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1 九 十 三 年 度 教 育 部 辦 理 技 專 校 院 提 昇 系 科 教 學 品 質 專 案 計 畫 計 畫 名 稱 : 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 提 昇 機 械 工 程 系 教 學 品 質 專 案 計 畫 (Elevating Faculties Teaching Quality by Using Interactive 3D Virtual Reality and Intelligent Creativeness at Mechanical Engineering Department) 申 請 學 校 : 崑 山 科 技 大 學 聯 絡 人 : 單 位 機 械 工 程 系 ( 所 ) 職 稱 教 授 兼 系 主 任 姓 名 周 煥 銘 電 話 轉 32000/32107 傳 真 號 碼 hmchou@mail.ksut.edu.tw 中 華 民 國 九 十 三 年 七 月 八 日

2 九 十 三 年 度 教 育 部 辦 理 技 專 校 院 提 昇 系 科 教 學 品 質 專 案 計 畫 崑 山 科 技 大 學 機 械 工 程 系 提 升 教 師 提 昇 系 科 教 學 品 質 專 案 計 畫 申 請 書 計 畫 名 稱 : 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 提 昇 機 械 工 程 系 教 學 品 質 專 案 計 畫 崑 山 科 技 大 學 機 械 工 程 系 ( 所 ) 中 華 民 國 九 十 三 年 七 月 八 日 2

3 計 畫 名 稱 : 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 提 昇 機 械 工 程 系 教 學 品 質 專 案 計 畫 計 畫 大 綱 壹 計 畫 名 稱 6 貳 背 景 及 現 況 6 一 崑 山 科 技 大 學 中 長 程 發 展 願 景 6 二 何 謂 3D 虛 擬 互 動 教 學 8 三 虛 擬 實 境 在 教 學 上 的 優 點 11 四 虛 擬 實 境 應 具 備 之 功 能 12 五 網 路 虛 擬 實 境 在 教 學 方 面 的 應 用 12 六 虛 擬 實 境 技 術 在 學 校 的 作 用 14 參 計 畫 目 標 16 一 計 畫 發 展 重 點 16 二 實 習 就 業 規 劃 16 三 實 務 結 合 e 化 學 習 18 四 証 照 輔 導 19 五 學 習 差 異 規 劃 20 肆 具 體 內 容 及 配 套 措 施 22 一 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 硬 體 設 置 23 二 創 作 思 考 教 學 擬 定 25 三 實 務 教 學 平 台 之 製 作 28 ( 一 ) 本 計 畫 現 階 段 預 計 完 成 項 目 利 用 虛 擬 實 境 技 術 製 作 機 車 修 護 丙 級 證 照 考 試 之 教 學 平 台 結 合 3D 虛 擬 互 動 實 務 教 學 平 台 建 構 塑 膠 射 出 成 型 機 操 作 訓 練 教 材 生 活 化 科 學 教 學 - 活 用 柏 努 俐 原 理 和 網 路 製 作 教 學 平 台 44 3

4 4. 液 氣 壓 實 務 教 學 平 台 原 子 力 顯 微 鏡 虛 擬 實 境 實 務 操 作 55 ( 二 ) 本 計 畫 未 來 可 能 陸 續 建 置 實 務 教 學 平 台 58 四 師 資 培 訓 59 五 技 術 指 導 與 技 術 轉 移 59 六 配 套 措 施 60 ( 一 ) 硬 體 設 施 規 劃 60 ( 二 ) 相 關 學 程 與 課 程 61 ( 三 ) 使 用 規 劃 62 ( 四 ) 管 理 規 劃 62 伍 實 施 進 度 及 分 工 64 一 計 畫 分 工 64 二 實 施 進 度 及 成 效 管 考 機 制 計 畫 查 核 點 65 ( 一 ) 月 份 查 核 點 66 ( 二 ) 預 定 進 度 甘 梯 圖 68 三 校 內 評 鑑 68 四 教 育 部 評 鑑 考 核 69 五 實 務 教 學 之 教 務 管 理 規 定 69 陸 經 費 需 求 及 行 政 支 援 72 一 各 項 經 費 需 求 及 配 合 款 項 72 ( 一 ) 資 本 門 72 ( 二 ) 經 常 門 73 二 行 政 相 關 支 援 75 柒 預 期 成 效 及 影 響 77 一 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 專 案 預 期 之 效 益 77 二 虛 擬 實 境 在 學 校 教 育 上 的 影 響 79 ( 一 ) 教 學 觀 念 的 變 化 79 ( 二 ) 教 學 內 容 的 變 化 教 學 內 容 外 在 形 式 的 變 化 教 學 內 容 的 內 在 結 構 的 變 化 81 ( 三 ) 教 學 手 法 的 變 化 互 動 啟 發 式 教 學 發 現 式 教 學 協 同 工 作 式 教 學 83 4

5 4. 情 境 式 教 學 83 三 虛 擬 實 境 技 術 的 重 要 性 與 執 行 前 後 差 異 性 84 四 量 化 實 例 與 本 專 案 實 施 後 對 機 械 系 教 學 影 響 85 捌 附 錄 87 一 歷 年 執 行 計 畫 情 形 及 成 效 87 二 參 考 文 獻 90 5

6 壹 計 畫 名 稱 : 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 提 昇 機 械 工 程 系 教 學 品 質 專 案 計 畫 貳 背 景 及 現 況 : 我 國 技 職 教 育 發 展 所 面 對 的 問 題, 對 內 除 了 針 對 台 灣 出 生 人 口 持 續 下 降 學 生 人 數 減 少 以 及 近 年 來 產 業 出 走 轉 型 升 級 所 需 的 技 術 人 力 轉 變 等 因 素, 對 外 面 對 全 球 化 的 趨 勢, 技 專 校 院 的 教 學 如 何 結 合 區 域 特 色, 充 分 發 揮 人 力 培 育 的 功 能, 縮 小 學 非 所 用 的 比 率 等 因 素, 現 行 技 專 院 體 系 教 學 未 能 因 應 當 下 之 需, 故 極 需 提 昇 其 教 學 品 質 以 面 對 未 來 發 展 的 影 響, 在 提 教 學 品 質 的 同 時 更 應 積 極 提 昇 學 生 素 質, 開 啟 學 生 的 創 意 思 考 之 門, 以 學 校 的 產 學 行 銷 為 支 架, 吸 引 產 業 界 投 資, 開 創 學 生 畢 業 後 的 就 業 大 門, 如 此 才 能 使 學 校 教 育 的 培 育 與 人 力 市 場 需 求 契 合 ; 建 立 技 專 校 院 的 教 學 的 品 質 保 證, 為 當 務 之 急 一 崑 山 科 技 大 學 中 長 程 發 展 願 景 : 本 校 中 長 程 發 展 願 景, 明 白 訂 定 引 領 崑 山 再 創 高 峰, 秉 持 校 訓 堅 毅 誠 樸 的 基 本 精 神, 以 塑 造 學 生 誠 懇 質 樸 的 人 格 特 質 培 育 學 生 具 備 堅 毅 執 著 的 為 學 研 究 與 精 進 技 能 的 基 本 態 度 ; 並 因 應 時 代 的 變 遷, 擬 訂 具 前 瞻 性 的 中 長 程 發 展 目 標, 俾 使 崑 山 人 成 為 廿 一 世 紀 的 領 航 者 願 景 目 標 有 : 培 育 學 生 成 為 新 世 紀 最 佳 領 導 人 才 協 助 老 師 成 為 世 界 主 流 科 技 的 應 用 專 家 塑 造 學 校 成 為 增 進 人 類 福 祇 的 研 發 及 教 育 中 心 ; 在 發 展 策 略 的 縱 向 構 面 以 組 成 研 究 群 組, 將 專 業 研 究 導 入 教 學 實 作, 引 導 學 生 專 題 研 究, 在 橫 向 構 面 則 以 蘊 釀 院 級 研 究 中 心 的 成 立 及 運 作, 學 生 透 過 參 與 運 作, 以 培 育 其 領 導 研 究 團 隊 的 能 力, 交 織 成 整 體 構 面 達 到 籌 組 目 標 產 品 的 運 作 群, 使 學 生 藉 整 體 運 作 之 參 與, 培 養 其 領 導 團 隊 整 合 運 作 的 能 力 透 過 上 述 三 階 段 6

