百變 STEM 課堂

百變 STEM 課堂

論 STEM 教育狀況,其中一間成長快速和創意兼備的絕對是仁濟醫院靚次伯紀念中學(簡稱靚中)。經過兩年機械人課程及比賽後,今年將課堂內容由操作提升至實用層面,教學設計也更具彈性。另一方面,跨科項目的發展也再上一層樓, IoT 連結科學成果十分顯著。

早前電腦節中,創科體驗專區內有一個攤位頗受歡迎,用文字描述的話,就是一個手感機械人。用家帶上手套,另一組機械臂就能模仿用家操作,吸引了在場男女老小注意,很多人為高科技感興趣。

靚中設計與科技科科主任劉偉成(左)與綜合科學科科主任陳瑋麟為讀者進行 STEM 課程設計講解。

靚中設計與科技科科主任劉偉成(左)與綜合科學科科主任陳瑋麟為讀者進行 STEM 課程設計講解。

仿生機械臂

若果告訴大家,有學校能教授小學生製作原理類似的機械臂呢?靚中設計與科技科科主任劉偉成累積了兩年的 Arduino 比賽經驗,今年進一步優化整項學習設計,成就了學生的自學精神。他講解設計仍以 Arduino 為基礎,但配合四個 Servo Motor ,加入紙皮和雪條棍,讓小學生製作出機械臂。

舉一反十 製作變型機械

比賽之外,同一設計概念也有應用於課堂。說到底,所有的機械設計只是一塊 Arduino 加上 Servo Motor 。日常中學課堂上,他教授的是變化及應用,他舉例機械臂使用的是 180 度 Servo Motor ,當轉用 360 度 Servo Motor 時,就能變身攀爬機械動物;若再進一步於底部加上防水物料,就可變作小船。

同一組物料,左邊是六腳機械人,右邊是攀爬機械人。

同一組物料,左邊是六腳機械人,右邊是攀爬機械人。

過往兩年,他留意到組裝硬件時,若規定學生的設計,會在過程中引發大量問題。因此他今年改變學習方式,設計了多款機械臂成品供參賽者參考,然後錄影片段教授當中原理,再讓學生觀看片段後自由設計及組合。結果令學習時間大幅縮減之外,製成品結果也大放異彩。

Arduino 比賽已是第三年舉行,劉老師指出有幸得到贊助機構支持。

Arduino 比賽已是第三年舉行,劉老師指出有幸得到贊助機構支持。

硬件外,編程方面也使用類似方法,將機械臂比賽難度分為兩類。給予學生的編程任務是運用機械臂移走指定物品,初級者一次移走一件共五件,進階者可以全自動完成任務。此編程任務難度甚高,畢竟當中涉及三維空間概念。劉老師感意外的是也有小學生能達成進階任務。

三組展示機械臂各有不同,第一組設計最基本,展用 Arduino 直接控制 Servo 。

三組展示機械臂各有不同,第一組設計最基本,展用 Arduino 直接控制 Servo 。

第二組設計加入旋轉扭,讓用家可直接控制每一個關節。

第二組設計加入旋轉扭,讓用家可直接控制每一個關節。

第三組設計是圖中右邊摸擬成人手關節,如此就可直控制左邊的機械臂。

第三組設計是圖中右邊摸擬成人手關節,如此就可直控制左邊的機械臂。

當放寬設計方式後,比賽裡學生創作出各式各樣的設計。

當放寬設計方式後,比賽裡學生創作出各式各樣的設計。

廢物再做 迷你立體打印機

目前劉老師正著手一個新專案,就是帶領學生廢物再做。他利用學校廢置的 CD-Rom 內部組件,製作迷你立體打印機。只要細心觀看立體打印機的原理,不難理解當中所用的是 Arduino 基板、 Servo Motor 、支架和皮帶作傳動, CD-Rom 內部已提供了支架和皮帶。只要運用 Inkscape 軟件,將設計圖案轉換成向量圖,然後用 Grbl controller 讀取檔案,再運用 Arduino 控制硬件就完成軟件部份。小編對於此部份就十分感興趣,已邀請劉老師期望日後他有空間向大家分享。

迷你立體打印機是最新作品,於 Arduino 和 Servo Motor 若配合筆(左)就可以繪畫,配合鐳射頭可作雕刻。

迷你立體打印機是最新作品,於 Arduino 和 Servo Motor 若配合筆(左)就可以繪畫,配合鐳射頭可作雕刻。

頁數: 1 2