化學教室活動：創客設計Arduino pH計應用在酸鹼課程 馮松林1,2,*、陳映辛1,2 1國立竹山高級中學2教育部高中化學學科中心*cs991001@gm.cshs.ntct.edu.tw n  前言 目前很流行〝Maker〞一詞，強調實作的〝創客〞，被視為翻轉傳統觀念，讓大家從「想像」的大腦運作，具像到「動手做」，已成為影響未來競爭力的關鍵。Arduino板即是創客應用很廣的套件，在生活中有很多令人驚奇的應用實例，而化學本來就是動手做的科學，如果能在課堂上結合兩者，教導學生化學相關的創客基礎量測套件，讓學生自己動手設計，化學實驗就可能變成跨領域STEM（Science, Technology, Engineering, and Mathematics；科學、技術、工程及數學）實作的課程。 在化學教學中，酸鹼是非常基礎的化學概念，實驗室中應用pH計去檢測酸鹼的強度，是酸鹼概念具像化的操作，對學生學習酸鹼概念非常重要。本文將引導教師應用新的科技教學，介紹如何在課堂上結合Arduino UNO和pH計，融入創客精神在化學實驗中，讓學生學習結合Arduino UNO和pH計，應用行動套件去量測溶液的pH值。 n  教學準備 要以Arduino教學，自然在教學前要先懂得Arduino怎麼操作，很多教師可能會擔心不會操作，更不用談教學生了。事實上，Arduino原本就是設計給非電子專業的人使用，不到2小時的基本課程，教師就可上手，尤其在Scratch圖像式操作環境下。只要懂得輸入及輸出的操作，加上基礎電學的概念，就可以自由應用了。在網路上有許多教學資料可參考，不妨請學校中的高手支援，即可上場教學。 教師可選用應用最廣最便宜的Arduino UNO板（見圖一左），價格在200元左右，如加購完整學習套件整組大約1000元，上課時最好每位學生一組。至於pH計套件（見圖一右），價格在1200元左右，則可視經費之多寡購買，至少2人共用一個pH計。   圖一：Arduino UNO板（左），Arduino pH檢測計（右） 由於Arduino運作初期要連接電腦，因此上課地點要有電腦或筆電，並且在電腦中要先下載安裝具Scratch操作界面的mBlock程式[1]和Arduino IDE程式[2]等免費程式。 n  教學設計內容 應用Arduino量測套件融入酸鹼化學的教學，可以從引導學生認識及操控Arduino套件開始，再配合化學實驗技能的培養，教導學生應用Arduino套件做化學實作。教學時可視學生資訊能力，彈性應用以下五個歷程進行教學： l  創客技能：教導學生對Arduino操作有基礎認識。 l  化學創客：安裝pH計的趨動程式，連結Arduino與pH計，練習用pH計檢測酸鹼溶液。 l  實驗技能：讓學生學習配製酸鹼溶液，調配不同pH值的酸鹼溶液。 l  實驗實作：利用pH計，檢測酸鹼溶液的pH值。 l  綜合調查：讓學生比賽判斷日常生活物質的pH值。 一、  創客技能 Arduino板本來就是為非資訊專業人員所設計的控制板，易教易學，教學時不用教太多套件，從基礎概論開始，主要著重在學習程式界面的操作、如何輸出訊號做控制以及如何讀取套件獲得外部訊息等。建議的課程教學可按以下順序進行： 1.    Arduino的創意世界 以Arduino做自動控制，可以發揮很多創意，在YouTube上可以找到很多精彩實例，比如音樂樓梯[3]、水果鋼琴[4]等，藉此引發學生的創意及巧思。 2.    認識Arduino UNO Arduino UNO能夠做數位控制，主要是提供連結的數位腳位和類比腳位，要用Arduino操作就要認識所有腳位的位置和意義，每位學生最好都要有一片Arduino UNO，再逐一介紹認識板子上各種腳位及構造。 3.    Arduino IDE控制程式介紹 Arduino板要運作需要撰寫程式來控制，Arduino原廠提供一個控制程式，這個程式叫Arduino IDE […]