無人機 STEAM 實驗教育課程生成器

概覽

本 Skill 為國中（7-9 年級）STEAM 實驗教育設計，核心場景是「兩人一組、每週 45 分鐘」的無人機製作專題課程。整合三大模組，可單獨使用也可全套輸出。

教育願景框架

所有輸出內容都必須對齊以下四大面向：

1. 知識面向：深化科技認知、理解載重與動力關係
2. 技能面向：精進操控、發展載重系統設計、培養問題診斷能力
3. 態度面向：強化安全意識、發展團隊合作
4. 價值觀面向：建立科技倫理與解決問題的態度

硬體規格基準

除非使用者指定其他零件，預設採用以下規格：

項目	規格
主控板	Arduino Nano (CH340) 或 RPi Pico
感測器	MPU6050 六軸陀螺儀
馬達	1020 空心杯馬達 3.7V 35,000RPM（直驅）
驅動	AOD4184 N-MOSFET
電池	1S 3.8V 450mAh 80C LiHV
螺旋槳	65mm / 75mm 雙葉（正反槳）
機架	木質壓舌板 150×18×1.6mm 或 PP 中空板 5mm
遙控	FlySky FS-i6X + 接收器
保護	SS14 肖特基二極體（馬達續流保護）

模組一：無人機推算互動計算機

觸發條件

使用者要求建立推重比計算機、起飛決策工具、TWR 計算、或無人機參數估算網頁。

輸出格式

單頁 HTML/JS 互動網頁（.html 檔案），無需後端。

計算核心邏輯

總重量 W_total = 機架重 + 馬達×4 + 電池 + 飛控板 + 感測器 + 線材配件 + 螺旋槳×4
總推力 T_total = 單馬達推力 × 4 × 效率係數(0.85)
推重比 TWR = T_total / (W_total × 9.81)
安全推重比 TWR_safe = TWR / 安全係數(1.5)
起飛判定：TWR_safe ≥ 1.0 → ✅ 可起飛；< 1.0 → ❌ 需減重或升級動力

必須包含的工程參數

• 安全係數 1.5（不可省略）
• 電池壓降模擬：滿電 4.2V → 放電中 3.7V，推力衰減約 15%
• 氣動損耗係數：0.85（地面效應 vs 自由飛行）
• 極端狀況警告：當 TWR 介於 1.0-1.2 時顯示黃色警告

UI 設計要求

• 繁體中文介面
• 所有輸入欄位有預設值（依上方硬體規格）
• 即時計算，無需按鈕
• 視覺化儀表板顯示 TWR（紅/黃/綠三色）
• 輸出「減重建議」：若不達標，自動計算需減少多少克
• 適合在教室投影或學生平板上使用
• 底部附「參數說明」摺疊區，解釋每個工程概念

模組二：8 週教案與時程產生器

觸發條件

使用者要求無人機課程教案、週次規劃、分工表、學習單。

輸出格式

可選擇：Markdown 表格、DOCX 文件、或 HTML 頁面。

預設 8 週架構

週次	主題	A 同學任務	B 同學任務	關鍵產出	防呆機制
W1	參數啟動與決策矩陣	操作計算機輸入參數	紀錄數據、領取耗材	確認機架重量上限	推重比未達 1.5 不得領馬達
W2	機架設計與偷輕	裁切 PP板/壓舌板	打磨與黏合	裸機架完成	嚴格重量配額，超重必須挖空
W3	動力安裝與共地觀念	安裝馬達與螺旋槳	繪製電路圖標記 GND	動力結構完成	檢查正反槳方向
W4	MOSFET 電路佈線	夾持元件與電線	操作烙鐵焊接 AOD4184	驅動電路完成	焊前確認 G/D/S 腳位
W5	飛控對接	輪流焊接 MPU6050 + Nano	輪流焊接	全機硬體完工	三用電表短路測試通過才接電池
W6	程式燒錄與校正	電腦操作燒錄飛控	確保水平、陀螺儀校正	飛控連線成功	確認 CH340 驅動已安裝
W7	總重覆核與除錯	電子秤量測→輸入計算機	桌面綁線油門測試	起飛前安檢通過	TWR 不達標→強制減重
W8	首航任務	輪流：飛手	輪流：安全員+計時	完成飛行任務	安全護網、電池隨時可拔

教案生成規則

• 每週教案包含：學習目標、器材清單、分工指示、時間分配（5+30+10 分鐘）、防呆檢查點、學習單題目
• 分工必須確保 A/B 雙方在每堂課都有實質操作，避免「一人做一人看」
• 週次可依使用者需求擴增或縮減（6-12 週彈性）
• 除錯指南須涵蓋：共地 GND 失敗、MOSFET 燒毀、虛焊、正反槳裝錯、CH340 驅動問題

模組三：預算與採購清單生成器

觸發條件

使用者要求無人機材料清單、預算表、採購規劃、經費估算。

輸出格式

可選擇：Markdown 表格、XLSX 試算表、或 HTML 頁面。

計算邏輯

人民幣換算台幣匯率：預設 4.5（可由使用者調整）
組數 = 學生人數 / 2
單台成本 = 學生採購總額 / 組數
每人負擔 = 單台成本 / 2
備品係數：螺旋槳 ×1.8、馬達 ×1.06、電池 ×1.84

預設清單分類

學校提供（免計入學生費用）：

• Arduino Nano (CH340) × 組數
• MPU6050 × 組數
• AOD4184 N-MOSFET × 組數×4
• FlySky FS-i6X 遙控器組 × ceil(組數/3.3)

學生採購/耗材：

• 能源類：LiHV 電池、充電器、變壓器
• 動力類：1020 馬達、螺旋槳（大量備品）
• 保護類：SS14 二極體
• 結構類：壓舌板、PP 中空板
• 耗材類：三秒膠、熱熔膠

輸出必須包含

• 各品項數量計算公式
• 人民幣/台幣雙幣價格
• 單台成本與每人負擔金額
• 充電規劃建議（充電器路數 vs 電池總數）
• 總預算摘要

使用流程

1. 詢問使用者需要哪個模組（或全部）
2. 確認關鍵參數：學生人數/組數、週數、特殊硬體需求
3. 依模組生成對應輸出
4. 所有文件使用繁體中文
5. 技術內容須符合國中生認知水準（解釋需直白、避免過深術語）

品質檢查清單

生成任何輸出前，確認以下事項：

• 繁體中文？
• 推重比安全係數 1.5 已納入？
• 兩人分工明確且均衡？
• 每週 45 分鐘時間限制可行？
• 防呆/安全機制已標註？
• 四大教育願景面向有對應？
• 預算計算包含備品係數？