學生利用數位製造，做成我的消化系統的報告
高中創客教育推廣經驗分享
林湧順 國立臺灣師範大學附屬高級中學生活科技科教師兼任學務主任 國立台灣科技大學數位學習與教育研究所博士生一、前言
「創客」一詞已流行了五、六年 了，目前教育政策的走向也認為這是 下一個學生必備的能力之一，因此在 各 地 廣設 自造 教育 中 心及 自造 實 驗 室，推廣創客教育與動手實作課程， 但是面對如海嘯般襲來的創客教育浪 潮，你準備好的嗎?設備、課程都到位 了嗎?有足夠的動能可以引導學生進 行學習了嗎?不用太過擔心，更不必徬 徨，先想好自己想給學生的是什麼， 想要經營的特色是什麼，不要人云亦 云，按部就班，踏實前進，你一定可 以 走 出屬 於自 己團 隊 的創 客教 育 之 路。 我們常常聽到一句話「你不必很 厲害才能開始，但你必須開始才會很 厲害」，沒有開始，你就不知道到底創 客教育到底有多好玩。兩年前有位七 年級的學生來工坊找我們，他被指定 一個作業，題目為我的消化系統，他 想要用數位製造的方式來進行作業， 但是一來他不會畫線，二來他也不會 用雷切機，但他說了一句話，「因為我 覺得很好玩」，完全的觸動了我們的心 靈，就這樣在幾次的來來回回，我們 引導學生進行圖檔的修正，並讓學生 實際操作雷切機，最後完成了作品， 學生拿著作品在全班面前報告，剛剛 好符合他的身材，直接告訴大家整個 消化系統的位置、結構與功能，不僅 對消化系統有深入的了解，更讓他學 會了畫線、分層與雷切，這是他永遠 可以帶得走的能力。 手動了，腦就會跟著動了，在各 個學習階段中，創客教育都有其可以 切入的領域，重點不在於要教出什麼 樣的成績，最重要的是學生在這過程 中，是不是自己想要的，再多的要求 加諸在學生身上，都是被動的，唯有 從學生自己的要求開始，激起學生主 動學習的意願，才能真正深深烙印到 學生的實質學習中。目前臺灣各級學校均積極的在推 行創客教育，但是資源取得不易，錢 要花在刀口上，如何發展出屬於自己 的特色，這得從課程開始著手，先評 估學生想要的是什麼，我們可以提供 的是什麼，然後再來談教室與設備的 規劃，一旦規劃後就要放手執行，很 多數位輸出設備都是昂貴的，將資源 發揮到最大，讓學生充分使用才是最 好的投資，不然機器放著不用，永遠 都是教室裡的大型垃圾。 另外現在網路上太多免費下載的 3D 模型，但是個人認為在那些免費的 3D 模型網站中，是很好找尋靈感創作 的地方，但不代表下載回來加上自己 的名字，就是屬於自己的創作，這是 不對的；臨摹是創作的開始，臨摹是 你照著人家的創意，用自己的方法繪 製一次，這樣你會有進步的空間，最 後你就能畫出屬於自己風格的作品， 這 不 是抄 襲， 但直 接 下載 人家 的 東 西，只是加上自己的名字，或是以甲 作品上半部接乙作品下半部，這都只 算是抄襲啊，久了其實就失去樂趣了。 因此針對學要要發展創客教育特 色，我們提供這幾年來的心得讓大家 參考，從中大家應該可以得到更多的 創意發展，開創出極具學校特色的成 果。 很多，但是在高中端我們認為學生的 能力是可以培養的，自學的態度是可 以培養的，但是絕對要選一套自己好 上手，符合自己需求的軟體，我們在 課程中以 RHINO 為準，主要因素包含 軟體取得成本不高，好入門易上手， 圖檔容易進行 2D、3D 輸出，甚至於 對於模型建立與虛擬環境的建立，都 是一個可以容易切入的軟體。 我們在設計課程時主要的考量就 是要能夠產出，因此在進行繪圖的過 程中，必須針對輸出、結構與組合進 行縝密的設計，期能利用最節省的材 料、最少的輸出時間，完成作品，這 是整個建模課程中，個人認為最重要 的概念。 3D 建模課程的設計，著重於繪圖 的技巧與建模能力的應用，課程由簡 入深，不以指令操作為課程設計，利 用實例的繪製，了解繪製過程中的所 需要的指令使用與技巧。畫圖是需要 有策略的，如果只是老師示範學生練 習 ，這樣永 遠只是 學 老師的繪圖 技 巧，無法更加精進，因此，課程中著 重於學生對物件建立的過程，與表現 的方式，透過與老師的對話，精進繪 圖 的能力， 學生在 繪 圖過程中卡 關 了 ，最佳的 方式就 是 跟同儕互相 研 究，這樣進步最快，但是萬一真的遇 到難關，跟老師相互討論，會激起更 多的火花。
