大安高工機(jī)械科教學(xué)創(chuàng)意與革新

1、大安高工機(jī)械科教學(xué)創(chuàng)意與革新壹、 方案規(guī)劃一、 背景分析機(jī)械科是擁有被譽(yù)為工業(yè)之母的榮譽(yù)代名詞，它經(jīng)歷了多樣的世代交替，扮演工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的地位，而隨著電子資訊的發(fā)達(dá)、多元時代的變遷，許多不知情的人往往仍誤以機(jī)械的工作環(huán)境而稱之為黑手?；洞?，身為機(jī)械科老師的我們有必要重新思考、重新定位我們教學(xué)內(nèi)容，希冀藉由融入多元的教學(xué)課程，使學(xué)生對機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展能更加深廣、更具信心與興趣，以迎向新時代的挑戰(zhàn)。二、 方案目標(biāo)(一) 藉由課程的整合，使學(xué)生能結(jié)合學(xué)理與實(shí)務(wù)。(二) 融入創(chuàng)意教學(xué)，增進(jìn)學(xué)生多方面的潛力發(fā)揮。(三) 新興科技融入教學(xué)內(nèi)容，擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。(四) 結(jié)合網(wǎng)路資源以延伸教學(xué)，並提供師生互

2、動與資源分享的平臺。三、 實(shí)施策略(一) 自編教材。(二) 教學(xué)內(nèi)容改革、整合，並給予學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)意發(fā)揮的空間。(三) 積極參與、承辦校內(nèi)與校際的技術(shù)競賽、技能檢定。(四) RP快速原型加工融入教學(xué)。(五) 運(yùn)用網(wǎng)路資源，並建構(gòu)資源分享與互動的網(wǎng)路平臺。貳、 執(zhí)行過程一、 執(zhí)行人員(一) 北市大安高工機(jī)械科全體教職人員。(二) 共同合作團(tuán)隊(duì)：臺北科技大學(xué)機(jī)械系汪家昌、湯華興教授。二、 執(zhí)行項(xiàng)目(一) 自編教材：整合機(jī)械力學(xué)、機(jī)件原理、機(jī)械製造的內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)摘要整理，並彙整新興科技新知，俾使學(xué)生能完整掌握重點(diǎn)。(二) 整合教學(xué)：結(jié)合學(xué)科的理論與加工實(shí)務(wù)，使學(xué)生能學(xué)以致用。如機(jī)件原理所學(xué)的歐丹

3、聯(lián)結(jié)器、齒輪、皮帶輪、連桿、曲軸、速歸等機(jī)構(gòu)，輔以機(jī)械製造的加工理論，再運(yùn)用實(shí)習(xí)課將機(jī)件加工完成。 歐丹聯(lián)結(jié)器 四連桿機(jī)構(gòu) 曲軸、皮帶輪、歐丹機(jī)構(gòu)(三) 創(chuàng)意教學(xué)：實(shí)習(xí)課將班級分組，俾使學(xué)生學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)合作，接著提示創(chuàng)意主題，鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)意思考à資料搜尋à討論研發(fā)à加工製造à製作專題報(bào)告。如下圖為學(xué)生設(shè)計(jì)之改良?xì)W丹聯(lián)結(jié)器、創(chuàng)意小虎鉗、速歸連桿機(jī)構(gòu)。 改良?xì)W丹聯(lián)結(jié)器 創(chuàng)意小虎鉗 速歸連桿機(jī)構(gòu)除了整合學(xué)科外，亦可結(jié)合電腦輔助設(shè)計(jì)課程，以軟體Catia進(jìn)行3D模型的建構(gòu)à2D加工圖面à利用實(shí)習(xí)課完成工件。 歐丹聯(lián)結(jié)器3D模擬圖 相機(jī)三角架3D

