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[STEAM好好玩] BOSON新專題「計時器」 實踐兒童程式設計之父Mitch Resnick的創意學習螺旋

作者/攝影

怡婷

文章分類教學文
時間

成本
難度**(1~10)
材料表

針對孩子的學習而言,家長們該採取的步驟,究竟是學中做?亦或做中學呢?

 

兒童程式設計之父、美國MIT麻省理工學院教授Mitch Resnick,提出了「創意學習螺旋」理論,讓孩童透過專案實做,從想像(Imagine)創作(Create)戲玩(Play)分享(Share),最後回想(Reflect),成為一個完整的學習過程。而這個過程將激發孩子產生出更多想法和創作,使整個過程又從頭而來,形成一個源源不絕的創意學習螺旋。

 

BOSON電子積木正是十分適合作為孩童踏出專案實做第一步的素材。這週,我們要分享的專題是「計時器」,一起來看看吧:

 

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[Boson電子積木好好玩] 動手玩創意音樂盒及閃亮亮皇冠_初階篇

有沒有想送個禮物給最親愛的爸媽,或是好朋友呢?通常要送禮物的時候,大家都是到外面的商店去買一個,而這次,我們要用Boson電子積木自己動手做禮物!如果想多了解一點Boson電子積木的話,可以先看一下這篇文章:[ 起步學習電子實作新選擇 ] 模組化電子積木BOSON開箱。準備好了嗎?那就讓我們開始做禮物吧!

 

作者/攝影

陳怡璇

文章分類
時間

1小時內

成本
難度*(1~10)
材料表

 

這次做的有兩個成品,音樂盒跟皇冠,都是使用Boson模組。

 

首先,先簡單介紹Boson。

裡面的模組分成四種顏色:紅色、綠色、黃色、藍色。

  • 紅色是電源。

  • 綠色是輸出。

  • 黃色是處理。

  • 藍色是輸入。

 

 

更詳細的部分可以看裡面附的圖卡,可以先照著圖卡做些簡單的應用,熟悉使用方法。再來就可以開始今天的主題了。

 

我們先做音樂盒。

 

我們將使用到的模組有:

  • 電池座(Batteries)

  • 主控板(Main Board)

  • 錄音機模組(Voice Recorder Module)

  • 喇叭(Speaker)

  • 分配模組(Splitter Module)

  • 馬達模組(Motor Module)

  • 藍色無段按鈕(Blue Push Button)

  • 計時模組(Timeout Module)

  • 馬達(Motor)

  • 傾斜感測器(Tilt Sensor)

 

Step1:首先,我們先組裝電源的部分,將電池座(Batteries)跟主控板(Main Board)接在一起。

圖1

 

Step2:接上代表輸入的藍色無段按鈕(Blue Push Button),在這裡要注意他的箭頭方向,箭頭由左到右,左邊接的是輸入,右邊接的是輸出。

圖2

 

Step3:接上輸出,因為我們需要計時,所以我們要先接上計時模組(Timeout Module),一樣要注意箭頭方向。

圖3

 

Step4:接上計時模組以後,因為要同時控制馬達模組跟錄音機模組,所以中間要使用分配模組(Splitter Module)。

圖4

 

Step5:接上圖片中圈起來的部分,上方是馬達模組(Motor Module)跟馬達(Motor);下方是錄音機模組(Voice Recorder Module)跟喇叭(Speaker)。

圖5

 

這樣音樂盒就完成了,按下錄音機模組的按鈕,對著上面的麥克風講話,可以錄下10秒的聲音。

 

再來是音樂盒的外觀製作。

 

Step6:先找到一個自己喜歡而且能裝下所有零件的盒子。

圖6

 

圈起來的那個洞是給主控板的,這樣方便音樂盒的開關。上方的洞是給喇叭的,這樣子聲音才不會都被擋住。

圖7

 

Step7:然後就可以把東西置入了,我把藍色無段按鈕跟錄音機模組在盒子外面,方面使用。馬達的上面記得戳一個洞(圈起來的地方)讓馬達可以在盒子外面旋轉,盒子旁邊我也打了洞,把馬達鎖住,這樣它在轉的時候才不會調到外面。

圖8

 

