【创科教育】荔景天主教中学 低成本研物理治疗手套

荔景天主教中学（下称荔天）三名中三生谢泊宽、司徒元皓及李冠霆以作品「『助』手」取得创科展「初中组」银奖。三人搜集资料后发现，坊间的物理治疗费用每月动辄上万港元，故他们设计出成本低于八百港元的机械手套，期望有日能取代传统治疗法，惠及弱势社群。

受恩师经历启发

治疗功能的机械手套，源于谢泊宽小学老师的亲身经历。谢泊宽说：「小学时有名老师一直很疼爱我，他的手筋曾经做过手术，之后其手腕难以发力，且不太灵活。」他认为是次比赛是个契机，让他尝试制作这方面的产品帮助恩师。对于此概念，司徒元皓和李冠霆均表示支持，前者指手部病患直接导致生活上的不便，「『助』手」则是外骨骼机械，提供动力令手部活动，有助病人康复。李冠霆称：「物理治疗（费用）太贵，而我们的发明（成本）比较相宜，可照顾基层市民的需要。」

试验超过百次

作品由构思至制成最终版本，花了长达十个月的时间，三人不停在软件和硬件方面作出改良。负责硬件部分的谢泊宽笑称：「在创科过程中，失败才是常态，成功只不过是你看到的最终结果。」他说一开始以最普通的摩打制作手套，但它没法准确控制角度，团队曾多次试验，最后改用六个伺服马达（servo motor），并以Arduino管理，透过特定角度牵动手套上的鱼丝，而鱼丝模拟手筋，伺服马达可收放鱼丝，拉动手指做出屈曲和伸展的动作。谢泊宽特别为是次比赛学习制作3D模型，作品最大的主硬件需打印十小时才能完成，而且不是一次便能成功。「我所用3D打印机的打印编号是以次数计算的，现在已经用到四、五十号。」他续称，以硬件加上软件计算的话，他们共经过逾百次试验。

看书自学编程

主力负责编程的司徒元皓透露，由于「『助』手」属创新产品，难以在网上找到有关的编程代码。「即使有（代码）也很混乱，很难明白当中的原理，只好找书自学，并不停debug（排错）。」他坦言在编程时一度想过放弃，多得老师及父母勉励，助他坚持下去。「父母说有些事情你肯尝试便会成功，不尝试就绝对不会有结果。」 最终版本的「『助』手」可透过蓝牙在手机应用程式控制，包括五只手指、大鱼际肌（Thenar muscle）及小鱼际肌（Hypothenar muscle）的施力，能调节每只手指的关节及角度。司徒元皓说：「大家都有手机，不会出现不懂使用的情况，而且可以普及化。」

感激指导老师支援

司徒元皓强调：「指导老师廖万昌给了很多改进作品的提示，让我们慢慢回家研究，自行创新。」谢泊宽指因为时间未能配合，三名队员经常分开工作，但廖Sir每次也在旁指导，有次更在学校逗留至凌晨，让人感受到他的关爱及用心栽培，也是三人在创科学习上的强大后盾。

跨学科推动STEM学习

荔景天主教中学在三年前整合初中的时间表，在每个 cycle（循环周）均设有两节相连的STEM课堂。兼任学校STEM团队成员的副校长赖子轩指出，STEM课堂主要提供空间及机会发展跨学科的专题研习，「STEM本身不是一个科目，而是把不同学科的知识融会贯通地应用。」各级STEM课堂皆设有别具特色的专题活动，初中STEM课程主任林国鑫以中一级为例，「学生在下学期学习风力发电及制作风力车，与科学科相关，因科学科正教导能量的知识，包括动能及电能，提供机会让学生实践。」他补充，制作风力车也涉及其他学科的知识，如学生要自行设计风扇的角度、扇叶的数量及形状，包含工程元素。「当完成风力发电后，他们又要将所学的知识倒过来，改以电能产生动能推动汽车。过程中他们要以科学、数学的原理，计算速率和角度。」另一特色跨学科STEM课程是中三级的「鉴证实录」， STEM老师王嘉进称课堂结合生物、科学和数学元素，学生化身鉴证专家，找出真相。他指学生先要学习观察血的细胞及纤维的细胞，并学懂使用显微镜，「下一堂（老师）便会搭建一个凶案现场，透过血迹的位置，助学生运用数学原理量度角度及计算距离，找出凶手如何犯案。」他续说，最后学生需拍摄影片，重演案件发生的过程，既可发挥创意，同时应用在课堂所学的知识。

鼓励交流 扩阔眼界

荔天设有STEM学会，STEM教育主任廖万昌透露，每年学会均与校外机构合作举办有趣活动，例如去年找到一间研发麦皮虫自动饲养装置的公司，到学校教授如何利用物联网（Internet of Things，IoT）及编程，设计循环养殖麦皮虫的装置。「麦皮虫由幼虫变成蛹，再变成虫，经过交配及产卵，卵又孵化成幼虫，是一个生命循环，（学生）可以领略到科技和生命的结合。」他笑称推出此项活动时，吸引很多学生报名，直至现在学生仍继续饲养麦皮虫，时常在小息或午饭时间探访牠们并留意其健康状况。廖万昌表示校方与不同机构合作，旨在令同学扩阔眼界，增进见识。他又称在新冠疫情前，学校更鼓励学生到外国参加STEM相关的交流活动。「例如往年到了台北Maker Faire Taipei（台北创客嘉年华），学生有机会与世界不同的创科者交流。」廖万昌曾带领学生到伦敦参加The Bett Show（British Educational Training and Technology Show，英国教育培训及科技展览），又到访格林威治皇家天文台，「感受当地研究科学的气氛，对学生意义深远。」

自由组队　夺多项大奖

学校鼓励学生参与校外比赛，并可自由组队，廖万昌认为以朋友圈子组成队伍有其好处，研习STEM的气氛可以在朋辈间形成。他称目前单是在中三级，已有七至八队 STEM队伍，各有三至四名队员，互相交流及作良性竞争。近年荔天在本地及国际的STEM比赛中，获颁不少奖项，例如由三名当时就读中四的学生所设计的「超能皮肤」，便分别获得「香港学生科学比赛2020」冠军、「国际科学及发明展览2020」最高殊荣大奖，以及物理、能源及工程金奖等。廖万昌表示另一夺奖的有趣发明是「随机应便厕所系统」，由四名当时就读中一的学生研发，获「2020香港资讯及通讯科技奖」铜奖，并在加拿大及韩国赢得国际奖项。「其功能是透过手机拍摄照片，利用人工智能分析人类如厕后粪便的形状与颜色，判断健康状况。」

文：黄正怡

图：朱永伦、蔡建新、受访者提供

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