NO.60-06 2021 DEC | 科學研習期刊目錄 本期專題 STEAM策略下的AI與機器人教育 機器學習與學習機器學習 | 蘇文鈺 疫情下生活科技課遠端教學的實施經驗分享 | 汪殿杰 AI機器人發展與教育推動 | 社團法人臺灣玉山機器人協會 在國小校園遇見AI人工智慧 | 林育沖 教學現場 AI-STEAM教學實例 | 張玉山、翁子涵 線上方式推動科技教育 | 薛雅云 臺北市國中小學人工智慧(AI)教育的推動 | 曾振富 我的第一堂AI課 | 呂聖泰、蔡孟辰、翁子涵 搭建國小機器人課程的任意門 | 楊秀全 宅配教材之探究實作視訊教學的課程設計與實踐 | 謝甫宜、謝明澄 科學新知 岩心標本知多少？！ | 梁勝雄、范力仁 臆測生物學 | 謝甫宜、謝秉璋 特約專欄 我們只有一個地球——全球環境氣候議題教學資源介紹 | 劉淑雯、黃譯平 COVID-19創疫課程：因應線上課程的STEAM課程設計與實踐 | 周靜儀 森棚教官數學題——三歲的小畫家 | 游森棚 科普活動報導 科普旅遊實務——白冷圳 | 陳正治、蘇明俊、林芷伊 疫情下的物理探究實作競賽 | 張智淳、余進忠、蘇萬生 總召集人的話 有件事情需要我們想想，牛頓時代沒有細分的系所，大師輩出；現在領域、系、所，分了又分，許多學者論文動輒百篇，然大師依舊屈指可數。以前的醫師是把個脈可以像CSI做診斷；現在的醫師當然也是分科很細，採用許多尖端儀器協助診斷病因。是我們分工更細更多，也將有限的資源更為弱化，卻又某天驀然回首說我們要跨域，因為我們發現思路變窄，視野不廣，覺得需要有互相支持的專業；要跨域要先能夠溝通，要有共同的語言則要透過基礎科學。基礎科學是慢慢地磨，教育扎根的工作跟挖下水道一樣，看不到亮點，卻影響甚鉅；而應用科學有賴於扎實的基礎科學養成，才能有成長及開花結果的機會。大家看到光鮮亮麗的成就背後都有著長久的積累，而非像阿拉丁神燈摸一摸就可以馬上有成果有亮點的。拋開社會上的功利及收割，我們是要規劃長久的未來，偶爾解決當下的問題！ 本期專題的主題——STEAM策略下的AI與機器人教育，呼應最近的新聞——2021年有12校增設人工智慧系，以及半導體學院設立等等。值得思考的是這些新設系所學位學程算不算個領域？或是資工系、電機系、機械系裡的某個組？暑假到了，好多的AI營隊、機器人營隊等等，都打著STEAM的招牌，這好像在一個科展作品中用了雷切、3D列印、Arduino等當紅設施；我們要如何判斷這是AI？還是機械領域裡面的自動控制？我們每天一定會使用的沖水馬桶浮球自動止住出水就是自動控制。 一個機器加了感測器(感官)及致動器(肌肉)的設施，還是需要一個控制器(大腦)，控制器當然就需要透過程式來實現學習、決策、判斷及下達指令，這樣就是個閉迴路控制系統。學習使用Scratch寫程式，就會有運算思維嗎？寫了程式就必然會用到演算法嗎？如何透過工人智慧的精神去學習人工智慧？是不是應該有很細緻的規劃及引導才能竟其功。 若要問寫程式最多的系所，很多人都會回答是資工系。然而，大家看看超級電腦放在氣象局，就應該知道跟流體力學有關的科系如大氣、機械、航太、水利、造船等才是需要龐大計算資源的。 專題主題及教學現場文章中，蘇文鈺老師分享其機器學習歷程的演進，從早期AI的提出電腦跑不動到現在電腦速度夠快可以實現AI，到組織學會並開發PAIA平台，服務學生程式學習進行AI/ML的操作。汪殿杰老師透過自身實作經驗，分享如何透過Google協作平台於疫情期間的許多教學作為以及遠距授課的各種樣態、作法及解決方案，還有許多經驗數字值得讀者參考、值得讀者學習。 「市面上充斥著各式各樣的相關科普產品，大多處於AI體驗階段…」AI知識學習與STEAM有何關係？AI機器人有哪些競賽？是純粹機器人還是有人工智慧的機器人？有哪些值得反思的地方？在國小校園如何遇見AI？在國小階段就有機會體驗、操作、思考AI與生活的關係，這很值得探究及評量其成效，學習其作法；在運算思維及程式設計的基本能力建立上會遇到那些困難？林育沖校長分享其經驗。曾振富校長也為大家介紹台北市中小學AI教育的推動軌跡及教材開發。