4、模擬圖 相機(jī)三角架加工成品(四) 生動教學(xué)：誰說傳統(tǒng)機(jī)械加工的成品一定死板板，藉由一些生活創(chuàng)意，亦可製作出生動有趣的產(chǎn)品，比如上述相機(jī)三角架，下圖的小砲車、智慧方塊、內(nèi)十字、以及創(chuàng)意印章等藝術(shù)品，這不僅提高學(xué)生的興趣，也使學(xué)到更多不同的加工技巧。 創(chuàng)意小砲車 智慧方塊組 內(nèi)十字等藝術(shù)品而數(shù)控實(shí)習(xí)這門結(jié)合電腦與工具機(jī)的加工課程，更是可以充分發(fā)揮創(chuàng)意，如下圖為學(xué)生將自行建構(gòu)的模型運(yùn)用CNC工具機(jī)加工完成。 CNC車床成品 CNC銑床的2D創(chuàng)意成品 CNC銑床的3D創(chuàng)意成品 95年北市技術(shù)獎賽前說明 96年北市技術(shù)獎競賽過程1 96年北市技術(shù)獎競賽過程2(五) 新興科技融入教學(xué)隨著新興科技的引進(jìn)，製

5、程技術(shù)亦有許多的革新，因此將其融入教學(xué)，與北科大機(jī)械系汪家昌、湯華興教授合作，將RP快速原型加工技術(shù)融入教學(xué)，如下圖所示為學(xué)生參訪過程與RP加工成品。 北科大教授講解 實(shí)際參訪RP製程 RP製程所得產(chǎn)品(六) 運(yùn)用網(wǎng)路資源結(jié)合網(wǎng)路資源以延伸教學(xué)，如搭配臺科大圖書的OTAS系統(tǒng)，教師先於網(wǎng)站內(nèi)容，學(xué)生便可在家上網(wǎng)學(xué)習(xí)。除此之外，本科亦建構(gòu)網(wǎng)站以提供師生互動與資源分享的平臺，充分運(yùn)用網(wǎng)路資源。 OTAS學(xué)生線上測驗(yàn)系統(tǒng) 大安高工機(jī)械科網(wǎng)路資源平臺參、 成果評估一、 組織表現(xiàn)：發(fā)展數(shù)位化分享平臺，將新興科學(xué)技術(shù)上網(wǎng)分享。二、 個人表現(xiàn)：(一) 教師能研發(fā)創(chuàng)意教學(xué)，使學(xué)生對機(jī)械加工不再枯燥乏味。(二)

6、 學(xué)生對機(jī)械領(lǐng)域得以更加深廣、更具信心，學(xué)到帶得走的能力。肆、 省思分享在知識經(jīng)濟(jì)的時代，唯有懂得整合資源、創(chuàng)新與分享，才能掌握先機(jī)。對教學(xué)而言核心不外乎提升學(xué)生主動學(xué)習(xí)的動機(jī)，本科藉由整合教學(xué)與創(chuàng)意課程，使學(xué)生樂於學(xué)習(xí)，對機(jī)械領(lǐng)域更具興趣，而教師也更能樂於投入教學(xué)發(fā)展。相信在團(tuán)隊(duì)合作與堅(jiān)持下，假以時日必能達(dá)到新的里程碑。教學(xué)活動設(shè)計(jì)立體繪圖元件設(shè)計(jì)-教學(xué)活動設(shè)計(jì)一、 單元教學(xué)活動名稱：零件設(shè)計(jì)-草圖繪製二、 教學(xué)對象：【綜合高中二年級學(xué)生】三、 教學(xué)時數(shù)：4小時四、 教學(xué)目標(biāo)：1. 具備超作CATIA立體電繪軟體之基本能力。2. 能將機(jī)械元件繪製3D實(shí)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(xué)活動設(shè)計(jì)的概念、動機(jī)、目的等)1. 應(yīng)用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念及配合工廠實(shí)習(xí)的實(shí)作，繪製有效3D實(shí)體模型。2. 熟悉基本使用環(huán)境，再依序教學(xué)2D草圖繪製、3D實(shí)體建構(gòu)、3D零件組裝，以及工程圖製作的各項(xiàng)功能。六、 主要概念：(說明本活動主要學(xué)習(xí)的理論、知識、技能等)(一)前言：為發(fā)展新興科技融入高職機(jī)械群技術(shù)領(lǐng)域課程，並培訓(xùn)教師運(yùn)用新興科技融入教學(xué)，增進(jìn)專業(yè)知能，以推廣新興科技融入教學(xué)。本研習(xí)之具體目標(biāo)，是藉由立體參變數(shù)式特徵設(shè)計(jì)建構(gòu)及動畫製作教學(xué)與應(yīng)用之工具，提升教師的科技教學(xué)能力。期望受訓(xùn)教師將此新興科技，融入現(xiàn)行機(jī)械製圖實(shí)習(xí)教學(xué)之中，以提升並精緻化機(jī)械製圖實(shí)習(xí)課程的

