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教出科學探究力

為了解決點煙器電壓表的問題，作者鄭志鵬（小P老師） 這樣論述：

「科學素養」教學面第一本！ 你不能不知道的課綱關鍵字：探究與實作 108自然領綱委員親自解答 怎麼「教」？怎麼「學」？怎麼「考」？ 　　108自然領綱強調「科學素養」及「探究與實作」，期盼培養孩子科學探究的思考方式與技能，擁有受用一生的科學能力、態度與習慣，來面對瞬息萬變的未來挑戰。 　　然而什麼是「科學素養」？什麼是「探究與實作」？「探究與實作」納入自然科考題又將怎麼考？對大部分家長來說仍是萬般疑惑。對於第一線教師而言，素養導向教學最困難之處在於，如何在有限的教學時數下融入「探究與實作」理念？如何在實施「探究式課程」的同時兼顧學生考試成績？是課程設計與教學的最大痛點。 　　

本書作者鄭志鵬老師（小P老師）現為十二年國教自然領綱委員，近年來投入莫大心力於課綱編修任務中。他也是一名熱血的國中科學教師，最喜歡問學生「為什麼」，時常告訴孩子：「學習科學，記得要對真理保持10%的懷疑。」他更期許自己的教學能成為理查・費曼（Richard P. Feynman）口中的「真正的科學教育」——可以讓學生嘗試失敗的科學教育。 　　他以深入淺出的文字，娓娓道來自然領域課綱自九年一貫課程到108課綱的變遷，並分享科學教育中最需要傳達給國中小學生的關鍵能力。書中亦收錄他經過年復一年的嘗試，找到可行且有效的「探究式教學」模式。 　　不論是平日用心於教養或關心教改的教師或家長，關於新課綱

的諸多疑惑，都能在本書中找到解答，一舉掃除對自然科學領域課程的迷思。讓我們共同成為孩子的學習鷹架，陪伴他們在學校課堂與日常生活中就能學好科學課程，成為一個具備科學素養的現代公民！ 　　「培養孩子帶著走的探究能力與科學素養， 　　不只為了把學校的科學課程學得更好， 　　更是為了未來能遷移所學的知識與能力， 　　讓他們能成為自己想要的樣子。」——小P老師 　　★本書特別推薦以下讀者 　　◇ 為第一線教師，破解常見迷思 ◇ 　　・「科學素養」是什麼？該怎麼教？ 　　・素養導向教學中的「探究與實作」是什麼？ 　　・如何設計一堂有趣的「探究式」課程與教學？ 　　・素養導向教學跟知識型的考試有衝突嗎

？ 　　・如何協助學生因應變化難測的素養導向試題？ 　　◇ 為關心教育的家長，徹底解析「素養」◇ 　　・為什麼十二年國教課綱科學課程很重視「科學素養」？ 　　・怎麼陪伴孩子面對不同學習階段的自然科學課程？ 　　・當孩子的自然科成績不見起色，如何配合學校教學幫助孩子快快跟上？ 　　・素養導向試題強調在生活中應用科學知識的能力，該如何準備？ 　　・如何陪伴孩子從小開始培養科學探究能力？ 真誠推薦 　　吳月鈴   十二年國教自然領綱委員、教育部探究增能計畫教練 　　林百鴻　高雄市教育局課程督學 　　林怡辰   國小教師、閱讀推廣人 　　林莞如　十二年國教自然領綱委員、第一屆全國Power教師

　　陳竹亭　國立臺灣大學化學系名譽教授 　　莊福泰　高雄中學校長 　　黃子欣　康橋國際學校教師、「未來教育臺灣100」2019專案入選 　　黃國珍　品學堂創辦人、《閱讀理解》學習誌總編輯 　　葉丙成　台大教授、無界塾創辦人 　　藍偉瑩　社團法人瑩光教育協會理事長 　　謝彩凡　新竹縣博愛國中老師、學思達核心老師 　　蘇文鈺　成功大學資工系教授 　　蘇明進　台中市大元國小老師 　　嚴天浩　LIS情境科學教材執行長 　　——依姓名筆畫排序  