都處理好之後盒子就可以封起來了。

圖9

 

盒子的外觀可以依照自己喜好做裝飾。我把給喇叭的洞也貼起來了,因為紙對聲音比較不影響。

圖10

 

最後,在馬達上面裝上喜歡的裝飾就完成了。可以按下錄音機模組的按鈕,看看能否錄10秒的聲音。

圖11

 

音樂盒完成之後,再來就是皇冠了。

 

我們將使用到的模組有:

  • 電池座(Batteries)

  • 主控板(Main Board)

  • 傾斜感測器(Tilt Sensor)

  • 燈條(Multicolor LED String Lights)

 

Step1:一樣先組裝電源的部分,將電池座跟主控板接在一起。

圖12

 

Step2:在主控板輸入的地方接上傾斜感測器,傾斜感測器的功能是如果沒保持水平它就會有輸出。

圖13

 

Step3:將彩色LED燈條模組接上輸出(圖14右上角綠色的模組),再接上燈條,如下圖右上角圈起來的地方。

圖14

 

Step4:接著組裝紙皇冠的模型,並把它固定住。

圖15

 

Step5:皇冠裝好以後,把燈條纏繞在上面,可以用透明膠帶固定會比較好操作。

圖16

 

最後完成品。(YA!轉圈撒花~~)

圖17

 

把傾斜感測器拿起來搖晃看看,燈條是不是就會跟著亮起來了呢?

 

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[ 2018小小自造者冬令營-Boson篇 ] 2018.1.29-2.2小朋友的創作魂大爆發!!

當小朋友遇上Boson電子積木套件,會花生什麼事呢?

在CAVEDU教育團隊主辦的「2018小小自造者冬令營」就真實上演喔!

答案讓你猜一猜:

  • 小朋友大爆走
  • 小朋友鴉雀無聲、啞口無言
  • 小朋友創意大爆發,製造出馬力歐宇宙

答案會是什麼呢?

作者/攝影宗諭 / 楨詒、怡婷
課程時間2018.1.29-2.2
課程講師 品叡、楨詒、皓云、怡婷、偉伶
課程場地CAVEDU教育團隊大本營

 

Boson是由DFRobot開發出來的電子積木套件,也就是藉由一個一個的電子積木,讓孩子與想要學習電子電路原理的初學者們,能夠以更簡潔明確的方式學習。

因為在Boson的電子積木套件中,提供了And、Or、Not的邏輯方塊,所以,小朋友可以透過Boson學習數位邏輯,體驗數位邏輯的符號運用。在此,先簡介一下數位邏輯,讓大家有個初步了解。數位邏輯又稱邏輯閘,就是當我們把一個或多個電子訊號,比方說電壓或電流,輸入一個電子電路,然後這個電子電路透過本身的運算,可以產生出輸出訊號,那麼這個電子電路就是一個邏輯閘。

數位系統中的電子訊號,例如我們剛剛提到的電壓或電流,在數位系統中都只有兩種數值,就是0跟1。比如說,我們可以將高的電壓定義成邏輯1, 而將低的電壓定義成邏輯0。所以,在一個數位系統中最簡單的運算就是邏輯運算,而負責邏輯運算最基本的元件就是邏輯閘。

日常生活中有什麼地方會運用到數位邏輯呢?比方說,我們每天都會用到的電腦,它的主機板就是由許多的邏輯閘所組成;還有我們出國會搭乘的飛機,上面的許多航空儀器,也都是由許多邏輯閘所組成。

與過去極為不同的是,以往台灣的教育較為重視記憶和考試,透過這樣的方式教導學生數位邏輯。然而,現今Boson把邏輯閘實化成為實際可動手玩、體驗的積木,孩子從小便習慣使用,長大後自然對邏輯閘的概念不陌生。

 

超興奮,用Boson做自己的夢想成品

於是,在這次「2018小小自造者冬令營-電力公司」第三天的活動中,CAVEDU教育團隊就讓小朋友們親自動手體驗Boson積木的樂趣,小朋友可說是超興奮完全停不下來!

