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新世代端午對決:那些藏在「生活科技課」裡的龍舟機器人

2016 年 06 月 09 日

如果說划龍舟比賽不需要任何一個人下場,有可能嗎?2016 的端午節,除了有遵循傳統的人力划龍舟之外,更有追求競技和造型的龍舟機器人出沒,但這些「深海蛟龍」並不是出自什麼高科技之手,而是藏在各級學校的「生活科技課」裡。

覺得這門課聽起來似曾相似但好像又不是很熟?為了一探這門課程的「秘辛」,我們專訪了兩位生活科技老師,分別為安康高中的蘇鼎欽老師和南科實小的王裕忠老師,這次就讓我們來聚焦「自然與生活科技」中的「生活科技」,看龍舟與機器人的完美結合。

說到龍舟機器人,你的腦海裡想到什麼?

不只競速,還要打撈屈原

「為什麼做出來是長這樣?」這是安康高中生活科技老師蘇鼎欽第一眼看到龍舟機器人時的疑惑,「沒做過真的不知道它的難度。」真正一頭栽下去之後,困難便如關卡般一道道出現。「為了保持船身平衡,難道只能在兩側外掛寶特瓶嗎?」「為什麼不用壓克力做船身?」乍聽之下,壓克力似乎是種很「重」的材料,但蘇鼎欽克服自校雷切只能切 50 cm 的限制,將船身接成 90 cm 長、船艙淺化,不但成功讓壓克力船浮起,且透過數位加工機具及軟體的輔助減少了船身加工過程中的誤差。

由於雷切機具的 50 cm 加工區域限制,只好將兩艘船黏合成一艘
由於雷切機具的 50 cm 加工區域限制,只好將兩艘船黏合成一艘
由於是兩艘船體接合,船艙接縫處用來防水的凸起彎折
由於是兩艘船體接合,船艙接縫處用來防水的凸起彎折

「做船並不難,難的是加工過程中的技巧。」船艙的中間有個利用熱塑成形的凸起彎折來防止船艙入水,船頭船尾不使用卡榫來密合兩側船身,而是以一體成形的方式讓加工誤差造成的傷害降到最低。船上安裝了三組由 4 顆伺服馬達、壓克力支架、 Arduino 和 3D 列印頭部的「麵包超人機器人」,只要利用手機的藍芽,便能控制它們手中握著的壓克力船槳以及安裝在船尾、用來控制方向的舵。「除了划龍舟,它們還能撿垃圾。」只要裝設上可拆卸式的捕撈網,這些水上戰將在非端午節時刻便能在校園裡的水池為大家進行捕撈垃圾的服務。

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講求競技功能的舵
講求競技功能的舵

龍舟完成了,但挑戰才要開始,該如何在划行過程中保持平衡呢?經過多番嘗試,他們發現關鍵在於划槳機器人必須「降低重心、減輕重量」,而非一味地把船身往下壓,除了微調船艙內電池盒及晶片位置以達到靜態平衡外,划槳機器人的位置也需要個別微調,才能讓龍舟達到最完美的動態平衡。

人要衣裝,龍舟要 3D 列印裝

不同於走競技路線的安康高中,初次接觸龍舟機器人的南科實小則是以造型取勝。

最難的是找到對的材質。」為了以環保為主軸,他們以類似保麗龍的廢棄吸震墊用作船身,不但材質輕盈可輕易漂浮在水上,且與他隊所使用的材質不同更顯獨特。再利用手持工具慢慢雕刻出龍首、龍尾和翅膀並上色便完成整艘龍舟機器人,而為了讓操作的小學生能清楚用手機掌控步進馬達,還特地在每組馬達上畫上相對應的數字,並借用南科園區內的游泳池下水測試。但由於船身是手工雕刻,在划行的過程中難以避免會有傾斜的情況發生,因此今年王裕中忠希望能藉由 3D 列印機來精準列印出平衡的船身。

以一身勁裝奪獎的龍舟機器人
以一身勁裝奪獎的龍舟機器人

「其實學生是對機器人有興趣,並不是龍舟。」被問到如何引導學生產生興趣,王裕中忠笑著說,「仿生獸也是有趣的題材。」對國小生而言,Scratch 是個十分適合程式教育的軟體,積木化的教學讓不懂如何「寫」程式的小學生也能輕鬆「組合」出所需的程式。如果你以為這樣拼拼湊湊出來的結果會大同小異,你可能就太低估小學生的創意囉!「其實小朋友最後都會發揮創意,做出完全不一樣的東西。」王裕中忠表示小學生一旦明白指令所對應的動作後,後面就會開始「超展開」。

簡單的程式搭配馬達就能讓學生發揮無限創意
簡單的程式搭配馬達就能讓學生發揮無限創意

「弱勢化」的創客教育-生活科技課

對蘇鼎欽而言,生活科技的內容就是創客,其實每間學校都應該要有生活科技課,「但老師能怎麼上才是問題。」由於大部分的生活科技老師並無專屬的教室,上課幾乎都只能在原班或電腦教室進行,雖然在電腦教室利於 3D 繪圖和數位影音製作教學,但還是大幅地縮限了教材範圍,尤其當數位工具及手工具使用融入動手實作課程時非常容易讓教室髒亂,對電腦教室來說非常不適合。

安康高中現有的生活科技教室後方擺放了各種課程用機具
安康高中現有的生活科技教室後方擺放了各種課程用機具

校園的自造空間和設備看似源源不絕的在支持著創客教育,但創客教育課的「前身」-生活科技課呢?「我需要『成果』來換我的『教室』。」蘇鼎欽說出他「熱衷」於 Maker 競賽的原因,從國中開始,「自然與生活科技課,但大家似乎比較重視考科『自然』,而非『生活科技』。」他認為這是處於弱勢的科目自力更生的一個方法。參加競賽,除了讓生活科技課被看見以外,蘇鼎欽也希望參賽甚至得名能讓別人也「看到」自己的學校。而對於現有的校園自造空間,他則認為「開放資源」很重要,「希望自己的學生也能享受到這些資源。」蘇鼎欽希望各校的課程和技術能夠進行交流,用來彌補自身的不足。

雷切機和正在努力收集工具的工具牆
雷切機和正在努力收集工具的工具牆
磨砂機
磨砂機
直線加熱器-壓克力彎折專用
直線加熱器-壓克力彎折專用
噴砂機
噴砂機

『創客』只是一個新名詞,課程一直都在。」老師的角色在創客教育中十分重要,生活科技課老師有其專業在;且創客教育應該從小開始,不然容易有「銜接」的問題,尤其到了「我要怎麼做」的階段,卻發現學生連畫立體圖的能力都沒有,要推動教育可說是十分困難。究竟,生活科技課和創客教育的交叉點在哪?蘇鼎欽認為:「落實課程就對了。

左起為安康高中獲得第 9 屆全國高中生活科技競賽第一名、佳作及最佳團隊創客群邱翌淳、賴沛瑜、老師蘇鼎欽
左起為安康高中獲得第 9 屆全國高中生活科技競賽第一名、佳作及最佳團隊創客群邱翌淳、賴沛瑜、老師蘇鼎欽

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封面圖片來源:photo via Iidxplus@wikimedia, CC License

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現為vMaker執行編輯,愛玩愛吃愛科學,豢養倉鼠狂熱者,剛踏進Maker的世界並自得其樂,自信傑作是讓樂高機器人無限自轉。

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