我們的課程設計如下： 名牌鑰匙圈 手機吊飾 舉牌小人 名牌片鑰匙圈 • 2D堆疊 • 規則物件 • 交集、聯集、 差集 鑰匙圈吊飾 • 自由曲線 • 曲線修剪、 組合、炸開 • 平面擠出 舉牌小人 • 物件傾斜、 旋轉 • 插銷設計、 組合設計 火柴盒汽車 • 物件堆疊 • 鏡射、陣列 • 修剪 • 圓角 熊公仔 • 自由曲線 • 放樣 • 歷史軌跡應 用 花瓶 • 旋轉 • 陣列 • 放樣 • 扭曲 自由曲面應用 • 單軌掃掠 • 雙軌掃掠 • 破面修補 3D印表機輸出 • 切片軟體 • 支撐 • 印表機間隙 與平台校準 雷切輸出 • 向量圖檔 • 功率、速度 • 切割與掃描
火柴盒小汽車 熊公仔 花瓶 三腳鼎 麋鹿 燈罩 建模能力的培養是一條漫長又枯 燥的路，我們以五年來的課程推廣經 驗，設計簡單容易上手的作業，進行 能力培養，但是所學指令還是有限， 為了讓學生可以更加投入，我們會利 用一些獎勵的方式，讓學生可以在過 程中得到更多的樂趣。例如:每個學生 只要他的作品可以被切片軟體接受， 那就可以自己上印表機，列印出自己 的作品，但必須是自己操作。另外在 作業練習中，我們會嚐試挑一至兩個 極具難度，又有風格的作品，以中階 的光固化印表機輸出，當成學生認真 創作的獎勵，激發學生持續努力學習 的態度。 最後對於 3D 建模稍微做一個小 結，在我們的教學經驗中，畫線是一 切數位創作的根本，從最基本的自動 切割機，是以畫線為準，再到雷射切 割機的使用，而後來的 3D 印表機輸出 立體作品，都得從縝密的劃線開始， 由點到線，由線到面，再由面到體， 沒有精準的線條，就無法成就好的作 品。 (二) 雷射切割機的應用 相較於 3D 列印作品往往都要好 幾個小時以上才能獲得成品，雷切機 反而是迅速可以獲得成品的數位輸出 方式，而且因為是減法加工，成品的 結構性比較強，只是利用雷切機進行 作品輸出，需要的是精確的製圖，精
準的尺寸與公差，以及正確的卡榫設 計，這部分剛好是個人任教生活科技 科的強項，因此可以提供正確且實用 的課程。 雷切機其實就是一個工具，他只 是透過雷射的高能量，對工作物進行 氣化切割的動作，由於切割的鋸路寬 度僅 0.3mm，且作動的馬達精密度極 高，因此尺寸精準度夠高，製作出來 的成品多能符合設計。 但是要使用雷切機就要有良好的 製圖概念，尤其是公差的導入與卡榫 的設計，畫線本身反而不會是門檻。 為了讓學生可以快速熟悉畫線的的方 式及了解雷切機的操作，利用幾個建 議快速的作業設計，讓學生投入在設 計與創作之中，減少工具及軟體對學 生創作造成的限制。 作業設計如下： 鑰匙圈製作 造型動物 收藏箱 摩天輪
筆記本製作 LED 造型燈 雷切機在教室使用，最重要的是 要注意廢氣的排放，畢竟材料經過雷 射氣化，產生很多廢氣，因此除了雷 切機內部排風設備要夠強外，還要經 過認證過的過濾設備，對焦油、PM2.5 及異味進行過濾，有效的過濾設備可 以濾除 90%以上的有害物質，畢竟教 師在教室操作，一天至少 4-5 小時，直 接會影響健康。再來就是慎選工作材 料，避免使用來源不明的密集板或是 壓克力，也不要對會產生嚴重煙塵或 是焦油的材料進行加工(例如:橡膠、小 牛皮)，除了影響健康外，也會傷害雷 切機內的聚焦鏡或是折射鏡。 (三) 傳統加工法與數位結合 因為個人的主要教學科目為生活 科技科，對於傳統加工法有一定的堅 持，所以在課程學習中很重要的一部 分是手工具跟電動機器的操作，但上 機操作有一定的危險性，因此我們在 課程中不斷的強調工作再忙、安全不 忘，沒有安全就沒有好的作品，這點 要不斷的向學生宣導。 我們設計幾個有趣的作業，讓學 生可以學習到機器的操作，作業的工 序以及精準度的要求，這在創客教育 中是很重要的一環。 魯班鎖 自走玩具
壓克力彎折 凸輪玩具 自己的餐具自己做 鋼筆車製 我 們 也 可 以 利 用 數 位 設 計 的 優 勢，對作品進行放樣，再將放樣的圖 案貼到木材上進行加工，減少作圖的 時間，更增加精準度，提供作品如下： 動物鑰匙圈 平衡鳥製作 手作有一定的魅力，學生容易在 其中獲得成就感，但是很多時候往往 因為怕學生受傷，而改變課程設計， 避免讓學生進行操作課程，個人認為 對於機器的選擇，一定要能夠耐用且 具安全性的機器，沒有好的機器，就 很 難有準確 的施工 ， 容易故障的 機 器，會對學生心理造成壓力，但是不 能 讓學生有 破壞的 心 態，這非常 重 要，就算是不小心使用故障，也要讓 學 生知道為 何會故 障 ，然後成為 案 例，以後避免。
