物聯網科技-以智慧家庭為例

• 姚凱超 | 國立彰化師範大學工業教育與技術學系
• 王彥貿 | 國立彰化師範大學工業教育與技術學系
• 張惠博 | 高雄市立空中大學大眾傳播學系

以平板遠端控制智慧家庭。(圖片來源：Technical-direct網站)

隨著科技的高速發展，智慧科技成為各個國家的重要方針，物聯網也隨之進入人們的生活，將所有人事物與虛擬的網路連結在一起，再次革新網路世界，並廣泛地應用到人們的食、衣、住、行，以及建設、安全管理、環境保護等各領域。物聯網的崛起，同時也為智慧居家的發展創造了有利的條件。

為了提升人們的生活品質，智慧居家系統已經成為台灣十大資訊與通信科技（Information and Communication Technology，簡稱ICT）產業之一。根據經濟部技術處ITIS計畫整理，智慧家庭在家庭自動化應用(不包含健康管理與醫療照護、影音娛樂等應用)相關連的設備大致上可分為能源、安全、家電與其他設備系統等4大類，而工研院在2015年初時提出ICT產業關鍵的十大議題，其中的關鍵議題7則談到，「智慧家庭的主力設備之軟硬體解決方案，主要有三種功能類型方向: (1)該產品或服務可於快速融入使用者家庭；(2)便於整合其他家用裝置；(3)可成為家庭數據集合、存取、發佈與控制之中心或媒介。」從市場規模來看，工研院則估計2015年家庭自動化市場規模達200億美元，年成長率為19%。

由圖1所示，可以看到智慧家庭能夠配置許多客製化裝置，如小孩房間、父母房間、衛浴間、客廳、廚房和車庫等，均安裝不同的感測和控制裝置，如溫度、濕度、燈光、攝影機、電視、窗簾等，提升使用者居住的生活品質和環境安全，尤其目前人口老化問題嚴重，智慧家庭更能幫助家中長輩與小孩，讓他們受到細心的照顧。近來有不少智慧家庭(Smart Home)的裝置相繼上場，包括Amazon、Apple、Google、Microsoft、小米等皆推出有自家特色的裝置及作業系統(operating system, 簡稱OS)，相信結合物聯網的特性將會掀起一波智慧家庭浪潮，圖2即為使用平板裝置來遠端控制智慧家庭系統。

Google於2015年的開發者大會(I/O Conference)發表新的作業系統Brillo與通訊協定Weave，Brillo是一個極簡化的安卓系統(Android)，拿掉了複雜介面，只留下作業系統底層的核心，並藉由Weave通訊協定將不同應用的裝置連結起來，一起運作溝通，且與Brillo配合的裝置都以低耗電設計為導向，讓Brillo可以裝進門鈴、監視攝影機、烤箱等裝置裡，達到低成本且能長時間使用的需求。相信在未來幾十年內，不管是物聯網或智慧家庭科技等，將會更進一步的完善、普及，甚至超越現在人們所能想像。

台灣的智慧家庭市場可說是已經進入起步階段。如中華電信推出自行研發的「CHT Smart Home」智慧家庭平台，結合物聯網平台、家庭監控、雲端、節能服務等，且提供智慧居家服務，包括HD高畫質影像監控、居家安全感測設備，以提升用戶生活安全保障，並採月租費方式收費，可望能夠搶攻台灣智慧家庭市場。(撰稿團隊另製有小動畫呈現於延伸閱讀中，歡迎點閱連結！)（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播：遇見無所不在的生活科學｣執行團隊撰稿）

責任編輯：張尹貞
審校：張惠博

進擊的全民寫程式！你今天coding了嗎？

• 羅民諭 | 國立中山大學資訊工程學系

早在2012年，愛沙尼亞將程式列入義務教育後，英國、法國、奧地利、丹麥、波蘭、新加坡等世界各國亦跟上其步伐，均將程式設計納入課綱之中。而在台灣，預計將於107學年度開始實施的課綱草案內容中，程式設計屬於科技領域的一部分，在國、高中階段將列為必修課程，在國小階段，則依照學校資源條件與學生特性，進行融入性的教學，亦或成立社團提供學生學習。

另外，在2013年成立的美國公益組織Code.org更是發起了「一小時玩程式(Hour of Code)」運動，熱烈響應的企業包括微軟、臉書、亞馬遜、Google等國際知名公司。主辦單位表示，任何人只要有心，無需經驗，都可以在任何地方參與；不論你是4歲還是104歲，都歡迎來學習。至今，Code.org已在180多個國家，用45種語言，辦過近20萬場程式設計活動，參加人數超過22.5億人，堪稱史上最盛大的全球學習活動。這股「全民學程式」熱潮在全球逐漸發燒，「全民學程式」到底有什麼樣的魅力，使得全球各國如此重視，甚至列入國民教育課程呢？

微軟與Code.org合作，透過受到兒童歡迎的《創世神》（Minecraft）遊戲環境教小孩基本的程式設計。(圖片來源：iThome)

化想像於現實，學習如何解決問題

在傳統教育中，較缺乏將學校所學的理論實踐於現實世界的教導，學童在最具想像力的階段無法實現心中所想的創意，反而將大部份心力放在如何背答案才能快又正確，卻忽略了真正重要的是答案背後所隱含的思維與邏輯概念，因此，也缺少讓孩子學習如何解決問題的能力。