7 的 構 面 發 展, 將 本 校 之 教 學 研 究 及 社 會 服 務 融 合 為 一 體, 成 相 互 為 用, 而 不 再 成 為 獨 立 的 個 體, 如 圖 一 所 示 教 學 校 務 發 展 研 究 社 會 服 務 圖 一 崑 山 科 技 大 學 校 務 發 展 融 合 三 階 段 的 構 面 發 展 教 學 現 階 段 的 主 要 為 配 合 社 會 結 構 變 遷, 檢 討 課 程 架 構 調 整 教 學 內 容, 著 重 電 子 化 的 教 學 方 式, 強 化 理 論 與 實 務 並 重 研 究 與 實 作 並 進, 並 建 立 學 生 正 確 的 學 習 觀 念 與 學 習 態 度 未 來 將 針 對 運 用 網 路 教 學 系 統, 誘 發 學 生 自 我 期 許 主 動 學 習, 同 時 強 化 研 發 團 隊 系 統 運 作 之 教 育, 逐 漸 導 入 世 界 主 流 科 技 的 理 論 教 學 及 實 作 運 用 現 階 段 研 究 方 面 以 建 夠 本 校 為 教 學 與 研 發 並 重 的 學 府, 並 以 各 系 的 研 究 群 組 協 助 企 業 進 行 相 關 研 發, 籌 設 院 級 研 究 中 心 未 來 將 橫 向 整 合 院 際 研 究 專 長, 籌 組 產 品 研 發 實 作 之 運 行 團 隊, 發 展 團 隊 運 作 模 式, 真 正 結 合 企 業 做 產 品 研 製 行 銷 運 作, 充 分 發 揮 培 育 人 才 與 學 能 所 用 之 目 的 本 校 深 感 對 國 家 及 社 會 所 賦 予 之 責 任 心, 因 此 對 社 會 服 務 積 極 彙 整 校 內 軟 硬 體 資 源, 提 供 企 業 服 務, 並 將 校 內 各 項 教 學 活 動 與 社 區 需 求 相 結 合, 共 同 結 合 師 生 參 與 社 會 回 饋 活 動, 培 養 正 確 的 服 務 態 度 未 來 將 更 積 極 主 動 關 心 社 會 需 求, 規 劃 投 入 社 會 服 務 事 宜, 同 時 透 過 學 生 社 團 規 劃 導 引 社 會 人 士 或 青 少 年 以 健 康 的 正 確 的 觀 念 參 與 社 團 活 動, 並 開 展 網 路 教 學 資 源, 分 享 社 區 及 社 會 大 眾 7

8 將 三 者 融 為 一 體, 成 相 互 為 用 外, 本 校 並 未 曾 忘 卻 邁 向 國 際 廣 為 交 流, 現 階 段 不 但 持 續 推 展 國 際 建 教 合 作 也 同 時 推 動 國 際 校 院 學 術 交 流, 並 建 立 海 峽 兩 岸 互 動 合 作 關 係, 推 展 國 際 校 院 交 換 學 生 未 來 更 以 推 廣 全 球 華 人 世 界 的 遠 距 教 學 為 目 標, 進 而 推 廣 全 球 企 業 的 建 教 合 作 計 劃, 以 做 為 亞 太 地 區 企 業 的 研 發 基 地 依 據 本 校 的 現 況 及 展 望 與 因 應 時 代 的 變 遷, 提 昇 系 科 教 學 品 質, 乃 為 推 動 建 構 整 體 目 標 中 重 要 的 一 環 ; 而 如 何 培 育 國 家 與 企 業 當 前 需 要 的 人 才, 以 求 永 續 的 發 展 及 經 營, 即 在 於 不 斷 改 善 教 學 方 式 與 訓 練 方 法, 提 高 學 生 的 學 習 興 趣, 激 發 學 生 潛 在 的 能 力, 使 其 逐 漸 的 建 立 前 瞻 性 的 創 造 思 考 能 力 ; 運 用 電 腦 虛 擬 的 操 作 模 擬 與 影 像, 建 構 基 礎 專 業 應 用 及 實 務 課 程 的 教 學 平 台, 藉 由 聽 覺 視 覺 與 觸 覺 提 高 學 生 在 課 程 的 學 習 興 趣, 排 除 一 般 學 生 對 傳 統 式 教 學 上 呆 板 無 聊 與 不 易 了 解 的 通 病, 從 基 礎 到 應 用 循 序 連 貫 不 斷 刺 激 學 生 創 造 及 思 考 能 力, 再 將 其 所 構 思 的 創 作 透 過 虛 擬 教 學 平 完 成 概 念 設 計 與 修 正 ; 此 時 教 學 上 僅 屬 中 程 階 段, 藉 由 實 務 教 學 平 台 的 訓 練, 學 生 必 須 將 其 完 成 概 念 設 計 實 物 化, 此 時 必 須 以 實 際 操 作 完 成 原 型 物 件 ; 在 整 個 教 學 與 學 生 創 造 的 過 程 中, 必 然 形 成 專 利 的 研 究 成 果, 所 以 在 有 初 步 產 品 後, 必 須 透 過 學 校 的 包 裝 與 行 銷 吸 引 有 興 趣 的 廠 商 將 其 商 品 化 二 何 謂 3D 虛 擬 互 動 教 學 : 近 年 來 有 愈 來 愈 多 人 將 虛 擬 實 境 應 用 在 各 個 領 域 中, 其 中 影 響 較 深 遠 的 應 該 算 是 應 用 在 教 育 學 習 方 式 方 面, 而 虛 擬 實 境 與 網 路 的 結 合 又 為 教 學 媒 材 帶 來 新 的 衝 擊 因 此 以 下 先 作 虛 擬 實 境 的 發 展 及 簡 介, 再 提 利 用 Vimtek VR 建 構 虛 擬 實 境, 最 後 探 討 虛 擬 實 境 應 具 備 之 功 能 8

