（誤報） → 霍爾沒加 INPUT_PULLUP 會浮動亂觸發，請 AI 在程式加上 INPUT_PULLUP；磁簧版則確認磁鐵『側面貼近』玻璃管、關門時磁鐵真的有貼到，距離太遠會被當成開門。
OLED 整片黑、什麼都不顯示 → I2C 只走 4 線：VCC→5V、GND→GND、SDA→A4、SCL→A5；先查 VCC/GND 有沒有反接，位址預設 0x3C，掃不到改成 0x3D；插錯不會報錯只會黑屏，逐線重插。
磁鐵不小心靠近筆電/手機，或磁鐵互相吸住夾到手 → 立即把強磁示範件收回講師桌、遠離筆電硬碟與磁卡/手錶；學員只用小磁鐵，提醒兩顆磁鐵分開拿；接線一律先拔 USB 再動，避免磁鐵掉在通電的 Uno 上。
夏令營 STEAM 體驗課