8、教學(xué)活動及內(nèi)容。 (二)學(xué)前能力：基本識圖能力、機(jī)械原理之專業(yè)知識(三)學(xué)習(xí)目標(biāo)：本單元之學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1、能使用CATIA平面繪圖工具。 2、能建構(gòu)2D草圖。 3、簡單零件設(shè)計(jì)。(四)參考資料： 1、CATIA電腦輔助三維元件設(shè)計(jì)，杜黎蓉、林傅正編著。 2、CATIA V5 零件設(shè)計(jì)，謝文祥、謝文和編著。七、重要知能：本單元之學(xué)習(xí)活動分二部分：（一）認(rèn)知領(lǐng)域：1. CATIA環(huán)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(jìn)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(jié)構(gòu)樹狀圖。顯示

9、CATIA零件建構(gòu)的歷程或組裝表?？芍苯釉跉v程中修改建構(gòu)參數(shù)或圖素的性質(zhì)。（3）基準(zhǔn)平面：顯示零件之基準(zhǔn)平面（XY平面、YZ平面、ZX平面）。在CATIA中，每一圖都會有一基準(zhǔn)原點(diǎn)（0,0,0），以原點(diǎn)為基準(zhǔn)建立XY、YZ、ZX平面。（4）羅盤：顯示CATIA目前的軸向?？衫昧_盤頂部的圓球、三軸向及圓弧來旋轉(zhuǎn)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(qū)域，內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)及顯示工具列：圖示指令區(qū)域，內(nèi)定值為一行，可用滑鼠拖曳隱藏之工具。（7）命令提示區(qū)：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?yún)^(qū)：可

10、直接輸入CATIA指令。如輸入”c:凸塊”則執(zhí)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(diǎn)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(diào)整旋轉(zhuǎn)中心至滑鼠的位置同時按住中鍵和左鍵後拖動旋轉(zhuǎn)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(shí)體模式進(jìn)入平面繪圖模式，先選取一繪圖基準(zhǔn)面如xy plane再點(diǎn)選草圖進(jìn)入平面繪製模式。 平面繪圖模式在設(shè)計(jì)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(biāo)訂元件尺寸限制及設(shè)定幾何限制等。幾何條件限制選項(xiàng)標(biāo)訂元件尺寸自動產(chǎn)生拘束條件模擬設(shè)定ü 幾何條件限制：當(dāng)草圖需作邊界設(shè)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(shù)。ü 尺寸限制：點(diǎn)選幾何輪廓的邊界拉出即可，若重複設(shè)定限制，邊線呈紫色。ü 幾何尺寸條件限制範(fàn)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(jì)算。² 灰色：草圖中的建構(gòu)圖素，用來輔助定位。² 黃色：受保護(hù)不需修改的圖素，一般由3D圖素所產(chǎn)生。² 橙色：表示圖素已選取，再點(diǎn)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(diǎn)畫圓、相切圓、以座標(biāo)取圓、取不過半圓之圓弧等）、雲(yún)形線、橢圓、直線、輔助點(diǎn)、轉(zhuǎn)軸。外廓建立（直線、三點(diǎn)建弧與相切圓弧構(gòu)成）矩形圓形雲(yún)形線橢圓直線迴轉(zhuǎn)軸輔助點(diǎn) ü

