大安高工机械科教学创意与革新

1、大安高工機械科教學創意與革新壹、 方案規劃一、 背景分析機械科是擁有被譽為工業之母的榮譽代名詞，它經歷了多樣的世代交替，扮演工業領導者的地位，而隨著電子資訊的發達、多元時代的變遷，許多不知情的人往往仍誤以機械的工作環境而稱之為黑手。基於此，身為機械科老師的我們有必要重新思考、重新定位我們教學內容，希冀藉由融入多元的教學課程，使學生對機械領域的發展能更加深廣、更具信心與興趣，以迎向新時代的挑戰。二、 方案目標(一) 藉由課程的整合，使學生能結合學理與實務。(二) 融入創意教學，增進學生多方面的潛力發揮。(三) 新興科技融入教學內容，擴展學生的學習領域。(四) 結合網路資源以延伸教學，並提供師生互

2、動與資源分享的平台。三、 實施策略(一) 自編教材。(二) 教學內容改革、整合，並給予學生團隊合作、創意發揮的空間。(三) 積極參與、承辦校內與校際的技術競賽、技能檢定。(四) RP快速原型加工融入教學。(五) 運用網路資源，並建構資源分享與互動的網路平台。貳、 執行過程一、 執行人員(一) 北市大安高工機械科全體教職人員。(二) 共同合作團隊：台北科技大學機械系汪家昌、湯華興教授。二、 執行項目(一) 自編教材：整合機械力學、機件原理、機械製造的內容進行重點摘要整理，並彙整新興科技新知，俾使學生能完整掌握重點。(二) 整合教學：結合學科的理論與加工實務，使學生能學以致用。如機件原理所學的歐丹

3、聯結器、齒輪、皮帶輪、連桿、曲軸、速歸等機構，輔以機械製造的加工理論，再運用實習課將機件加工完成。 歐丹聯結器 四連桿機構 曲軸、皮帶輪、歐丹機構(三) 創意教學：實習課將班級分組，俾使學生學習團隊合作，接著提示創意主題，鼓勵學生進行創意思考à資料搜尋à討論研發à加工製造à製作專題報告。如下圖為學生設計之改良歐丹聯結器、創意小虎鉗、速歸連桿機構。 改良歐丹聯結器 創意小虎鉗 速歸連桿機構除了整合學科外，亦可結合電腦輔助設計課程，以軟體Catia進行3D模型的建構à2D加工圖面à利用實習課完成工件。 歐丹聯結器3D模擬圖 相機三角架3D

4、模擬圖 相機三角架加工成品(四) 生動教學：誰說傳統機械加工的成品一定死板板，藉由一些生活創意，亦可製作出生動有趣的產品，比如上述相機三角架，下圖的小砲車、智慧方塊、內十字、以及創意印章等藝術品，這不僅提高學生的興趣，也使學到更多不同的加工技巧。 創意小砲車 智慧方塊組 內十字等藝術品而數控實習這門結合電腦與工具機的加工課程，更是可以充分發揮創意，如下圖為學生將自行建構的模型運用CNC工具機加工完成。 CNC車床成品 CNC銑床的2D創意成品 CNC銑床的3D創意成品 95年北市技術獎賽前說明 96年北市技術獎競賽過程1 96年北市技術獎競賽過程2(五) 新興科技融入教學隨著新興科技的引進，製

5、程技術亦有許多的革新，因此將其融入教學，與北科大機械系汪家昌、湯華興教授合作，將RP快速原型加工技術融入教學，如下圖所示為學生參訪過程與RP加工成品。 北科大教授講解 實際參訪RP製程 RP製程所得產品(六) 運用網路資源結合網路資源以延伸教學，如搭配台科大圖書的OTAS系統，教師先於網站內容，學生便可在家上網學習。除此之外，本科亦建構網站以提供師生互動與資源分享的平台，充分運用網路資源。 OTAS學生線上測驗系統 大安高工機械科網路資源平台參、 成果評估一、 組織表現：發展數位化分享平臺，將新興科學技術上網分享。二、 個人表現：(一) 教師能研發創意教學，使學生對機械加工不再枯燥乏味。(二)