9 圖 二 機 械 螺 絲 與 安 裝 圖 三 機 件 組 裝 與 觸 覺 何 謂 虛 擬 互 動 系 統? 此 種 系 統 早 在 1990 年 的 中 葉 即 有 人 提 出, 藉 由 電 腦 軟 體 架 構, 結 合 微 感 測 系 統 模 擬 接 觸 的 感 覺 (a sense of touching), 並 透 過 視 覺 聽 覺 與 嗅 覺 的 整 合 應 用 於 專 業 上 的 訓 練 ; 早 期 因 電 腦 價 格 的 昂 貴 導 致 系 統 發 展 的 障 礙, 近 年 來 因 電 腦 普 級 及 微 感 測 系 統 的 蓬 勃 發 展, 許 多 系 統 已 開 發 應 用 於 醫 療 復 健 系 統 儀 器 操 作 教 學 訓 練 等 等, 甚 至 現 在 青 少 年 最 受 歡 迎 的 電 腦 遊 戲 在 某 些 操 控 系 統 上 也 應 用 部 分 觸 覺 架 構, 以 改 善 單 調 的 影 像 及 聲 音 程 式, 大 大 提 高 廣 泛 大 眾 對 他 的 接 受 與 喜 愛 程 度 圖 二 所 示 為 該 系 統 透 過 人 機 介 面 在 選 擇 機 械 螺 絲 與 進 行 安 裝, 圖 三 所 示 為 利 用 虛 擬 系 統 組 裝 機 件, 以 觸 覺 感 應 其 動 態 的 力 道, 讓 學 習 者 了 解 到 實 際 狀 態, 引 發 學 習 者 在 實 務 過 程 中 提 升 思 考 能 力 及 對 事 與 物 的 興 趣 虛 擬 實 境 技 術 (Virtual Reality), 九 十 年 代 初 逐 漸 被 各 界 所 關 注, 在 商 業 領 域 得 到 了 進 一 步 的 發 展 這 種 技 術 的 特 點 在 於 電 腦 產 生 一 種 人 為 虛 擬 的 環 境, 這 種 虛 擬 的 環 境 乃 經 由 電 腦 圖 形 構 成 的 3D 數 位 模 型, 編 碼 到 電 腦 中 產 生 仿 真 的 " 虛 擬 環 境 ", 從 而 使 得 使 用 者 在 視 覺 上 產 生 一 種 沈 浸 于 虛 擬 環 境 的 感 覺, 這 就 是 虛 擬 實 境 技 術 中 所 產 生 的 浸 沒 感 (Immersion) 或 臨 場 參 與 感 虛 擬 實 境 與 通 常 CAD 系 統 所 產 生 的 模 型 以 9

10 及 傳 統 的 3D 動 畫 是 不 一 樣 的, 它 不 是 一 個 靜 態 的 世 界, 而 是 一 個 開 放 互 動 的 環 境, 虛 擬 實 境 環 境 可 以 通 過 控 制 與 監 視 裝 置 影 響 或 被 使 用 者 影 響, 這 是 VR 的 第 二 個 特 徵, 即 所 謂 交 互 性 (Interaction) 使 用 者 可 以 使 用 鍵 盤 滑 鼠 或 游 戲 搖 桿, 在 場 景 中 " 隨 意 行 走 (Free Walkaround)", 任 意 進 入 其 中 的 建 築, 甚 至 可 以 " 乘 座 " 動 態 物 件, 或 者 觀 看 預 先 輸 入 的 物 件 的 資 訊 另 外, 虛 擬 實 境 不 僅 僅 是 一 個 展 示 媒 體, 而 且 還 是 一 個 設 計 工 具 它 以 視 覺 形 式 反 映 了 設 計 者 的 思 想, 比 如 當 在 蓋 一 座 現 代 化 的 大 廈 之 前, 你 首 先 要 做 的 事 是 對 這 座 大 廈 的 結 構 外 形 做 細 緻 的 構 思, 為 了 使 之 定 量 化, 你 還 需 設 計 許 多 圖 紙, 當 然 這 些 圖 紙 只 能 內 行 人 讀 懂, 虛 擬 實 境 可 以 把 這 種 構 思 變 成 看 得 見 的 虛 擬 物 體 和 環 境, 使 以 往 只 能 借 助 傳 統 沙 盤 的 設 計 模 式 提 升 到 數 位 化 的 即 看 即 所 得 的 完 美 境 界, 大 大 提 高 了 設 計 和 規 劃 的 品 質 與 效 率 這 是 VR 所 具 有 的 第 三 類 特 徵, 即 所 謂 想 像 性 (Imagination) 正 是 由 於 虛 擬 實 境 技 術 的 上 述 特 性, 它 在 許 多 不 同 領 域 的 應 用, 可 以 大 大 提 高 專 案 規 劃 設 計 的 品 質, 降 低 成 本 與 風 險, 加 快 專 案 實 施 進 度, 加 強 各 相 關 部 門 對 於 專 案 的 認 知 瞭 解 和 管 理, 從 而 為 用 戶 帶 來 巨 大 的 經 濟 效 益 例 如 波 音 公 司 完 全 使 用 虛 擬 實 境 技 術 設 計 波 音 777 新 型 客 機 而 獲 得 成 功 ; 加 拿 大 政 府 使 用 虛 擬 實 境 技 術 進 行 多 倫 多 市 (Toronto) 的 城 市 規 劃 與 管 理, 並 把 它 作 為 申 辦 2008 年 奧 運 會 的 重 要 宣 傳 資 料 在 某 種 程 度 上, 虛 擬 實 境 系 統 其 實 就 是 通 過 電 腦 系 統 擬 真 的 數 位 化 沙 盤, 但 比 傳 統 沙 盤 和 模 型 功 能 更 多 性 能 更 強 應 用 更 廣, 是 設 計 業 從 傳 統 工 具 向 數 位 技 術 發 展 的 又 一 次 革 命! 以 下 表 列 簡 述 虛 擬 實 境 系 統 與 3D 系 統 的 差 異 : 10

11 虛 擬 實 境 傳 統 3D 動 畫 虛 擬 場 景 由 真 實 資 料 建 立 的 數 位 場 景 畫 面 由 動 畫 製 作 人 員 根 據 材 料 模 型 組 合 而 成, 嚴 格 遵 循 工 程 項 目 或 想 像 直 接 畫 製 而 成, 與 真 實 的 環 設 計 的 標 準 和 要 求, 屬 於 科 學 擬 真 境 和 資 料 有 較 大 的 差 距, 屬 於 展 示 系 統 類 藝 術 作 品 操 縱 者 親 身 體 驗 虛 擬 三 度 空 間, 身 臨 其 境 預 先 設 定 的 觀 察 路 徑, 無 法 改 變 操 縱 者 可 以 即 時 感 受 運 動 帶 來 的 只 能 如 電 影 一 樣 單 向 展 示, 場 景 變 場 景 變 化, 並 可 親 自 佈 置 場 景, 具 化, 畫 面 需 要 預 先 製 作, 耗 時 費 有 雙 向 互 動 的 功 能 力 成 本 較 高 支 援 立 體 顯 示 和 3D 立 體 音 效, 空 間 感 更 真 實 不 支 援 沒 有 時 間 限 制, 可 真 實 詳 盡 地 展 受 動 畫 製 作 時 間 限 制, 無 法 詳 盡 展 示, 並 可 以 在 虛 擬 實 境 基 礎 上 輸 出 示, 效 益 價 格 比 低 動 畫 或 平 面 檔 案, 效 益 價 格 比 高 在 即 時 空 間 中, 支 援 方 案 調 整 評 只 適 合 簡 單 的 展 示 功 能 估 管 理 資 訊 查 詢 等 功 能, 適 合 複 雜 工 程 項 目 的 規 劃 設 計 管 理 等 需 要, 同 時 又 具 有 更 真 實 和 直 覺 的 多 媒 體 展 示 功 能 諸 如 一 般 公 司 的 產 品 宣 傳 或 展 覽 的 網 頁 上, 用 戶 通 常 只 能 看 見 平 面 的 效 果, 使 用 虛 擬 實 境 的 技 術 後, 便 能 看 見 虛 擬 實 物 作 360 度 旋 轉, 此 外 商 品 還 可 以 放 大 縮 小, 充 分 表 現 出 產 品 的 特 色 與 立 體 感, 拉 近 了 產 品 與 消 費 者 的 距 離 ; 同 理, 應 用 在 教 育 訓 練 上 也 將 拉 近 學 生 與 課 程 學 習 過 程 間 的 關 係 三 虛 擬 實 境 在 教 學 上 的 優 點 : ( 一 ) 縮 短 學 習 時 間 : 虛 擬 實 境 能 夠 縮 短 學 習 時 間, 改 善 學 習 深 度 研 究 顯 示, 接 受 模 擬 訓 練 的 人 員, 嫻 熟 某 項 技 能 的 速 度 比 一 般 訓 練 出 來 的 人 員, 快 上 四 至 十 倍 的 時 間 因 為 一 般 訓 練 並 未 提 供 學 員 充 分 實 習 的 機 會 及 足 夠 的 資 訊 ( 二 ) 擴 充 性 : 模 擬 軟 體 有 充 分 的 擴 充 性, 可 以 增 加 學 習 的 能 力 11