13、; 矩形提供不同的外廓：以中心點(diǎn)取平行四邊形以中心點(diǎn)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(diǎn)取矩形 ü 範(fàn)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(fàn)例：以弧心取圓弧拘束起始點(diǎn)之三點(diǎn)圓弧以三點(diǎn)取過半圓之圓相切圓以座標(biāo)取圓以三點(diǎn)取圓以原點(diǎn)取圓 ü 範(fàn)例：（a）以原點(diǎn)取圓 （b）以三點(diǎn)取圓 （c）以座標(biāo)取圓（d）以三點(diǎn)取過半圓之圓 （e）拘束起始點(diǎn)之三點(diǎn)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?cái)?、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(shí)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(zhuǎn)移動對稱鏡射 ü 修整平面外型範(fàn)例：（a）圓角：選取兩個邊輸入半徑 （b）倒角：點(diǎn)左上兩個邊交點(diǎn)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(zhǔn)軸 （e）移動：選取圓選取圓心起點(diǎn)輸入移動長度點(diǎn)至所放終點(diǎn) （f）旋轉(zhuǎn)複製：選取曲線選取旋轉(zhuǎn)中心選取圓心為起點(diǎn)輸入複製元件數(shù)量輸入角度 （h）縮放：選取曲線選取圓心為縮放的基準(zhǔn)點(diǎn)輸入縮放倍率（h）偏移複製：選取曲線點(diǎn)選相切延伸輸入複製數(shù)量輸入偏移量 （i）3D

15、立體外形邊線投影：選取曲面產(chǎn)生邊線 （4） 草圖工具組：鎖定格點(diǎn)、建構(gòu)元素、建立內(nèi)部幾何拘束、建立內(nèi)部尺寸標(biāo)柱。 尺寸標(biāo)註幾何拘束建構(gòu)或標(biāo)準(zhǔn)圖素鎖定格點(diǎn)ü 鎖定格點(diǎn) 鎖定格點(diǎn)不鎖定格點(diǎn)建構(gòu)圖素ü 建構(gòu)或標(biāo)準(zhǔn)圖素幾何拘束尺寸標(biāo)註拘束(二)技能領(lǐng)域：1. 從開始機(jī)械設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)，建立一個新的CATIA的零件。2. 點(diǎn)選yz平面進(jìn)入2D草圖yz平面3. 確認(rèn)草圖工具組中幾何拘束、尺寸標(biāo)註已啟動?！俺壬北硎疽褑?. 滑鼠左鍵點(diǎn)選外廓建立的圖示，先把初步外廓建立。 5. 點(diǎn)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?；笞箧I快點(diǎn)兩下點(diǎn)選拘束，建立外型尺寸、位置尺寸

16、。 7. 點(diǎn)選圓角的圖示，在尖端點(diǎn)一下並輸入半徑20mm。點(diǎn)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(diǎn)選工具草圖分析來檢查草圖?！胺忾]”表示正確。若未封閉，必須使用修剪或?qū)⒉槐匾膱D素改為建構(gòu)圖素，使其封閉。 自我評量：l 練習(xí)一 l 練習(xí)二學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)單主題名稱：零件設(shè)計(jì)-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(jī)：一、 藉由同學(xué)對車床和鉗工的實(shí)習(xí)的先備知識，以及課堂上機(jī)械原理的專業(yè)知能，同學(xué)分組討論設(shè)計(jì)機(jī)械元件，並利用CATIA 3D立體繪圖軟體設(shè)計(jì)元件草圖。二、 教師說明各組討論結(jié)果並給予意見?！净顒佣骸炕?/p>