AI-STEAM教學實例一文就可以讓我們省思，S.T.E.A.M.與STEAM的差異，有AI跟無AI的STEAM有那些本質上的差異；當我們在學習過程中發現有模糊不清之處，要回歸到定義，理解基本定義，才能有足夠的判斷能力。 市面上許多的補習班及營隊透過STEAM、AI名稱招生，有必要仔細檢驗這裡面的課程內容，不然漸漸的、慢慢滴，定義好像就積非成是了。AI人工智慧的學習是需要完整的知識體系，現存許多跟自動控制有關、有智慧製造或是智慧決策等功能的組件，都可以跟人工智慧有關係，能不能以人工智慧稱呼考驗大家的智慧。因此許多市面上或是牽拖點關係的都是需要回歸定義，不然只是先導的幾個初階學習，如知識學習、名詞學習。許多自動控制的學習被誤解成是人工智慧。 教學現場以線上方式推動科技教育會面臨哪些問題？ 以學生為中心的課程設計，透過自發互動共好的理念，讓學生有主動參與學習的機會，如何讓Brainstorming 的教學方式，很有效率及有成效的進行？我的第一堂AI課剛好給大家檢視如何看懂感測元件的使用說明書以及結合程式來做判斷；如何透過演算法訓練好感測器都是需要學習的。國小機器人課程學習可以建立運算思維以及學習演算法嗎？機器人組件組裝及課程是如何連結到演算法、運算思維、以及STEAM的？想知道疫情期間如何突破線上課程的限制進行探究與實作的教學——「宅配教材X視訊教學」——謝甫宜老師團隊說給你聽。 科學新知有兩篇文章——您知道什麼是岩心標本嗎？您知道岩心標本如何解讀嗎？您知道全國最大典藏岩心標本的地方在哪裡嗎？岩心箱中的岩心排列是按照甚麼法則放置？ 中央地調所豐富的岩心收藏值得探究，且看岩心標本知多少一一道來。融合浪漫與理性、創意與邏輯、紊亂與秩序的臆測生物學，在介紹優雅的古生物意象及演化為師之餘，也介紹許多值得一讀的書籍及書中珍貴的插圖。 特約專欄中，極端氣候的出現，認識氣候變遷帶來的影響，災難防制已成顯學，劉淑雯老師為您介紹優質的教育資源。如何透過STEAM教育理念作為核心，配合創意思考及翻轉教育激發的學生思考能力，來達成有效能的學習模式，COVID-19 創疫課程讓你有感；建構符合防疫的線上課程，透過與STEAM的密切磨合耦合，吸引學生興趣，更是學生學習系統設計，開拓眼界的機會。三歲小畫家讓您對於期望值有更深入的理解，務必嘗試，必然有解。 疫情下的許多變通考驗大家的智慧，中華民國物理教育學會余進忠理事長團隊舉辦第四屆全國高中探究實作競賽，鉅細靡遺地解決繁雜問題，令人佩服，整個經驗也值得傳承學習。 總召編輯委員 - 李旺龍 關於本刊 出版單位：國立臺灣科學教育館 發行人：劉火欽 總召集人：李旺龍 編輯委員： 物理科吳仲卿/陳耀榮/李柏翰/盧玉玲 | 化學科古建國/許良榮/王伯昌/林如章/周金城 | 生物科王美芬/蕭世輝/陳建志/郭淑妙 | 地球科學許民陽/王郁軒/李文禮/謝隆欽 科技科張玉山/汪殿杰/林育沖/趙珩宇 | 數學科李源順/鄧家駿/溫世展/張宮明 | 跨領域學科李名揚/連信仲 | 特約專欄 游森棚/黃琴扉/陳正改/劉淑雯 策劃：曾聰邦 主編：吳中益 本月專題特約主編：張玉山 編輯：佟冠誼/林博雅 網頁設計編輯：施曉恬 投稿規範請來信詢問：article@mail.ntsec.gov.tw

高中光學用三稜鏡或光柵分光，用肉眼判讀每條光譜對應特定波長，但誤差很大，很難客觀描述光譜顏色。偶然發現，透過光柵，可在夜間看到汽車頭燈為連續光譜、水銀燈為亮點光譜(Pic.1)，從光柵看世界竟是如此奇妙。 我們只使用攝影腳架、相機、凸透鏡、刻度圓盤、1200條/㎜光柵便組裝「攝譜儀」 (Pic.2)，不但成功鑑別鈉雙線，也可靈活拍攝遠方光源的光譜。 天文攝影常使用紅、藍、綠3種濾鏡，利用電腦影像疊合得到彩色的星雲照片，提供我們將「光譜影像數位化」的靈感，因為電腦不但可靈活放大影像，至少可鑑別3 萬 2 千種顏色，將各種顏色的光譜線轉成數位座標，不但可測量未知光源的光譜線所對應的波長、顏色，也成功鑑別5890、5896Å相差6 Å鈉雙線，深具實用價值。

