【STEM教育】荔景天主教學生研發AI「隨機認便系統」 辨認大便狀態以給予健康建議

社會 07:00 2022/07/28

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來自荔景天主教中學的4名女生,研發出人工智能「隨機認便系統」。(黃建輝攝)

當健康狀況未如理想,身體可能會發出不同警號,大便的顏色及形態是其中一個不能忽略的「紅燈」。為了能夠自行分析身體狀況,來自荔景天主教中學的4名女生,研發出人工智能「隨機認便系統」,透過手機應用程式,即可辨認大便的形狀和顏色,並給予適當健康建議。4人憑此發明橫掃多個創科比賽獎項,包括滙豐香港社區夥伴計劃社區創科編程馬拉松2021「最具創意獎」。

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其中一名成員莊錦鈺憶述她們的創作靈感,源自一次她們到公廁發現臭氣沖天又骯髒,原本打算發明一個可消毒殺菌、減少公廁氣味的裝置,蒐集資料時發現很多有關大便的資訊,最終受啟發設計「隨機認便系統」。要設計人工智能系統,4位學生先按「布里斯托大便分類法」,將大便分為7種形態及6種顏色,然後以泥膠及顏料製作42種「大便」。每類型再拍攝逾百張涉不同角度、光暗背景的圖片,合共逾4,200張,然後讓人工智能系統「學習」及建立數據庫。

4人再編寫一個手機應用程式,連結手提電話的相機,當拍下「大便」的圖片後,人工智能系統會自動分析糞便反映的健康狀況,並於手機應用程式內提出維持健康的貼士;例如綠色、非固體的大便,反映有關人士可能有腹瀉或細菌感染情況,人工智能系統會建議他進食相關藥物。手機應用程式另可記錄用家情況,有助他們長期檢查及追蹤各種腸道疾病。除了辨認大便狀態,她們亦設計出圍繞馬桶的新功能,包括以紫外綫為廁所板殺菌消毒,加設腳踏並利用藍牙控制高度,幫助排便順暢等。

4人以泥膠及顏料製作42種「大便」。(黃建輝攝)

4名同學在設計有關發明時僅就讀中二,由製作道具到編碼等用了約半年時間。成員謝依琳說,其中一個難關是初時選擇的人工智能系統,建立數據庫的「學習」階段時,不能負荷所有照片,令她們要再使用另一個系統從頭再來。另一名成員楊涴婷主力製作手機應用程式,她由小六開始對編程產生興趣,第一次親自編程是為一輛車編寫行走的路綫;中一開始參與相關的課外活動,形容編程很有挑戰性:「編寫的時候可能特別難,但完成後很有滿足感。」

啟發新作「女生必經之路」

4名女生合作編程研發的「隨機認便系統」,曾參加至少5個比賽,差不多每一次都能獲獎;這小試牛刀經驗,啟發4人更多構想,設計出「女生必經之路」程式。兩個發明的原理相似,均是利用人工智能系統更了解身體狀況,新作則是辨認女生經期間月經樣本的流量、顏色等。她們期望有朝一日可透過更多創科發明,協助更多人。

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談到參加創科比賽的得着,4人均認同比賽令她們學會團體合作,更增加與人溝通的技巧。成員莊錦鈺認為,參賽過程亦令她增加好奇心、更關心四周事物,「會想觀察吓還有甚麼值得改進的事,從而幫助到社會。」另一成員李沛恩說,資料蒐集過程中接觸很多大便的知識:「例如我學習到有白色的大便,成因是膽管受阻,這些資料很有趣,激發我學習多些生物知識。」

滙豐社區創科編程馬拉松2021共有69支隊伍參加,最終20隊進入決賽,爭奪7個獎項。滙豐希望激發中學生在創科領域的創意,參賽學生亦可在過程向市民介紹作品、與管理層交流,及和其他隊伍互相學習,從而提升溝通技巧。主辦方認為,荔景天主教中學的「隨機認便系統」是市面上較為罕見的創科作品,實用性亦高。

校方打造「兇案現場」 探究研習STEM

校方打造一個「兇案現場」。(黃建輝攝)

荔景天主教中學由2019/20學年起推行STEM課程,以探究型學習模式,每個學年須完成2至3個項目,從中學習STEM學科知識。該校初中循環周均有兩課STEM課,學生上課不用教科書,以專題研習形式學習,內容涉物理、化學、生物、編程等學科知識。

中三級的其中一個研習項目,校方打造一個「兇案現場」,在白紙畫下「屍體」,紙上多處濺有「血漬」並有一個「血掌印」。學生學習量度血漬濺出的角度等,最終就有如偵探一般,要分析兇案如何發生。即使學生最終不能以科學的角度「還原真相」,電腦科主任、STEM教育統籌老師廖萬昌說,他們亦可發揮創意,道出一個好的偵探故事。另外,學生會學習使用顯微鏡觀察血液,從中加深對白血球、紅血球等知識。

中三同學亦會學習物聯網,其中一個研習主題涉車輛,學生會以人工智能記錄停車場的實時泊車數量,並將數據上載至物聯網;又會透過編程自動記錄模型車的車速,再計算車輛駛過的斜坡斜度。廖萬昌表示,校方由初中開始培養學生對STEM學科的興趣,亦鼓勵學生多參賽,汲取經驗挑戰自己。

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記者:黃悅晴