小型智能機器人製作全攻略（第5版）

為了解決點煙器電壓表的問題，作者（美）戈登·麥庫姆 這樣論述：

小型智能機器人製作全攻略 是小型智能機器人製作的資料寶典，通過實例講解，告訴你製作機器人需要掌握的綜合知識，內容翔實，通俗易懂。初學者可以邊玩邊學，瞭解小型智能機器人設計、製作和使用的技巧。有一定製作經驗的愛好者也可以從本書中“淘”到不少好點子。   本書已經是第5版了，在前4版的基礎上做了大量更新了，增加了新的電機、感測器和模組的專案應用實例。這本書意在啟發你使用不同的元件來構建機器人，你可以按自己喜歡的方式把書裡介紹的模組化的專案加以組合，創建出各種形狀和尺寸、高度智能化的機器人。 Gordon McComb的作品涵蓋業餘愛好者和機器人教育領域，有著30年的寫作經驗，被M

AKE雜誌稱為“業餘機器人之父”。他是《小型智能機器人製作全攻略》一書前4個版本的作者，該書在業餘機器人愛好者中廣受好評。被翻譯為多種語言。 譯者   臧海波 網名“digi01”，國內創客，也是《無線電》雜誌作者。在網路上有一定知名度和號召力，被愛好者稱為“機器人DIY界的元老”。在《無線電》雜誌上連載機器人製作、音訊DIY等門類的文章，並參與翻譯《愛上製作》系列圖書。 前言 致謝 簡介 第一部分 — 機器人建造中的科學與藝術 第一章 — 成為機器人建造大師 為什麼要建造機器人？ 簡單到超乎你的想像 需要掌握的技術 自製、套件，或者成品？ 第二章 — 機器人的構造 固定與

移動式機器人 自動與遙控式機器人 人工與自主機器人 那麼，機器人到底是什麼？ 機器人的身體 運動機構 動力系統 感測器 輸出設備 第三章 — 建造機器人的安全須知 專案安全 焊接安全 防火安全 電池安全 防止靜電損害 用電安全 急救措施 P9 第二部分 建造機器人 第四章 準備材料 本地或線上電子經銷商 專業網上機器人零售商 工藝用品商店 手工製作商店 五金和裝修材料商店 有計劃的一次性採購 其他有價值的零售商 回收：利用現有資源 做事情有條理 第五章— 機器人建造入門 選擇合適的建造材料 建造機器人所需的基本工具 五金用品 機械加工技術 第六章 — 用生活材料製作機器人 用輕型材料快速搭建

機器人 底板的切割與鑽孔 用熱熔膠把材料組合到一起 使用臨時緊固件快速成型 把玩具改造成高科技機器人 用搜羅到的材料建造機器人 第七章 — 木制機器人 使用硬木還是軟木 實木板還是膠合板 木材切割技巧 現學現做——打造一個帶動力的木制平臺 第八章 — 塑制機器人 適用于機器人的塑膠種類 製作機器人的首選塑膠 塑膠的購買方式 硬性發泡PVC的優點 確定板材厚度 怎麼切割塑膠 怎麼給塑膠鑽孔 P10 製作塑膠底盤 製作塑膠框架 塑膠的彎曲定型 塑膠邊緣的打磨 怎麼粘合塑膠 怎麼給塑膠上色 打造一個帶動力的塑制平臺 第九章 — 金屬制機器人 適合用來製作機器人的金屬 測量金屬厚度 什麼是熱處理 怎麼

購買適用于機器人的金屬材料 適用于機器人的可回收金屬材料 金屬加工技術 建造CrossBot——一個“免切割”金屬平臺 第十章 — 用數位技術建造機器人 設計切割鑽孔佈局 使用CNC雕刻機 使用鐳射切割機 使用3D印表機 第十一章 — 組裝技術 螺絲、螺母和其他緊固件 各種支架 粘合劑的選擇和使用 第三部分 讓你的機器人動起來 第十二章 — 電池和電源 常見電源概覽 適用于機器人的電池 瞭解電池規格 可充電電池 機器人電池概覽 常見電池尺寸 提升電池容量 電源和電池的電路符號 使用和電池配套的電池盒 P11 使用可充電電池組 電池安裝技巧 電池與機器人的連接 注意電池極性 增加熔絲保護 穩壓