6、 學生對機械領域得以更加深廣、更具信心，學到帶得走的能力。肆、 省思分享在知識經濟的時代，唯有懂得整合資源、創新與分享，才能掌握先機。對教學而言核心不外乎提升學生主動學習的動機，本科藉由整合教學與創意課程，使學生樂於學習，對機械領域更具興趣，而教師也更能樂於投入教學發展。相信在團隊合作與堅持下，假以時日必能達到新的里程碑。教學活動設計立體繪圖元件設計-教學活動設計一、 單元教學活動名稱：零件設計-草圖繪製二、 教學對象：【綜合高中二年級學生】三、 教學時數：4小時四、 教學目標：1. 具備超作CATIA立體電繪軟體之基本能力。2. 能將機械元件繪製3D實體模型。3. 能由3D模型製作平面圖等角

7、圖。五、 活動概說：(說明本教學活動設計的概念、動機、目的等)1. 應用機構設計理念及配合工廠實習的實作，繪製有效3D實體模型。2. 熟悉基本使用環境，再依序教學2D草圖繪製、3D實體建構、3D零件組裝，以及工程圖製作的各項功能。六、 主要概念：(說明本活動主要學習的理論、知識、技能等)(一)前言：為發展新興科技融入高職機械群技術領域課程，並培訓教師運用新興科技融入教學，增進專業知能，以推廣新興科技融入教學。本研習之具體目標，是藉由立體參變數式特徵設計建構及動畫製作教學與應用之工具，提升教師的科技教學能力。期望受訓教師將此新興科技，融入現行機械製圖實習教學之中，以提升並精緻化機械製圖實習課程的

8、教學活動及內容。 (二)學前能力：基本識圖能力、機械原理之專業知識(三)學習目標：本單元之學習目標： 1、能使用CATIA平面繪圖工具。 2、能建構2D草圖。 3、簡單零件設計。(四)參考資料： 1、CATIA電腦輔助三維元件設計，杜黎蓉、林傅正編著。 2、CATIA V5 零件設計，謝文祥、謝文和編著。七、重要知能：本單元之學習活動分二部分：（一）認知領域：1. CATIA環境簡介（1）下拉式功能表：其介面與一般Windows軟體相同。但CATIA有較特別的使用如：ü 開始：進入CATIA各個不同的模組。ü 插入：使用CATIA繪圖指令。（2）歷程樹：又稱結構樹狀圖。顯示

9、CATIA零件建構的歷程或組裝表。可直接在歷程中修改建構參數或圖素的性質。（3）基準平面：顯示零件之基準平面（XY平面、YZ平面、ZX平面）。在CATIA中，每一圖都會有一基準原點（0,0,0），以原點為基準建立XY、YZ、ZX平面。（4）羅盤：顯示CATIA目前的軸向。可利用羅盤頂部的圓球、三軸向及圓弧來旋轉視角。也可自訂視窗選擇指定的視角。（5）繪圖工具列：繪圖指令大多在此區域，內定值為一行，可用滑鼠拖曳或右鍵顯示或所隱藏之工具列。（6）標準及顯示工具列：圖示指令區域，內定值為一行，可用滑鼠拖曳隱藏之工具。（7）命令提示區：顯示滑鼠目前所在位置的指令說明或是圖素的名稱。（8）命令輸入區：可

10、直接輸入CATIA指令。如輸入”c:凸塊”則執行凸塊指令。（9）滑鼠操作表按鍵操作說明左鍵按一下左鍵選擇圖示指令或選取圖素或在空白處按一下全部取消按住Ctrl以及左鍵點選圖素多重選取圖素或取消已選取圖素按住左鍵並拖動以窗選方式選取物件快按兩下修改尺寸或鎖定指令中鍵按住中鍵並拖動平移按一下中鍵調整旋轉中心至滑鼠的位置同時按住中鍵和左鍵後拖動旋轉視景按住中鍵再按一下左鍵後拖動縮放視景右鍵按一下右鍵顯示輔助功能表2.平面繪圖模式工具列介紹 由實體模式進入平面繪圖模式，先選取一繪圖基準面如xy plane再點選草圖進入平面繪製模式。 平面繪圖模式在設計元件時，會使用一些工具，從視圖之工具列下常使用者有

