機器人專題(加深加廣)

機器人機電整合專題

      這是機器人的設計製作的課程，強調探究實作與科技應用的創新能力學習。學習內容包括機器人的功能分析與創新、機構控制裝置、傳動與動力系統、感測電路及程式控制。整合學生在機構設計、動力傳動、電子信號傳輸與控制的科技應用能力。

      本課程之目標，在於提供學生學習機電整合與控制之基本能力，依據學生學習創新發展，機器人科技應用的前瞻設計思考需求，規劃符合新課綱學習內容之機電整合與控制教學活動。課程內容包括電子電路設計概論、微控制器(如Arduino)系統程式設計與應用、感測器的介紹與控制應用，以及機電控制之機構設計與驅動動力等。藉由機器人機電整合專題製作(著重在機構、動力與控制系統設計等)，整合學習相關機器人科技應用的重要核心內容。

1. 能夠發掘、分析機器人功能的需求，設計機器人的結構與機構控制方法。

2. 運用數學、科學、科技知識與工具、應用工程方法解決問題。

3. 具備機電整合與控制系統、元件或製程之設計、規劃與整合能力。

4. 藉由電腦電路模擬，瞭解並驗証機電控制理論。

課程活動設計

機器人機電整合專題課程具體目標，是讓學生能自行設計製作有功能性的機器人，透過實作活動，熟悉工程領域的電機控制與機構應用的整合，培養學生機器人應用的設計與探究能力。教學活動有兩大重點，分別是機器人應用的結構與功能機構的整合，與控制程式撰寫的學習，因此課程活動概分為兩個階段：

機器人機電整合的機構應用實驗

包括有三個探究實驗活動，這個系列活動的目的，在建構學生基礎的機電整合設計製作能力，以利於後續機器人專題製作的自主研究能力。活動設計以機器人常用的直流減速馬達、伺服馬達、步進馬達為動力，結合常用功能機構的基礎應用，包括旋轉動力改變來回運動(曲柄的實驗)、動力方向線性改變運動(夾具設計實驗)、位置控制傳動運動(步進馬達)等三個主題，規劃探究程式與機構設計的基礎機器人設計實驗活動。

課程簡介

     機電整合的應用範圍甚為廣泛，從工業生產製造、交通運輸、辦公室自動化、家庭電器產品、電腦/通訊和消費性電子產品(3C產品)、醫學工程、遠端照護系統…等等。本課程是以學習設計製作一個能自行控制與運作的機器人裝置為學習主題。為了能方便自行運作，需要有控制的系統；包含硬體及軟體，包括類比電子元件到數位電子元件組成，進而用微電腦控制器，與軟體程式來完成。

學生作品

進階任務導向機器人專題

 進階任務導向機器人活動結合設計思考的學習，套用在教師因應問題的解決以及學生學習的思考流程上，學習透過觀察，瞭解設計規劃的需求，採用接觸、確認、深究到應用四個階段的思考脈絡架構，輔助學生發展設計構想，研擬自己的機器人設計提案。

學習評量

專題設計製作是一個複雜心智歷程，在實際動手的過程中，運用技術性與實作性知識，並透過詳細計劃及構想，與選用適當的工具與材料來製作出作品。活動過程透過學習單的檔案評量、實作評量（工作態度檢核表、工具操作與材料選用檢核表）、作品標準參照評量（依活動目標與任務製訂標準）、紙筆測驗等四種評量。檢核表內綜合題型能夠看出學生對於所學的整合，包含知識的吸收程度、機器人設計的思維。

評量標準：

自製探究實驗課程與教具模組

(一) 輪型機器人運動與感測控制研究模組

    這是一個可以將動力控制與車體設計實驗的課程模組，學生可以學習輪型機器人在動力控制和車體結構設計的原理，配合穩定感測控制與車輛運動性能的實驗研究，深化學習機器人控制方法的實做能力。搭配的課程設計採用STEM探究與實驗的引導式教學，車體結構使用樂高零件的彈性組合，可以方便實驗研究不同車體設計的運動變化與感測程式控制最佳化的研究。

(二)機電整合機構實驗模組

       這是一個讓學生研究機器人機構設計的課程模組與教具，學生可以利用電控盒上的固定孔位和軌跡研究的洞洞板，選擇垂直堆疊或立體扣接方式，使用樂高或自製零件快速組合，並搭配積木化的動力與控制元件，實驗研究自動化機器人機構的構想是否可行，發展機器人控制機構應用的創意。

(三)步型機器人伺服機控制實驗模組