作者 智高實業股份有限公司、林坤誼、盧俊良
出版社 親子天下
適讀年齡 7~12歲
出版日期 2017/08/01
ISBN 9789869508421
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【小孩的科學STEAM系列】vol.01:爬牆機器人

★ 《親子天下》X智高積木跨界合作
★ 專屬臺灣小學生的新世代學習方法

不但在組裝過程中實現孩童創意,還可自行設計機器手臂完成各項模擬工程任務,是一項完美融合趣味、創意與知識學習的科學積木教具。

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商品簡介


《親子天下》&「智高」跨界合作

用STEAM學習 + 智慧積木

幫助孩子發展解決問題的能力

 


 


 

★2017年德國紐倫堡玩具展創新獎(Toy Awards)前三名
★2017年美國亞馬遜書店STEM玩具編輯選品


《小孩的科學STEAM系列01:爬牆機器人》用橫跨科學(S)、科技(T)、工程(E)、藝術(A)與數學(M)的知識,與強調協作自造的智高積木,透過知識應用與探究回饋,翻轉單向學習,打造專屬臺灣小學生的新世代學習方法。


各種積木充滿創意好好玩,組裝城堡或是汽車看似能發揮孩子的想像力,但是積木組合是否真能訓練大腦創意?只有組裝步驟的手冊真的有辦法說明積木背後的科學原理嗎?
 
《小孩的科學STEAM系列01:爬牆機器人》特別為臺灣小學生設計,融合親子天下的教育經驗與智高積木的創意能量,不但在組裝爬牆機器人的過程中實現孩童創意,也可實際操作機器人爬牆、驗證科學原理。此外,還可以自行設計機器手臂完成各項模擬工程任務,是一項完美融合趣味、創意與知識學習的科學積木教具。
 
產品包含一組智高爬牆機器人積木與一本STEAM學習手冊。套組含有176個積木,可分別組合出爬牆機器人、工業機器人手臂、吸力拖車、吸力槍、手機支架、橢圓規與尺蠖等7種變形。在STEAM學習手冊中,透過組裝爬牆機器人,讓孩子從齒輪機械、馬達動力與吸盤大氣壓力等科學知識,建立出自己的學習思維。再透過機器手臂改裝的工程模擬任務,由淺至深、逐一解決問題。從實際應用與回饋機制中,重新學習知識,並且找出自己的興趣。
 
 
【產品3大特色】

特色1:最專業的跨界合作
由最懂教育的「親子天下」與創意積木專家「智高」聯合攜手打造,完美結合小學科學、STEAM教育與自造maker學習。
 
特色2:最教育性的遊戲任務
師大林坤誼教授、宜蘭國小的盧俊良老師將積木融合STEAM學習與學科知識,替臺灣兒童打造專屬的科學教具。
 
特色3:最安全、耐玩的創意積木
積木塑膠原料來自臺灣奇美,由智高公司在臺灣生產製作,通過商品檢驗、安全無毒。並且各項零件皆可與智高小小工程師、科技、機器人系列等產品完美接合,甚至無縫參與智高各項創意賽事,讓學習與創意路上不孤單。
 
 
【專業推薦】

王德麟(科學玩具柑仔店,臺南市大橋國中教師)
林怡辰(彰化縣原斗國小教師)
洪旭亮(教育噗浪客TPET共同創辦人,南投縣僑光國小校長)
洪榮昭(臺灣師範大學研究講座教授,中華創意發展協會祕書長)
林厚進(賽先生科學工廠創辦人)
金克杰(KiM Lab玩具實驗室創辦人、科學玩具自造王作者)
蔡宗翰(臺灣區玩具暨兒童用品公會副秘書長)
吳易靜(學習玩樂過生活粉絲團)
藍子媽(親子天下嚴選部落客)
 

企劃源起


打造機器人搶不走的競爭力:STEAM新素養
 

科技大爆發,帶來世界、生活劇變。STEAM新素養,培養孩子迎向改變、主導未來,成為全球中小學教育轉型的關鍵目標。《親子天下》從五月起,將用三部曲來探索STEAM新素養的實踐。首部曲借鏡新加坡。教育五冠王新加坡,如何不斷精煉教育,協助老師,培養下一代為主動學習、應用知識、創新未來的人才。 

 
什麼是STEAM?