12 使 的 不 論 任 何 時 期 加 入 學 習 的 人 員 都 能 獲 得 相 同 且 完 整 的 訓 練, 相 較 於 在 以 往 實 物 動 手 做 的 傳 統 式 練 習, 虛 擬 實 境 可 以 讓 更 多 人 同 時 上 機 模 擬, 縮 短 受 訓 時 間 ( 三 ) 不 受 地 點 限 制 : 虛 擬 實 境 讓 人 員 有 重 複 練 習 的 機 會, 而 且 不 限 地 點, 隨 時 可 上 線 練 習, 不 致 因 個 人 吸 收 或 時 間 因 素 而 使 訓 練 績 效 打 折 對 於 操 作 機 器 與 設 備 的 技 能, 模 擬 練 習 尤 其 有 用 ( 四 ) 降 低 教 育 成 本 : 虛 擬 實 境 可 省 下 可 觀 的 支 出 因 實 習 的 儀 器 設 備 或 耗 材 太 昂 貴 數 量 太 龐 大 卻 又 少 不 得, 虛 擬 實 境 操 作 練 習 將 可 降 低 因 不 熟 練 而 造 成 的 學 生 受 傷 或 儀 器 的 損 傷 之 顧 慮 ( 五 ) 延 長 學 習 專 心 時 間 : 延 長 專 心 時 間 意 味 著 人 員 完 成 訓 練 的 機 率 變 高 了 互 動 性 比 起 單 向 教 學 更 能 拉 長 學 生 專 心 的 時 間 提 高 學 生 專 心 的 強 度 與 間 距, 有 助 於 改 善 教 學 品 質 訓 練 品 質 與 訓 練 成 效 四 虛 擬 實 境 應 具 備 之 功 能 : ( 一 ) 虛 擬 3D 數 位 模 型 建 構 編 輯 功 能 ( 順 向 ) ( 二 ) 實 體 模 型 ( 場 景 ) 掃 描 / 拍 攝 編 輯 功 能 ( 逆 向 ) ( 三 ) 模 擬 彩 現 互 動 功 能 ( 四 ) 多 媒 體 整 合 功 能 ( 五 ) 資 料 庫 整 合 功 能 ( 六 ) 應 用 系 統 程 式 開 發 系 統 功 能 ( 七 ) 機 具 硬 體 整 合 功 能 ( 八 ) 無 線 通 訊 整 合 功 能 12

13 五 網 路 虛 擬 實 境 在 教 學 方 面 的 應 用 : 虛 擬 實 境 一 詞 最 早 出 現 70 年 代 的 麻 省 理 工 學 院 (Massachusetts Institute of Technology,MIT), 主 要 為 用 來 說 明 一 種 人 類 存 在 於 電 腦 所 產 生 空 間 中 的 概 念 [ 陳 1998] 雖 然 它 能 讓 使 用 者 得 到 較 高 的 三 個 I, 即 融 入 (Immersion) 互 動 (Interactivity) 及 想 像 (Imagination), 但 較 網 路 虛 擬 實 境 來 說, 此 種 虛 擬 實 境 卻 有 兩 大 缺 點 : 僅 能 單 機 使 用 與 設 備 昂 貴 因 此, 在 教 育 應 用 層 面 上 看 來, 網 路 虛 擬 實 境 不 僅 花 費 低 廉, 讓 大 多 數 人 都 能 享 用 ; 更 能 藉 由 網 際 網 路 的 連 通, 建 立 一 個 不 受 時 間 與 空 間 限 制 的 虛 擬 學 校 在 國 內, 有 些 人 致 力 研 究 VRML 在 網 路 教 學 上 的 可 行 性, 試 圖 利 用 VRML 來 有 效 地 加 強 網 路 教 學 環 境, 以 提 高 學 習 效 率 其 中 有 人 應 用 在 蝴 蝶 生 態 自 然 教 學 上 [ 黃 1998]; 有 人 以 人 體 消 化 系 統 為 教 學 內 容, 應 用 在 健 康 教 育 方 面 [ 蔡 1997]; 有 的 製 作 一 個 虛 擬 教 學 環 境, 透 過 虛 擬 實 境 讓 學 生 無 須 到 土 地, 就 可 以 看 到 相 似 的 結 構 變 形 行 為, 不 但 可 以 每 年 減 少 許 多 實 驗 材 料, 更 可 以 減 少 因 疏 忽 而 發 生 的 意 外 事 件 [ 林 1998]; 也 有 人 配 合 學 習 理 論 及 教 學 設 計 之 系 統 化 方 法, 利 用 虛 擬 實 境 塑 形 語 言 (VRML) 發 展 出 一 個 可 以 透 過 Internet 來 學 習 的 虛 擬 實 境 學 習 環 境 線 上 課 程 [ 葉 1998]; 甚 至 有 人 力 加 入 Java 技 術, 實 際 發 展 出 可 直 接 上 網 操 作 的 虛 擬 實 境 模 擬 系 統, 此 系 統 目 前 已 由 台 中 精 機 正 式 應 用 在 門 型 機 械 臂 上, 未 來 更 將 進 一 步 應 用 在 其 他 自 動 化 相 關 機 具 上, 使 操 作 人 員 能 提 高 熟 練 度 並 降 低 機 具 因 操 作 不 當 而 損 壞 的 情 形 [ 鄭 2000] 將 教 學 與 科 技 化 及 社 會 化 的 結 合 與 Gardner 與 Sternberg 曾 提 出 科 技 整 合 (inter-discipline) 與 社 會 取 向 (Confluence Approach) 的 觀 點 不 謀 而 合, 運 用 專 業 與 科 技 的 結 合 開 展 學 生 垂 直 性 與 擴 散 性 的 思 考 模 式 也 符 合 Dewey 和 Parnes 所 敘 述 解 決 問 題 的 思 考 歷 程 ; 不 管 如 何, 教 學 的 方 13