自六十二年起大學聯考招生除作文外均採用電腦閱卷，因此閱卷電腦和我們有了密切的關係，並且引發了我們研究的動機。今各校亦仿大學聯考之方式舉行模擬考，並且請老師閱卷，我們為了減輕老師的負擔，乃設計了這套電幽，並儘量降低成本！以期推廣至各校普遍應用。上次我們的硬體（內部構造）設計，曾參加全國展覽，擭得各位師長的鼓勵以後，乃繼憤潛心研究，於課外時間製造完成本電腦，並完成初步的動作。為了消弭大眾對於電腦高深莫測的恐懼心，乃以淺顯的文字介紹電腦的內部構造，希望能幫助大家認識電腦，了解電腦並引起大家對電腦研究的好奇心，以破除電腦神祕的外衣。

The Boolean Satisfiability problem, called SAT for short, is the problem of determining if a set of constraints involving Boolean (True/False) variables can be simultaneously satisfied. SAT solvers have become an integral part in many computations that involve making choices subject to constraints, such as scheduling software, chip design, decision making for robots (and even Sudoku!). Given their practical applications, one question is when SAT problems become hard to solve. The problem difficulty depends on the constrainedness of the SAT instance, which is defined as the ratio of the number of constraints to the number of variables. Research in the early 90’s showed that SAT problems are easy to solve both when the constrainedness is low and when it is high, abruptly transitioning (“boiling over” ) from easy to hard in a very narrow region in the middle. My project is aimed at verifying this surprising finding. I wrote a basic SAT solver in Python and used it to solve a large number of randomly generated 3SAT problems with given level of constrainedness. My experimental results showed that the percentage of problems with satisfying assignment transitions sharply from 100% to 0% as constrainedness varies between 4 and 5. Right at this point, the time taken to solve the problems peaks sharply. Similar behavior also holds for 2SAT and 4SAT. Thus, SAT problems do seem to exhibit phase transition behavior; my experimental data supported my hypothesis.