S=Science(科學)
T=Technology(科技)
E= Engineering(工程)
A=Art(藝術)
M=Mathematics(數學)
 
美國率先提出以STEM教育,培養動手做、發明、創新的下一代。STEM純理工教育有極限,後來再加入藝術(Art), 成為STEAM,期待學習更完整,創造、發明更連結人的溫度和關懷。

 
為什麼需要STEAM?
 
科技大大改變工作。世界經濟論壇2016年「工作大未來」報告指出,未來5年,全球將產生200萬個新工作,都在電腦、數學、建築和工程等STEM領域。
 
同時,700萬個工作將被機器取代。STEAM能培養孩子為全人,駕馭、超越改變、不被機器人取代,成為全球教改的關鍵目標。

 
STEAM跟台灣有什麼關係?
 
STEAM包含:跨領域、動手做、生活應用、解決問題、五感學習,強調自我探索、自主學習。

 

教育部在12年國民基本教育課程綱要總綱的「核心素養」中表示:素養指人在適應現在生活和面對未來挑戰時,所應具備的知識、能力和態度。與STEAM所倡導的學習精神符合。


5大精神,培養STEAM新素養


在劇變的宇宙中,STEAM教育像指南針,幫助孩子找到自己的航道。真實世界的問題,不是單一學科可以解決,孩子必須脫離背誦、記憶、為考試而學的教育,為自己的興趣而學、習慣挑戰未知、探索更深層的答案、在失敗中學習。
 
STEAM新教育具備五個精神:
 
【跨領域】
 
真實世界的問題,不是單一學科可以解決,專題式學習(PBL),最適合教導STEAM跨領域素養和能力。專題式學習不是每堂四十五分鐘的分科學習,而是以學生最有感的主題出發,有意義的結合至少兩種專科知識,設計出持續六到八週以上的學習內容和評量標準,最後學生產出作品,而非考試的分數。
 
美國喬治亞州教育部認證的STEAM學校杜爾特許學校(Drew Charter School),從幼兒園到高中都有專題課程。每一個專題都整合STEAM五個領域。
 
例如,十二年一貫的工程設計專題。喜歡賽車的六、七年級學生,從研究德比車(動畫《汽車總動員》閃電麥坤那型)模型入門,到自己製作完成一輛真正的德比車,最後跨州參加年度肥皂箱德比車大賽。過程中學到駕駛、煞車和賽車背後的物理知識。
 
杜爾高中部的發明團隊,面對幼兒因父母疏忽被留在車上、最後被熱死的慘劇,發明出裝在車內的一種三層警告系統,避免小孩和寵物被留在車上。這個發明並入選MIT發明大賽。

 
【動手做】

動手做目的在於讓孩子拿回學習主導權,更有意願投入自己的學習。動手做不只是3D列印鑰匙圈、或樂高機器人,也不是材料包的制式DIY,而是允許每一個孩子從零到有,做出自己最有興趣的主題,過程中練習不放棄、嘗試錯誤。
 
維吉尼亞州亞柏馬勒學區(Albemarle County) 二十六所公立學校,兩年前每一科目都導入動手做元素,讓抽象知識有了具體質感。七年級的尼克為了做出一個獨一無二的木製投手輔助架,每天迫不及待去上學。數學成績優異的女孩為做好一張椅子,用切割機切出圓角時,忽然大喊:「原來這就是我們在幾何課學的!」

 
【生活應用】
 
學習內容和學生的生活有關聯,才能激發想探究的好奇心。STEAM教育不是培養專家,而要孩子把知識運用在生活。學習內容沒有標準答案,沒有前例可循,不需要太多規則,反而讓孩子更自由去探索。
 