1 小朋友興奮無比玩Boson積木

2 玩積木停不下來

當天上午,講師先講解Boson的顏色,然後拿出按鈕、組版、跑燈、燈條,讓小朋友親手接起來,他們必須了解積木間方向的關係,才能成功把LED燈接好。接下來,就是讓孩童把自己想要的積木樣式做出來,完成後配合感測器執行動作,製造出他們心目中的魔法棒。

3 LED燈接好

4 點亮了!YA

超能力,小朋友打造馬力歐之宇宙

然而,小朋友們的創意可說是火力全開,大人設定的框架完全限制不了他們!因為Boson可與積木結合,所以小朋友的作品多半與造型積木連結。從一開始的槍、機器人,至後來完全爆發Maker自由創作的精神。

5 Boson積木創作——機器人

6 Boson積木創作——

因有位小朋友最近常在家中與爸爸打「超級馬力歐」電玩遊戲,所以在他的大力吆喝下,大家開始製作電玩遊戲「超級馬力歐」中各式各樣的道具,包括,黃色神秘道具箱、蘑菇、金幣,最後完全一發不可收拾,搭配上Boson積木的聲光效果,幾乎完成一個作品,連教課的講師們皆十分咋舌小朋友充沛的創作力。

7 馬力歐的黃色神秘道具箱

8 馬力歐宇宙

下午則是教導邏輯閘,雖然是比較抽象的概念,但因Boson十分直覺化,所以小朋友們只要按一按、玩一玩,就能搞懂數位邏輯中的And、Or、Not的觀念。

 

超直覺,麻瓜完全可以無痛就上手

然而,Boson可不只是教小朋友好用而已喔!因為DFRobot還有針對最近在Maker界很火紅的micro:bit,推出Boson kit套件包(micro:bit需另購),內附一片micro:bit擴充版,上面有電源開關、六個周邊接頭、音量鍵及耳機插孔。套件包內還提供許多有趣範例,可以立即動手實作。當然,Maker們更可以透過這片擴充板與micro:bit充分結合,找出更多創意十足的玩法。

總而言之,Boson這套電子積木套件提供了非常直覺化的學習方式,讓在這方面自認為麻瓜的朋友們,完全可以無痛上手!

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[Micro:bit] 使用DFROBOT BOSON套件設計智慧小屋

在本篇文章中,我們將介紹如何用micro:bit和DFROBOT BOSON套件打造智慧小屋,套件上安裝孔位與樂高相容,組裝上更方便了。

我們將實做三個特別的功能,第一個是能夠根據環境光源自動調整亮度的LED燈,第二是設計一個可以按鈕控制吊扇,第三則是做出一個地震警報器。

作者/攝影  袁佑緣
時間  3小時
成本 放課後的製作時間便是我的成本
難度  * * *
材料表
  • Micro:bit
  • 樂高積木
  • Micro:bit Boson 擴充板

準備工作

Microbit and Boson Kit

 

在這篇文章中,我們將使用BBC推出的Micro:bit開發板來當作是我們智慧屋的控制器。

為了要能夠控制智慧屋中的電子元件,也就是上面的感測器與制動器,除了原本的Micro:bit之外,我們還要額外裝上一塊DFRobot推出的Boson擴充板來控制Boson Kit中的電子模組。

如果讀者想獲得關於 Boson Kit更進一步的資訊的話,不妨去以下的網站觀看詳細的介紹喔。 (https://www.dfrobot.com/boson).

以下是我們在本篇文章中,我們將會用到的Boson電子積木有LED、按鈕、傾斜、風扇、聲音、光感應。

1.Light Sensor Module
2.LED Module
3.Button Module
4.Fan Module
5.Tilt Sensor Module
6.Buzzer Module

Mu editor

接下來,為了要撰寫micro:bit的micro python 程式碼,我們需要去下載以下的編輯器:Mu Editor(https://github.com/mu-editor/mu/releases).

此外,我們也建議讀者可以去官方的文件查看Micro Python API for Micro:bit (https://microbit-micropython.readthedocs.io/en/0.9/)的詳細使用說明,裡面還有許多的範例教學可以參考喔!