14 式 有 如 電 子 化 教 學 電 腦 化 教 學 網 路 ( 遠 距 ) 教 學 種 種, 不 外 借 助 媒 體 方 便 性 與 廣 泛 性, 然 而 教 學 品 質 的 追 蹤 管 控 常 常 眾 說 云 云 ; 而 三 維 虛 擬 互 動 教 學 平 台 卻 是 一 種 能 夠 提 昇 工 程 教 學 品 質 及 品 質 保 證, 配 合 世 界 未 來 發 展 趨 勢, 他 能 釋 放 學 生 心 理 慣 性 訓 練 學 生 願 意 表 達 及 善 於 表 達 獨 立 學 習 責 任 感 相 互 尊 重 的 性 格, 同 時 更 能 訓 練 學 生 的 理 解 力 多 元 思 考 力 與 創 造 力, 在 所 學 的 領 域 裡 將 應 用 科 技 符 號 產 生 新 的 概 念 或 模 式, 再 將 其 實 物 化 及 商 業 化, 縮 短 教 學 與 產 業 間 的 間 距 六 虛 擬 實 境 技 術 在 學 校 的 作 用 : 發 展 虛 擬 校 園 虛 擬 實 驗 室 與 各 類 型 的 互 動 數 位 教 材 以 進 行 各 種 跨 時 空 的 e-learning 利 用 多 媒 體 技 術, 半 實 物 擬 真 與 虛 擬 實 境 相 結 合 的 方 法, 建 造 虛 擬 的 校 園 與 現 代 化 實 驗 室, 其 設 備 或 物 件 都 是 虛 擬 的, 可 根 據 發 展 需 要 重 新 生 成 的 新 設 備, 也 可 使 設 備 和 教 學 內 容 在 虛 擬 環 境 中 不 斷 更 新, 使 學 校 教 育 可 及 時 跟 得 上 最 新 科 技 的 發 展, 以 培 養 高 素 質 的 畢 業 生, 保 證 知 識 型 的 技 術 人 才 和 管 理 人 才, 滿 足 經 濟 發 展 的 要 求 課 堂 教 學 不 再 局 限 於 有 形 的 教 室 中, 教 學 活 動 的 空 間 和 時 間 將 獲 得 無 形 擴 展, 更 進 一 步 向 虛 擬 課 堂 虛 擬 大 學 發 展 虛 擬 實 境 也 將 為 學 校 招 生 後 設 置 的 分 校 和 遠 端 教 育 教 學 點 提 供 可 移 動 的 數 位 教 學 場 所, 使 資 源 由 一 校 獨 佔 變 為 多 校 共 用 通 過 互 動 式 遠 端 教 學 的 課 程 目 錄 和 網 站, 由 局 部 區 域 網 工 具 作 校 園 網 的 鏈 結, 可 對 各 個 行 業 提 供 開 放 性 的 遠 距 離 的 繼 續 教 育, 及 其 急 需 的 課 程 教 學, 還 可 為 社 會 提 供 新 技 術 和 高 等 職 業 培 訓 的 機 會, 促 進 教 學 品 質 與 全 國 技 專 院 校 教 育 水 平 的 提 高 因 此, 本 專 案 計 畫 擬 在 科 技 快 速 變 化 的 時 代 中 藉 由 資 訊 設 備 的 輔 助 訓 練 學 生 學 習 創 作 思 考 的 模 式 改 變 教 學 環 境 與 方 法 提 升 教 學 的 14

15 品 質, 並 激 發 學 生 潛 在 的 多 元 思 考 與 想 像 空 間, 開 放 學 生 思 考 的 模 式 與 慣 性, 在 學 習 過 程 中 能 夠 更 主 動 的 融 入 學 習 體 驗 不 同 的 意 見 及 不 同 想 法, 擴 展 教 與 學 的 互 動 空 間 ; 藉 由 情 境 的 教 學 主 動 學 習 實 務 與 專 業 相 互 整 合, 引 導 思 考 及 創 作 並 應 用 在 工 程 領 域 的 創 新, 提 昇 工 程 教 育 的 教 學 品 質, 配 合 世 界 未 來 發 展 趨 勢 15

16 參 計 畫 目 標 : 一 本 計 畫 目 標 初 期 發 展 重 點 在 於 : ( 一 ) 設 置 三 維 虛 擬 互 動 與 前 瞻 創 作 實 務 教 學 相 關 硬 體 ( 二 ) 訂 定 前 瞻 創 作 思 考 教 學 推 展 ( 三 ) 擬 定 教 材 設 計 課 程 教 學 改 進 與 教 學 的 品 質 保 證 架 構 ( 四 ) 建 立 實 務 訓 練 課 程 虛 擬 互 動 式 教 學 架 構 ( 五 ) 結 合 前 瞻 創 作 思 考 教 學 推 展 ( 六 ) 測 試 運 用 各 式 教 學 平 台, 執 行 系 統 教 學 二 未 來 本 專 案 計 畫 後 續 的 執 行 重 點, 將 : ( 一 ) 持 續 建 構 及 運 用 各 式 教 學 平 台, 執 行 系 統 教 學 ( 二 ) 結 合 前 瞻 創 作 實 務 專 題 之 設 計 與 製 作 ( 三 ) 應 用 教 學 平 台 虛 擬 創 作 原 型 之 實 物 化 ( 四 ) 原 型 實 物 化 的 創 作 專 利 化 ( 五 ) 結 合 產 業 界 投 資, 行 銷 專 利 商 品 化 ( 六 ) 教 學 品 質 提 昇 使 學 校 教 育 的 培 育 與 人 力 市 場 需 求 契 合 三 實 習 就 業 規 劃 : 目 前 機 械 系 已 有 舉 辦 就 業 學 程 與 就 業 模 組 課 程, 此 學 程 之 特 色 在 於 引 進 業 界 學 有 專 精 之 人 才 與 系 上 教 授 共 同 授 課, 且 業 界 人 才 均 為 事 先 經 過 仔 細 評 估 篩 選 過 之 一 時 之 選, 不 僅 經 驗 豐 富, 而 且 其 專 業 知 識 均 相 當 切 合 開 設 課 程 之 授 課 內 容 所 需, 如 此 方 能 此 學 生 理 論 與 實 務 兼 具, 切 合 工 業 界 之 所 需 本 學 程 之 課 程 含 機 電 整 合 機 械 設 計 自 動 控 制 課 程 式 控 制 器 原 理 及 實 習 等 等, 主 要 聘 請 業 界 具 有 特 殊 專 長 的 人 士 進 行 實 務 教 學, 16

