示範教案一：SPIKE 小車前進挑戰
適用：初階／第一次接觸 SPIKE。
核心概念：馬達控制、速度、時間、距離、誤差。
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 教學目標 | 學生能組裝基本小車，使用馬達讓小車前進與停止，並測試距離後修正程式參數。 |
| 任務 | 讓小車從起點前進到 50 公分終點線，誤差越小越好。 |
| 分層挑戰 | L1：小車能前進。L2：能停在 50 公分附近。L3：連續測試 3 次，平均誤差最小。 |
| 教師提問 | 車子跑歪，是程式問題還是車體問題？如果要更準，應該先調速度、時間，還是輪子？ |
一、課程定位：SPIKE 不只是拼模型
SPIKE 課程的核心，不是讓學生照說明書完成一個會動的作品，而是讓學生經歷「設計、建構、測試、除錯、改良、表達」的學習循環。
結構與機構
穩固結構、輪軸、齒輪、連桿、重心與支撐。
控制與邏輯
馬達控制、順序、重複、條件判斷與事件觸發。
測試與除錯
判斷是結構、程式、感測器或環境造成問題。
合作與表達
能說明任務、設計理由、失敗原因與改良結果。
二、指導老師如何發展機器人課程
研習的重點不是只示範一個好玩的作品，而是讓老師帶走一套能自己轉化、共備與再設計的課程發展方法。
| 步驟 | 老師要做的事 | 範例 |
|---|---|---|
| 1. 決定學習目標 | 先判斷這堂課要教結構、馬達控制、感測器、條件判斷或專題整合。 | 本課不是「做避障車」，而是理解「距離感測器如何影響機器人行為」。 |
| 2. 選擇生活情境 | 把任務連回學生熟悉的校園或生活情境。 | 校園巡邏車、智慧送餐車、自動閘門、垃圾分類車。 |
| 3. 設計可測試任務 | 任務必須可觀察、可驗證、可重複測試。 | 遇到障礙物 10 公分內停止；看到紅色停、綠色前進。 |
| 4. 安排難度階梯 | 同一主題設計 L1、L2、L3，讓不同程度學生都能進入任務。 | L1 前進停止；L2 轉彎到點；L3 感測器自動反應。 |
| 5. 蒐集學習證據 | 要求學生留下測試紀錄、程式截圖、修改前後比較與口頭說明。 | 「我們原本會撞牆，後來把停止距離由 5 公分改成 12 公分。」 |
研習提醒：要讓老師知道，機器人課程不是把答案教完，而是設計一個讓學生能不斷測試與修正的場域。
三、課程設計公式：情境 → 任務 → 限制 → 測試 → 改良 → 分享
1 情境從校園或生活問題出發
2 任務明確描述要完成什麼
3 限制加入時間、距離、材料或規格
4 測試建立公平且可重複的測試流程
5 改良根據結果修正結構或程式
6 分享說明問題、改法與證據
四、學習進程：從積木到機器人
第一層：積木建構層
- 穩固結構
- 輪子與車體
- 齒輪與傳動
- 重心與支撐
第二層：動力控制層
- 馬達啟動與停止
- 速度、時間、方向
- 直行與轉彎
- 程式順序
第三層：感測互動層
- 距離感測
- 顏色辨識
- if 條件判斷
- 輸入 → 判斷 → 輸出
五、40 分鐘課堂 SOP
| 時間 | 流程 | 教師任務 |
|---|---|---|
| 0–5 分 | 引起動機 | 用失敗示範、情境故事或短任務引發問題。 |
| 5–10 分 | 任務說明與微教學 | 只教一個核心概念，例如馬達時間控制或距離感測器。 |
| 10–25 分 | 小組建構與程式設計 | 巡迴提問，不急著給答案。 |
| 25–32 分 | 統一測試 | 全班使用同一測試場域與成功標準。 |
| 32–37 分 | 除錯與改良 | 要求每組至少修改一項設計或程式參數。 |
| 37–40 分 | 分享與收斂 | 每組一句話：「我們改了什麼？結果如何？」 |
六、混齡差異化：同題不同層
L1 基礎層
完成最基本功能，建立成功經驗。
- 能前進
- 能停止
- 能完成簡單路線
L2 進階層
提高精準度或加入一個限制。
- 停在指定位置
- 加入轉彎
- 提升穩定度
L3 挑戰層
整合感測器、條件判斷與數據紀錄。
- 感測器自動反應
- 連續測試三次
- 比較修改前後成果
七、示範教學教案
示範教案二：避障車設計
適用：中階／已會基本小車控制。
核心概念：距離感測器、if 條件判斷、感測 → 判斷 → 動作。
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 教學目標 | 學生能使用距離感測器偵測障礙物，並透過條件判斷控制機器人停止、後退或轉向。 |
| 任務 | 小車前進時，若距離障礙物小於 10 公分，必須停止或改變方向。 |
| 分層挑戰 | L1：遇障礙會停止。L2：遇障礙會後退。L3：後退後轉向並繞開障礙。 |
| 教師提問 | 距離設太短會發生什麼？如果一直誤判，是感測器位置、程式條件，還是測試環境的問題？ |
示範教案三：智慧校園運送車
適用：進階／成果專題。
核心概念：車體結構、搬運穩定、路線規劃、感測器整合。
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 教學目標 | 學生能整合結構、馬達控制與感測器，完成一個校園情境任務，並以測試紀錄改良作品。 |
| 任務 | 設計一台小車，將物品從 A 區運送到 B 區，中途需通過轉彎區或避開障礙。 |
| 分層挑戰 | L1：能運送到 B 點。L2：能穩定通過轉彎區。L3：能避障或根據顏色做不同反應。 |
| 教師提問 | 物品掉落是車體問題、速度問題，還是路線問題？你們修改後有沒有數據證明更穩定？ |
八、評量規準：看見學習證據
| 評量面向 | 優良表現 | 基本表現 | 待加強 |
|---|---|---|---|
| 功能達標 | 穩定完成任務，能重複成功。 | 大致完成任務，偶有失誤。 | 尚未完成核心功能。 |
| 設計合理 | 結構與程式能相互配合，理由清楚。 | 設計可運作，但理由仍不完整。 | 作品能動但缺乏設計邏輯。 |
| 除錯改良 | 有測試紀錄，能指出問題並提出有效修正。 | 有嘗試修改，但紀錄不足。 | 遇到問題主要靠猜測或等待協助。 |
| 合作表達 | 分工清楚，每位成員能說明部分歷程。 | 部分成員主導，其他人參與較少。 | 分工不明，表達不清。 |
九、課堂經營工具
小組角色卡
- 組裝員：負責結構搭建
- 程式員：負責程式設計
- 測試員：負責測試與記錄
- 發表員：負責說明改良歷程
角色必須輪換，避免同一位學生長期壟斷操作。
訊號卡
- 綠卡：已達標，可挑戰 L2/L3
- 黃卡：卡住了，需要提示
- 紅卡：零件、設備或安全問題
老師優先處理紅卡，再處理黃卡，讓綠卡組自行延伸挑戰。
教師巡迴三問：你們現在的目標是什麼？你們覺得問題出在哪裡？下一次只改一件事，你們要改什麼？
十、SPIKE 課程主題延伸
初階主題
- 穩定小車
- 前進 50 公分
- 定點停止
- 自動門
中階主題
- 避障車
- 轉彎挑戰
- 顏色辨識反應
- 智慧停車場
進階主題
- 校園運送車
- 回收分類機
- 循線任務
- 救援機器人