《異星工廠Factorio》教學課程設計

作者：藍│異星工廠│2020-04-13 22:24:21│巴幣：4│人氣：4857

最近要申請學校的科技自造課程專案，選了《異星工廠Factorio》作為主題。

雖然不知道會不會過關，但先上傳到網站上做個紀念。

雖然玩了250個小時，仍然有許多概念不清楚，或許內容有不少錯誤。
還請各位前輩能分享心得，修正闕漏錯誤之處，感謝！

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教案主題：從《Factorio》認識工業發展

發想起源：運算思維課程於近幾年成為教育顯學，許多廠商、教育單位皆推出各種教材與教具。其中，微軟旗下的《Minecraft（我的世界）》以高自由度的沙盒模擬遊戲風靡世界。玩家在遊戲裡可以跟世界進行各種互動，從挖礦、生存到建築，創造出屬於自己獨一無二的世界。而微軟本社也於2016年6月推出教育版本的《Minecraft》，讓老師可以在世界中加入課程設計的素材，學生可以記錄學習過程的物品，還能透過伺服器進行課堂上的協同合作，希望可以用數位互動世界來強化學生的知識、社交、觀察力與創造力。

相較於重點在建築的《Minecraft》，同樣屬於沙盒建設遊戲的《Factorio》則是將中心放在自動化與工業生產方面。透過遊戲中的任務引導，讓孩子能了解金屬冶煉、自動化生產線、能源運用等概念。並透過安排產線，規劃基地建設發展，一步步擴張領土，完成任務目標。並在過程中讓孩子思考學習、相互討論，學習解決問題的能力。

學習目標
1.透過遊戲軟體《Factorio》，了解工業革命後的近現代工業發展史。
2.學習原料如何製造成各階段的加工品，並嘗試規劃自動生產線。
3.能規劃並解決難題，並完成遊戲中所提出的各項任務。
4.能在多人沙盒建造模式中，合作並建設自己的世界。

第1課初入異星
任務目標：
了解遊戲畫面各項資訊
學習遊戲的基本操作。角色移動、
學習如何收集地圖上的各種資源，煤、鐵、銅、石頭、木材......
使用『手工』製作各項工具，如鐵鍬、石爐......

學習概念：

【引起動機】
教師提問：如果你孤身一人流浪到無人島，該如何活下去？
播放《浩劫重生Cast Away》、《絕地救援The Martian》的預告片，主角為了生活在孤島/異星，如何取得食物，製作工具，面對各種天災的威脅。
孩子可能的回答：要先收集工具和資源；要學會怎樣生火；蓋居住用的避難所。

【發展活動】
教師引導：這次的社團活動，我們要玩一個特別的遊戲。在這個遊戲中，我們是一個掉到外星球的工程師，要想辦法活下來。
引導孩子開啟程式並進入教學關卡。
要怎樣才能讓人物移動呢？使用『W』、『S』、『A』、『D』四個按鍵，操作主角在畫面上移動。
散落的太空船殘骸中，有一些資源可以利用。教導孩子使用滑鼠左鍵開啟建築物，並取得其中的物品。
我們需要收集一些地上的資源，才能製造工具。教導孩子讓主角移動到石礦區，並按住滑鼠右鍵採集礦物。
現在，讓我們製造一些工具，開始異星生活吧。教導孩子按下『E』鍵，開啟生產面板，並移到『石爐』上，確認所需資源是否足夠，並生產一個『石爐』。

背景知識：
《Factorio》是一款沙盒類型的創作遊戲，主題是工業生產與自動化。在遊戲中，我們扮演一名因太空船失事，獨自一人掉落在孤獨異星的人員。主角必須透過收集星球上的資源，建造出各種工具，最終目標則是製造火箭太空船，逃離這顆星球。

從《魯賓遜漂流記Robinson Crusoe》、《浩劫重生Cast Away》、《絕地救援The Martian》等作品可知，漂流遇難類型的作品一直是人們的創作元素之一。而孤身一人的荒野求生之旅，則是作品的主軸。在作品中，隨著時代的不同，主角運用各種知識、科技、工具，展開一場野外求生歷程，正是自造教育中『困境』→『嘗試』→『解決』的體現。同樣的，在《Factorio》這個作品中，我們也將成為宇宙魯賓遜，從基本的資源採集、金屬冶煉，中期的能源發展、運輸系統建設，到最後的無人機智慧網路，一步步的解決各項問題，達成遊戲的最終目標：製造火箭。