電源 處理電力不足的問題 網上內容：附加資訊 第十三章 — 讓你的機器人動起來 選擇一種行走機構 輪式行走機構 履帶式行走機構 腿式行走機構 其他運動方式 網上資源：限制機器人的重量 選擇正確的電動機 電動機參數 測量電機電流 解決電壓跌落問題 第十四章 — 使用直流電動機 直流電動機工作原理 瞭解直流電動機的規格 控制直流電動機 用開關控制電機 用繼電器控制電機 用電晶體控制電機 用MOSFET功率管控制電機 用橋模組控制電機 控制直流電動機的轉速 抑制電磁雜訊 為機器人選擇電動機 第十五章 — 使用舵機 R/C舵機的工作原理 R/C舵機的控制信號 內部電位器的作用 特殊用途的舵機類型和尺寸

齒輪機構和輸出力度 P12 輸出軸的軸襯和軸承 連接器種類及配線 類比舵機與數位舵機 舵機控制電路 使用可連續旋轉的舵機 用舵機控制感測器雲台 用舵機控制腿關節、手臂和手指 第十六章 — 安裝電動機和車輪 安裝直流電動機 安裝R/C舵機 在軸上安裝動力傳動系統 車輪與直流齒輪減速電機的安裝 車輪與R/C舵機的安裝 安裝舵機聯動機構 適用于機器人的傳動零件 使用剛性和柔性軸連接器 電動機輸出軸的形制 第四部分 製作你的第 一個機器人 第十七章 — 搭建輪式機器人 輪式驅動機器人的設計原則 雙電動機BasicBot 附加項目：雙層結構的RoverBot 搭建4WD機器人 兩個快速成型的輪式平臺

第十八章 — 搭建履帶式機器人 履帶式機器人的科技魅力 第十九章 — 搭建步行式機器人 步行式機器人概覽 選擇最佳結構材料 從零開始還是使用套件 腿部動力 步行機器人的步態分析 搭建3個舵機的昆蟲機器人 P13 第二十章 — 搭建機器臂和夾持器 人類手臂的構造 機器臂上的自由度 機器臂的類型 驅動技術 搭建一個3自由度的腕關節 用套件搭建機器臂 用夾持器構成機器爪 第五部分 機器人電子學 第二十一章 — 機器人電子學入門 電子製作必備工具 電路製作基礎入門 熟悉導線與配線方法 焊接技巧 第二十二章 — 機器人常用電子元件 首先要認識電子元件的符號 固定電阻 電位器 電容 二極體 發光二極體

（LED） 電晶體 積體電路 開關 繼電器 其他元件 網上內容：元件採購 第二十三章 — 製作電路 使用免焊電路實驗板 用免焊電路實驗板搭建電路的步驟 製作永久性免焊電路 給機器人安裝免焊電路實驗板 使用好免焊電路實驗板的竅門 製作電路板 P14 使用原型開發板 給電路板配上插針 最佳連接方式 第六部分 機器人的大腦 第二十四章 — 機器人的智慧 基本大腦 從簡單開始！ 分立元件構成的大腦 輸入和輸出 認識單片機 單片機的形狀和規格 單片機的內部結構 單片機的速度 網上內容：程式設計入門 第二十五章 — 使用Arduino Arduino的結構 用擴展板擴展介面 版本分類 USB連接與電源

Arduino的引腳 給Arduino程式設計 給機器人程式設計 使用舵機 創建自訂函數 控制兩個舵機 流控結構 使用串口監視器 一些常用的機器人函數 第二十六章 — 使用BBC Micro：bit 認識BBC Micro：bit 選擇程式設計語言 Micro：bit的擴展包 給Micro：bit上傳程式 實用的機器人功能 P15 第二十七章 — 使用樹莓派 樹莓派的內部結構 樹莓派電路板的規格 樹莓派的供電 選擇作業系統 登錄樹莓派 硬體擴展 認識GPIO引腳 程式設計選項 一些常用的機器人功能 樹莓派的高級功能 第二十八章 — 其他適用于機器人的單片機 使用PICAXE 使用Paralla

x BASIC Stamp 使用Parallax Propeller 第二十九章 — 單片機的硬體介面 感測器輸入 電動機和其他執行器 數位輸出介面 數位I/O介面 類比輸入介面 使用模數轉換 使用數模轉換 多信號輸入輸出結構 USB連接 網上內容：擴展I/O介面 遵循科學設計原則 第七部分 機器人感測器 第三十章 — 觸感 什麼是觸感 機械開關 使用按鈕消抖電路 開關的軟體消抖 給碰撞開關程式設計 機械式壓力感測器 P16 用麥克風製作觸覺感測器 其他種類的“觸覺”感測器 網上內容：壓電陶瓷式感測器 第三十一章 — 接近與測距 設計概述 簡單紅外接近感測器 調製型紅外接近探測器 紅外測距