Starting from the problem in AMC competition of Australia, we try to find out the locus and its length when a point in a regular polygon rolls in a circle. The result is that the locus has a wonderful and regular cycle.Next, we discuss the regularity of the cycle when a regular polygon（n sides） rolls in another regular polygon. Furthermore,we discuss the the equation of the locus by changing the radius and the angle of rolling. we find out the argument function of the locus of a point inside when a a regular polygon（n sides）rolls in another regular polygon （m sides）： ， Aj is the summits of the regular polygon（m sides）, Bjcorresponds Aj when a point inside the regular polygon (n sides) rolls, ) And then, we do some moving simulation with some computer math software, such as Cabri Geometry、Mupad, etc. We discuss the regularity of the locus and its equation of a point inside when some special cycloids, like asteroids, cardioids, etc, roll in a certain condition. Moreover, with the result of research 2, we create the “plate＂ and apply for a patent on it. We hope to study math by playing games. 從澳洲AMC 競賽題出發，嘗試探討一正n 邊形中的一點在單位圓內滾動軌跡及其軌跡長度，發現該軌跡均會產生奇妙的循環規律。 接下來，推廣探討正n 邊形在其他正多邊形中滾動時循環的規律，並利用旋轉半徑及角度之間的變化深入探討其滾動軌跡方程式，發現正n 邊形繞正m 邊形滾動時其內部一點軌跡參數式為，其中， Aj 為 正m 邊形之各頂點、Bj 為正n 邊形中內部一點旋轉時對應 Aj 之點，。 進一步想嘗試使用數學電腦軟體如：Cabri Geometry、Mupad 等對以上研究去做一些動態模擬，並再探討一些特殊擺線如：星狀線、心臟線…等，在條件下相切滾動時，圖中某一點的軌跡規律性及其方程式。另外，應用研究二中的結果，創造出寓數學於遊戲的「圖形板」，並申請了新型專利。

為了測量測量乒乓球彈跳，設計了測量的方法，基本構想是將乒乓球在木板上的彈跳（接觸與離開）視為開關的ON與OFF，將訊號產生器所產生的電訊號接到乒乓球上，木板接到電腦錄音輸入端，當乒乓球與木板接觸時，形成通路訊號進入電腦，由錄音程式加以記錄，反之為斷路，記錄停止。但如何將乒乓球、木板由不能導電的絕緣體轉換成可以導電的導體，而又不能影響乒乓球原本彈跳性質？想出了用2B鉛筆（含石墨）將乒乓球、木板塗黑轉變為導體的方法，解決這個問題後，成功測量出以下乒乓球彈跳時各項的記錄：1.彈跳次數2.碰撞作用力3.接觸時間4.飛行時間。最後以力感測器直接測量碰撞作用力，來驗正此實驗正確性。

