爬蟲機械人: 機械守宮設計與製作

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關鍵詞: 透過生物(守宮)學習仿生學、觀察守宮的生活習性特點、設計機械人、守宮多足機械人的製作。

課程特點：

1. 認識自然界與生物，並從生物特徵與模仿，從而啟發四足機器人的設計思維。

2. 從守宮生物特徵中，觀察其特點，以機械槓桿模仿與電腦編程來模仿守宮的特點與外型。

3. 學習電腦編程，以編程接收感測器從環境中收集的數據，再以編程驅動機器守宮動作。

4. 從製作機器守宮中學習專題製作，認識生活解難，對ESG、環境與生活有更深入認識。

5. 學習完成製作與功能測試，了解問題並訓練專注能力解難以獲得成果。

   
   

常識科

知識: 守宮是爬蟲生物中的一種以及其生活習性

技能: 以物料設計及製作有用物品

態度: 對自然與科技世界表現好奇心和興趣

電腦科

知識: 如何製作守宮機械人並且用TinkerCAD模擬

技能: 學習製作守宮機械人並且用TinkerCAD建立3d 立體外型和電子線路圖

態度: 對應用軟體學習表現興趣

冷知識:

守宮可以黏附牆壁, 因牠的掌上有很多細毛, 以力學中稱為范得華力用四肢的掌自由在牆上爬行。

建議年級︰小學4年級以上

建議時段:  2025年9月中至2026年5月 / 2026年1月中至2026年5月

課程後學期活動/比賽︰

• 守宮機器人爬坡比賽

• 守宮機器人外觀設計比賽

• 守宮立體畫繪畫比賽

• 守宮機器人在ESG、環境與生活可以如何參與治癒沙漠建議書撰寫比賽

 .      共10堂（上/下學期，每堂1.5小時），可配合學校需要:

守宮與生物特徵的簡介

機器人世界中的多足機器人

守宮機器人的設計思考

Tinkercad 設計守宮身驅與驅動裝置

Tinkercad 設計與模擬馬達與電力裝置

守宮機器人的身軀設計

守宮機器人的身軀組裝

守宮機器人爬行編程

守宮機器人（聲音與光）專屬功能編程

守宮機器人測試

 課題學習介紹：

1.    守宮與生物特徵的簡介

比較生物的外觀特徵，就以下三種生物：

·       鴨子	·       螃蟹	·       守宮
鴨-羽毛不沾水，鳥類的喙捕食魚類，足有蹼以游泳，有翅膀能夠飛行	螃蟹-突出的眼部，多足行走，有蟹鉗可拾取食物，有外骨骼保護自身	守宮-趾下薄板，斷尾的再生能力，眼晴具備夜視能力

 試試就其外型找出牠們的生物特徵

守宮的生物特徵認識：

·       生物的多樣性

·       生物的特徵

·       生物的生活習性

·       ESG，環境與生活

·       大自然與生態

·       可以黏附在牆壁

·       長尾巴可以在行走時平衡身体

2.    機器人世界中的多足機器人

運載機器人的發展： 

世界上的運載工具大多是四輪車輛，然而，當考慮到不平坦的路面，例如地震後到災區的拯救機器人，由於要在瓦礫上行走，故在特殊情況下就需要多足機器人，試試觀察和模仿守宮行路的特徵，設計自己專屬的守宮機器人!

認識ESG、環境與生活：

在古羅馬帝國時代，有一句話叫「條條大路通羅馬」，但是由於古時羅馬人沒有考慮環境，在非洲北部過度開採森林，留下了今日的撒哈拉沙漠。今日，我們能否因著注意綠色生活，科技與環境，而反過來治癒沙漠呢? 試想一個沙漠，先架設太陽能電池板(２米高) ，在太陽陰影下用無人機在地上開通種植孔道，種植例如花生，或需要水份不多的農作物。無人機在地上開孔後， 引入螞蟻和螃蟹等昆蟲，使牠們增加沙土的黏度漸成泥土， 從而慢慢地治療沙漠呢? 從而小片增加面積，形成可用耕土，將沙漠變成另一片天，回復成林地供人使用，產生食糧和改善空氣質素。