新北市積穗國小資訊老師曾俊夫(小黑老師)發現,全校只有三分之一的學生會用Google解決問題。師生討論出社區最需改變的問題就是狗大便太多,開啟「Big data and shit」(大數據和狗大便)行動體驗。
 
學生分組調查學校附近常出現狗大便的地點,標注在Google地圖上,並導入人工智慧演算法做資料分析,「學生一聽到調查狗大便也可以用到人工智慧,眼睛都亮起來,很興奮,」曾俊夫說。資訊和生活就這樣連結起來,也改變他日後設計課程的主軸。

 
【解決問題】
 
當孩子解決的是真實世界中的問題,他們學習做有意義的決定,感覺自己有影響力,會驅動學習動機。
 
二○一六年美國政府宣布將蜜蜂列入保育名單。密西根州伯明瀚科文頓中小學(Birmingham Covington School)的五、六年級學生,在「蜜蜂」專題中,找到學科學可以拯救瀕臨絕種生物的力量。
 
學生共同研讀相關報導,找出「農民噴灑太多農藥,也殺死了蜜蜂」等關鍵因素;感受到「蜜蜂絕種,無法授粉,影響農作物產量,將沒食物可吃」的危機。他們穿起防護衣去養蜂場,觀察蜂巢板;最後架起保護蜜蜂的網站,製作活動看板,向社區大人小孩宣導蜜蜂對環境的重要性。
 
「我更得好好充實對蜜蜂和環境的知識,才能說服別人採取保護行動,」一個男孩說。參與專題的語文老師觀察,「孩子學到的遠遠大過科學內容,他們知道自己可以推動改變。」

 
【五感學習】

看似艱深的數理科目,融合藝術元素,幫助孩子跨越對科學的抗拒,更願意學。
 
紐約534中學和哥倫比亞大學資訊科學教授合作,發展「照相機」專題。八年級學生不僅要用相機拍照,更要自己組裝出一台相機。
 
用意在以相機為餌,引誘孩子進入光學、精密機械等看來比較困難的領域。「要把相機三十八種小零件組裝好,只有一種方法,但是拍照、以及詮釋一張照片,卻有無限種方式,」534中學老師詹姆斯(Jerry James)巧妙的連結藝術和科學,「一方面你要很有邏輯,另一方面,你又必須擁有想像力。」
 
STEAM新教育需要的資源、專業、政策的連結,也挑戰大人的想像力。
 
看似天馬行空的整合,背後是各科目老師的專業合作,在每一個階段,設計學習鷹架,透過不斷拋出問題,幫助孩子學習知識,並立刻練習應用。更可以連結校外專家,提供學生另一種學習典範。
 
STEAM新素養,幫助每一個孩子找到自己的航道。大人必須跨出舒適圈,成為那艘前導火箭。
 

各界好評


彰化縣原斗國小教師 / 林怡辰

身為學校老師和即將成為三個孩子的媽媽,對於書籍有嚴格的要求、玩具也是。既然資源有限,那就應該集中火力在重點項目,像是球或運動器材、各種積木像是智高磁性積木等、蠟筆色筆、發揮想像力的黏土、拼圖,就是我的重點項目。而也需要符合有創意、好玩且有不同的玩法的條件。

而親子天下和智高合作的「爬牆機器人」,我覺得就符合這樣的條件。價格平實,且加入了吸盤、馬達、齒輪機械、氣閥控制和大氣壓力的變化。可以做出爬牆機器人、吸力拖車、吸力手臂、工業機器人手臂、橢圓規、尺蠖、手機架等七種造型。一百七十幾個零件的探索,足夠八歲以上的孩子長時間研究,過程中更可以拉近孩子和學科之間的距離、具體化知識、嘗試錯誤耐挫力、立即回饋。推薦給大家。

