震災土石變肥料 尖石學童AI循環系統獲大獎

【記者蘇子涵、郭曼欣/新竹縣尖石鄉報導】新竹縣尖石國小的孩子們長期面對山區土石流的威脅。因此他們開發「土再生金再現」系統：當地震發生時，裝設在山體中的震動感測器會發出警報聲，同時透過Wi-Fi將訊息上傳雲端傳送到平板或手機；災後清運回來的土石則放入智慧堆肥系統」，系統中的感測器24小時監測溫度、濕度、pH值，當數值達標就自動判定堆肥熟成。大型石頭用於砌築擋土牆，碎石、泥沙和樹枝則轉化為肥料。這套系統源自清華大學「造醫」計畫，從小學一年級開始培養學生的運算思維。
 

新竹縣尖石鄉位處山區，長期面臨天然災害與醫療資源匱乏的雙重困境，這些挑戰促使清華大學邱富源教授選擇與尖石國小攜手，透過教育創新尋找解決之道。

尖石鄉地處山區，極易遭受地震與土石流威脅。每當災害發生，大量土石被沖刷而下，傳統做法是以挖土機將這些廢棄土石挖走丟棄。然而，如何將災後產生的碎石、沙土與樹枝等殘餘物進行回收與循環再利用，成為當地亟待解決的環境問題。這也促成了「土再生金再現」系統的誕生——透過智慧堆肥技術，將災害廢棄物轉化為可用資源，實踐環境永續的理念。

清華跨域「造醫」計畫：機器人奠定原鄉學生的運算思維基礎

在疫情期間，清華大學觀察到尖石鄉因醫療資源不足，加上公共衛生資訊不普及，導致許多居民離世，暴露出嚴重的醫療匱乏問題。過去政府曾鼓勵青年回鄉從事文創或社區營造，但卻鮮少聽見有青年願意回鄉開設診所或醫院。因此，邱富源教授認為必須透過優質教育，培育原鄉自己的人才，他相信若是族人自己長大變成醫生，他們將更有意願回到家鄉服務。

清華大學的「造醫」計畫並不是直接教導小學生醫學知識，而是利用機器人教育作為高效的科技工具，建立起原鄉學生面對未來高科技和高門檻專業所需的運算思維、解決問題的能力與自發的學習動機，從而將「泰雅醫生」的夢想落實為可達成的生涯目標。

為實現這個目標，清華大學整合了教育、醫學、人社、藝術四個學院的力量，共同推動「STEAM課程群組」，以科普教育培養明日的人才，支持尖石鄉的健康福祉與族群文化永續發展。他們選擇使用在美國有超過八千所小學使用的Dash & Dot機器人作為教學工具，是為了讓學生從學習生涯初期就建立起進入高階科學領域所需的運算思維素養。

他們針對國小一、二年級不認識英文字彙的小朋友，讓課程從圖像式的程式語言開始啟蒙，透過認識圖形ICON並用箭頭連結，學習運算思維的道理。這種方式的認知負荷較低，學習易用性高。學生習慣圖形語言後，三、四年級進階到結合文字的積木語言，最終到了五、六年級，他們能夠直接使用C語言或Python等文字語言來撰寫程式，達到駕輕就熟的程度。

「土再生金再現」：從災害中看見循環經濟契機

受惠於清華大學的教育基礎，尖石國小學生團隊開始運用所學解決家鄉的實際問題。這個系統的靈感來自於天然災害的解決方案，特別是去年的花蓮地震。團隊成員觀察到，地震和天災在原鄉地區經常發生，當地容易發生土石坍塌或土石流的問題。過往在土石流或天災發生時，沖刷下來的土石殘餘物通常會被挖土機挖掉並直接丟棄，造成資源浪費。

在清華大學教授團隊及尖石國小老師們的帶領下，師生共同設計出「土再生金再現」系統，整合了預警與資源循環兩大功能。當天災發生時，裝設在模型山體中的震動感測器一旦偵測到異常震動，系統會立即發出警報聲，同時透過Wi-Fi將訊息上傳雲端，連接到平板或手機。這套預警系統採用物聯網技術，讓居民能在第一時間收到通知，救災車輛可立即出動前往現場清運土石，爭取寶貴的應變時間。

在災後土石處理方面，清運回來的土石會被放入「Smart Compostor X智慧堆肥系統」進行分類處理。體積較大的石頭被集中起來，用於砌築擋土牆，這個設計靈感來自山區常見的工法——利用水泥結合石頭堆疊，既能固定土壤，又環保耐用。至於碎石、泥沙和樹枝等物質，學生們發現它們仍含有豐富養分，因此選擇重複利用。

傳統堆肥常需要人工翻動、觀察，但這群小學生用科技解決問題，在堆肥系統中安裝專門感測器，24小時監測溫度、濕度、pH值。當所有數值達標，系統自動判定「堆肥熟成」，這些肥料就能用於城市綠化或農業使用，真正實現「變廢為寶」。