(火箭升空，我活下來啦！)

第2課金屬冶煉
任務目標：
資源採集：在地圖上的資源點，手工採集『鐵礦』和『煤礦』。
『金屬加工』：使用『石爐』，加入鐵礦和煤礦(木材)後，冶煉成『鐵板』。
工具製作：學習使用鐵板做原料，製造『熱能採礦機』，再用採礦機取代人力採集資源。
自動化：製造『輸送帶』、『熱能機械臂』，學習如何規劃自動金屬生產線。
舉一反三：銅礦和石礦能否冶煉？會出現何種產品呢？

學習概念：
【引起動機】
教師提問：在我們的周遭，大多數的物品是用什麼材質製造的？
孩子可能的回答：木材、塑膠、金屬
教師引導答題：那麼，你知道這些材質是如何生產出來的嗎？
木材→砍樹；塑膠→石油提煉；鐵→金屬冶煉。

【發展活動】
教師引導：請打開遊戲的生產面板，許多工具都需要使用「鐵板」這個材料才能生產，可是地圖上沒有鐵板可以挖，要怎樣才能取得「鐵板」呢？
請孩子在地圖上放置生產完成的『石爐』，並打開『石爐』的加工面版。

「原料」這一格，要放什麼東西呢？請孩子觀察關卡地圖，找出鐵礦區的位置，並採集一些鐵礦石。
「燃料」這一格，要放什麼東西呢？請孩子觀察關卡地圖，找出哪些東西可以燒，並收集煤碳與木材資源。
放入「鐵礦石」和「煤碳/木材」後，『石爐』開始生產「鐵板」。

教師提問：現在我們可以開始生產「鐵板」，製造各種東西了。可是要一直挖礦很累，有沒有比較輕鬆的方法呢？
在日常生活中，這種單調且重複的動作，通常利用機器代為作業。教師也可以補充蒸汽機的發展給予孩子作為知識。
請孩子打開遊戲的生產面板，生產『熱能採礦機』，放置在鐵礦區和煤碳區收集資源。
放上去的『熱能採礦機』不會動，而且出現一個「加油」的符號？教師回答孩子蒸汽機必須使用煤炭作為燃料，並指引孩子將煤碳放入『熱能採礦機』的燃料格，讓採礦機開始運作。

教師提問：現在，我們讓機器代替我們採集物資了，可是還要一直拿資源，再放到『石爐』裡加工，還要把生產完成的「鐵板」取出。有沒有更方便的方法呢？
請孩子生產『輸送帶』和『熱能機械臂』兩項工具，並學習這兩項工具如何搬運物品。
請孩子分組進行討論，如何組織採礦機、輸送帶、機械手臂、石爐、木箱，打造自動金屬加工生產線。

(鐵礦冶煉產線範例)

教師提問：把「鐵礦石」和「煤碳」放進『石爐』，會生產「鐵板」。那「銅礦石」和「石礦」呢？

【綜合活動】
完成以上目標後，嘗試擴大規模，大量生產原料與成品。

教師引導思考：一開始的時候，我們必須手動採集各種資源，移動和生產、回收成品，要做的事情非常多。但是完成自動產線後，就可以輕鬆的達成以上的工作，機器會幫我們自動做這些事情。在現代化的日常生活中，有哪些機器輔助人類，讓我們的生活更方便呢？

背景知識：
1.煉鐵的歷史
人類文明依據使用工具區分，從最遠古的石器、青銅、進展至鐵器文明。根據考證，大約於西元前14世紀，西臺王國便已經開始製造鐵製器具。直到現今，鋼鐵仍然是各種工具的主要材料，人類的文明史可說是隨著鐵的冶煉技術共同發展。
煉鐵的原則，在於設法除去鐵礦石(氧化鐵)中的氧原子，使氧化鐵還原為純鐵。反應化學式為：『2C+O2→2CO』、『Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2』。透過煉鐵爐(高爐)，依照一定比例加入焦炭與鐵礦石，讓鐵礦石在爐中與碳進行氧化還原反應，融化的鐵水冷卻凝固後，就可以得到『生鐵』，或再進一步加工為『鑄鐵』。
在煉鐵過程中，需要使用大量且便宜的『碳』作為還原劑。最初人們透過砍樹開發森林得到的木材進行燃燒。但隨著森林大量減少，開採技術的成熟，火力更強的石炭成為新的燃料，煉鐵效率也大幅提升。