 
科學玩具柑仔店、台南市大橋國中教師 / 王德麟
 
「施比受更有福」這句話也可以用在學習與探究上,當孩子願意去動手將知識活用、操作,進而解決遇到的困境,絕對比單純的吸收、接受知識來得有效益。大人可以做的,便是提供機會、橋梁、情境給小孩,讓他們在體現想法的同時,也盡情探索科學。

在機械傳動與能量轉換的領域裡,融入壓力的應用,讓積木如同章魚(八爪魚)的腕足般延伸到更廣的範圍,再加上吸盤,不只可以爬牆、吸物,其他延伸的應用、組裝上的變化讓探索更為多元。 
  

教育噗浪客(TPET)共同創辦人、南投縣僑光國小校長 / 洪旭亮

小時候我們常立下志願要當科學家造福人類,長大後才發現學習科學總有些艱深難以理解之處,到底是這些科學知識真的那麼難懂或是沒有好的學習教材讓孩子進入科學殿堂?我想以近來中外極為流行的STEAM學習浪潮來看,答案就呼之欲出了。

玩玩具讓孩子們跳脫制式的學習框架,輕鬆從遊戲中拉近並習得的科普概念,是這波學習浪潮的主要訴求。想讓您的孩子過一個充滿趣味的暑假嗎?小孩的科學STEAM系列是您的最佳的選擇,千萬不要錯過。
 

賽先生科學工廠創辦人 / 林厚進

是什麼黑科技挑戰了無重力的世界?打破萬有引力基本定律是所有科學家的夢,親子天下與Gigo智高積木共同創造出這個具爬牆功能的仿生機器生物「爬牆機器人」實現了這個夢想。這款機器人結合了科學與機械從而征服牆壁,像電子壁虎般的攀岩附壁,小小的機器人卻隱含了許多的科學機密,讓孩子在自然的遊戲情境中發展解決問題的能力。
 
 
臺灣區玩具暨兒童用品公會副秘書長 / 蔡宗翰

「When you're curious, you find lots of interesting things to do.(如果你有好奇心,你會發現很多有趣的事情可以做。)」迪士尼創辦人Walt Disney
 
從美國2004年提出的STEM教育(Science, Technology, Engineering, Mathematics)開始,這些英文字母縮寫開始在各種不同玩具包裝上出現,鼓勵孩子玩中學,並且跨領域的學習風潮也襲捲了整個教育和玩具產業。STEM教育的核心概念主要是鼓勵孩子去探索,發現他們感興趣的領域所在,從玩當中讓孩子愛上學習的樂趣,這也是教育的真正目的應該是帶給孩子啟發。
 
根據美國玩具趨勢專家Reyne Rice於2017紐倫堡玩具論壇中提出,STEM教育也不斷的與時俱進在演進,從非常理性的STEM當中加入ART的感性設計元素STEAM後,孩子有了這些科學、技術、工程、藝術和數學的素養,更進一步提出STREAM概念,增加的R(Robot)也就是將這些所學知識,往後如何運用在實體的機器人上去實現,這也和未來潮流的AI產業有了相互連結。
 
全世界玩具產業最重要紐倫堡玩具獎Toy Awards,每年從數以萬計的新奇玩具當中,由專業的評審團,包括教育學者、市場研究人員、國際銷售人員和玩具安全專家,根據產品的價值創新性、安全性、工藝品質和未來零售市場的潛力標準來評選。今年非常驕傲的是臺灣智高從全球參賽玩具當中,獲得了School Kids(6-10 years)的青睞,也以臺灣生產製造的Genius Toy Taiwan品牌名稱,憑藉著爬牆機器人Geckobot的獨特創新性,為臺灣爭取到世界的目光和榮耀! 
 
什麼!有一隻壁虎出現在家裡?是的,你一定看過小壁虎在家裡牆上爬來爬去,經過統計全世界壁虎科大概超過一千多種以上,但是我們這次不是要在這裡討論自然科學課,而是來介紹最新上市可爬上爬下的「爬牆機器人Geckobot」!
 