對數位、光電的初步了解是在小三的科展，當時我是利用一個大型的凸透\r 聚光鏡，匯聚太陽光照射在不同的金屬導線之一端，而另一端接在冰冷的地\r 板上，用不同的金屬材料來做比較。利用微電流計測得不同的材料有不同大\r 小的電流，而且有不同的熱量。到國中的電學時了解到電阻熱功率的關係，\r P=IV 才知道，除非有『超傳導系統』否則任何物體必有電阻。進入國中時，\r 在電工課程中了解了數位的控制，產生了這方面的興趣。\r

NO.59-05 2020 OCT | 科學研習期刊目錄 本期專題 電池與化學 鋰離子電池的發展、應用與未來 | 洪為民 微型熔融鹽電解模組的設計與應用、應用與未來 | 廖旭茂 教學現場 動感自然課—體感式學習融入自然科教學 | 柯孟昌 會呼吸的瓶子 | 許良榮、辜家偉、楊家茜 火柴化學家：一根火柴的故事 | 江淑芳、陳坤龍 科學新知 自主性學習地圖規劃與研發歷程--以國立臺灣科學教育館常設展為範疇 | 于曉平 特約專欄 在繪本中發現漁船的構造與功能－像科學家一般的閱讀 | 劉淑雯、顧翠琴 音樂摩天輪STEAM創意課程 | 李易澄、黃琴扉 冬去春來高溫依舊 | 盧孟明 森棚教官數學題－信號發射臺 | 游森棚 科普活動報導 盲符TipFeel創作過程分享 | 張敏娟、楊夢萍、江皓全 大手拉小手 親子共學趣 | 黃真瑱、蘇萬生 全國高中探究實作競賽的三部曲 | 余進忠、蘇萬生 總召集人的話 化學電池是利用氧化還原反應將化學能轉變成電能的裝置；電解電池則是利用電能產生化學反應的裝置。所以，電池與化學關係緊密，本期特別以「電池與化學」為專題。 「本期專題」單元共有兩篇文章，〈鋰離子電池的發展、應用與未來〉介紹廣用在手機和筆記型電腦等無線電子產品的可充電電池—鋰離子電池—的發展、應用與未來。〈微型熔融鹽電解模組的設計與應用〉分享透過新開發的微型電解裝置，探討電解槽中陰、陽離子之移動與變化的實驗設計。 「教學現場」單元刊登三篇文章，〈動感自然課—體感式學習融入自然科教學〉分享在國小五年級自然課程中挑選三個單元導入體感式肢體活動與科學遊戲的經驗。〈會呼吸的瓶子〉分享利用寶特瓶、瓶蓋和吸管等簡易器材，讓瓶子很規律冒出空氣泡的「科學探究」實驗。〈火柴化學家：一根火柴的故事〉分享科工館以小五至國二學生為對象，辦理「元素殿堂的奇幻旅程」冬令營活動中，所規劃及實施的「一支火柴的故事/自製火柴，浴火磁生」活動課程。 「科學新知」單元刊登一篇文章，〈自主性學習地圖規劃與研發歷程--以國立臺灣科學教育館常設展為範疇〉介紹科教館透過「常設展區自主性學習地圖建置與運用」計畫以「人體的奧秘」、「探索物理世界」與「探索化學世界」三大展示區為範疇所建立的科學概念圖，以及依概念發展的邏輯順序串連各個展品，所連結形成的不同路線學習地圖。 「特約專欄」單元刊登四篇文章，〈在繪本中發現漁船的構造與功能--像科學家一般的閱讀〉分享如何教導國小學生透過閱讀三本繪本和以線畫方式創作漁船，關注漁船的結構與功能。〈音樂摩天輪STEAM創意課程〉分享透過團隊開發的STEAM動手做教具，以音樂摩天輪為主題，能建構學生多面向概念達到多元學習目標的教學策略。〈冬去春來高溫依舊〉針對今(2020)年上半年西伯利亞高溫更勝以往的現象，介紹相關數據和提出歸因分析。〈森棚教官數學題--信號發射臺〉拋出如何在兩個發射台之間, 等距增設三個發射台的問題。 「科普活動報導」單元刊登三篇文章，〈盲符TipFeel創作過程分享〉分享為視障者創作盲符TipFeel的過程和展望。〈大手拉小手 親子共學趣〉分享科教館於2019年度透過「女性科技人才」培育計畫之推動，增加設計多元的假日親子課程，增加孩子的學習機會、學習廣度以及營造良好的親子互動的經驗。〈全國高中探究實作競賽的三部曲〉則介紹物理教育學會所規劃含括「初試－素養命題筆試、複試－物理探究實作、決賽－物理辯論競賽」等三階段的「全國高中物理探究實作競賽」。 總召編輯委員 - 李隆盛 關於本刊 出版單位：國立臺灣科學教育館 發行人：劉火欽 總召集人：李隆盛 編輯委員： 物理科吳仲卿/陳耀榮/李柏翰/盧玉玲 | 化學科古建國/許良榮/王伯昌/林如章/周金城 | 生物科王美芬/蕭世輝/陳建志/郭淑妙 | 地球科學許民陽/王郁軒/李文禮/謝隆欽 科技科張玉山/汪殿杰/林育沖/趙珩宇 | 數學科李源順/鄧家駿/溫世展/張宮明 | 跨領域學科李名揚/連信仲 | 特約專欄 游森棚/黃琴扉/陳正改/劉淑雯 策劃：曾聰邦 主編：吳中益 本月專題特約主編：古建國 編輯：陳敬予 網頁設計編輯：施曉恬 投稿規範請來信詢問：article@mail.ntsec.gov.tw