2.工業革命與蒸汽機
18世紀晚期，透過瓦特改良蒸汽機這個事件作為關鍵點，引發名為『工業革命』歷史轉變。在此之前，整個生產所需動力依靠人力、畜力、水力和風力。伴隨蒸汽機的發明和改進，人類生產與製造方式逐漸轉為機械化，很多以前依賴人力與手工完成的工作，自蒸汽機發明後被機械化生產取代，大規模的工廠生產取代手工生產。
在遊戲中，最初玩家必須手工慢慢採集各種資源。但『熱能採礦機』研發後，只需固定加入燃料，機器就會自動進行開採工作。讓玩家能從採集作業中解放，進而發展其他活動。而『輸送帶』、『熱能機械臂』等工具，則更進一步讓採集、冶煉作業自動化，體現工業發展『效率至上』、『科技發展』的概念。

第3課工廠產線
任務目標：
認識組裝機
畫出目標的生產規劃圖
依據規劃圖完成「電子電路板(俗稱綠晶片)」的自動化生產

【引起動機】
教師引導孩子回想，在木工課程時，要製作一把小椅子，需要花費多少節課。依照基本時薪計算，這個作品大約要賣多少錢才符合價值？
在百元商店或大賣場，這樣的木椅子售價是多少，做工品質與手工比較誰比較好？
為何商店的物品可以又便宜、品質又好，它們是怎樣製造出來的？
教師播放自動化無人生產線的影片，介紹現代的工廠如何運作。

【發展活動】

請孩子打開生產面板，觀察工具的資料。除了生產所需原料外，還有一個資料是「生產時間」。
請孩子一次生產100個輸送帶，計算花費多少時間。在這段時間中，可否生產其他的物品？
教師回答：我們一次只能做一件事，所以數量多了，就要花費很多時間。但是機械可以設置很多組，分擔人類的工作，讓人可以做其他的事情。

教師布題：要怎樣才能用機械生產「綠晶片」呢？
請先觀察「綠晶片」的原料，它需要那些材料→「鐵板」和「銅線」。
「銅線」的原料是什麼→「銅板」。
在上一節課，我們已經學會如何用『石爐』生產「鐵板」和「銅板」了。請孩子分組討論，如何用「鐵板」和「銅板」變成「綠晶片」，並畫出生產設計圖。

請孩子生產一個『組裝機』，並教導如何設置配方，並放入「銅板」當作原料，取出「銅線」作為成品。

教師引導孩子，根據先前討論的生產設計圖，讓孩子嘗試排列『組裝機』、『輸送帶』和『機械臂』，完成自動生產線。
「鐵板」從哪裡生產，要怎樣用『輸送帶』運到工廠？
「銅板」從哪裡生產，中途必須先經過加工變成「銅線」。
如何匯集「鐵板」「銅線」兩項產品到組裝機，加工成「綠晶片」？

(簡易綠晶片的自動生產線)

【綜合活動】
教師引導思考：我們已經學會如何設計簡單的生產流程圖，並組裝生產線了。那有沒有辦法可以擴大生產線，進行大量生產呢？
使用10台『組裝機』同時生產，和手工相比誰比較快？

(大規模綠晶片的自動生產線)

挑戰其他物品(例如紅瓶)的設計與生產。

背景知識：
1.從『手工製作』到『工廠生產』。
工業革命解放生產力後，源源不斷的產品從工廠中生產而出。人類歷史上第一次從『生產不足』轉變成為『生產過剩』。告別過去陳舊、低效的原始生活，工業代表了人們通過自食其力來戰勝自然，把日子越過越好的希望。
20世紀初，亨利‧福特首先採用流水線生廠方法，組合設備、工人與傳輸裝置，實現高效率、低成本、標準化的生產流程，產出統一規格且廉價的產品，並讓大多數普通人能購買這些產品。
在遊戲中仔細地重現了這一過程，初期階段所需要資源花費數十個，尚可用手工方式慢慢製作。但中後期階段則是動輒成千上百個資源花費，若不依靠自動化流水線生產，將會拖累科技開發與物資生產。

(初期與後期的資源消耗對比)

第4課火力發電
任務目標：
建構蒸氣發電系統，並改良成自動供應燃料系統。
將熱能系統轉換成電力系統。
規劃並建構『科技包(紅瓶)』的自動生產線。
學習使用『科技研究』系統，解鎖新配方。

