預防交通意外 初中生製 AI 智能單車

隨著 STEM 在港發展成熟,中學生的創科作品日新月異,例如有智能藍光眼鏡、睡眠管理枕頭等等,今次有初中女生設計出 AI 智能單車安全系統,務求減低交通意外發生。除了學生們的設計成熟有趣外,該校教學團隊亦努力不懈發展 STEM 課程。

早前潔心林炳炎中學的中學生參加「香港學生科學比賽 2021 (Hong Kong Student Science Project Competition, HKSSPC 2021) 」 ,三位女同學合力設計出「單車精明眼」,獲得初中組發明品冠軍。三位女同學倪澄、羅梓甄和洪蕊表示,注意到香港單車意外頻生,遂開始研究交通意外的成因,發現當中原因很多,包括單車駕駛者錯誤計算收掣時間、誤入汽車死角盲點等等。

單車精明眼」的設計和走線均條理分明,從示範中不難感受 三位設計者的用心製作。
單車精明眼」的設計和走線均條理分明,從示範中不難感受三位設計者的用心製作。
兩位同學正用自製模型,示範單車精明眼 遇上貨車時會自動發出響號的情況,從中可 見整套設備能有效準確運作。
兩位同學正用自製模型,示範單車精明眼遇上貨車時會自動發出響號的情況,從中可見整套設備能有效準確運作。

離線 AI 設計

理解問題所在,三位同學隨即展開更多資料的搜集工作,她們亦搜尋了巿場上同類型的產品或研究,發現有貨車會裝設倒車裝置,但卻沒有貨車盲點設施,亦有智能單車頭盔,但主要是作燈號用途,並非為主動預防意外而設。她們認為,巿面上的產品未能解決現時狀況,因此運用在學校初中期間所學習的知識,設計出毋需手機、毋需連線的 AI 技術,加上其他感測裝置,製作出可提醒單車駕駛者的「單車精明眼」。單車精明眼的組件,包括霍爾效應傳感器、 micro:bit 、 Huskylens 和超聲波感應器,再加上擴展板、顯示器和外置電池組合而成。

學生運用霍爾效應傳感 器的靈感源自教師提醒, 可參考單車上的測速器。
學生運用霍爾效應傳感器的靈感源自教師提醒,可參考單車上的測速器。
單車前方有超聲波感應 器,用作測量距離。
單車前方有超聲波感應器,用作測量距離。

用霍爾效應測速

超聲波感應器是用作偵測車輛前後遇上障礙物的距離,而 Huskylens 是一套人工智能的簡易離線視像辨識裝置,功能是用作辨識所遇上的人或車等物體類型。至於霍爾效應傳感器,功能是測速,方法是在單車上安裝磁鐵裝置,當磁鐵經過指定測量點,就能根據圓周長度及時間計算速率;取得所有數據後,經由程式整合於 micro:bit ,並通過 OLED 屏幕顯示結果,有需要時更會發出聲響,讓用家有效辨識障礙物是否有威脅。女同學們細心設計,不止是空口白說,她們在成品之外,加入自製模型,以便進行馬路各種狀況的模擬。她們更笑說,為了理解真正效果,曾將整套設備搬移至實體單車上進行測試。

每年更新課程迎科技變化

女同學們能準確掌握軟硬件混合應用,全賴學校教學團隊悉心栽培,而且教師群與時並進。陳副校長憶述學校由最初研究 micro:bit ,及後亦曾加入 Arduino 的應用,學校就此兩方面進行觀察及研究,注意到學生掌握 micro:bit 的能力較高,亦因此現時課程會以此為基礎。至於 AI,陳副校坦言團隊有進行多方面研究,她說坊間的確有很多方案,但部分艱深未能與本地課程配合,亦有部分易於使用但功能卻太簡單,不足以教授機械學習等概念。現時使用 Huskylens 的離線 AI 方案,課堂期間讓學生每人一組硬件,就可自行嘗試從中理解和掌握當中原理,而程式難度亦不高。

學校特意為學生編排以年度計的專題研究課堂,讓學生有充裕的學習及理解課時,扎實兼貼心。
學校特意為學生編排以年度計的專題研究課堂,讓學生有充裕的學習及理解課時,扎實兼貼心。
教學團隊與時並進,試用不同的AI設備, 圖中是過往學生曾使用的AIY 裝置設計智關 愛車廂。
教學團隊與時並進,試用不同的AI設備,圖中是過往學生曾使用的 AIY 裝置設計智關愛車廂。

目前最新課程是編排學生每年級均會接觸 IoT ,而中一重點是熟悉 micro:bit 軟硬件的基礎,中二會加入 AI 元素,而中三就有 AR/VR ,未來正籌備 Game Design 內容,但她亦感慨發展至今最困難的是課程要求愈來愈多,接下來的難點是需要將更多課程重新整合, STEM 才會有充裕課時,讓師生有充裕時間掌握。她認為現今教師需不停學習、發展和測試,而學校的 STEM 課程亦因此會幾乎每年調整,但幸好學校的教師團隊熱愛教學,老師們均努力不懈。

學生利用AI裝置設計不是新事物,早前還有加入立體打印設計智能藥箱。

全學年專題研習

至於培育學生創意的方式,該校黃頌瑜老師講解,中二和中三每星期有兩個課節共同的專題研習,每課 50 分鐘,學生會有一學年時間製作,尤其在 Design thinking 、基礎知識學習、科學探究等需要時間培育,後段就由學生分組進行自主學習,教師擔任指引和支援,最重要是提醒學生會指定日期前繳交作品階段。至於學生有獨特的創作能力,陳慧冰老師表示確實並非每位學生均擅長,因此會刻意幫助學生,尤其是分工部份,挑選喜歡創作的學生,由她們影響他人。

潔心林炳炎中學受訪者,(左起)陳慧冰老師、黃頌瑜老師、倪澄 同學、羅梓甄同學、洪蕊同學、校長劉瑤紅博士和陳美玲副校長。
潔心林炳炎中學受訪者,(左起)陳慧冰老師、黃頌瑜老師、倪澄同學、羅梓甄同學、洪蕊同學、校長劉瑤紅博士和陳美玲副校長。

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