近來來教育玩具市場蓬勃發展,我們看到愈來愈多啟發孩子對於STEAM主題感興趣的產品上市,「爬牆機器人Geckobot」完全符合這種趨勢。產品提供了176個各種不同的卡接和組裝配件,當所有組裝完成,你將有一個非常酷的機動壁虎與吸盤的腳,各種微調氣閥的設計,透過使用馬達驅動的空氣吸入系統,仿生真實的壁虎,空氣抽吸泵使它能夠粘附在光滑表面並讓身體往前踏步前進,尾部也像是真實的壁虎一樣的擺動,讓孩子從組裝當中讓了解空氣壓力和吸力原理的最好實際體驗。另外,它還可用組裝成六種不同的玩法,包括橢圓規、手機支架、吸力車、吸力槍、尺蠖和更進階的工業吸盤機器手臂。
 
爬牆機器人Geckobot是一個非常創新獨特的玩具,對於積木組裝有興趣的孩子,這當然會有同樣的吸引力。另外,對於科學相關的老師,希望運用它來啟發孩子這類型的STEAM科學實踐,也提供有詳細完整的說明、科學原理介紹和延伸活動,將會帶給您課堂的孩子更活潑有趣的新體驗。
 
 
臺灣師範大學研究講座教授,中華創意發展協會秘書長 / 洪榮昭
 
完整落實STEAM學習新素養的爬牆機器人
 
一、整合STEAM領域
 
透過實際拼裝爬牆機器人中,使用積木材料並按照說明書照樣組裝成品,可以探討於STEAM等不同領域,包含科學、科技、工程、數學以及藝術。在科學方面,從中了解科學原理知識應如何應用,如齒輪的運用、輪與軸的利用或積木的組裝;在科技方面,可以實際了解與運用資訊科技,主要強調動手做的培養,並落實科技實踐目的;在工程方面,組裝的過程必須讓每個機關結構更穩定,使整體運作更流暢;在藝術方面,可以裝飾機器人,培養美感和鑑賞力;在數學方面,必須運用公式,了解比例和對稱方式,並掌控物件彼此力道的平行,能充分應用數學概念。因此,了解STEAM與機構設計之間關係,方能使概念、知識與製作有更多連結。
 
另外,在組裝中途解決問題時,可發現重要問題裡還隱藏著許多的次要問題,了解基本的科學概念,如齒輪的運用、輪與軸的利用以及槓桿原理等或積木的組裝。如此內隱式學習(implicit learning)在大腦中産生心像作用(mirror system),提昇物理知識的理解。
 
 
二、創意性問題分析與解決過程
 
經由實際拼裝爬牆機器人的過程當中,可以培養創意並經由批判思考提升各積木的功能辨識、快速組合;藉由不同積木特色或功能,應用收斂性思考研製完成品,從中學習到系統思考、問題發現與解決能力。在最後要讓完成品轉動時,運用工程思維,針對問題的做trouble shooting,不斷的嚴謹思考如何修正和改善,直到功能運轉達到所需求的目的為止。進一步而言,藉由說明書照樣組裝成品,可引導實際動手製作機器人以解決相關問題,促使學習到現實生活中的機械機制及科技相關技能,若在組裝過程中,會自行解決問題,同時可以克服實際遭遇的問題。
 
另外,在組裝中途所形成問題時,能激發出創意思考,提出可行的方案與謀求解決策略,而遇到錯誤時,能參照積木組裝設計進行修正,並了解到錯誤的而在解決問題的歷程中。如此,可培養後設認知(metacognition)的能力。並可提昇獨立性和問題解決能力,對於各領域學習呈現正向的態度。
 
 
三、自我動手做能力與態度
 
自然科學教育強調從「做」中學習,經由實物、模型操作學習,進而探究、思考並從事創造性的科學活動,親身經歷的體驗活動,更是科學學習之基礎,解決問題思考時須經由推理思考,從積木組裝、嘗試下一步驟、修正上一步驟到完成品,反覆邏輯整理之後,基於積木材料來動手做,應用爬牆機器人融入科學過程技能與學習動機。
 