網上內容：使用被動式紅外感測器 超聲波測距 使用鐳射測距儀 擴展感測器視野範圍 第三十二章 — 導航 跟隨預定路線：尋線 沿著牆壁行駛 測距：計算機器人的行駛距離 認識加速度、旋轉與方向 羅盤定位 使用傾斜和重力感測器 更多適用于機器人的導航系統 第三十三章 — 環境感知 監聽聲音 適用於機器眼的簡易光電感測器 視覺系統簡介 煙霧探測 檢測危險氣體 熱量感知 第八部分 與你的機器人互動 第三十四章 — 機器人的遙控操作 用紅外線遙控機器人 用Zigbee無線模組控制機器人 藍牙遙控 圖像傳輸 P17 第三十五章 — 聲響效果 預程式設計聲音模組 商業化音效套件 輸出警報或其他警告音 用單片機

輸出聲音和音樂 使用音訊放大器 用單片機播放聲音和音樂 語言合成技術：讓你的機器人開口說話 第三十六章 — 機器人的視覺效果 用LED顯示回饋資訊 使用LCD顯示幕 用光線效果實現人機互動 最後，放手去做！ 第九部分 線上機器人專案 第三十七章 — 製作尋光機器人 設計目標 LightBot底盤 可供使用的單片機 第三十八章 — 把R/C玩具改造成機器人 設計目標 R/CBot底盤 可供使用的單片機 第三十九章 — 製作尋線機器人 設計目標 LineBot底盤 可供使用的單片機 第四十章 — 製作機器臂 設計目標 BallBot平臺 可供使用的單片機 附錄RBB技術支援網站

應用於雙面軟性電路板之雷射直析與微鑽孔混合製程技術開發與優化

為了解決點煙器電壓表的問題，作者林嘉晟 這樣論述：

本研究將在可撓式基板上製造導電微結構之雷射直析技術(Laser direct synthesis and patterning, LDSP)與雷射微鑽孔技術進行結合，以開發雙面軟性電路板製程。製程分為兩大步驟，先將聚醯亞胺薄膜(Polyimide film, PI)基板透過雷射定點照射生成微鑽孔後，再以雷射直析技術生成微導電結構，包括填孔及雙面平面電路。雷射直析技術係經由雷射熱源對含有金屬離子之反應溶液進行加熱，促使金屬離子發生還原反應，以振鏡系統控制雷射之掃描路徑，位於雷射路徑上之反應溶液會還原出金屬原子並沉積於基板上。透過低功率雷射微鑽孔、金屬填孔及基板雙面雷射直析金屬微線路成型，實現以

經濟型的單一設備完成雙面軟性電路製造，期能降低製程複雜度及成本。本研究內容包括多種製程參數及製程改良方案的嘗試實驗，以及針對雷射高分子薄膜微鑽孔製程中的光、熱、流、固耦合傳遞現象進行深入的分析，並結合理論模型及模擬，深入探究熱毛細力現象(Thermocapillary)對於鑽孔區域表面形貌之影響。在雷射微鑽孔部分，本研究首先探討在兩種製程環境下以綠光連續式雷射對聚醯亞胺薄膜進行微鑽孔尺寸之影響。第一種環境為：薄膜上表面與空氣接觸、下表面與載玻片相接；第二種環境為：薄膜上下表面皆懸空，與空氣接觸。接著在懸空架構中，加入使用光學斬波器週期性地截斷雷射光束，以模擬中低頻率脈衝式雷射之間歇性，觀察雷射

能量間歇參數對微鑽孔之影響。實驗結果顯示，相較於玻片承載基板架構，懸空架構能獲得較小的鑽孔孔徑。此外，為進一步降低雷射微鑽孔時聚醯亞胺薄膜表面之熱效應，本研究嘗試以固定流量之氮氣與氦氣對鑽孔點吹氣，觀察鑽孔尺寸與表面高度變化，結果顯示氮氣與氦氣吹氣能有效縮小熱影響區域，並在較高的雷射斬波器頻率時能顯著降低鑽孔區域的表面熱變形量達52%。參考經典的噴流(impingement flow)強制熱對流分析，理論上預期氦氣噴流應有較強的熱對流。然而實際實驗結果顯示，氮氣吹氣相較於氦氣吹氣，能夠獲得略佳的鑽孔區域熱移除效果。推測造成此結果的主要因素為由於衝量的差異，於目前的噴流流量及流速下，在大氣環境中