11、：（1） 拘束：用來標訂元件尺寸限制及設定幾何限制等。幾何條件限制選項標訂元件尺寸自動產生拘束條件模擬設定ü 幾何條件限制：當草圖需作邊界設定或限制時，可採用幾何限制工具列如右表，其中功能可制訂平行、水平、鉛直、角度、固定、對稱、同一、同心、相切等等參數。ü 尺寸限制：點選幾何輪廓的邊界拉出即可，若重複設定限制，邊線呈紫色。ü 幾何尺寸條件限制範例：邊長尺寸、相切、同心、同一限制ü 顏色顯示：² 白色：為完全拘束，表示加入尺寸、拘束無法完全限制圖素。² 綠色：固定或完全拘束，表示加入尺寸、拘束已足夠限制圖素。² 紫色：過度拘

12、束，表示加入尺寸、拘束太多，超出需求。² 紅色：無法求解，表示加入尺寸、拘束已足夠，但有些尺寸不正確。² 棕色：圖素尚未更新，部分圖素過度定義或無拘束，無法計算。² 灰色：草圖中的建構圖素，用來輔助定位。² 黃色：受保護不需修改的圖素，一般由3D圖素所產生。² 橙色：表示圖素已選取，再點一次可取消。（2） 斷面繪製：外廓建立、矩形（定邊長取矩形、長短孔、弧形短孔等）、圓形（以三點畫圓、相切圓、以座標取圓、取不過半圓之圓弧等）、雲形線、橢圓、直線、輔助點、轉軸。外廓建立（直線、三點建弧與相切圓弧構成）矩形圓形雲形線橢圓直線迴轉軸輔助點 ü

13、; 矩形提供不同的外廓：以中心點取平行四邊形以中心點取矩形六邊形鑰匙孔弧形長短孔長短孔平行四邊形定邊長取矩形原點取矩形 ü 範例：（a）矩形 （b）定邊長取矩形 （c）平行四邊形 （d）長短形 （e）圓弧形長孔 （f）定邊長取矩形 （g）六邊形 （h）以中心取矩形 （i）以中心取平行四邊形 ü 圓形提供不同的外廓及範例：以弧心取圓弧拘束起始點之三點圓弧以三點取過半圓之圓相切圓以座標取圓以三點取圓以原點取圓 ü 範例：（a）以原點取圓 （b）以三點取圓 （c）以座標取圓（d）以三點取過半圓之圓 （e）拘束起始點之三點圓弧 （f）以弧心取圓弧 （3） 操作修整外型：圓

14、角、倒角、擦拭修整、截斷、對稱、3D立體投影（立體投影、交面投影、剪影）。圓角倒角修剪鏡射3D實體投影立體邊線投影立體元素相交立體元素投影偏移縮放旋轉移動對稱鏡射 ü 修整平面外型範例：（a）圓角：選取兩個邊輸入半徑 （b）倒角：點左上兩個邊交點輸入角度和斜邊長度 （c）修剪：選取橡皮擦擦掉不要的線 （d）鏡射：選取圓選鏡射基準軸 （e）移動：選取圓選取圓心起點輸入移動長度點至所放終點 （f）旋轉複製：選取曲線選取旋轉中心選取圓心為起點輸入複製元件數量輸入角度 （h）縮放：選取曲線選取圓心為縮放的基準點輸入縮放倍率（h）偏移複製：選取曲線點選相切延伸輸入複製數量輸入偏移量 （i）3D

15、立體外形邊線投影：選取曲面產生邊線 （4） 草圖工具組：鎖定格點、建構元素、建立內部幾何拘束、建立內部尺寸標柱。 尺寸標註幾何拘束建構或標準圖素鎖定格點ü 鎖定格點 鎖定格點不鎖定格點建構圖素ü 建構或標準圖素幾何拘束尺寸標註拘束(二)技能領域：1. 從開始機械設計零件設計，建立一個新的CATIA的零件。2. 點選yz平面進入2D草圖yz平面3. 確認草圖工具組中幾何拘束、尺寸標註已啟動。“橙色”表示已啟動4. 滑鼠左鍵點選外廓建立的圖示，先把初步外廓建立。 5. 點選幾何拘束的圖示，將弧之圓心與V軸同一。6. 加入尺寸拘束。滑鼠左鍵快點兩下點選拘束，建立外型尺寸、位置尺寸

