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仿生機器人 動手即動腦

大甲國中楊家旺老師 07/06/2020 259 點閱

  機器人這一主題課程,許多國中還沒起步,少數國中則僅限於社團學生才能碰觸與摸索。然而大甲國中在機器人課程實施,是全校性的,且已經累積許多年的經驗。更甚者,我們找到低價的仿生機器人材料包,讓每一位學生都能擁有一套自己的材料,除了生活科技課,學生還可以帶回家繼續研究、深化,製作出性能強大的機器人。

  過去幾年,大甲國中辦過許多不同類型的仿生機器人比賽,例如:二足機器人相撲比賽、四足獸拔河比賽、跳鼠競速比賽、毛毛蟲角力比賽、仿生猴爬杆比賽。雖然競賽的主題不同,但都源自同一包材料,換言之,大家透過相同的材料,卻可以組裝出人人皆異的仿生獸。正因為如此,每年舉辦的仿生機器人競賽,總能產出驚豔武林的作品。證明這樣的比賽,確實能激發學生不停思考突破,解決問題與優化作品的能力。

老師指導學生組裝仿生機器人
老師指導學生組裝仿生機器人

  仿生機器人的教學,先從齒輪箱和馬達的組裝開始,這個部份算是課程的暖身,學生從中練習十字起子和扳手的使用。組裝完畢後,透過三段變速的調整,讓學生明白齒輪比和轉速的關係。接下來就是學生的設計創意了,透過十字起子、扳手、螺絲、螺帽和自由手臂塑料,學生開始將自己的設計想法變成實際的結構,最後組裝出獨一無二的作品。再透過與同學一次次的小競賽,不斷修改作品,優化作品,最後產生出每班最優的五件作品,代表班級參加全校性的仿生機器人比賽。

學生嘗試修改並優化作品
學生嘗試修改並優化作品

  連續數年不間斷地舉辦仿生機器人比賽,已讓這個課程和比賽成為大甲國中的一種特色,今年更將以前的比賽項目(四足獸拔河比賽),結合新的比賽項目(四足獸拖重物競速比賽),讓學生在組裝設計上更具挑戰性。換言之,學生必須融合兩種比賽項目去思考更優異的四足獸機器人。我們知道,在拔河項目上,自身的重量將會佔有優勢。我們也明白,當自身的重量太重時,可能不利於自身衝刺的速度。換言之,重量在拔河上佔了優勢,等到拖重物競速時就可能變成累贅。因此,學生如何在兩者間取得平衡,就是這次比賽最值得學生探索與反覆測試修改的部份了。這一次仿生機器人競賽,在比賽項目的發想上,我們更上層樓了,而學生在解決難題的設計與發想上,也有了更厲害的突破。

  仿生機器人課程,可以利用類似積木可重覆拆裝的特性,讓學生透過反覆修正與測試來修改並精進作品。這個過程,學生可以反覆熟練最基本的工具使用(十字起子和扳手),而競賽的挑戰與趣味性,可以驅動學生發揮創意與實驗精神。因此仿生機器人非常適合作為生活科技課程的教學內容。大甲國中科技中心偶爾會舉辦仿生機器人相關的教師研習,有興趣將此課程帶進生活科技課的老師,可注意相關資訊,報名研習。透過與其他老師的共同研究與學習,獲取可運用於教學的靈感。

仿生機器人比賽已成為大甲國中的特色
仿生機器人比賽已成為大甲國中的特色
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