談機器人教育 - NTNUrportal.lib.ntnu.edu.tw/bitstream/20.500.12235/...DOl : 10.6249/SE.2015.66.3.05 收稿日期: 2015/6115 修訂日期: 2015/8117 接受日期:2015/8/24 機器人競賽的裁判與指導教師

DOl : 10.6249/SE.2015.66.3.05 收稿日期 : 2015/6115 修訂日期 : 2015/8117 接受日期: 2015/8/24

機器人競賽的裁判與指導教師

談機器人教育

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學資

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陳駐幟

壹、前言

機器人技術突飛猛進，它綜合了機械、電子、傳感技術、資訊、人工智慧及工程

設計等領域的創新成果，透過各種組合創造機器人功能性，因此機器人非常適合作為

工程教育的實踐平臺。同時，機器人競賽可培養學生問題解決、創意思考能力，更可

以讓學生學會適應科技社會的能力(陳怡瑄，2008 ; Dek凹， Koch & Dudley, 2013 )。

機器人競賽在臺灣迄今約16年光景，每年由政府、大專院校、企業或民營機構辦

理的機器人比賽超過20場以上，約有6000名學生參加，參與指導的老師估計超過600位

(陳恰靜， 2012) 。就參加的師生而言，每場比賽僅少數隊伍可獲獎，因此參賽的教

育意義值得令人深思。另外，指導老師對於機器人競賽的看法與態度，更值得探討。

目前國內機器人競賽的研究，透過臺灣博碩士論文知識加值系統及臺灣期刊論文

索引系統，以機器人競賽或機器人比賽為關鍵字搜尋結果為25篇，其中有關中小學機

器人競賽者少於10篇。對於機器人競賽活動的指導教師或機器人教育師資之相關研究(

極為缺乏(張永康、盧玉玲， 2009) ，故本文之目的在探討機器人競賽的裁判與指導

老師對機器人競賽的看法，及機器人教育導人高中生活科技課程的可行性評估。最後

提出機器人教育的建議。

*本為通訊作者:陳怡青爭，通訊方式:sofiac@叩.edu.tw 。

7。中等教育第66卷第3期

機器人競賽的裁判與指導教師談機器人教育

貳、機器人競賽的發展與現況

目前全球每年超過 100項以上的機器人競賽，從小學到大學或社會人士都可參

加。國外對於機器人競賽的教育意義與成效之研究指出，機器人是綜合各學科的高

科技載具，可透過競賽項目作為專題導向的學習，驅使師生共同面對挑戰，學習機

器人相關知識(Andersen &Ravn, 2012; Calnan, Gifford, &Agah, 2012; Dek凹， Koch &

Dudley, 2013 )。

部分機器人競賽的進行方式，為選手需在有限時間內，合作組裝機器人並撰寫控

制程式，讓機器人可以自主完成任務，每隊由2-3位選手及一位指導老師組成，事先公

布任務， 2008年起部分賽事陸續增加現場公布的任務，考驗學生臨場應變及問題解決

能力(林基聰， 2013 ;陳怡瑄， 2008 ;陳淑怡、李奕昀、黃渝婷，2012) 。

目前國內對於機器人競賽的研究中，針對中小學的機器人賽事，以臺北市政府

主辦的臺北市校際盃機器人選拔賽，從2002年迄今歷史最久，項目包括指定任務的競

速賽，例如:機器人投籃、機器人走迷宮、軌跡障礙賽、機器人爬樓梯、機器人爬單