17 目 的 是 縮 短 學 生 在 就 學 與 就 業 間 銜 接 時 間 ; 然 而 此 計 畫 進 行 過 程 中, 我 們 亦 發 現 業 界 的 實 務 教 學 與 學 生 的 學 習 程 度 上 還 是 存 在 相 當 大 的 差 異, 其 中 學 生 無 法 真 正 的 去 接 觸 或 實 物 操 作, 即 使 具 有 相 當 豐 富 經 驗 的 業 者, 他 亦 不 太 可 能 同 意 或 安 排 學 生 進 行 廠 方 的 操 作 實 習, 因 此 在 整 體 教 學 上 並 未 能 真 正 達 到 預 期 之 目 的 同 時 在 教 學 過 程 中, 只 是 針 對 特 定 課 程 及 班 級, 其 教 學 上 並 未 能 達 到 廣 泛 性 及 普 及 化, 學 生 學 習 的 邏 輯 及 方 式 還 是 停 留 在 傳 統 的 教 學 方 式, 並 未 能 激 發 學 生 的 創 作 思 考 能 力 與 學 習 意 念 近 幾 年 來 各 大 專 院 校 都 極 力 在 推 動 網 路 教 學 或 網 路 多 媒 體 教 學, 此 類 教 學 稍 微 改 善 傳 統 市 的 教 學, 並 提 升 了 傳 統 教 學 的 廣 泛 性 及 普 及 性, 因 其 教 學 過 程 以 錄 影 方 式 透 過 網 路 傳 輸 模 式 進 行 網 路 教 學, 它 僅 較 一 般 傳 統 性 教 學 模 式 更 加 普 及 與 廣 泛 ; 依 循 網 路 教 之 學 模 式 影 像 聲 音 或 多 媒 體 及 教 案, 其 刻 板 的 教 學 和 學 習 模 式 還 是 未 能 提 升 學 生 的 學 習 意 念, 並 停 留 在 一 般 的 平 面 教 學, 其 缺 點 並 未 比 一 般 傳 統 教 學 少, 況 且 針 對 某 些 科 系 或 必 須 執 行 實 務 操 作 的 課 程, 還 是 停 留 在 實 驗 室 進 行 一 般 的 實 習 操 作, 對 於 縮 短 學 生 在 就 學 與 就 業 間 銜 接 時 間, 事 實 上 並 未 有 實 質 改 善 虛 擬 實 境 教 學 系 統, 主 要 在 針 對 此 項 缺 點 並 大 大 的 提 升 學 生 在 學 習 過 程 中 對 上 述 缺 點 的 改 善, 同 時 在 教 學 品 質 上 亦 能 真 正 達 到 激 發 學 生 在 學 習 過 程 中 的 思 考 創 造 設 計 及 實 務 能 力 由 於 學 生 在 學 習 過 程 中 擁 有 浸 沒 感 (Immersion) 交 互 性 (Interaction) 及 想 像 性 (Imagination), 與 學 習 主 題 互 動 融 入 刺 激 學 生 主 動 學 習, 開 發 其 創 意 思 考 及 實 際 的 操 作 能 力, 真 正 達 到 學 校 即 是 工 廠, 工 廠 即 是 學 校 的 訓 練 模 式 因 此 本 專 案 計 畫 在 執 行 過 程 中, 擬 邀 請 下 列 有 關 應 用 虛 擬 實 境 系 17

18 統 在 實 務 經 驗 上 的 廠 商 舉 辦 實 習 就 業 相 關 課 程 : 台 中 喬 福 機 械 ( 工 具 機 ) 裕 隆 汽 車 隆 運 空 油 壓 公 司 理 星 資 訊 ( 鞋 業 ) 台 灣 夢 工 廠 ( 動 畫 公 司 ) 榮 民 總 醫 院 金 屬 工 業 發 展 中 心 塑 膠 工 業 發 展 中 心 康 柏 電 腦 特 力 屋 震 旦 家 具 光 陽 機 車 有 限 公 司 四 實 務 結 合 e 化 學 習 : 近 年 來 e 化 學 習 的 概 念 廣 泛 的 應 用 在 各 級 單 位, 其 中 包 含 工 商 醫 或 教 育 界 等 等, 其 主 要 的 概 念 就 是 應 用 遠 距 教 學 方 式, 以 達 到 所 謂 無 遠 弗 界 ; 在 教 育 訓 練 上 不 再 侷 限 於 教 室 或 實 驗 室, 在 資 源 付 費 與 分 享 的 條 件 下, 進 行 學 習 及 訓 練 的 課 程, 不 容 質 疑 其 普 及 性 及 廣 泛 性 乃 眾 所 皆 知 ; 然 而 亦 有 人 常 提 出 e 化 後 的 課 程 過 於 呆 板, 儘 管 加 入 影 像 聲 音 動 畫 或 多 媒 體 等, 學 習 者 面 對 單 調 的 螢 幕 學 習 過 程 中 並 無 紀 錄 物 件 互 動 的 過 程, 學 習 的 成 效 又 是 如 何? 對 於 需 要 實 物 操 作 的 課 程, 學 生 也 只 能 看 而 缺 少 學 習 的 融 入 感 與 交 互 感, 在 教 學 品 質 與 成 效 上 將 有 所 限 制 在 單 調 的 教 學 與 學 習 環 境 下, 要 如 何 激 發 學 生 的 思 考 力 想 像 力, 18

19 又 如 何 去 創 新? 因 此 在 e 化 學 習 的 架 構 上 必 須 加 入 3D 虛 擬 實 境 互 動 的 功 能, 如 上 述 將 實 務 訓 練 課 程 與 虛 擬 實 境 結 合, 在 教 學 上 實 質 提 升 教 與 學 之 間 的 互 動 關 係, 並 將 學 習 者 的 情 境 融 入 學 習 過 程, 讓 學 生 由 被 動 的 思 考 邏 輯, 逐 漸 轉 變 成 為 主 動 思 考 模 式, 除 了 訓 練 機 具 操 作 實 務 能 力 外, 更 進 一 步 可 以 開 創 學 生 的 創 意 設 計 能 力, 由 要 我 學 變 成 我 要 學 的 意 念 五 証 照 輔 導 : 研 擬 利 用 虛 擬 實 境 互 動 技 術 製 作 證 照 考 試 之 輔 助 教 具 與 教 材, 使 實 習 課 程 學 習 數 位 化 與 網 路 化, 初 期 先 鎖 定 機 車 丙 級 修 護 或 汽 車 乙 級 修 護 證 照 之 考 照 輔 導 本 計 畫 擬 以 實 際 發 展 車 輛 修 護 與 保 養 學 習 環 境, 首 先 以 機 車 保 養 或 維 修 流 程 系 統 為 教 學 內 容, 探 討 虛 擬 實 境 與 多 媒 體 在 教 育 應 用 上 的 可 用 性, 依 據 相 關 理 論 與 製 作 技 術 的 研 究, 整 理 出 虛 擬 實 境 與 多 媒 體 在 網 路 教 學 環 境 的 設 計 方 針 也 就 是 從 相 關 資 料 的 收 集, 虛 擬 實 境 互 動 腳 本 的 製 作, 模 型 的 建 立 以 及 網 頁 的 設 計 方 式 都 是 以 引 起 學 習 者 的 興 趣 為 主 要 重 點, 藉 由 與 電 腦 的 操 控 學 習, 可 讓 學 習 者 依 自 己 的 步 調 來 進 行 課 程 學 習, 使 受 訓 學 生 有 更 高 的 意 願 來 參 與 此 學 習 課 程, 以 期 有 效 的 提 昇 技 術 性 工 程 師 的 人 才 培 養 與 訓 練, 輔 助 高 級 技 術 師 傅 的 養 成, 縮 短 訓 練 時 程, 並 輔 導 學 生 針 對 其 相 關 證 照 考 試 之 實 物 訓 練 一 般 的 教 學 總 是 把 學 生 與 老 師 集 中 到 學 校, 在 一 間 間 獨 立 的 教 室 來 進 行 面 對 面 的 講 授 與 學 習, 其 教 學 的 影 響 只 能 侷 限 在 一 小 區 域 中, 無 法 有 效 地 利 用 與 使 用 教 學 資 源, 雖 然 汽 車 保 養 技 術 人 員 的 養 成 較 一 般 教 學 多 了 實 際 操 作 訓 練 過 程, 但 此 情 形 與 先 前 所 述 相 差 無 幾 因 此 若 能 利 用 現 今 電 腦 資 訊 多 樣 化 的 技 術, 減 少 枯 燥 而 呆 板 的 課 本 學 習 方 19