17、動概說：二人一組上機(jī)實(shí)際操作。一、 藉由PowerPoint多媒體教材之圖文解說，並上機(jī)操作基本繪圖指令。二、 給予評量練習(xí)題，繪出簡單機(jī)械元件草圖。三、 教師檢驗(yàn)草圖分析，逐一確認(rèn)草圖是否正確，並登錄成績。十二、學(xué)習(xí)活動回饋單機(jī)械科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)高瞻計(jì)畫學(xué)習(xí)活動回饋單主題名稱：零件設(shè)計(jì)-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(yùn)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(yè)界常使用的圖軟體，並分析其優(yōu)異點(diǎn)。示範(fàn)教材1-1零件繪製實(shí)例前言：經(jīng)由本範(fàn)例的操作，使用者將可學(xué)會零件特徵之基本建構(gòu)模式，經(jīng)由範(fàn)例的帶領(lǐng)，您將可應(yīng)用

18、到Inventor中的擠出、迴轉(zhuǎn)、孔、鏡射、肋、工作軸線、環(huán)形陣列、面拔模、圓角、矩形陣列，等功能。範(fàn)例練習(xí):步驟1建立底板特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-1所示 旋轉(zhuǎn) 於繪圖區(qū)按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉(zhuǎn)或一般視圖) 點(diǎn)選圖1-1所示 按Esc鍵。(2) 點(diǎn)選 投影幾何圖形 點(diǎn)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(diǎn)選圖1-3所示。步驟2建立圓柱特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-4所示 旋轉(zhuǎn) 於繪圖區(qū)按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉(zhuǎn)或一般視圖) 點(diǎn)選圖1-4所示 按Esc鍵。(2) 點(diǎn)選 投影幾何圖形 點(diǎn)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(diǎn)選圖1-6所示。步驟3建立方形柱體特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-7所示 旋轉(zhuǎn) 於繪圖區(qū)按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉(zhuǎn)或一般視圖) 點(diǎn)選圖1-7所示 按Esc鍵。(2) 點(diǎn)選 投影幾何圖形 點(diǎn)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(diǎn)選圖1-9所示。步驟4建立球形除料特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-10所示 旋轉(zhuǎn) 於繪圖區(qū)按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉(zhuǎn)或一般視圖) 點(diǎn)選圖1-10所示 按Esc鍵。(2) 點(diǎn)選 投影幾何圖形 點(diǎn)選如圖1-10所示 繪製如圖1-10所示之圓形 按F6鍵。(3) 迴轉(zhuǎn) 點(diǎn)選

20、圖1-11所示。步驟5建立矩形除料特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-12所示 旋轉(zhuǎn) 於繪圖區(qū)按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉(zhuǎn)或一般視圖) 點(diǎn)選圖1-12所示 按Esc鍵。(2) 點(diǎn)選 投影幾何圖形 點(diǎn)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(diǎn)選圖1-14所示。步驟6建立耳特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-15所示 旋轉(zhuǎn) 於繪圖區(qū)按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉(zhuǎn)或一般視圖) 點(diǎn)選圖1-15所示 按Esc鍵。(2) 點(diǎn)選 投影幾何圖形 點(diǎn)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(diǎn)選圖1-17所示。步驟7建立孔特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-18所示 。(2) 點(diǎn)選 孔 點(diǎn)選如圖1-19所示 點(diǎn)選如圖1-19所示。步驟8建立鏡射特徵(1) 點(diǎn)選 鏡射 按住Ctrl鍵並點(diǎn)選圖1-20所示 放開Ctrl鍵再點(diǎn)選圖1-20所示。步驟9建立補(bǔ)強(qiáng)肋特徵(1) 點(diǎn)選 草圖 點(diǎn)選圖1-21所示 旋轉(zhuǎn) 於繪圖區(qū)按鼠右鍵 一般視圖(亦可用空白鍵切換為旋轉(zhuǎn)或一般視圖) 點(diǎn)選圖1-21所示 按Esc鍵。(2) 點(diǎn)選 投影幾何圖形 點(diǎn)