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2 GP

《異星工廠Factorio》教學課程設計

作者:藍│異星工廠│2020-04-13 22:24:21│贊助:4│人氣:3196

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



引用網址:https://home.gamer.com.tw/TrackBack.php?sn=4748672
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