【引起動機】
教師提問：雖然我們已經使用『熱能採礦機』、『輸送帶』、『熱能機械臂』，完成了生產線自動化。但這些熱力機具需要消耗燃料，所以必須定期補充煤礦。不然就會停止工作，讓整個生產線停擺。
隨著科技進步，我們也要進入下一個時代：電力。

【發展活動】
教師可先補充孩子火力發電的知識，學習水如何變成蒸氣，推動發電機產生電力。「礦物能源」如何轉變成「熱能」，再轉變成「動能」和「電能」的能源轉換概念。
請孩子打開生產面板，製作『抽水幫浦』、『鍋爐』、『蒸氣發電機』、『水管』、『電線桿』等物品。
教師引導孩子移動到地圖中有水的區域，在岸邊放置『抽水幫浦』抽取水資源。
用『水管』連接『抽水幫浦』與『鍋爐』，對『鍋爐』提供燃料加熱水，產生高溫蒸汽。用『水管』連接『鍋爐』與『蒸氣發電機』，推動發電機產生電力。
為何『發電機』轉動一下就卡住了呢？生產出的電力必須消耗，才會繼續運作，設置『電線桿』連結『發電機』與其他電力設施。

(基礎的火力發電組合)

教師引導：進入電力時代後，工具機械也要升級成電能驅動版。讓孩子學習如何使用『科技研究』功能，解鎖『電能採礦機』、『機械臂』、『實驗室』等項目。並重新架構新基地，建立銅鐵各項資源生產線，取代熱能工具機。

教師引導提問：使用『科技研究』功能，必須要在『實驗室』中一直消耗「科技包(紅瓶)」。運用上一節課建立自動生產線的觀念，如何架構「科技包(紅瓶)」的自動生產線，請孩子分組討論並畫出設計圖，並依據設計圖在遊戲中打造生產線。

(紅瓶自動化產線)

教師引導思考：想一想，有哪些工具是經常需要使用的(如機械臂、輸送帶……)，是否需要打造這些常用物資的生產線？
這些物資都需要使用「鐵板」和「銅板」，請觀察地圖上的資源配置，思考基地的布局要如何規劃，才能配置這些生產線呢？

【綜合活動】
教師引導思考：『科技研究』頁面有許多項目，每一個項目可以解鎖那些新工具，要如何規劃『科技研究』的發展順序，才能讓基地運作比較順暢？

打開「P鍵」的生產統計面版，了解目前各種資源的生產消費量。請各組進行挑戰，1分鐘內誰能生產較多「綠晶片」。

銅鐵需求資源比例是多少，要設置多少數量的採礦機和石爐冶煉？
如何改良生產線，擴大生產規模呢？

背景知識：
1.電力與科技發展：
十九世紀末，由於電機工程學的進步，電的研究開始進入了工業和家庭裡。從那時開始，日新月異、突飛猛進的快速發展帶給了工業和社會巨大的改變。班傑明‧富蘭克林的風箏實驗、伏特的電池發明、漢斯‧奧斯特、安培、歐姆的電磁現象與理論。湯瑪斯‧愛迪生的燈泡與直流電系統、尼古拉‧特斯拉的交流電系統建立。在眾多科學家與發明家的貢獻下，電磁學與電機工程學如火如荼的發展，各種理論與實物發明一一問世。電力成為現代生活的必需工具，更是第二次工業革命的主要動力。
作為能源的一種供給方式，電有許多優點，這意味著電的用途幾乎是無可限量。交通、取暖、照明、電訊、計算等等，都必須以電為主要能源。進入二十一世紀，現代工業社會的骨幹仍是電能。

2.火力發電原理：
火力發電是利用燃料燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝置轉換成電能的一種發電方式。
一般利用煤炭、石油、天然氣等燃料，在燃燒時所產生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然後再由水蒸氣推動發電機來發電。通常電廠為了提高綜合經濟效益，火力發電廠應盡量靠近燃料基地進行。
火力發電系統主要由燃燒系統、汽水系統、電氣系統、控制系統等組成，前2種系統會產生高溫高壓蒸氣，電氣系統則是實現由熱能、機械能到電能的轉變，控制系統則是監控各系統的安全、合理、經濟運行。
火力發電的優點是投資相對較少，燒煤炭會比較便宜。缺點方面則是會造成環境污染(煙氣污染、粉塵污染)及資源消耗。

