如何將機器人技術融入STEM課程

快速解答

從將機器人學融入現有單元開始，而不是新增一門獨立課程。選擇符合學生閱讀程度與班級管理風格的套件，進行簡短的試教課程，並在建立可重複的設置與收納流程後再擴大規模。目標是養成可持續的習慣，而非一次性展示。

機器人學不需要專屬的學期就能在您的STEM課程中佔有一席之地。最持久的方案是將機器人連結到您已教授的單元，例如力與運動、生態系統或入門程式編寫，讓學生將此工具視為科學和數學的一部分，而非獎勵活動。

本指南引導您完成六個步驟：稽核您目前的單元、為您的學習者配對機器人、設計第一堂課、準備教室與教材、進行試行，以及使用簡單的管理系統進行擴展。每個步驟都包含一個檢查點，讓您能在小問題變成排程頭痛之前停下來。

步驟 1：稽核一個機器人技術展現其價值的位置

選擇一個您已經在教授的單元，列出其中三個最難的概念。以力學單元為例，可能是摩擦力、平衡力和變數控制。當學生可以改變一個變數、觀察結果並重複操作時，機器人技術會有所幫助。如果概念純屬描述性，加入機器人只會增加成本，而不會提升清晰度。

撰寫一句同時包含科學概念與機器人行為的目標句。例如：學生將調整循線機器人的速度，以展示摩擦力如何改變停止距離。這樣能讓課程緊扣您的教學標準，而不是變成沒有學習目標的機器人組裝活動。

• 檢查點：如果您無法用一句話說明目標，該單元尚未準備好用於機器人技術。

步驟 2：讓機器人配合您的學習者，而不是反過來

年齡與自主性比功能列表更重要。對於學齡前兒童，使用卡片和觸控筆進行無螢幕的實體編碼，能讓注意力集中在排序與詞彙上。對於小學高年級和國中生，一款可從積木式編程過渡到 Python 的可組裝機器人，能支援多年的學習路徑，而無需每年更換套件。

思考一下有多少學生共用一台機器人。每包設計供一到兩名學生使用的套件，適合典型的配對程式設計流程，而整個班級僅使用一台機器人則會造成等待時間，降低參與度。同時檢查機器人是否需要手機、平板或電腦，因為裝置的取得與否往往決定課程能否順利進行。

• 常見錯誤：先購買最先進的套件。從學生能獨立操作的等級開始，然後再擴展。

步驟 3：設計一堂符合單一課堂時段的首次課程

一堂 45 到 60 分鐘的課程應包含兩分鐘的引導、十分鐘的直接教學、二十五分鐘的建構或編碼，以及十分鐘的分享。在第一堂課中，提供學生一個可運作的機器人，並要求他們改變一個行為，例如讓它轉彎或在線條前停止。從零開始建構往往會耗費整個課堂時間，而沒有時間探討科學概念。

準備一張故障排除卡，列出最常見的三個問題：電源、連線和程式碼順序。當學生遇到問題時，他們會先查看卡片再詢問你。這樣你就能在各組之間走動，而不是花二十分鐘除錯一台機器人。

• 檢查點：如果您的課程計劃包含多個機器人行為，請將其刪除。第一次課程只需一個明確的改變就足夠了。

步驟 4：準備房間、儲存空間與電源常規

機器人課程在後勤方面失敗的次數比在教學方面更多。請決定機器人在課堂之間存放的位置、充電方式以及由誰負責檢查。每組一個標示清楚的箱子，附上印製的庫存卡，可減少零件遺失，並讓清理工作變成兩分鐘的例行程序，而非十分鐘的搜尋任務。

電力是無聲的限制。如果您的機器人使用充電電池，請確認充電時間和續航時間，以便輪換使用。一顆約一小時充滿、離線模式下可運行數小時的電池，若您有充電站，便能支援每天多堂課程，但您需要在第一堂課前規劃好輪換。

• 常見錯誤：假設電池送達時已充飽電。請在您的準備清單中加入充電檢查。

步驟 5：在一個班級中進行試行，並收集三個資料點

在整個年級推行前，先對一個班級進行教學。收集三個簡單的數據點：準備時間、完成核心任務的組數，以及學生誤解的一個項目。這三個數字能告訴您課程是否準備好擴大實施，還是需要更短的建構階段。

