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防疫機器人Go !

推薦徵集入選教案: 教育大市集109年度資源發展教學應用案例徵集活動策展
策展人: 桃園市成功高級工商職業學校 邱芳榆老師
策展單位: 教育大市集執行團隊
活動時間: 2020-11-23
活動地點: 桃園市成功高級工商職業學校
裝飾性圖示教育大市集資源發展教學應用及教學活動

  2019冠狀病毒疾病(COVID 19,俗稱新冠肺炎)疫情持續肆虐全球,面對新冠肺炎疫情的影響,防疫期間物資難求,且本校值勤的老師,必須一手為入校學生量體溫、一手噴酒精,相當忙碌及辛苦,於是課程設計結合時事 新聞議題整合學科知識與實作應用能力,將科技教育融入於第一線校園防疫工作,協同跨科跨領域的老師 生活科技、資訊科技、化學科、美術科 ) 並以科學、科技、工程、藝術和數學 (Science, Technology, Engineering,Art and Mathematics, STEAM的跨領域元素實踐創客精神整合、自學、創意、實作為四大理念 )),設計製作「防疫機器人」來代替人力噴酒精等作業,且考量與新課綱結合的關聯性,在過程中融合批判思考問題解決團隊合作的能力養成,增加實務經驗,讓學生擁有創新、獨立思考和解決問題的能力。
      學生們從零開始動手實作,透過小組討論及分享表達,設計組裝「防疫機器人」過程中訓練學生創造力與邏輯思考的能力,激發學生學習機器人程式撰寫的興趣 調配防疫酒精 增加學生防疫素養的知識。最後,透過藝術表達能力應用於「防疫機器人」,實踐 STEAM 當中的美感體驗,使學習連結更多美感經驗,有意識地體驗、學習,豐富自身美感素養形塑十二年國民基本教育本於全人教育的精神「自發、互動、共好」的課室風景。

教學活動

一、「防疫機器人」的組裝

  • 請小組學生分享組裝樂高積木的生活經驗,並討論組裝積木的心得。
  • 說明組裝機器人就像組裝積木一樣,加強學生的信心。
  • 請學生確認組裝機器人的零件是否有缺少。
  • 引導學生組裝機器人:底座組裝、機身組裝、機身外框組裝、舵機座組裝、舵機座組裝、感測器組裝、機身與底座結合、機身與外框結合、結合舵機座、機身與撥桿結合、結合感測器、結合電池盒、容器安裝與更換。(註:機器人組裝步驟圖解請參考https://market.cloud.edu.tw/resources/web/1803584上課簡報~機器人組裝.zip (19MB)」)
  • 學生組裝機器人。

二、C 語言與 Arduino 語言的架構

  • 說明經由本課程學會基礎程式設計如變數、條件判斷、迴圈及超音波感測器的使用與積木的組合與拆解、數位設計軟體的使用等,並經由一步步的解說與引導,實作出不同功能的機器人,最後希望各位同學發揮想像力,創造屬於自己的機器人。)
  • 說明C語言是一種常用的高階語言,由函式(所組成,所謂函式 (是執行某一特定功能的程式集合,Arduino 程式與C語言程式很相似,但語法更簡單而且易學易用,完全將微控制器中複雜的暫存器設定寫成函式 ( functin),使用者只需輸入參數即可。
  • 講解 Arduino 的變數與常數,引導學生基礎程式設計,並請小組學生討論,獲得初步的「防疫機器人」程式設計。

三、 防疫酒精的配製

  • 播放電視新聞的防疫酒精配製,為何是95% 酒精和水的比例4:1,老師詢問學生如何算出呢?
  • 引導學生思考,假設酒精與水比例是a:1,根據體積百分濃度的定義,稀釋後的濃度就是95%× a/(a+1) ,而這濃度要落在有效範圍內,再運用數學的「一元一次不等式」即可求解。
  • 簡易酒精稀釋法

    圖:簡易酒精稀釋法

四、機器人融入藝術創作融入 STEAM~Art:藝術

  • 請各組同學開始美化機器人。

教學活動實施成果

防疫機器人成品
融入藝術元素的防疫機器人~1

融入藝術元素的防疫機器人~1

融入藝術元素的防疫機器人~2

融入藝術元素的防疫機器人~2

融入藝術元素的防疫機器人~3

融入藝術元素的防疫機器人~3

融入藝術元素的防疫機器人~4

融入藝術元素的防疫機器人~4

學生進校門用「防疫機器人」消毒雙手

學生進校門用「防疫機器人」消毒雙手

使用「防疫機器人」進行雙手消毒,免去用手擠壓酒精瓶,降低接觸感染風險。

使用「防疫機器人」進行雙手消毒,免去用手擠壓酒精瓶,降低接觸感染風險。

當超聲波感應到物體靠近時,即啟動馬達帶動機器橫桿,自動按壓噴出消毒酒精進行雙手消毒-1

當超聲波感應到物體靠近時,即啟動馬達帶動機器橫桿,自動按壓噴出消毒酒精進行雙手消毒

裝飾性圖示教學省思
  • 上學時在校門口一定要量額溫,手要噴酒精消毒,但學生最喜歡噴酒精消毒,因為課程教導學生製作「防疫機器人」,利用超音波感測器,自動幫學生酒精消毒手部清潔,學生們看到「防疫機器人」都很開心。教導學生利用撰寫程式及馬達機電整合,自己創作可以解決生活上問題的作品~ 「防疫機器人」,是最大的收穫。」
  • 學生對於抽象的問題較難以想像,例如程式語法的使用時機,因此在課程中會設計相關範例來說明可能的使用情況。
  • 以小組合作學習的型式來進行實作課程,培養團隊合作以解決過程中所面臨的困難與問題,效果顯著。
  • 當老師告知學生們,以往安養院的爺爺與奶奶不喜歡用傳統酒精噴霧機消毒手部,但安養院的爺爺與奶奶卻很願意用學生製作的「防疫機器人」消毒手部,學生們都表示願意再用課後時間,各小組再製作「防疫機器人」送給其他安養院的爺爺奶奶們,看到學生們都能奉獻所學,回饋社會,這就是給老師最好的回報。
  • 學生在高一化學已學過化學的「溶液濃度」單元,理解重量百分率濃度(wt%)、百萬分濃度(ppm),也能由先備知識計算酒精體積守恆,配置濃度75%防疫酒精,因此老師上課時,喚起學生的先備知識不容忽略。
  • 藉由播放電視新聞,結合跨領域數學的知識,更能加深學生印象,老師引導學生理解防疫酒精配製,為何是95% 酒精和水的比例4:1,訓練學生解決問題的能力,因此懂得理論基礎,在防疫酒精配製上,學生顯得駕輕就熟。
裝飾性圖示參考資源