3.    守宮機器人的設計思考

科技	仿生學
守宮/納米膠紙守宮的手有黏力貼在牆壁 編程學習/感測器裝置認知環境 曲軸驅動行走動力 槓桿平衡重量使身體有效行走 學習四足機器人的設計，製作與組裝	認識生物特徵 其多樣性生態環境 守宮手上大量細毛 在牆壁上的“范德華力” 尾巴平衡行走的平衡

 守宮機器人設計考慮：

課堂會教授兩種守宮機器人（四足的行走方式給學生啟發，同學可從中思考機器人設計。）

A.    第一種是用2個TT馬達，每個馬達有兩個旋轉軸，可驅兩足，2個TT馬達可驅四足，同學透過製作、組 裝，思考機器四足行足方式，在影片比較守宮行走方式獲得啟發再改進，是仿生學的主要學習、模仿、再創新。

B.     第二種是用1個馬達，驅動守宮主軸旋轉支桿。以一個馬達用更巧妙的方式驅動守宮機器人有四足爬行的動作（同學也可觀察守宮的尾巴有甚麼作用。）

C.     第三種是用4個馬達，為每一個馬達獨立編程。使其模仿守宮的行走方式，並同時可以學習如何使其平行。

同學可以比較以上A，B，C中的不同特點。

4.    Tinkercad 設計守宮身驅與驅動裝置

學習Tinkercad的立體3D空間設計，將守宮的外體和四肢以3D模型設計。

5.    Tinkercad 設計與模擬馬達與電力裝置

  學習Tinkercad的閉合電路設計，將守宮的馬達電路和感測器電路設計。

 6.    守宮機器人的身軀設計

學習物料的性質、重量、硬度來設計守宮機器人的身軀。

7.    守宮機器人的身軀組裝

 學習使用螺絲和工具，來固定、連結守宮機器人的身軀盒組裝，帶動四肢運動。

8.    守宮機器人爬行編程

以Cyber Pi的mBlock為守宮機器人爬行編程。

 9.    守宮機器人（聲音與光）專屬功能編程

以mBlock為守宮機器人添加（聲音與光）專屬功能編程。

 10.  守宮機器人測試 ~ 誰的守宮最仿真?

為守宮機器人測試專屬功能： 這部份學習用3d 模型設計物件，Tinkercad來繪出可以3d print的組件，之前學習機械的槓桿力，將零件放盒用，現在可以設計更加美觀與仿真的守宮，同學可以先研習守宮的品種和生活習性，加以討論，並設計自己專屬的守宮機器人。

守宮多足機械人有關學生學習目標／主要預期成果

目標／主要預期成果為:

1. 培養學生對資訊科技的興趣並在學校營造學習資訊科技的氛圍: 從觀察四足生物如守宮的步行影片中，啟發同學對其步行的觀察中, 以計算思維的方式來探究並且實踐多足械人設計，培養學生用創新方式對資訊科技的興趣，以編程技術來實踐，將多足機械人的步行與生物守宮的步姿作對照比較，產生興趣研究，製作多足機械人時設計守宮機械人四肢長度比例、步行方式、步姿改良，同學透過討論、分享、研習、解難、和計算思維可在學校營造學習資訊科技的氛圍，達到高效的學習。

2. 讓學生了解新科技的最新發展讓學生了解資訊科技相關的進修資訊: 人工智能與機械人課題，是現今世界科技其中一個主流的發展方向，無論是人型工作機械人、對話機械人、特殊需要的機械人(例如地震後拯救機械人)，都是不斷地創新，人工智能與機械人課題極需要，最新的資訊科技來達成，而且用途甚多，透過課程讓學生了解新科技的最新發展，以多足機械人為課題讓學生了解資訊科技以及相關的進修資訊，可讓學生實際地掌握未來新科技的最新發展方向，從而可以訂立學習目標，以科技興國。

3. 擴闊學生對資訊科技行業及職業的認識: 現今科技行業對機械人設計有多方面需要和要求，大家很容易見到在商場上有物管機械人在灑酒精消毒和掃地機械人掃地清潔，其實在各業界有廣大需要，包括以資訊科技作更好物管機械人來幫助管機員工工作完成各種任務，例如有人工智能的影像處理，皆為人工智能當前重要任務，透過學習守宮多足機械人，可以擴闊學生對資訊科技行業及職業的認識，了解未來社會的發展和同學自己個人在社會的角飾。

