【創科教育】荔景天主教中學 低成本研物理治療手套
發佈時間：06:30 2022-07-14
荔景天主教中學（下稱荔天）三名中三生謝泊寬、司徒元皓及李冠霆以作品「『助』手」取得創科展「初中組」銀獎。三人蒐集資料後發現，坊間的物理治療費用每月動輒上萬港元，故他們設計出成本低於八百港元的機械手套，期望有日能取代傳統治療法，惠及弱勢社群。
受恩師經歷啟發
治療功能的機械手套，源於謝泊寬小學老師的親身經歷。謝泊寬說：「小學時有名老師一直很疼愛我，他的手筋曾經做過手術，之後其手腕難以發力，且不太靈活。」他認為是次比賽是個契機，讓他嘗試製作這方面的產品幫助恩師。對於此概念，司徒元皓和李冠霆均表示支持，前者指手部病患直接導致生活上的不便，「『助』手」則是外骨骼機械，提供動力令手部活動，有助病人康復。李冠霆稱：「物理治療（費用）太貴，而我們的發明（成本）比較相宜，可照顧基層市民的需要。」
試驗超過百次
作品由構思至製成最終版本，花了長達十個月的時間，三人不停在軟件和硬件方面作出改良。負責硬件部分的謝泊寬笑稱：「在創科過程中，失敗才是常態，成功只不過是你看到的最終結果。」他說一開始以最普通的摩打製作手套，但它沒法準確控制角度，團隊曾多次試驗，最後改用六個伺服馬達（servo motor），並以Arduino管理，透過特定角度牽動手套上的魚絲，而魚絲模擬手筋，伺服馬達可收放魚絲，拉動手指做出屈曲和伸展的動作。謝泊寬特別為是次比賽學習製作3D模型，作品最大的主硬件需打印十小時才能完成，而且不是一次便能成功。「我所用3D打印機的打印編號是以次數計算的，現在已經用到四、五十號。」他續稱，以硬件加上軟件計算的話，他們共經過逾百次試驗。
看書自學編程
主力負責編程的司徒元皓透露，由於「『助』手」屬創新產品，難以在網上找到有關的編程代碼。「即使有（代碼）也很混亂，很難明白當中的原理，只好找書自學，並不停debug（排錯）。」他坦言在編程時一度想過放棄，多得老師及父母勉勵，助他堅持下去。「父母說有些事情你肯嘗試便會成功，不嘗試就絕對不會有結果。」 最終版本的「『助』手」可透過藍牙在手機應用程式控制，包括五隻手指、大魚際肌（Thenar muscle）及小魚際肌（Hypothenar muscle）的施力，能調節每隻手指的關節及角度。司徒元皓說：「大家都有手機，不會出現不懂使用的情況，而且可以普及化。」
感激指導老師支援
司徒元皓強調：「指導老師廖萬昌給了很多改進作品的提示，讓我們慢慢回家研究，自行創新。」謝泊寬指因為時間未能配合，三名隊員經常分開工作，但廖Sir每次也在旁指導，有次更在學校逗留至凌晨，讓人感受到他的關愛及用心栽培，也是三人在創科學習上的強大後盾。
跨學科推動STEM學習
荔景天主教中學在三年前整合初中的時間表，在每個 cycle（循環周）均設有兩節相連的STEM課堂。兼任學校STEM團隊成員的副校長賴子軒指出，STEM課堂主要提供空間及機會發展跨學科的專題研習，「STEM本身不是一個科目，而是把不同學科的知識融會貫通地應用。」各級STEM課堂皆設有別具特色的專題活動，初中STEM課程主任林國鑫以中一級為例，「學生在下學期學習風力發電及製作風力車，與科學科相關，因科學科正教導能量的知識，包括動能及電能，提供機會讓學生實踐。」他補充，製作風力車也涉及其他學科的知識，如學生要自行設計風扇的角度、扇葉的數量及形狀，包含工程元素。「當完成風力發電後，他們又要將所學的知識倒過來，改以電能產生動能推動汽車。過程中他們要以科學、數學的原理，計算速率和角度。」另一特色跨學科STEM課程是中三級的「鑑證實錄」， STEM老師王嘉進稱課堂結合生物、科學和數學元素，學生化身鑑證專家，找出真相。他指學生先要學習觀察血的細胞及纖維的細胞，並學懂使用顯微鏡，「下一堂（老師）便會搭建一個凶案現場，透過血迹的位置，助學生運用數學原理量度角度及計算距離，找出兇手如何犯案。」他續說，最後學生需拍攝影片，重演案件發生的過程，既可發揮創意，同時應用在課堂所學的知識。
鼓勵交流 擴闊眼界
荔天設有STEM學會，STEM教育主任廖萬昌透露，每年學會均與校外機構合作舉辦有趣活動，例如去年找到一間研發麥皮蟲自動飼養裝置的公司，到學校教授如何利用物聯網（Internet of Things，IoT）及編程，設計循環養殖麥皮蟲的裝置。「麥皮蟲由幼蟲變成蛹，再變成蟲，經過交配及產卵，卵又孵化成幼蟲，是一個生命循環，（學生）可以領略到科技和生命的結合。」他笑稱推出此項活動時，吸引很多學生報名，直至現在學生仍繼續飼養麥皮蟲，時常在小息或午飯時間探訪牠們並留意其健康狀況。廖萬昌表示校方與不同機構合作，旨在令同學擴闊眼界，增進見識。他又稱在新冠疫情前，學校更鼓勵學生到外國參加STEM相關的交流活動。「例如往年到了台北Maker Faire Taipei（台北創客嘉年華），學生有機會與世界不同的創科者交流。」廖萬昌曾帶領學生到倫敦參加The Bett Show（British Educational Training and Technology Show，英國教育培訓及科技展覽），又到訪格林威治皇家天文台，「感受當地研究科學的氣氛，對學生意義深遠。」
自由組隊 奪多項大獎
學校鼓勵學生參與校外比賽，並可自由組隊，廖萬昌認為以朋友圈子組成隊伍有其好處，研習STEM的氣氛可以在朋輩間形成。他稱目前單是在中三級，已有七至八隊 STEM隊伍，各有三至四名隊員，互相交流及作良性競爭。近年荔天在本地及國際的STEM比賽中，獲頒不少獎項，例如由三名當時就讀中四的學生所設計的「超能皮膚」，便分別獲得「香港學生科學比賽2020」冠軍、「國際科學及發明展覽2020」最高殊榮大獎，以及物理、能源及工程金獎等。廖萬昌表示另一奪獎的有趣發明是「隨機應便廁所系統」，由四名當時就讀中一的學生研發，獲「2020香港資訊及通訊科技獎」銅獎，並在加拿大及韓國贏得國際獎項。「其功能是透過手機拍攝照片，利用人工智能分析人類如廁後糞便的形狀與顏色，判斷健康狀況。」
文：黃正怡
圖：朱永倫、蔡建新、受訪者提供
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