20 式, 便 可 提 升 學 生 的 興 趣 ; 更 何 況 在 無 地 域 時 間 限 制 的 學 習 方 式 之 下, 更 能 增 加 學 生 學 習 的 機 會 未 來 對 本 系 的 學 生 可 以 不 再 侷 限 於 上 述 的 證 照 的 輔 導 教 學, 在 教 學 上 可 以 針 對 各 類 的 實 務 課 程 進 行 虛 擬 實 境 的 模 擬 訓 練, 同 時 更 可 以 針 對 本 系 或 其 他 院 系 相 關 之 貴 重 儀 器 操 作 的 認 證, 以 提 升 實 務 教 學 品 質 六 學 習 差 異 規 劃 : 在 整 個 3D 虛 擬 實 境 互 動 結 合 前 瞻 實 務 創 作 的 教 學 系 統 之 下, 對 日 間 部 學 生 除 了 在 教 學 上 融 入 虛 擬 實 境 教 學 模 式 外, 更 需 要 要 求 學 生 提 升 學 生 創 新 能 力, 並 強 調 在 實 務 創 作 與 設 計 的 能 力 的 養 成, 同 時 更 需 要 學 習 虛 擬 實 境 教 案 架 構 與 虛 擬 系 統 的 建 立 進 修 部 及 專 校 的 學 生 則 著 重 在 應 用 虛 擬 實 境 的 教 學, 並 強 調 學 生 在 實 務 製 作 上 的 操 作 或 訓 練, 並 將 其 實 務 設 計 與 創 意 經 由 系 統 最 後 達 成 成 品 的 實 物 化 然 而 在 結 合 e 化 教 學 後, 針 對 偏 遠 或 某 些 在 職 學 程 的 學 生 學 習 上 將 更 有 效 率, 尤 其 當 某 些 學 生 因 職 務 需 求 無 法 在 課 堂 實 務 操 作 的 課 程, 將 可 利 用 此 種 學 習 平 台 進 行 實 務 操 練, 因 此 對 某 學 特 定 學 生 不 會 因 為 求 學 與 工 作 職 務 的 權 衡 考 量 而 捨 棄 求 知 的 意 願 另 外, 針 對 貴 重 儀 設 具 操 作 危 險 性 的 機 具 或 需 反 覆 操 作 的 設 備, 此 類 型 的 實 務 教 學 經 常 未 能 落 實 教 學 普 及 化, 例 如 貴 重 儀 器 的 操 作 訓 練, 如 何 一 人 或 兩 人 一 機, 就 算 是 達 到 上 述 所 言 的 假 設, 儀 器 消 耗 的 成 本 或 不 當 使 用 的 故 障 率, 豈 是 一 般 學 校 財 力 所 能 負 荷, 因 此 我 們 國 家 有 所 謂 貴 重 儀 器 中 心, 因 此 合 理 推 論 一 般 學 生 在 校 修 習 此 類 課 程 時, 幾 乎 未 能 落 實 儀 器 操 作 ; 具 有 危 險 性 設 備, 涉 及 危 險 的 設 備 在 教 學 上 的 壓 力 更 是 遠 大 於 學 習 壓 力 20

21 因 此 如 何 消 弭 教 學 與 學 習 或 針 對 不 同 學 制 學 生 學 習 間 的 差 異, 利 用 3D 虛 擬 實 境 互 動 教 學 系 統, 將 可 以 非 常 清 楚 的 區 隔, 並 且 有 效 的 實 務 操 作 的 課 程 真 正 的 落 實 教 學 對 於 證 照 輔 導 更 可 大 大 的 提 升 學 生 的 操 作 熟 練 度, 為 一 種 非 常 有 利 的 工 具 21

22 肆 具 體 內 容 及 配 套 措 施 : 因 此 本 計 畫 主 要 包 含 建 構 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 設 施, 同 時 針 對 目 前 教 學 現 況 建 構 三 維 虛 擬 互 動 教 學 平 台, 經 由 此 教 學 平 台 將 可 衍 生 基 礎 教 學 專 業 教 學 應 用 教 學 及 實 物 訓 練 等 平 台 ; 本 專 案 計 畫 將 著 重 於 實 務 教 學 平 台 製 作, 整 體 架 構 如 圖 四 所 示, 在 建 構 此 教 學 平 台 時 亦 著 手 規 劃 前 瞻 創 作 實 務 教 學 架 構, 其 中 包 含 教 材 整 合 性 課 程 設 計 教 學 改 進 應 用 實 例 設 計 及 評 量 方 式, 此 將 形 成 資 源 中 心, 應 用 學 校 現 有 e 化 學 習 網 路 架 構, 進 行 教 學 訓 練 ; 以 下 將 敘 述 本 計 畫 具 體 實 施 內 容 及 相 關 配 套 措 施 : 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 提 昇 機 械 工 程 系 教 學 品 質 專 案 計 畫 虛 擬 互 動 教 學 教 學 平 台 建 構 前 瞻 創 作 思 考 教 學 推 展 實 務 訓 練 課 程 教 學 平 台 教 材 彙 編 與 設 計 整 合 性 課 程 設 計 教 學 方 法 改 進 應 用 實 例 設 計 建 立 評 量 方 式 虛 擬 資 源 中 心 之 建 立 教 學 平 台 應 用 成 果 發 表 圖 四 本 專 案 計 畫 整 體 規 劃 架 構 22

23 一 建 立 崑 山 科 技 大 學 三 維 虛 擬 互 動 結 合 前 瞻 創 作 實 務 教 學 設 施 : 至 今 有 許 多 與 多 媒 體 或 虛 擬 實 境 教 學 相 關 的 研 究, 包 含 遠 距 教 學 網 路 教 學 以 及 教 學 軟 體 光 碟, 無 論 是 市 場 或 是 網 際 網 路 上 均 可 看 見 由 前 述 所 應 用 做 成 的 教 學 軟 體 或 教 學 網 站, 但 用 於 大 學 領 域 的 三 維 虛 擬 互 動 數 位 化 整 合 網 路 化 之 教 學 卻 不 多 見 本 研 究 的 目 的 為 : 利 用 三 維 虛 擬 實 境 技 術 結 合 前 瞻 創 作 實 務 之 教 學 平 台, 用 來 輔 助 與 提 供 目 前 系 科 在 基 礎 專 業 應 用 及 實 務 相 關 課 程 之 教 學 品 質, 並 整 合 數 位 化 與 網 路 化 之 教 學, 激 發 學 生 在 學 習 過 程 的 思 考 力 與 創 作 力 三 維 虛 擬 互 動 與 前 瞻 創 作 實 務 可 分 為 兩 大 部 分 : ( 一 ) 三 維 虛 擬 互 動 實 境 之 建 構 : 其 主 要 目 的 在 與 將 學 生 認 為 艱 深 難 懂 的 基 礎 課 程, 建 構 成 三 維 虛 擬 互 動 實 境, 借 助 其 特 有 的 三 I, 幫 助 學 生 由 玩 的 學 習 方 式 漸 入 佳 境, 當 學 生 在 基 礎 課 程 的 訓 練 上, 能 夠 由 排 斥 轉 而 學 習 進 而 思 考 的 過 程, 將 可 大 大 的 激 發 學 生 的 學 習 興 趣, 並 逐 漸 引 導 其 進 入 專 業 領 域 ; 在 專 業 領 域 的 學 習 平 台 上, 與 傳 統 教 學 將 有 所 差 異, 主 要 在 於 將 學 生 從 傳 統 的 思 考 模 式 引 入 可 以 由 視 覺 或 觸 覺, 甚 至 嗅 覺 種 種, 感 覺 得 到 的 專 業 領 域 ; 傳 統 上 學 生 在 經 過 基 礎 與 專 業 課 程 後, 渾 然 不 知 如 何 應 用 或 該 怎 麼 用, 以 至 於 經 常 有 人 說 學 非 所 用 或 是 一 般 工 廠 所 謂 教 育 與 實 務 脫 節, 而 應 用 教 學 平 台 主 要 目 的 就 是 針 對 學 生 將 其 目 前 所 學 的 如 何 去 應 用, 讓 學 生 發 揮 其 原 有 的 想 像 空 間, 運 用 他 與 生 俱 來 的 思 考 力 與 創 造 力, 如 何 在 虛 擬 系 統 上 發 揮 所 學 將 原 有 設 計 例 題 去 改 善 重 新 設 計 或 創 作 因 為 虛 擬 空 間 是 不 需 要 真 正 的 耗 材, 但 是 卻 可 以 模 擬 其 所 耗 費 的 成 本, 讓 學 生 在 學 習 過 程 中 也 必 須 要 了 解 研 究 發 展 的 成 本 重 要 性 ; 在 學 生 使 用 應 用 課 程 的 平 台 同 時, 實 務 訓 練 的 平 台 也 可 以 23