槓、阿里山之自行挑戰賽、機器人模擬汽車駕照路考等(林基聰，2013 ;陳恰靜、

吳明德， 2006) 。黃元彥 (2011 )針對國內參加WRO競賽學生的動機進行調查，並

探討學習動機與學習策略之關像。陳映良於2011年提出機器人競賽的挑戰策略及程式

開發。另外，對於First LEGO League (簡稱FLL) 競賽，李健輔於2012年提出臺灣的

機器人教育之研究及課程的設計尚待發展。林基聰於2013年指出學校教師參與度需提

高，需要提供機器人設備、教材及行政支援以提高參與意願。透過受訪者及專家歸納

提出對於臺灣青少年機器人競賽的辦理、題目、評審、獎勵等建議，並強調需要重視

競賽的準備過程及回歸教育的本質，讓師生可透過競賽相互交流與觀摩，激發學生的

創造力及問題解決能力(林基聰，2013) 。

參、研究方法

本文旨在探討機器人競賽的指導教師及裁判對於該活動的看法，分別就該活動的

教育意義，該活動對學生、老師及學校的影響，並提出機器人融人生活科技課程可行

性，最後，對於機器人競賽或機器人教育提出建議。

Septemb前， 2015 Secondary Education '1

為深入了解高中生活科技教師及裁判，對機器人競賽的看法並提出建議，故本文

以深度訪談法來蒐集資料。針對參與機器人競賽超過6年以上的高中生活科技教師與

裁判為對象，以3位擔任機器人競賽多年裁判的大學教授(代號為Al 、 A2及的) , 5

位指導機器人競賽多年的高中生活科技教師且曾多次獲得前三名獎項(代號為Bl 、

B2 、 B3 、 B4及B5) ，以深度訪談的方式進行。

文字敘述全部以受訪者的陳述語句呈現，訪談以現場記錄為主，並請受訪者確認

記錄內容，故可確定所記錄之內容為受訪者本意。

肆、結果與討論

本文從指導教師及裁判的角度，談論機器人競賽的教育意義，及其對學生、老師

及學校的影響，並提出對於機器人競賽或教育的建議，訪談結果依同一面向問題分項

呈現不同受訪者之回答內容，並加以歸納彙整。

一、機器人競賽的教育意義

能培養學生問題解決能力，發展多元能力，包括人際關係、創造力等，因此活動

目的值得正面肯定。可以藉由競賽活動，引起學生學習動機，豐富教學內容，讓學生

透過情境解決問題，發揮創意來建構統整性知識。

A2: r ... ，用機器人在解決比賽題目時... ，訓練敲子解決問題的能力，要學著去找

方法，問學長或老師，會需要用到物理、數學或各種知識來解決。...，提供他環

境，從做中學，讓學生有機會去體會過程，利用過程來學習。...J

A3: r 透過這個活動... , ...目標重點在於培養學生對於機器人教育或所謂科技相關學

習的興趣，但是，最重要的一點，培養學生問題解決與創造的能力，必須要有辦

法獨立去解決問題。... J

BI: r機器人競賽本身是一種新的學習型態，很有價值。」

B2: r...只要是比賽對師生都會有幫助，... ，最重要的走過程，學生要去解決問

題。 "'J

B5: r...它是一個趨勢，日本還有很多國家都很專注在這塊的發展，我覺得臺灣不能

落後方才對。如果做的好將可提升國家競爭力。」

(

72 中等教育第66卷第3期


機器人競賽是世界趨勢，真正面意義且有價值的活動，可歐發學習興趣，提供從

做中學、從競賽中學習 (A2 ' A3 、 BI 、 B2 ' B5) ，並可培養問題解決、創造力、自

主學習、統整知識的應用進而提升孩子的競爭力(A2 ' A3 、 B2 、 B5)