物理學上，在處理眾多波動現象時（特別像是電磁波干涉繞射），目前大多是用 Huygen's 理論來解釋波前的內涵意義與各種干涉現象，而這個理論的方法是在波前上放上很多個點波源來解釋。這裡牽涉到一個困難→極限。現有理論是以數學上積分的方法把結果導出來。但是，對於某些可能遇到的實際狀況遠比理想中的複雜許多，精密理論推導的過程往往變的繁複與困難，所付出的心力是事倍功半；因此我希望能透過電腦快速計算及強大的繪圖能力，來探討與比較物理學上電磁波干涉繞射的種種現象，以彌補實驗室不易實驗的遺憾。

創意發想：在學習三角函數的三角測量應用時，由於立體感並非十分容易在平面中呈現，使得解題過程並相當困難。我們希望能透過程式，實際模擬出所看到的樣子，將有利於解決這方面的問題。學習美術者也需要了解一點透視的立體概念，皆可以透過程式來模擬。作品特色：我們的精神主要在於以高中的數學及物理為基礎，來研究其中的方法。除了研究3D 繪圖之基本原理，並著重於如何以程式實作，以達到高繪圖效能。預期效果：1. 讓電腦繪出有立體感(近大遠小)的圖形。2. 可以由不同位置及角度觀察物體。3. 讓立體影像具有光及影的效果。“想像您坐了一部直升機從1 樓向上到達頂端，觀看101 大樓有何不同的景象?!”Motive ：In learning the technique of triangulation, it is hard to show 3D coordinates on 2D graphics so that this kind of math problems is difficult to solve. We hope that we can simulate the 3D surroundings by programming to provide references in dealing the problems. In addition, painting learners also need the simulation to realize the concept of one-point perspective. Feature ：1. We do all the research based on mathematics and physics techniques learned in high school. 2. We not only figure out the method to draw 3D pictures but put some emphasis on how to use programming to run the method. Objective： 1. Let the computer draw 3D pictures, that is, the object looks big when near and small when far. 2. Making it possible to observe the object from different positions and angles. 3. Making the 3D pictures with lighting and shading effect. “Imagine how the sight would change while you are taking a ride on a helicopter from the ground to the top of Taipei 101.”\r

五上第三單元「奇妙的水」，讓我們認識水溶液酸鹼性及導電性。當電腦課上網發現「水果能導電也能當電池」的資料時，我們也希望能自製應用在生活中的水溶液電池。我們研究的內容包括：透過實驗找出做水溶液電池最好的方法、選擇適合的電池材料包括水溶液和正、負極材料的各種組合。經過實驗及討論發現：(一)使電力增強的方法有：1.選擇導電性佳、濃度較高（糖水例外）、串聯數目較多、溫度較高的水溶液。2.增加金屬片接觸面積、適合的正、負極材料和水溶液的組合。(二)漂白水和正、負極為（銅、鋁）的組合產生的電壓最高，只要串聯3杯就能使用LED燈、小鬧鐘、Call 機、計算機、電動玩具、小收音機，也是這次研究中的超級來電王。