第5課軍事防衛
任務目標：
武裝自我：如何自動生產製造『彈匣』。
自動防衛系統：『機槍砲塔』；被動防禦與保護：『牆』。
架構自動化補給防衛系統。

【引起動機】
教師引導：在前面的課程中，我們都只關心如何建造基地。但是，這顆星球上的蟲蟲好像不太喜歡我們，想要破壞我們辛苦建設的基地。該如何防衛基地，保護我們的生命安全呢？

【發展活動】
教師引導：在蟲子攻擊主角時，可以使用身上的『手槍』和「彈匣」還擊。槍枝雖然只需生產1次，彈藥卻是屬於消耗品。請孩子使用生產面板，手工生產並補充「彈匣」。
教師提問：要一直手動補充彈藥太麻煩了，可不可以自動化生產呢？請孩子觀察「彈匣」的生產原料是什麼，如何運用現有的資源，使用組裝機製造『彈匣』，自動完成彈藥的生產作業。

教師引導：但是，我們的基地太大了，蟲子會從地圖左右方一直進入基地騷擾。且花費時間巡邏基地，也沒辦法繼續進行開發建設工作，要怎樣才能自動防衛基地呢？
教導孩子進入『科技研究』頁面，開發『砲塔』，生產『機槍砲塔』設置在基地周遭，並放入「彈匣」後，就會自動射擊進入火力範圍內的蟲子。

隨著基地發展擴大，蟲子數量增加後，『機槍砲塔』會無法及時殲滅，造成設施的損毀。讓孩子進行『石牆』的開發，並生產『石牆』保護基地。

請孩子觀察基地附近的地圖，那些地形通道比較狹窄，方便建置防衛線。架設『機槍砲塔』和『石牆』進行封鎖。抵禦蟲子軍團的攻擊。
教師提問：『機槍砲塔』雖然可以自動攻擊，但是要手動補給「彈匣」也很花費心力。如何架設自動化的彈藥補給系統？
讓孩子思考：組裝廠生產的「彈匣」如何透過輸送帶運到前線，並自動補充至砲塔內？

(結合機槍砲塔、自動供彈鏈、城牆、混凝土障礙的防衛線，抵禦蟲蟲的來襲)

【綜合活動】
教師引導思考：初期「彈匣」生產組裝只需1~2具，隨著遊戲進程，蟲子數量和強度也隨之上升。評估彈藥的消耗量，是否需增加生產線數量。
如何運用地形與圍牆，限制蟲子的進軍路線。並配置砲塔有效率的殲滅敵人。
開發「綠瓶」後，遊戲系統會大量生成蟲子攻擊基地。各組挑戰如何成功防衛基地，不讓蟲子入侵與破壞。

背景知識：
在遙遠的異星上，幸運的是：您不是這顆星球唯一的生命體；不幸的是，這群原住民正打算將您生吞活吃，拆掉您所建設的一切。在遊戲系統中，隨著基地的開發、汙染逐步擴大，外星蟲族開始頻繁的襲擊基地，破壞設施並試圖殺害玩家。為了對抗這無盡蔓延的天災，玩家必須學習如何武裝並防衛基地，才能繼續維持基地的發展。

要塞與防衛線：
打從石器時代起，聚落社會開始發展後，為了抵抗野獸的侵襲，人們便開始在在村子的四周設置樹枝、荊棘製成的圍籬。隨著時代發展，從對抗野獸演變成人與人、國與國之間的戰爭，防禦設施也隨著科技進步。從臨時搭建的鹿砦，磚石所打造的圍牆，到應付戰爭所需的城牆與要塞，越來越堅固與高聳的防衛建築物因此誕生。
相對地，攻擊方則是隨之開發出各種工程武器。雲梯、衝車、投石器、火炮……相繼問世，目的在突破城牆的防衛；為了對應攻擊方的發展，防衛方也無法僅依賴城牆，必須開發其他器具與戰術。護城河、星形稜堡、交叉火線射擊、壕溝坑道、火砲碉堡……，法國的馬其諾防線和德國的齊格菲防線則是二戰時代的典型範例。21世紀的現代則是彈道飛彈密集打擊與防空系統整合對抗。隨著科技與時代發展，矛與盾也隨之永無止盡對抗。

官方網站：
https://factorio.com/
demo版0.17.74，EA版0.18(2020-4月)

Cast Away (2000) Official Trailer
https://www.youtube.com/watch?v=kE6OlKeooc8

【絕地救援】中文預告片
https://www.youtube.com/watch?v=u6JApaI3ICQ

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