二、機器人競賽對學生的影響

能培養問題解決能力，讓學生有多元能力的發展，包括人際關係、創造力等，因

此活動目的值得正面肯定。可藉由競賽活動，引起學生學習動機，讓學生透過情境問

題解決，發揮創意來建構統整性的知識，進而學會帶著走的能力。

AI: r ...我覺得越小的學生，其實對於機器人的興趣，可以去多做發的， ... J

A2: r ...比賽的目標，提供學生有一個互相交流的機會，可以閉眼界，學習別人的解

題策略。... J

A3: r ... ，所以競賽活動... ，是敢發他這方面學習的興趣，發展出問題解決能力與創

造力，對於這些能力的培養是最核心的，這個才是關鍵，...因為科技是不限定解

決方案的唯一性，這就是一個很好的載體，... 0 ••• J

B4: r ...在過程中還是有很多的學習，包括人際關像、思考能力和榮譽戚的增加都非

常有幫助。... J

B5: r ...對於問題解決及創造力有提升的作用，當然他會遇到挫折，但在挫折過後他

會自己再去思考，他會有進步。... J

機器人競賽可敢發學習興趣(蚓、 A3) ，培養問題解決、創造力、思考能力等

能力(的、 B4 、 B5) ，增進人際關係及交流學習的機會 (A2 、 B4) 。

二、機器人競賽對教師的影響

(一)教師主動學習科技新知自我提昇

可促進教師專業成長，老師會主動參與相關研習課程提升專業知能，利用新科技

設計教學活動，進而能指導學生參加競賽。

B2: r ...老師從學生身上可以發現有些是老師沒想到的... J

B2: r 我去聽過的研習，我會逼我自己去教，去設計一個NXT課程後來教， ...。

看到相關的研習，就會看看其他不一樣的系統如何教學，... ，會逼自己辨研

習， ... 0 J

September, 2015 Secondary Education 73

B3: r 如果以競賽而言，我覺得老師所介紹的只是基本的程式與操作，戚測器的概

念，提供一些範例， ••. J

B4: r ...因為有機器人競賽所以開始注意這方面的訊息，參加研習很有幫助，上網找

資料可以促進自己進步。... J

B5: r ...現在網路上的資源很多， ... ，要自我學習也比較容易些。從學生討論的過程

中也可教學相長， ... J

總之，老師因指導學生參加機器人競賽，需主動學習 (B2 、蚓、 B5) ，且蒐集

教學資源、 (B2 、 B4 、 B5) 來自我學習或提供學生參考，也有老師因此樂於辦理推廣

活動 (B2) 。

(二)以學生為中心，教師角色多元

老師們指導過程中發現，可透過競賽引起學生學習動機，除了教學外，還須扮演

陪伴、引導及激勵的多元角色，給學生發揮空間讓他自己去找答案。

B2: r ... ，所以老師...要適當的給他們指導與意見，...幫助他們收做出他們可以達到

的， ... J

B5: r...在問題的思考方向，...老師應該扮演陪伴與激勵的角色，當然最重要的是教

學。... J

Bl: r... ，創意思考需要練習，...。老師指導的方式也不能像傳統的教學一樣，.

在機器人這個部分老師不能成為答案的提供者。... J

B3: r...老師要扮演的角色是從旁引導學生的方向，另一是監督，... 0 J

A2: r... ，老師不要急著把自己的答案或想法告訴學生。...機器人讓措子有很多發揮

的創意與組裝"'J

B3: r ...我會放手去讓學生做這方面創意的組裝結構的發揮，但是我會提供一些資料

讓學生去參考。老師的角色是從基本的原理跟引導入門， ... 0 J

從訪談的結果歸納得知，老師需同時扮演多種角色來指導學生，如:引導、適時

監督或提醒 (A2 、 B3) 、陪伴激勵 (B5) 等角色，提供學生思考空間 (A2 、 Bl )

ζ



(三)教學方法多元，跨領域整合應用

指導競賽的過程中，老師會運用多元的教學方法，提升教學成效。

Bl: r ...運用情境式教學法， ... ，與學生分析這個問題與哪些學科有關。學生遭遇到

問題或困難時，我再把學科相關的知識帶進來。」

B3: r 我比較傾向從應用的主題來思考，...以目標出發，讓學生思考怎樣達成目

標。... 0 ••• ，要解決問題需要用到哪些物理學的知識或數學知識來去整合。...J

B4: r 我覺得可以讓學生透過遊戲讓他有興趣去切入，引起動機，從機器人先切

A"'J

可運用情境教學法(Bl)、問題導向 (B3) 、專題導向 (B3) 、目標導向

(B3) 遊戲式 (B4) 等教學法，亦可與其他學科整合(Bl) ，引起學習動機，讓學

生對機器人廠興趣(B4) 。機器人是個統整性的科技產品，需運用知識並動手實踐，

才能讓機器人有智慧並自主完成任務。

四、機器人競賽對學校的影響

重視比賽過程與教學意義，學校提供資源與支持，引進家長及外部資源。

A2: r... ，老師若能善加利用比賽的結呆，給學生正面的指引，要學會正視失敗的結

果，家長與老師都需要給予適當的引導。...J

A3: r... ，有競賽有獎勵， ... ，行政人員就會比較支持，就老師來講就會得到比較多

的支援， ... J

就裁判的角度而言，機器人競賽對學校的影響是正面的，但學校不能只看競賽成

~'需給老師資源及支持，引進家長等外部資源 (A2及A3) ，這樣才能鼓勵更多老

師參與多元的科技與實作活動或競賽以活他教學。

五、於高中生活科技課進行機器人教學的可行性

(一)就課程內容而言

機器人競賽的目標與高中生活科技課程的相關性高，且符合生活科技的教學目

標，可適當導人高中生活科技課程單元中。機器人導人高中生活科技課程中，老師需

設計整合式課程活動，讓學生可藉此7解科技概念，同時進行生涯試探。


A3: r ...可以與生活科技中原來的資訊、運輸做結合，這兩個領域結合就就很自然是

機器人的概念， ... ，如果還要再廣一點，就是再結合製造領域，... J

Bl: r ...學生可以透過這個東西看到科技的應用，包括運輸、製造科技、整合式的課

程活動，讓學生體會到科技領域，有涵蓋這麼多領域， ... ，且與生活科技的教學

目標是一致的。」

B2: r 我覺得機器人在生活科技課程上是不錯的，... ，運輸與動力其實都與機器人蠻

相關的，而且只要是在動手做的方面也蠻有幫助的。這些都跟生活科技課程所要

強調的都非常相符。...J

B3: r 以高中生活科技來講，運輸科技、能源動力、創意設計都有關像。...放在電子

傳播或運輸科技， ... J

多數老師認為生活科技課程結合機器人的教學內容可行性高，可與運輸科技、能

源動力及製造科技的內容結合 (Bl 、 B2及B3)