程式的撰寫其實需要高度創意與邏輯思考能力，可以說，程式語言比大部份的語言都更具有邏輯性，透過寫程式不但可以實現各種創意，在寫程式的過程中還能了解到實現各種創意背後所需要的知識，進而認知到基礎學科的重要性。甚且為了要完整呈現最後結果，過程中需要克服重重難關，這時所培養出來解決問題的能力，則可以達到「做中學」的效果。

培養運算思維，使新一代接軌未來世界

大部份提倡者強調，程式課程並非要把所有人都變成工程師，「就像音樂、美術課程的目的，不是要讓全部的孩子長大都去當音樂家或畫家，而是培養人格特質，使孩子的競爭力能有所提升」。

寫程式是一種「解決問題」的過程，希望孩子在參與這個過程當中，能夠培養「運算思維(computational thinking)」的能力。美國知名的電腦科學家Jeannette M. Wing寫了一篇關於運算思維的文章，描述其重要性，並提出了對應的核心能力，以及如何透過運算思維解決問題。Jeannette M. Wing曾在2012年10月的訪談中表示，現實中針對問題的解決方案，其實有很多切入的角度，而運算思維則是其中一種。實際上，運算思維是在思考的過程中，將問題清晰、概念化地描述、分析出来，並將解決問題的方案以一個對應的流程來處理，其中，運算思維主要為四個解決問題的核心能力，包含將問題拆解(decomposition)成一系列將容易處理的小問題，且透過抽象化(abstraction)分析出要解決問題的重要資訊，接著找出過去已存在類似的問題(pattern recognition)，並參考其解決方法來設計出能解決目前問題的演算法(algorithm design)。透過這四種能力的培養，不但能對撰寫程式有所助益，在生活應用方面，亦能讓我們更有效率地解決生活中各種可能面臨到的挑戰，並以不同的視角看待世界的運作。因此，若能從小培養運算思維的能力，相信更能幫助孩子面對瞬息萬變的未來世界。

近幾年，自動化工業已蓬勃發展，雖使生活更加便利，但也不禁讓人憂心，在未來的工作環境中，人類最大的競爭對象將是機器，計程車司機擔心被自動駕駛取代，保全擔心無法與機器人抗衡，基金經理人操盤績效拚不過電腦……等等。是故，若擁有無邊創意，能將天方夜譚化為可能，並具備運算思維能力，足以在實踐的過程中克服萬難，如此，才能在衝擊中屹立不搖。 (撰稿團隊另製有小動畫呈現於延伸閱讀中，歡迎點閱連結！) （本文由科技部補助｢新媒體科普傳播：遇見無所不在的生活科學｣執行團隊撰稿）

責任編輯：張尹貞
審校：張惠博

低價電腦的前世今生：從樹莓派談起

• 郭和杰 | 自由撰稿人

1950年代以前，電腦是體積龐大的高價設備，只應用在軍事和科學計算上。其後，隨著積體電路的發明、製造技術的進步，電腦性能與日俱進，體積和價格也更為親民。如今已經是隨處可見的消費電子產品，更有性能不錯的超低價電腦上市。超低價，是多低價呢？各位觀眾！只要5美元喔！

我們再把這樣的落差放到全世界來看，在一些開發中國家，也是連基本的上網都有問題，一般人也買不起什麼上網裝置。因此像Google與Facebook這樣的公司也有一些計畫在推動開發中國家的上網普及。最有名的像是Google的Project Loon要用高空氣球遞送網路服務，而Facebook的Internet.org則試圖利用各種創新技術來提供另一個十億人上網機會。
 
在硬體裝置上，最早而最有名的則是麻省理工學院多媒體實驗室在2005年所發起的「一童一電腦」計畫（one laptop per child, OLPC），要以百美元筆電提供給開發中國家，希望讓全世界的孩童都有電腦可用。這個計畫雖然不是相當成功，但也影響了後來的個人電腦產業，催生了諸如華碩EeeBook這樣的小筆電市場。雖然現在這種200美元不到的小筆電已經退了潮流，但也讓個人電腦的價格再往下而達到新的低價水準。
 

不只教育

相較之下，比較後起的樹莓派則相當獨特，它賣的雖然不是一般人就可使用的一台電腦，但應用卻遠超出了電腦。這個由劍橋大學電腦實驗室與通訊晶片大廠博通（Broadcom）所贊助的基金會，在2008年成立於英國，宗旨在於推產電腦科學教育，並以提供20到35美元的樹莓派單板電腦而聞名，現在推出5美元的產品更是震撼各界。
 
這種只有信用卡大小的單板電腦，在今年初已出貨達500萬套，以此推估，目前大約有600萬套之譜。這種單板電腦除了可用以做為編程的教育之用，還可用它來DIY製造很多與電腦有關的裝置或應用，因此激發了自製者社群的許多創新，在台灣的社群也有定期的聚會與教學活動。例如你可以購買觸控螢幕等套件設計一台平板電腦，或者購買其他套件自己組裝一台遊戲機、相機，或多媒體播放器。甚至國網中心就利用這種單板電腦自行設計了機房的監控系統。另一方面，微軟也在今年為樹莓派推出了專屬的Windows 10 IoT版，而且免費提供，也可見樹莓派未來在物聯網上也將開啟一翻新天地。（本文由科技部補助｢工程技術與社會風險之新媒體溝通｣執行團隊撰稿）
 
責任編輯：許藝菊教授｜南臺科技大學機械工程系