實際抵達基板鑽孔區域表面的冷卻氣流，以氮氣噴流較為集中強勁，因此有較佳的強制熱對流效果。在雷射直析成形部份，由於銀離子溶液在雷射加熱下啟動還原反應時會生成副產物二氧化碳氣泡，氣泡若停留於基板上，會阻隔基板與溶液接觸，並且造成入射雷射光的偏折以及局部溫度急遽升高，進而影響金屬導線之表面形貌、結構完整性與導電性。因此，本研究自行設計改良版的雷射直析製程加工治具，將基板置於以懸臂樑形式固定之壓電片上，再利用對壓電片輸入交流電壓，以發生逆壓電效應而作為振盪源，期能透過壓電片之振盪促使停留於基板上之二氧化碳氣泡迅速離開基板表面，以改善金屬導線之斷線率與電阻值。實驗結果顯示，壓電片通電引致基板微振盪的條件

下，生成之銀線整體而言線寬較無基板振盪時寬，於特定的振幅位置及雷射製程參數下，斷線率較無基板振盪時改善49%。同時，因壓電片上下振盪使得原本雷射直線掃描路徑投影於基板表面後，銀線結構出現類似弦波之曲線。在雷射直析填孔方面，由於雷射鑽孔過程中照射表面之升溫理論上可用於還原銀反應溶液生成金屬銀，本研究首先嘗試使鑽孔與填孔兩製程一步完成，實驗結果顯示雷射直析過程中所生成之副產物二氧化碳會導致雷射發生偏折，而定點填孔之銀還原反應尤其劇烈，導致大尺寸二氧化碳氣泡生成，造成雷射偏折，使得同步進行之雷射鑽孔製程無法持續，基板無法鑽穿。因此，分別嘗試了定點及畫圈填孔方式，對經鑽孔製程之鑽孔孔口周圍與孔壁進行雷

射直析。實驗結果顯示，同功率下以畫圈填孔方式進行雷射直析可有效降低生成大尺寸二氧化碳氣泡之機率。透過將定點填孔、畫圈填孔與雷射直析生成銀線進行多種順序組合嘗試，歸納目前在製程上還存在多個尚待解決之問題，包括孔口周圍之表面變形會影響雷射之光路、雷射直析製程中生成之二氧化碳氣泡影響後續銀沉積、填孔後生成之銀結構與基板之接合強度不足。需解決以上問題，方能此混合製程得以實行。由於雷射高分子薄膜微鑽孔的加工品質以及鑽孔區域的表面形貌對於雙面軟板製程的良率至為關鍵，本研究特別針對聚醯亞胺薄膜之間歇性雷射微鑽孔製程進行詳細深入的模擬及理論分析，探討雷射斬波器頻率與鑽孔時間對鑽孔孔徑與孔徑周圍表面形貌高度變化

之影響。透過光、熱、流、固多重物理耦合數值模擬得到暫態的薄膜溫度場以及動態鑽孔孔徑與鑽孔深度，並將溫度場資訊代入熱毛細力效應之理論模型，計算聚醯亞胺薄膜經過雷射微鑽孔後的孔口周邊表面形貌。經與實驗觀測結果相互印證，本研究提出一個雷射光束能量衰減的假設模型，以綜合考量在中低雷射脈衝頻率下，於高分子基板表面附近及上方的煙塵(soot plume)對流及其濃度分佈對於入射雷射光束的衰減效應。經過衰減效應模型修正後的模擬結果顯示，隨斬波器頻率提升，孔口周邊之凸起區域範圍因熱擴散特徵長度的縮減而逐漸縮小，但孔口表面變形高度之極大值則因溫度梯度加大而逐漸上升，並於斬波器頻率約60~100Hz之間趨於動態穩

定，與實驗結果趨勢相符，證實本研究所提之脈衝雷射燒蝕製程中，煙塵散射所導致的入射雷射光束能量衰減以及熱毛細力導致孔口表面形變的分析模型，具備極佳的合理性及適用性。