(二)就課程規劃而至

現有生活科技課程若欲加入機器人相關知識，可採統整或融入方式進行。

A3: r ...因為以最方便的方式，不改變原來課程的主蕪構，就是設計統整課程，資

訊、傳播、管建與製造， ... J

Bl: r ...如:營建科技與機器人整合式專題， ...約高一最後六週的課程。...核心課程

其中有創意設計的部分， ... ，核心課程的概念就是要動手做，... 0 ••• ，如果有開

進階課程的話，其實機器人是從製造業先起家的，所以放在製造科技最好，... J

B3: r 我覺得融入到生活料技課程是可以的，如果他未來有興趣往機械、資訊發展的

話，對未來是有幫助的。...。以前工藝時代有強調職業試探的功能，現在生活科

技反而強調科技素養，就不知道為什麼把這塊拋掉了，而且職業試探這塊蠻重要

的， ... J

B5: r ...生活科技比較傾向動手做，動手做可以提高成就戚， ... 0 ...同時，可以發掘

學生的學習潛能，如:空間概念等... J

透過統整課程 (A3) ，結合營建專題、創意設計等單元 (Bl) ，或與生涯輔導

課程結合進釘職業試探 (B3) ，提高學生成就戚及發掘潛能 (B5) 。

L



(三)就師資而言

指導學生參與機器人競賽的生活科技教師，所需專業知能與心態是機器人教育的

關鍵。還有就是教育理念，及對機器人的認同獻。生活科技教師多半具備資訊及電子

相關知能，相較於程式而盲，比較需加強機械結構方面的知能。而生活科技教師的養

成訓練是足以勝任機器人競賽的指導老師。

A3: r ...科班培養的老師，能力不是問題，問題都在於心態，是否具備設計統整課程

的能力， ... J

Bl: r ...對程式設計要有概念。創意思考的訓練才是關鍵，第二個部分實務的部分應

該算是機構，程式反而是比較容易克服的。... J

B2: r ... ，其實還蠻容易入門的。...，生活科技老師必須要隨時更新，... J

B4: r ...。所以主動學習還是很重要的...。機器人最重要的是去動手做，團隊很重

要，如果有伴，有興趣就可以激發出不同的想法。... J

B5: r ...保持好奇心，關心生活上的科技應用，可以讓創意的發想更容易... J

綜合訪談結果，指導老師的心態最重要 (A3) ，如主動求知、好奇心、喜歡動手

做、對機器人戚興趣 (B2 ' B4) 。其次就是專業知能的進修，如:統整課程的設計

(A3)、程式設計 (Bl )、創意思考 (Bl )及機械結構 (B 1)等能力。相關背景知

識可從做中學 (B4) ，主動學習 (B4)去獲得。

六、對機器人競賽或教育發展的建議

其多年參賽經驗的裁判及指導老師們，對於競賽的後續發展分別針對課程、師資

教育行政單位之建議。

(一)對課程而言

實施機器人課程，在課程的規劃、教學內容、教學方式等相關建議如下:

A3: r ... ，讓實作課程可兩節連排，讓學生有完整的學習，也可減少老師教學準備的

負擔， ... J

B2: r ，例如:模擬公車， ... ，這樣可能就不需要太多的組裝，很簡單的程

式， J

B3: r ... ，因為任教的班級數多，做好一個產品，器材永遠一直在拆裝，作品沒有辦


法延續，就可能用單元式的作業。理想的話三個人一組最恰當， ...我覺得兩節連

排最恰當的， ..• J

B5: r 可以設計統整教學能力的棋組，... ，必須結合教學相關的主題，... J

對於課程安排可設計統整教學能力模組 (B5) ，簡化組裝與程式步驟 (B2)