線鋸機，最基本的操作機器，可 以鋸切彎曲的形狀，適合學生學習。 鑽床，好用的工具，用於鑽孔加 工，但扭力大，要小心長髮及袖子， 避免被鑽頭絞進，發生危害。 帶鋸機，很好讓學生做直線的鋸 切，注意轉彎的角度，其實危險性不 大。 砂磨機，修飾作品鋸切痕跡的好 工具，同時也是讓修整形狀的利器， 但要注意砂磨方向及手持位置，避免 工作物飛濺或是手磨破皮。 圓鋸機，雖然很危險，但只要確實遵守安全規範，他是很好備料的機器， 為了安全，操作時還是要老師在旁協助為佳。此機台在危害發生時，可以即時 潰縮，將傷害降到最低。
(四) 機電整合 ARDUINO 微機電整合課程目前 是很熱門的一個領域，透過簡單的程 式編寫，即可控制電路裡的燈光、聲 音跟馬達，學生似乎對會亮、會動、 會發出聲音的東西特別有興趣。另外 現在機器人成為各校發展創客時好像 都要著墨的特色，但是回歸到學生學 習本身，我們要引導學生的是什麼， 機器人模組其實是很昂貴的，有些還 是封閉式系統，程式編寫的方式跟其 他的不相容，如果無法瞭解自己的需 求，而一味的跟風，那很容易就會變 成科技垃圾了，而且目前這些模組汰 換率高，加上零組件容易損壞，各校 在投資時，必須多加評估考量，避免 資源的浪費。 我們在學校盡可能使用容易替換 零件的模組，而且不綁規格，零件可 以 自行設計 ，馬達 容 易在市場上 買 到 ，相關電 子組件 也 都可以輕鬆 獲 得，這樣的方式，讓學生可以在較沒 負 擔的情形 下進行 大 膽的改裝與 設 計，就算有損壞，也都在可控制的範 圍內，而學生的給予我們的成果，才 是最重要的資產。 茲就兩個課程分享給大家，供大 家參考： 機械手臂-進行程式操控訓練，也 了解機構結構與運動模式的控制 六足機器人-程式、機構皆以開 源，主要在於六足機器人的運動模式
三、與學科結合
這兩年來，我們開始嚐試與學科 課程結合，融入主科的學習中，希望 利用創客教育的精神，讓老師、學生 可以應用在課堂上，製作自己專屬的 教材、教具或教案，提升學生的學習 興趣。 分享幾個成功的案例，引發大家 的創意，讓創客教育不僅僅是生活科 技科或是資訊科的，而是每個科目都 可以一起來玩的一個專業技術。艾雪式拼圖-數學
藝術摺紙-數學
光譜儀-物理 壓力計-物理
創意設計與製作教師專業社群活動以每兩周一次為原則，活動方式包含研習、實作、 專家諮詢及教學分享
四、團隊經營
各校的創客教室絕大部分都是結 合 生 活科 技教 室， 但 是我 們一 直 強 調，創客教育絕對不是生活科技科或 是資訊科的事，而是各科都可以一起 來共創未來的一個有趣的領域，我們 廣邀各科老師加入課程的研發，我暪 可以提供技術，學科老師可以提供創 意，學生在做專題時，更可以直接找 到對應的師長，給予適當的建議，這 樣才能發揮最大的動能。 目前 12 年國教一直強調跨科跨領 域學習的重要性，創客教育正是最佳 的媒合方式之一，但是有一點很重要 的就是各科要敞開心胸，偋棄學科本 位 ，我們真 的看到 成 果慢慢的發 酵 了，一旦有些許成果出來了，能見度 變高了，其他的科目也就會持續靠攏 了，這樣的力量就夠大了，在爭取維 持自造實驗室的經費上，就更有立基 點了，這才是可長可久的一條道路， 不然整個自造實驗室的維持，需要太 多經費支撐了。 目前師大附中的附製工坊，整個 創意設計與製作教師專業社群，成員 已有 23 位，不僅跨校，更是跨科，還 有業界的師資跟大學端的師資支援， 一路走來，堅定踏實，還是老話一句， 採取開放的模式，我們會看到更多意 想不到的火花。五、總結