硬體

以下的圖片是本文所使用的雙層樂高屋以及樂高屋內部的構造。

注意到除了一般水平放置的Boson元件可以接在樂高的平板上,一些懸掛的Boson元件可以用其他的方式固定在樂高小屋上面,例如下圖中使用BOSON的中間積木,我們使用金屬螺絲與螺絲帽固定,底座固定之後,Boson電子元件就可以用磁力吸附在上面。

範例教學

 

接下來我們就來在 Mu Editor中撰寫 Micro Python吧!

 

1. 小夜燈

在第一個範例中,我們將原本的LED燈擴充成可以自動調整亮度的LED燈,更進一步它能根據環境光的亮度適當地調整LED燈亮度。

於是我們要在LED燈上再加上一個光源感測器,如下圖。

首先,我們必須先用以下的程式碼來去偵測光源感測器的最大最小值,而為了要讓數值更精確一點,我們讓程式在一段時間內的對光感值進行取樣,將光感值加總後再依取樣的次數做平均,經過計算就能得我們想要的平均值。

 

night-light-measure.py

from microbit import *

light_sensor = pin1.read_analog()
counter = 0
timer = running_time()

while (running_time() - timer) <= 3 * 1000:
    light_sensor += pin1.read_analog()
    counter += 1

light_sensor /= counter
print("mean light sensor value: ", light_sensor)

打開Mu Editor的REPL視窗,並在有環境光跟沒有環境光的情況下執行程式,你將會得到如下圖的光源平均值,當環境光很亮時的平均亮值是900多,環境光很暗時的平均暗值10多。

接下來,我們將前面求出的平均亮值跟平均暗值,帶入到變數ligjt跟dark中,將這兩個數值作為最大值與最小值,是按照比例換算成Micro:bit的類比角為數值,控制LED燈的亮度。

 

算式:

((light – light_sensor)/(light – dark)*1023)

比如:light=966、dark=14,數值範圍為952。現在讀到一個光感數值為500,帶入算式((966-500)/(952))*1023 = 500,最後micro:bit的類比輸出值為500。

 

night-light.py

from microbit import *

light_sensor = pin1.read_analog()
counter = 0
timer = running_time()

light = 966.4033
dark = 14.81614

while True:
    light_sensor = pin1.read_analog()
    LED = int((light - light_sensor)/(light - dark)*1023)

    if LED > 1023:
        LED = 1023
    elif LED < 0:
        LED = 0

    print("LED lightness: ", LED)

    pin2.set_analog_period(1)
    pin2.write_analog(LED)
    sleep(0.5)

 

範例影片:

 

2. 吊扇設計

在第二個範例中,我們用以下簡單的程式碼來打造一個可以用按鈕控制的電風扇。

在程式中,我們用一個switch的布林變數紀錄開關的狀態,我們希望使用開關時,每次按下開關再放開,switch的狀態就會切換成相反的狀態。

注意到我們在以下的程式碼中會多加一些延遲,例如sleep(0.5),這是為了要確保可以正確的判斷到一次的開關按壓。

ceiling-fan.py

 

from microbit import *

switch = False

while True:
    if pin12.read_digital() is 1:
        while pin12.read_digital() is 1:
            sleep(0.5)
        switch = not switch
        if switch:
            pin16.write_digital(1)
            print("Turn ON")
        else:
            pin16.write_digital(0)
            print("Turn OFF")

 

3.地震警報器

 

在第三個範例中我們將實做一個安裝在小屋的地震警報器。

為了要偵測到小屋的晃動,我們使用一個傾斜感測器,並在每一次的迴圈中,觀察一小斷時間中的傾斜變化。

如果說屋子靜止不動的話,隨著時間的傾斜變化量應該是完全是零,所以我們只要去計算一段時間的變化是否為零的話,就能推出此時是否有地震的發生。

 

而如果偵測到有地震發生的話,程式會播放一段音樂作為地震的警報,播放音樂的方式直接使用Micro Python內建的music函式庫,music函式庫預設輸出聲音為0號腳位,驅動蜂鳴器發出聲音。

 