4. 增強學生的運算思維技巧: 機械人設計可以說是需要最複雜的運算思維技巧的科技之一，如果用趣味方式來增強學生的運算思維技巧，同時學習編程使得多足機械人行走，其中需要運算思維將機械人的行走動作轉化成為電腦程式驅動機械人，能將數學轉化成有趣學習，機械人設計，是一個有趣和實用的過程。

5. 增強學生應用所學的資訊科技知識及技能的能力培養學生的創創新能力: 在應用所學的資訊科技知識的層面，學生從做中學習，是培養學生能力十分有效的方式，透過接觸小機械人的製作，可增強學生應用所學的資訊科技知識，亦培養創新能力。

與資訊科技相關的活動

活動說明（包括背景、範圍、活動列表、學生如何參與該活動、家長是否也會 參加、計劃及時間表（如有））：

-        參觀科學園科技公司(例如商湯, 科學園設施)

-        到護老中心介紹機械人(AI陪伴對話機械人)

-        跨巳境科技參觀與交流

-        豐富學生的學習經驗，例如參與比賽、參觀、專題研習等

6. 獲取家長支持其子女進修資訊科技學科或投身資訊科技行業，或成為科技創業家

a小學奇趣IT知識計劃

b名稱：探索爬蟲世界（仿生學）

活動說明：仿生學（Biomimicry）是模仿生物解決問題的方法，從大自然中汲取靈感。仿生學是當今解決問題的八大科技之一，基於生物學習，提供改善人類生活的解決方案。仿生學研究生物體的結構與功能原理，並根據這些原理發明設備、工具和科技，創造適用於生產、學習和生活的先進技術。本校以「爬蟲」為主題，涵蓋小一至小六各級，對特定爬蟲進行認知、觀察及研究，了解牠們的特性如何應用於生活物品或科技上，啟發學生思維。

d科技：運算思維／數碼遊戲設計與開發

e目標/主要預期成果：培養學生對資訊科技的興趣，營造學校學習資訊科技的氛圍；增強學生應用資訊科技知識及技能的能力；提高學生的運算思維技巧；培養學生的創新能力；豐富學生的學習經驗，例如參與比賽、參觀、專題研習等；進一步提升學生主導進行遊戲設計和開發的能力。

f預期成果：創意與創新、解難能力、學習態度、批判性思考

g預計參與學生人數：XXX全校學生（培訓課程）全校學生（講座）

h預計活動日期：兩年活動計劃，預計推行月份由XXXX

i本學年活動的預計時數：2025年全校預計時數為113小時；2026年全校預計時數為113小時（兩年預計時數為226小時）

j推行模式：由學校與以下伙伴（UPEP）共同推行：資訊科技業界。如果活動主要由伙伴推行，請提供學校在推行方面所擔當的角色及原因：於常規課堂中，學校將觀察及選拔在設計、編程及解難方向較優秀的同學參與此活動，讓學生在課外時間提升技能，使他們在學習中找到樂趣。在活動推行中，負責老師將參與其中，發掘學生能力，考慮是否組成精英組參加相關活動比賽。

k活動類型：舉辦短期課程／培訓、舉辦工作坊、舉辦校內比賽。比賽類型：

- 數碼遊戲設計以及

- AI爬蟲機械人比賽

L活動完成後可與其他學校分享的成果：教材、簡報投影片、學生作品、活動記錄、相片。可與其他學校分享的成果之詳細資料：課堂結束後，學校將部分學生成品上傳至VR CoSpaces的世界，並將連結放到學校網頁上，分享給友校及公眾參觀。

- 資訊科技設備及相關服務費用。開支項目：課程培訓、講座

說明及理由：

短期課程：外聘有經驗的STEM導師，全校小一至小六以「爬蟲」為主題，各級推行特定的「爬蟲」種類，透過培訓課程讓學生更了解「仿生學」。各級各班上約四至五課節的「仿生學」為題的內容。

講座：外聘有經驗的講師到校向全校學生分享以「仿生學」為題的講座，透過生活例子引發學生興趣。

硬件配備：由於此課程需要材料並將「仿生學」的實驗成品放至VR CoSpaces中，故需要為學生購置最少二人一份的材料及使用帳戶。

守宮用爪抓牆，卻住在王宮。  ~ 亞古珥之箴言 ~