分組教學 (B2 、 B3) ，可將實作單元他 (B3) ，並建議將實作課程兩節連排，以利

教學準備並提升學習成效 (A3 、 B3) 。

(二)對師資而言

教師們要指導機器人競賽除了參加機器人研習外，對於研習規劃、課程內容及教

學資源等都需有配套措施，因此提出一些真體作法。

A3 r ... , ... ，高中接觸學科中心是最有效的途徑，如果是國中小就是學科的輔導團

就是一個有效的媒介， ... 0 J

Bl: r... ，創意思考需要練習， ... J

B2: r 三到五天的研習課程，就可以搞定，...。可以辦教案分享。若辦教案競賽可能

比車交有意義， ... J

B3: r ...。我會建議入門班可以擴大辦理，若全省各縣市都擴大辦理的話，我覺得推

廣效果就是很好的，六個小時應該夠， ... ，利用領域共同時間來研習最好，... J

B4: r ... ，還要在職進修的話，大概十八個小時...，如果有程式設計的能力，學過初

階的入門課程至少六小時，進階針對程式的部分，再來就強化結構的部分。...J

B5: r...參與研習一些可參考的統整式教學活動。...J

透過縣市、學科中心或輔導團辦理的機器人研習，教師能學習相關知能 (A3 、

B3) 。可擴大辦理人門研習程，時數約6小時 (B3 、 B4) ，進階課程可安排程式及機

械結構，約12小時 (B3 、 B的。設計統整式教學活動作為活動內容以供老師教學參考

(B5) ，並可辦理教案分享或競賽(B2) 。除了持續推廣人門研習，機械結構及程式

設計等進階課程更需有系統的規劃。

(三)對教育行政單位的建議

學校要導人機器人教學，需要把注經費及教育主管機關的支持，訂定配套政策，

以利機器λ競賽、活動或課程之推廣與實施。受訪者提出參考建議如下:

AI: r 地方政府的角色來看，要能持續推動機器人競賽，規模要能漸漸拓展，因為機

':::;i"



器人不是考試科目，所以沒辦法一下就看到很好的成果， ... J

A2: r ... ，大學的電機率也會先用簡單的零件讓學生學到很多戚測器，程式的部分，

也可以讓學生提早接觸圖控程式的訓練。」

A3: r ...推展機器人教育的隱憂，但真正落實到課程教學層次的學校非常少，因為資

源不夠，能進行教學的老師也不夠，色括行政支援、排諜，學校可以分年度重點

支持某一個學科的發展，才是一個好的策略，讓一個學科得以有充分的設備進行

教學，有效的解決不同學科的問題。」

BI: r... 。但站在學科中心的立場，我們可以去提倡這個活動，但也可以出來辨競

賽，可以不限廠牌，像現在辨的競賽，教育主管機關可以不限廠牌，也可以達到

推廣的目的。」

B2: r 設備是...問題...J

B3: r...理想的話三個人一組最恰當，...。最需要的還是設備，... 0 J

B4: r ...加上器材的耗損，可能要多準備。... J

B5: r 政府多關切給更多的資源，因為機器人要學的好，沒有資源與設備是不可能

的，要家長或學校全額負擔也很不容易。...，機器人產品推陳出斬，但要找一個

讓學生容易上手的設備似乎不太容易，... J

綜合上述，要推動機器人教育，當務之急是補助機器人經費，充實設備 (AI 、

A2 、的、 BI 、 B2 、 B3 、 B4 、 B5) ，開放系統，適度競爭，以利機器人教育之推動

(BI 、 B5) 。機器人教育之推動需學校行政及課程規劃的支持與配合，有系統的逐年

發展學科特色，成效易彰顯 (A3 )。

C恆、結論與建議

一、結論

彙整訪談結果與發現，歸納如下結論:

l 機器人競賽是個有意義且值得讓師生共同成長的活動，對教師專業成長有正面影

響，老師會主動參與相關研習提升教學知能。

2 競賽指導老師的專業知能，除了需要電腦基本知識，其次為興趣，最重要的是主動


學習的態度，還有問題解決的教學策略。

3.機器人競賽與高中生活科技的目標及教學理念一致，因此將其導人高中生活科技課

程可豐富教學內容，讓學生學會統整的科技應用。

4.善用高中生活科技課程新課綱的優勢，彈性規劃課程內容，適當地將機器人導人課

程中。可以先從社團開始，逐漸轉化為學校本位課程。

5.政府機關及學校行政單位要給予支持，包括競賽及課程發展、排課、設備、場地

等，讓老師願意投人機器人教學。

二、建議

l 成立機器人教育專賣部門或管理單位，制定機器人競賽與教育相關政策與規範，以

利機器人教育之推展。例如:新加坡的教育科技署、中國大陸的青少年科協。

2.建立知識分享平臺'資源公開或共享，以提高師生對於機器人教育之參與程度。例

如:新加坡科學館機器人學習中心。

3.建議可跨領域或跨科整合推展機器人教育，或行政單位跨部門合作推動，配合十二

年國教政策，順應全球趨勢朝STEM教育發展。

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September, 2015 Secondary Education 8軍

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