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 |
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。
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~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~4
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。
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
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。
參考資源-
教育大市集- 防疫機器人Go ! (桃園市成功高級工商職業學校 邱芳榆老師提供)
https://market.cloud.edu.tw/resources/web/1803584