請一位同事觀察十分鐘，並記錄學生在哪裡停頓。他們的外部視角通常能捕捉到對你來說合理、但對初次學習者卻不清楚的指示。當問題出在清晰度時，請修改講義，而不是修改機器人。

• 檢查點：如果完成核心任務的組別少於一半，請減少任務，而非學習目標。

步驟 6：使用可重複的套件與管理系統進行擴展

一旦試行成功，請標準化套件，讓每個班級使用相同的零件和軟體。標準化讓您只需撰寫一份設定指南、培訓同事一次，並可在教室之間移動材料，無需重新培訓學生。當零件磨損時，也能預測更換零件。

對於較大型的課程，教室套裝組包含可擴充的建構元件與工具組，支援在同一站點教授程式編寫、電子學與機器人學。搭配簡單的輪替時程：一班建構、一班編碼、一班測試。如此可保持硬體設備流通，避免任何單一組別壟斷機器人。

• 常見錯誤：在建立儲存與充電的例行程序之前，就擴展到每個班級。物流的擴展速度比教訓更快。

機器人課程整合六步驟檢查清單

1. 稽核一個單位： 選擇一個包含學生可以變更和觀察的變數的單元，然後撰寫一個句子目標，同時指出科學概念和機器人行為。 檢查點：如果目標需要兩個句子，請選擇一個更簡單的單位。
2. 將機器人與學習者配對： 為學齡前兒童使用無螢幕的實體編碼，並為小學高年級和中學使用可從積木建置到 Python 的機器人。請確認學生與機器人的比例。 常見錯誤：先購買最先進的套件。
3. 設計一堂單一期間的課程： 將第一堂課限制為一個行為改變，例如轉彎或在線條處停止，並準備一張包含三個問題的故障排除卡。 檢查點：每堂課一個機器人行為。
4. 準備房間與電源： 設置標示清楚的收納箱、庫存卡和充電輪換。在第一堂課前確認電池充電時間和運作時間。 常見錯誤：假設電池送達時已充飽電。
5. 單一班級試行： 追蹤設定時間、完成率及一名學生的誤解。請同事觀察十分鐘。 檢查點：如果少於一半完成，請縮短任務。
6. 使用標準套件進行擴充： 標準化零件與軟體，使用具備可擴充元件的教室套組，並讓班級輪流扮演建構、程式編寫與測試的角色。 常見錯誤：在儲存和充電之前進行擴充是例行公事。

符合常見課程切入點的機器人套件

• Makeblock mTiny：專為學齡前兒童設計的智慧熊貓機器人，用於學習程式編寫、音樂、數學和語言。: 無螢幕的程式編碼卡、主題性地圖和觸碰筆，提供具體的程式編寫體驗；開箱即可使用，內含 3 套服裝、10 種以上表情和 300 種以上音效。學前及小學低年級教師無需平板即可進行程式編寫教學，從第一堂課起免除裝置管理的需求。
• Makeblock mBot2：STEM 教育編碼機器人套件，適用於 AI 學習: 鋁合金機器人配備整合良好的感測器，支援從簡單到進階的專案，並從積木式程式語言逐步進展到Python。單一套件即可服務多個年級，因此您的課程路徑不需要每年更換新的機器人。
• mBot-S 教育 STEM 教室套組，適用於學校及團體 每套裝包含 1 機器人，可讓 1-2 名學生參與，內含可擴充的建築元件、電子零件及工具組，被描述為教授程式設計、電子學與機器人學的一站式解決方案。1-2 的學生與機器人比例符合配對程式設計的常規，並減少實作課程中的等待時間。
• 適用於 mBot 機器人套件的可充電鋰聚合物電池: 適用於 mBot（藍色和粉紅色），充電時間約 1 小時，離線模式下可持續使用 2-5 小時；充電需透過 mBot 的 USB 連接線進行，電池不包含充電器。若您每天教導多個班級，請規劃充電輪換；僅在備有備用電池及充電站的情況下，電池方能支援整日使用。

當機器人技術與您已教授的單元結合，並能承受一般學校日常時，它便成為您STEM課程的一部分。從一堂課、一個班級和一個明確的目標開始，然後讓常規逐漸成長。上述套件提供不同的入門點，但步驟才是讓課程持續的關鍵。