創客教育在各級學校目前都如火 如荼的融入相關課程，目前也多以 3D 列印、雷射切割機及 Arduino 機電整合 為主，這些都是容易上手又可以迅速 獲得成果的切入點，但是不論如何， 工具永遠只是工具，它是創意表現中 的一個助力，設計與製作才是最重要 的表現，如何訓練學生的創意，訓練 學生動手做的能力，是創客教育中最 重要的課題，避免眼高手低。 創意的來源來自於視覺經驗的累 積，沒有它法，就是多看、多聽、多 動手，自己嘗試過了就會激發更多屬 於自己的靈感，或許現在並不適用， 但卻能累積實戰經驗，為可能的將來 做準備。就已經決定作品的成敗了，因此要讓 學生認識不同的加工法，同時是正確 的加工法，才能有效地完成自己的作 品。我們不害怕學生做操作過程中進 行錯誤嚐試，但是比較擔心的是無謂 的浪費，這浪費包含時間、材料與機 器，給學生一定的支持，學生會給你 正向的回應的。 在 機 器 的 使 用 上 ， 要 讓 學 生 知 道，機器不會無緣無故莫名其妙地待 在那裏好好工作，一定是有一群人不 間斷的進行維護與保養，機器才能順 利的運作，一定要愛惜使用，一旦故 障不只是金錢的浪費，還要造成他人 不能使用，這才是最大的影響。 創客教育的投入，需要很多的材 料費及維護費支應，不論是 3D 列印或 是雷射切割，都不便宜，因此要養成 學生節省材料的觀念。 個人給要推行創客教育的先進三 個衷心的建議： (一) 亂搞是創作的開始 不要害怕天馬行空的想像，因為 有想像才會有創意，但是亂搞不是胡 搞瞎搞，是要認真的思考，而且像不 (二) 不滿足現況才能讓自己進步 在創客教育中最大的阻礙就是故 步自封，認為創作就是有成形就好， 但是往往經過跟同儕跟老師的討論與 淬鍊後，可以獲得更好的成果，對於 成果時時保持著精益求精的態度。 (三) 挑戰極限才能知道自己的能耐 我們一直希望學生可以踏出舒適 圈，挑戰自己，唯有讓自己多多參與 不同領域的學習或比賽，才能激發更 多自己的潛能，適度的壓力是可以讓 自己成長的。另外藉由對外比賽或參 展中的觀摩學習，也可以讓自己快速 知道他人的長處跟自己的不足。 不要被上面眼花撩亂的作品給迷 惑了，我們是走了近六年，才有這一 的一點點小小成果，你可以選擇最適 合的方式切入，用最符合學校特色的 方式發展，創客教育真的很容易激起 學生的學習慾望，不做不會怎樣，做 了很不一樣，從好玩開始著手，讓學 生在創客教育中獲得學習的樂趣，其 實這不就正好呼應目前 12 年國教中的 適性揚才嗎，讓每位學生都能在學習 中找到自己的興趣與目標。
參考文獻
周立倫(2008)。推薦一個適合於中 學生活科技課程學習及使用的3D繪圖 軟體 ─ Rhinoceros 4.0。生活科技月 刊，41-1，2-11。
Cole, P. (2016)Measuring the Effectiveness of Software Based Training to Improve the Spatial Visualization Skills of Students in STEM Disciplines in Higher Education Institution. Submitted in partial
fulfilment of the requirements of Dublin Institute of Technology for the degree of MSc. in Computing (Advanced Software Development) January 2016.
Kapil Kadam. & Sridhar
Iyer.(2014),Improvement of Problem Solving Skills in Engineering Drawing Using Blender Based Mental Rotation Training, 2014 IEEE 14th International Conference on Advanced Learning Technologies,401-402.
Mayer, R. E. & Moreno, R.(2003). Nine ways to reduce cognitive load in multimedia learning. Educational
Psychologise, 38(1), 43-52.
Michael Chaua, Ada Wongb, Minhong Wangc, Songnia Laia, Kristal W.Y. Chana, Tim M.H. Lid, Debbie Chua, Ian K.W. Chana & Wai-ki Sunge(2013),Using 3D virtual environments to facilitate students in constructivist learning,Decision Support