為試看機器人的爬行,每個人都需要動手做做看,在製作爬牆機器人所預測可能出現的問題,可以細想整個流程裡,可以減少或消除問題的可能性,保持謹慎的態度,同時做好問題出現後的應變計畫,培養解決問題的思維模式裡,藉由說明書的一步一步的解說,能更進一步如何自我著手進行解決問題所在,評量出哪個機器人的部位步驟或流程是可以先製作的,判斷哪些是需要製作注意的地方,記錄於筆記本上,並在最快的時間內,製作完成品。後續要測試時,可以減少問題的所在,亦可改進有瑕疵的流程與步驟。
 
做好的機器人其爬行效果必須透過實際接觸後,若當中做錯步驟,從失敗中累積經驗等特質,反覆無常的嘗試讓作品轉動,不斷的做修正(process improvement)。如此作好成品可注入情感轉化成自我的一部分,進而完成作品後亦可實現自我成就感,並激起學習動機。
 

給家長的話


您是否發現您的孩子其實與生俱來就是十分具有好奇心?對於生活周遭的事物名稱、運作方式等,他們經常喜歡問「為什麼?」然而,透過小學階段、國中階段的教育之後,您是否又發現孩子問「為什麼」的頻率愈來愈低?

我們的教育體制強調在分科的知識學習,因此孩子在學校會分別學習科學、數學、藝術、生活科技等學科,但是由於升學體制的緣故,孩子們被訓練成追求分科知識的標準答案,但卻慢慢失去喜歡問「為什麼」的科學探究精神。許多研究者發現,學生即使能夠在學科中考取高分,但未必能夠真正的將這些知識活用在解決日常生活的問題中,因此如何培養學生統整學習的能力,便成為現階段值得關切的重要課題。

STEAM這個主題便是期望孩子能夠進一步的學習應用不同學科知識的統整學習能力,以及找回喜歡問「為什麼」的科學探究精神,藉此找出在STEAM領域的興趣,而不僅只是追求學科考試上的高分。


STEAM領域主要指科學、科技、工程、數學以及藝術等不同領域,除了大家比較熟悉的科學、數學以及藝術領域之外,許多人常會對於科技與工程感到困惑,在十二年國民基本教育的課程綱要中,科技領域主要包含資訊科技與生活科技,資訊科技強調運算思維能力的培養,而生活科技則強調設計思考、動手實作能力的培養。至於工程方面,由於中小學的階段並沒有工程的相關課程,因此主要會融入前述生活科技中實施,而其重點在於協助學生認識什麼是工程?不同領域工程師的樣貌?以及工程領域的相關職業等。

倘若孩子們在正式教育的場合中缺少統整學習前述學科的經驗,那麼如何安排非正式教育的場合來協助引導其學習如何統整STEAM領域,便是身為家長所關切的重點。許多國外的學者會透過實作活動來協助孩子們統整STEAM領域,創意積木便常是重要的管道之一。


然而,在使用創意積木的過程中,若僅是讓孩子們按照說明書照樣組裝成品,這樣孩子們可能還是沒有辦法學習如何進行統整學習。因此,我建議家長們可以扮演良好的學習促進者角色,以協助孩子們試探STEAM的興趣為主要目標,進而讓孩子們理解不同學科知識在此一創意積木活動中所扮演的角色。

以吸盤式機器人手臂為例,便可以引導孩子們認識科學的真空吸力、科技的視圖與機構設計、工程的汽車產業認識、數學的圓與角、以及藝術的造形設計等。倘若各位家長們能夠在孩子的組裝過程中,引導孩子們認識STEAM領域在不同智慧積木活動中的應用,進而協助試探其在STEAM領域的興趣,我認為這樣的學習經驗會對孩子們的未來發展有更大的助益。


林坤誼/國立臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系教授
 

說明書內頁

 

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