如果想自己設計音樂的話,不妨去以下網址查看micro python的範例(https://microbit-micropython.readthedocs.io/en/0.9/music.html),裡面有介紹如何用指定的音符做特定的旋律。

alarm.py

from microbit import *
import music

status = pin8.read_digital()

def detect_shake():
    old_tilt_status = pin8.read_digital()
    sleep(0.1)
    new_tilt_status = pin8.read_digital()
    return abs(new_tilt_status - old_tilt_status)

while True:
    counter = 0
    timer = running_time()
    shake = detect_shake()
    while (running_time() - timer) <= 500:
        shake += detect_shake()
        counter += 1

    status = shake/counter
    print(status)

    if status is not 0.0:
        print("Alarm!!!")
        music.play(music.DADADADUM)

 

範例影片:

 

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[開箱]DFRobot Boson Starter Kit for BBC micro:bit

作者/攝影  曾吉弘
時間  30分鐘
成本
  • DFRobot Boson Starter Kit for BBC micro:bit
難度  *
材料表
  • DFRobot Boson Starter Kit for BBC micro:bit

本文要介紹DFRobot公司針對BBC micro:bit所推出的 BOSON kit 套件包(micro:bit另購),這樣可以讓您的專題更豐富喔

感謝DFRobot很快就寄出一套給我們玩,這次封面的色調走粉色系,看起來非常舒服。

其中最重要的就是這片micro:bit擴充板囉,上面有電源開關、六個周邊接頭、音量鍵以及耳機插孔(之前用microbit居然要剪線… 覺得不太方便)。當然原本板子上的0、1、2、3V與GND鱷魚夾頭也都在喔

 

盒子裡面有哪些東西呢?

  • micro:bit 之Boson 擴充板 x 1
  • 紅色按鈕 x 1
  • 紅色 LED 模組 x 1
  • 旋轉感測器(旋鈕式電位計) x 1
  • 聲音感測器 x 1
  • 動作感測器 x 1
  • 迷你風扇模組 x 1
  • 迷你伺服機 x 1
  • RGB LED 燈條 x 1
  • Micro USB 傳輸線 x 1
  • 3-Pin 傳輸線(連接microbit 與模組),短中各數條
  • 教學色卡 1批

 

盒子裡面提供了很多有趣的範例,馬上就可以開始玩喔,例如以下的彩虹燈,可以根據旋鈕來調整燈光顏色~

看看這些色卡,真的很漂亮。有四個馬上可以做出來的小專題喔!

(*圖片經同意引用自DFRobot網站)

 

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[ 課程紀錄文 ] 2017. 7.22 Maker Faire Singapore Boson Workshop @新加坡科學中心

這趟Maker Faire Singapore旅程中,Cavedu教育團隊除了逛展之外,還有一個首要任務,感謝DFrobot的邀約,讓我們能夠在Maker Faire Singapore舉辦Boson Workshop,也在短短的45分鐘讓學員們更加暸解Boson電子積木的學習。

作者/攝影 吳怡婷
課程時間2017/07/22
課程講師邱楨詒
課程場地新加坡科學中心

 

Boson是由Dfrobot最新開發出來的電子積木套件,透過一個個電子積木能夠讓孩子以及初步想要學習電子電路原理的初學者們,能夠以更加簡潔明確的方式進行學習。

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上課流程為老師先介紹了Boson的積木元件、操作應用影片以及積木元件分類,接下來就會是大家動手自己操作Boson。

Boson的積木元件分類為:黃色為input、紅色output、藍色Function、綠色Power

在分類的教學中,老師也在各分類上讓學員們自行操作使用。

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介紹完Boson的積木元件後,老師安排了從淺入深的小題目讓現場的學員們實際動手操作看看,現場的不論是大人小孩都非常認真的操作呢!

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我們最後分享了一棟樂高小屋結合Boson的小專題,分享給現場學員操作,藉由這個專題分享也希望讓大家可以對Boson激出更多創作的可能性,果然樂高一出馬小朋友們立刻蜂擁來體驗呢,果然樂高的魅力無國界啊~

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最後如果您對Boson想要更加的認識的話,歡迎參考看看另一篇文章-

[ 起步學習電子實作新選擇 ] 模組化電子積木BOSON開箱

 

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[ 起步學習電子實作新選擇 ] 模組化電子積木BOSON開箱

 

作者/攝影 李政憲
時間  1-2小時
成本 尚未開賣
難度  *
材料表
  • Boson 套件包

一款由DFROBORT打造的人性化BOSON套件問世,這真是令我們感到興奮。

下列影片為Dfrobot針對Boson的官方影片,看起來非常容易上手呢!