16、。 7. 點選圓角的圖示，在尖端點一下並輸入半徑20mm。點選幾何拘束的圖示，將弧之圓心與H軸同一。最後建立弧心到垂直軸的距離。8. 完成圖後，點選工具草圖分析來檢查草圖。“封閉”表示正確。若未封閉，必須使用修剪或將不必要的圖素改為建構圖素，使其封閉。 自我評量：l 練習一 l 練習二學習活動設計單主題名稱：零件設計-草圖繪製班級：綜高二孝 姓名： 座號：本課程分為二個子活動【活動一：】引起動機：一、 藉由同學對車床和鉗工的實習的先備知識，以及課堂上機械原理的專業知能，同學分組討論設計機械元件，並利用CATIA 3D立體繪圖軟體設計元件草圖。二、 教師說明各組討論結果並給予意見。【活動二：】活

17、動概說：二人一組上機實際操作。一、 藉由PowerPoint多媒體教材之圖文解說，並上機操作基本繪圖指令。二、 給予評量練習題，繪出簡單機械元件草圖。三、 教師檢驗草圖分析，逐一確認草圖是否正確，並登錄成績。十二、學習活動回饋單機械科學技術基礎高瞻計畫學習活動回饋單主題名稱：零件設計-草圖繪製班級：綜高二孝 姓名： 座號：【問題一】請說出AutoCad繪圖軟體的運用與CATIA繪圖軟體的差異？【問題二】就你所知，還有哪些3D繪圖軟體？介紹一般在工業界常使用的圖軟體，並分析其優異點。示範教材1-1零件繪製實例前言：經由本範例的操作，使用者將可學會零件特徵之基本建構模式，經由範例的帶領，您將可應用

18、到Inventor中的擠出、迴轉、孔、鏡射、肋、工作軸線、環形陣列、面拔模、圓角、矩形陣列，等功能。範例練習:步驟1建立底板特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-1所示 旋轉 於繪圖區按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉或一般視圖) 點選圖1-1所示 按Esc鍵。(2) 點選 投影幾何圖形 點選如圖1-2所示 繪製如圖1-2所示之矩形 按F6鍵。(3) 擠出 點選圖1-3所示。步驟2建立圓柱特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-4所示 旋轉 於繪圖區按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉或一般視圖) 點選圖1-4所示 按Esc鍵。(2) 點選 投影幾何圖形 點選如圖1-5所示 繪製如圖1-5

19、所示之圓形 按F6鍵。(3) 擠出 點選圖1-6所示。步驟3建立方形柱體特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-7所示 旋轉 於繪圖區按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉或一般視圖) 點選圖1-7所示 按Esc鍵。(2) 點選 投影幾何圖形 點選如圖1-8所示 繪製如圖1-8所示之圓形 按F6鍵。(3) 擠出 點選圖1-9所示。步驟4建立球形除料特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-10所示 旋轉 於繪圖區按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉或一般視圖) 點選圖1-10所示 按Esc鍵。(2) 點選 投影幾何圖形 點選如圖1-10所示 繪製如圖1-10所示之圓形 按F6鍵。(3) 迴轉 點選

20、圖1-11所示。步驟5建立矩形除料特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-12所示 旋轉 於繪圖區按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉或一般視圖) 點選圖1-12所示 按Esc鍵。(2) 點選 投影幾何圖形 點選如圖1-13所示 繪製如圖1-13所示之圓形 按F6鍵。(3) 擠出 點選圖1-14所示。步驟6建立耳特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-15所示 旋轉 於繪圖區按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉或一般視圖) 點選圖1-15所示 按Esc鍵。(2) 點選 投影幾何圖形 點選如圖1-16所示 繪製如圖1-16所示之圓形 按F6鍵。(3) 擠出 點選圖1-17所示。步驟7建立孔特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-18所示 。(2) 點選 孔 點選如圖1-19所示 點選如圖1-19所示。步驟8建立鏡射特徵(1) 點選 鏡射 按住Ctrl鍵並點選圖1-20所示 放開Ctrl鍵再點選圖1-20所示。步驟9建立補強肋特徵(1) 點選 草圖 點選圖1-21所示 旋轉 於繪圖區按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉或一般視圖) 點選圖1-21所示 按Esc鍵。(2) 點選 投影幾何圖形 點