透過這套系統，團隊希望將尖石鄉打造成一個永續社區。他們期待學生在學校學完後，把這些理念帶回家裡，讓居民也覺得好用，從而慢慢擴張到整個社區。這種由下而上的推動方式，讓科技教育不僅停留在課堂，更能真正融入居民生活，形成永續循環的生態系統，實踐「土再生金再現」與「土同根」的核心精神。

研發與試錯：克服技術的挑戰

↑ 清華大學教育服務團團長詹雅淳正在教尖石國小一二年級同學使用圖像式編程軟體。攝影/蘇子涵

預警系統的線上雲端上傳環節是團隊面臨的最大技術難點。教導主任李采珊坦言，他們一直遇到挫折，嘗試了許多方法，甚至請了許多人協助，一度萌生放棄的念頭。然而，團隊最終仍克服了這項困難，使系統能夠將量化的數值上傳雲端並發出預警，實現了即時監測的目標。

在模型的實作上，團隊也經歷了多次調整。他們最初嘗試安裝機械手臂，但後來發現手臂太重，如果模型使用麥克母輪跑動，其重量會產生較大的誤差值。為追求精準，團隊最終選擇簡化設計，避免使用過於複雜和沉重的機械手臂。這個取捨的過程，讓學生們學會在理想與現實之間找到平衡點。

軟體與程式開發同樣困難重重。師生們先討論出大概方向後，學生們討論程式邏輯，老師協助修正邏輯，完成積木式的程式。其中使用Arduino文字式程式時，他們把想法請ChatGPT寫出程式，燒錄測試後再調整成需要的樣子，像是調整機器人判定數值跟LED顯示數值的差異。將感測器數值即時上傳到雲端進行預警是當時的一大難關，師生嘗試多種方法，甚至清華大學團隊在賽前也介入協助解決AI卡關的問題。

國際舞台發光：IYRC大賽的榮耀時刻

尖石國小團隊參加IYRC國際青少年機器人競賽，在韓國舉辦的創意機器人大賽中榮獲全場大獎。為了準備這場在七月底至八月初舉行的比賽，學生和老師們從五、六月開始就持續進行高強度集訓。創意機器人類別不單指一隻機器人，而是強調設計出一整套生態系統，這對團隊的整合能力提出了更高的要求。

競賽模式類似展覽，作品在為期兩至三天的會期中持續展出，除了評審之外，其他競賽隊伍也會前來觀看，形成一個國際交流的場域。

由於評審會在展區停留很長時間進行細問，深入了解系統的設計理念與技術細節。因此學生們在準備時，必須全英文脫稿介紹整套「土再生、金再現」系統、背誦機器人領域的專有名詞，這讓他們感到非常辛苦，甚至因此感到生氣。程式隊隊長黃晨小朋友，在第一年參加比賽時，因為不善於表達，光是練習講一句話，就花了一個月的時間。這段艱辛的過程，考驗著孩子們的毅力與耐心。

老師鼓勵孩子將英語作為交流工具，希望他們不只是去比賽，還要交朋友。學生可以在現場與來自其他國家的小朋友交換糖果和用英語對話，這種跨文化交流讓孩子們開拓了國際視野。為了融入文化元素爭取原民會經費，團隊帶著傳統樂器到韓國，在晚會的開幕式上進行表演，展現泰雅文化的獨特魅力，獲得在場觀眾的熱烈掌聲。這次國際參賽經驗不僅讓學生獲得技術上的肯定，更重要的是建立了他們的文化自信。

傳承與奉獻：畢業生回流與教育熱忱

透過機器人教育的成功經驗，使原本認為「讀醫學院是一個很難達成的很高門檻」的孩子們，開始將醫療人才的目標納入未來的生涯規劃。這種自信心的建立，為「泰雅醫生」的願景奠定了重要基礎。

而此計畫最感人的核心，在於形成了一個由畢業生回流擔任指導的自發性傳承體系。目前協助指導程式設計的助導老師，是尖石國小已畢業的學生，他現在就讀國中一年級。這位國一的畢業生從國小三年級開始，一路參與城市隊比賽到國小六年級，畢業後自願回來擔任程式設計的指導老師，帶領國小的學弟妹。城市隊伍規模也因此從最初的兩三人，擴展到現在的十幾人。

這種精神被形容為「大手牽小手」、「大手拉中手，中手再拉小手」，讓畢業的孩子不會覺得過去的努力是「在浪費時間」，而是能透過協助「幫弟弟妹妹」一同成長，確保了團隊知識和精神的延續。

採訪側記

這次的採訪是我們目前經歷過最全面且最辛苦的，但同時也收穫最多的經驗。不同於之前我們都是看到成品後，聽受訪者講他們的故事，這次是真的走到深山裡，參與他們的日常生活，對我來說是一次從所未有的全新體驗。在此也非常感謝邱富源教授，帶我們上山下海的參觀，不辭辛勞的付出。