臺灣100專案介紹
No. 14
大同大學機械系微機電實驗室

大手牽小手,動手做玩具


「玩具」是每個人兒時最深的記憶與最早接觸和擁有的物件。這個計畫的目的是教導同學「如何動手製作器械玩具」、「如何善用手邊的材料與工具,進行一個自我創新的玩具製作」。專案由機械系同學擔任玩具課老師,曾經上過課的中學生為助教,教導小學生製作器械玩具,達到「大手牽小手」的意義。

「動手實作」向來都不是課程顯學,也不是升學主流。整個計畫由學生熟悉的玩具出發,設計「無電力、無電池」的玩具。首先必須了解不同的玩具在作用動力下,零組件搭配後的物理特徵及機構原理;當中包含風能轉換成動能的運用、液壓控制的概念、連桿的運動和干涉現象及材料選用等。同時教導同學如何操作工具機,自行進行材料加工,製作玩具零組件。而在合力完成作品的過程中,學生也學習相互溝通、自我表達與問題解決的能力。

專案具體內容:

彈珠台、投籃機、釣魚、3D棒球、機械手臂抓抓樂、極限平衡台……是否勾引起你兒時的回憶?這些玩具在規劃與製作時,必須融入大量的物理原理、能量轉換及液壓控制等技術。玩具對孩子而言,具有無限的魔力,而想要自己動手完成一個夢想中的玩具,就得認真學懂製作的原理;機械系教授簡昭珩說,課本教的機動學遠不及學生動手做出玩具,透過玩具不僅結合機構原理,還要考量安全性等,如小心尖銳物體,木頭邊都要磨平,更考驗其細心程度。

本課程以中小學學童為教學對象,本校機械系同學擔任玩具課老師,在每週六上午利用3小時的時間,開設免費課程,「大手牽小手」,不僅小學生動手學會了機械原理,機械系的大哥大姊亦可在教授小朋友過程中教學相長,提升自己的專業知識和能力。


【從手繪、電繪、到製作】

課程中,先講解玩具機構的物理現象及零件加工方式,同時學生於課堂上構思屬於自己的玩具架構。操作方式先讓學生手繪玩具圖並教導標記零件尺寸,經由助教利用電繪軟體呈現出手繪之立體圖形,讓學生瞭解其所設計的玩具於加工前之作動情形,同時進行檢討與修改。

接著教導學生正確及安全的加工機具使用,如跳鋸機、鑽孔機、刻磨機等機台,之後再由學生自行操作加工機台,製作自己設計之玩具零組件;最後進行玩具組裝完成。同時經由呈現平台(如競賽或操作)彼此互相觀摩與學習。

教學工具可分為三項,第一項為加工機教學、第二項為媒體影音教學及第三項實物作動教學:
一、機械加工工具教學──跳鋸機、鑽孔機、刻模機等機台操作使用。
二、利用網路多媒體教學──透過網路的相關玩具影片教學,學生可吸收到其他玩具之發想的概念。
三、實物作動說明──利用其他玩具作動方式講解其零件做動原理及方式,讓同學於實物中觀察其運動方式,進行自我玩具設計。

在引導學生學習並著手製作時,分為四步驟進行:
一、實物起發思考──利用實物及媒體影音的協助,刺激學生玩具創意的潛能,同時輔以玩具作動原理的解說,使學生能獨立設計出自我風格的玩具。同時利用教學投影片及相關影片的方式啟發同學的創意與設計。
二、手繪玩具架構圖──由學生手繪玩具設計圖,經助教利用電繪軟體呈現立體圖形,再進行解說其玩具作動方式。
三、執行製作──確認玩具零組件所使用的加工機台及加工程序,然後進行加工製作,最後進行玩具組裝。
四、作品呈現──利用競賽或互相觀摩的方式,使同學了解彼此設計的發想以及加工的精密性。


【結合鄰近中小學,打造大手牽小手】

課程是小班制,由多名本校機械系學生擔任老師進行個別指導。教學上由老師及助教進行全程參與及個別指導設計製作,而助教則是以前上過課程的國中生,教導鄰近小學生,達到「大手牽小手」的目標。課程在校長大力支持下,跳脫現有繁複行政程序。材料也以隨手可得之材料及家中不需要之物品為主,達到資源的善於利用。

製作過程中,一些物理原理常常令學生驚訝,一位中山國小4年級學生說,「沒想到針筒還可以用來夾娃娃,是我覺得最好玩的!」因為針筒的液壓原理可以設計來操作怪手,搭配小娃娃玩偶,可以製作出夜市裡受歡迎的夾娃娃機。小朋友們藉著參與學習設計這些親切的玩具,更懂得器械物理的運作。

在參與的國中校長及家長會鼎力支持下,我們有機會帶領團隊參與基隆市科展並獲得佳績,進而得到前往韓國舉辦之國際比賽機會。


成果與效益:

1.學生於課堂開始,是有點害怕機具加工的,在漸漸形成興趣及熱情後,開始主動加入自己的想法於製作玩具之零組件,並獨自完成其作品,在課餘時間透過通訊軟體主動詢問如何完成他有興趣的作品,並且能自行操作機台,完成自己的玩具。

2.開課後,有許多同學因為了解課程之目標後,逐漸加入於課堂當中,學生人數逐漸提升,經由來此上課之學生成為助教,教導鄰近小學生,推廣玩具之製作,達到當初之目標「大手牽小手」。

3.本課程多利用隨手可得的材料製作成玩具零組件,我們鼓勵學生多創作出屬於自己的零組件,並由助教們與學生一起探討實作的可能性及如何修改,並在討論過程中,共同激發助教與學生的思考能力。

4.此課程需同學及助教互相合作與觀摩,同時助教與學生較為接近,容易溝通與激勵,不僅限於玩具指導,還能在學生參與科展時給予適當之幫助,在科展成績表現優異。讓學生從原本害怕工具機,轉變成能自行操作;同時具有獨立思考與網路搜尋資料之能力。利用手邊材料製作,讓學生建立環保意識,材料隨手可得,無須花大錢購買。


影響力與擴散性:

在一年的課程中,學生人數逐漸增加,經由參與學校之校長將學生作品帶至教育會場,獲得極大迴響,有其他學校同學希望加入此課程。上學期課程的學生,參與了基隆市科展,獲得佳績,得到前往韓國參加國際比賽的機會。於是在課程結束後,繼續發揮創造力,在原本作品的基礎上加入微電腦控制,將機械與電子結合完成一台尋軌自走車玩具。

在國中工藝課程逐漸式微的當下,仍有許多學生希望未來進入技職體系,因此上學期有中和高中及西松高中國中部,邀請協助開設「創意自走車」及介紹加工機之操作與分享手作的樂趣,並在活動間透過小玩具的教學,使學生對高職機工科更加感到興趣。


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