 

每當新的科技推出,我們不免要花上些許時間摸索、適應。而這一款以小朋友為主的學習電子積木方塊,其實它不僅僅只侷限於小朋友,平常忙碌的大人們也可以在零碎的時間玩上一會,也不用擔心困難重重,就讓我們一窺這一箱BOSON套件帶給我們的驚奇吧!

這是我們BOSON套件箱子的模樣,包裝視覺真是非常的可愛。

打開箱子後裡面有三張範例紙、一張材料紙、各式各樣功能的電子積木、特別設計過的連接線、固定用的螺絲和魔鬼氈、扇葉以及LED燈。如此多種的套件,真是讓人迫不急待地想要拿起來玩呢!

Boson套件最厲害的地方,就是它把各個測試元件和電路全部統一在這一個電子積木裡、無編碼的簡易,還有他特別的設計接口。這可是大大減少我們拿麵包板插上測試元件,然後接上電路之後,所要花的檢查時間。

再來的是Boson套件把四種功能分別用顏色做出區分,每個功能都有屬於自己的顏色,這對於被電子積木化後,是一個非常好的區別方式

輸入:藍色 輸出:綠色 功能:黃色 功率:粉紅色

(此圖片來自DFROBOT官網)

 

電子積木此次還有一個別出心裁的設計,讓他可以不受限制,能在各種地方裝置,那就是在他的後方利用了3種方式作按制裝置。我們可以把它放在樂高積木上、魔鬼氈黏著還有用螺絲固定,每種方式都用磁鐵做相連接。這可是大大的增加它廣泛的使用性。

當我們讓它垂直的時候,還真的是屹立不搖呢

再來就是動手做的時間啦!Boson套件內含三張範例紙,就讓我們來實際的玩一玩它帶給我們的簡單操作和方便性吧。

 

範例一、使用旋轉鈕調節燈的亮滅

上述的解說我們可以知道,藍色方塊是輸入、紛紅色方塊是供電、綠色方塊是輸出。

輸入是旋轉鈕,當我們去轉動它,藉由中間的粉紅色供電使這整組運作,讓輸出顯示出LED燈亮滅。

 

範例二、學習運用NOT邏輯方塊

NOT邏輯方塊是執行相反的動作。

使用按鈕控制兩個LED燈的亮滅來觀察,其中一個前面我們放一個NOT邏輯方塊。當我們還沒按下按鈕的時候,紅色LED燈是不亮的,藍色因為前方有一個NOT邏輯方塊,因此它會亮。按下按鈕後,紅色LED燈發亮,藍色LED燈反而不亮了,顯示出NOT邏輯方塊的確是在做相反的動作。

 

範例三、學習運用OR邏輯方塊

OR邏輯方塊是完成其中一樣條件來達成我要的目標。

我們用兩個按鈕和一個藍色LED燈來表示。我們選擇其中一個按鈕按下,便可以使藍色LED燈亮,因為只要完成其中一樣就可以達成目標。但是也可以兩個同時按下,藍色LED燈也會發亮。

範例四、結合ANDOR邏輯方塊

AND邏輯方塊是必須完成所有條件來達成我要的目標。

這是我個人玩的一點小遊戲,我用AND邏輯方塊和OR邏輯方塊,來控制LED燈的亮和電風扇轉動。同上一個範例,我按下黃色按鈕或者是同時按下藍色按鈕加觸控感應器,第二個條件有點小複雜是我必須要兩個同時達成才算達成目標,再來才會到OR的邏輯方塊,因此成功讓LED燈亮以及風扇轉動。大家是不是覺得這樣接一接,就可以有那多變化,是不是很好玩呢

當然BOSON套件雖說主打無編碼的優勢,但是他仍可以使用簡易的編碼做結合,像是我們大家耳熟能詳的Scratch,不過在未來DFROBOT還可以讓ARDUINO、MICRO:BIT、INTEL來寫入程式。因此其實這一款的BOSON套件可是前途無量,不僅僅是簡易的操作,還有運用的範圍很全面,相信他能帶給我們未來更多的便利性。

(此圖片來自DFROBOT)