24 開 始 訓 練 其 對 實 務 創 作 或 儀 器 操 作 的 使 用, 並 且 在 實 務 平 台 上 開 始 設 計 原 有 的 創 意, 呈 現 在 教 學 平 台 上, 並 可 不 斷 的 修 正 其 原 有 設 計 直 至 完 善, 結 合 所 學 縮 短 設 計 流 程, 再 將 實 務 創 作 實 體 化, 甚 至 透 過 行 銷 管 道 商 品 化, 真 正 達 到 產 學 合 作, 提 升 整 體 的 教 學 品 質 二 虛 擬 資 源 中 心 之 建 立 : 網 際 網 路 目 前 在 一 般 學 校 甚 為 普 及 ; 不 但 如 此 廠 商 社 區 公 司 行 號 也 都 逐 漸 架 設 網 頁 提 供 一 般 聯 絡 與 廣 告, 虛 擬 資 源 中 心 是 由 許 多 各 類 不 同 教 學 平 台 之 建 立 而 逐 漸 的 形 成, 首 先 將 提 供 給 教 學 為 主 的 科 系, 依 其 個 別 需 求 建 構 虛 擬 實 境 教 學 平 台, 透 過 網 路 分 享 資 源, 以 降 低 教 學 成 本 耗 費 提 升 教 學 品 質, 接 著 亦 可 以 依 教 育 訓 練 社 區 服 務 的 需 求 或 產 學 合 作 之 關 係, 將 虛 擬 資 源 作 最 大 的 運 用 一 般 的 教 學 總 是 把 學 生 與 老 師 集 中 到 學 校, 在 一 間 間 獨 立 的 教 室 來 進 行 面 對 面 的 講 授 與 學 習, 其 教 學 的 影 響 只 能 侷 限 在 一 小 區 域 中, 無 法 有 效 地 利 用 與 使 用 教 學 資 源 因 此 若 能 利 用 現 今 電 腦 資 訊 多 樣 化 的 技 術, 減 少 枯 燥 而 呆 板 的 課 本 學 習 方 武, 便 可 增 加 學 生 的 興 趣 更 何 況 在 無 地 域 時 間 限 制 的 學 習 方 式 下, 更 能 增 加 學 生 學 習 的 機 會 隨 著 網 際 網 路 的 蓬 勃 發 展, 從 早 期 純 文 字 的 電 子 佈 告 欄 (Bulletin Board System, 簡 稱 BBS), 進 步 到 具 有 動 態 特 效 和 聲 光 效 果 的 網 頁, 也 就 是 全 球 資 訊 網 (World Wide Web, 簡 稱 WWW) 上 普 及 與 流 行 的 超 文 件 標 記 語 言 (HyperText Makeup Language, 簡 稱 HTML), 在 WWW 中, 使 用 者 可 以 看 到 影 片, 甚 至 即 時 的 現 場 轉 播 然 而, 人 是 活 在 3D 世 界 中 的, 再 好 的 平 面 影 像 技 術 都 不 如 置 身 其 中 的 虛 擬 世 界 來 的 親 切 與 熟 悉, 因 此 人 們 開 始 試 著 結 合 網 際 網 路 與 虛 擬 實 境 技 術, 使 得 網 路 虛 擬 實 境 之 發 展 漸 趨 盛 行, 在 這 當 中 有 許 多 人 致 力 於 虛 擬 實 境 與 WWW 之 24

25 間 的 整 合 與 研 究, 進 而 發 展 出 VRML, 締 造 了 三 度 空 間 在 WWW 應 用 領 域 的 新 紀 元 VRML 標 準 的 產 生 讓 WWW 由 過 去 文 字 與 圖 片 搭 配 的 設 計 方 式, 轉 換 成 立 體 空 間 的 設 計 方 式, 為 網 頁 設 計 者 提 供 更 豐 富 的 設 計 手 法, 也 為 使 用 者 提 供 了 更 多 的 視 覺 效 果 刺 激 而 本 研 究 的 目 的 在 於 將 VRML 系 統 的 特 性 空 間 認 知 學 習 原 理 以 及 WWW 教 材 之 設 計 原 則 相 結 合, 發 展 一 具 高 度 互 動 性 的 VRML 學 習 環 境 虛 擬 互 動 實 境 技 術 的 教 育 訓 練 方 式, 有 幾 大 特 色 : ( 一 ) 模 組 化 : 單 一 技 能 的 訓 練 模 組 ( 二 ) 多 重 感 知 : 包 括 聲 光 觸 覺 等 等 感 官 知 覺 ( 三 ) 可 攜 式 : 家 庭 到 辦 公 室 皆 可 成 為 學 習 場 所 ( 四 ) 可 轉 換 : 跨 語 言 與 文 化 ( 五 ) 可 中 斷 式 : 學 習 者 可 輕 易 決 定 開 始 或 暫 停 ( 六 ) 可 重 複 : 學 習 者 可 輕 易 重 複 學 習 二 前 瞻 創 作 思 考 教 學 推 展 之 訂 定 : 人 才 是 知 識 經 濟 發 展 的 種 子 與 國 家 競 爭 力 的 根 本, 人 才 培 育 是 知 識 經 濟 發 展 必 備 的 基 礎 建 設 ; 創 作 與 實 務 的 相 互 結 合 是 知 識 經 濟 時 代 企 業 利 潤 創 造 的 來 源, 因 此 在 工 程 教 育 的 人 才 培 育 過 程 中, 如 何 在 直 接 的 知 識 傳 授 中, 培 育 創 作 的 思 考 與 方 法 不 僅 是 時 代 的 需 要, 更 是 國 家 永 續 發 展 的 動 力 然 而 台 灣 工 程 領 域 的 大 專 院 校, 過 去 雖 然 培 育 無 數 優 秀 工 程 師, 造 就 了 令 人 讚 歎 的 經 濟 成 就 但 是 由 於 考 試 壓 力 與 傳 統 教 育 方 式 的 影 響, 我 國 大 專 教 育 大 多 以 直 接 式 知 識 傳 授 為 主, 缺 乏 創 作 能 力 的 啟 發 及 實 務 設 計 能 力 的 培 養 與 應 用 教 學 因 此 本 計 畫 將 藉 由 3D 虛 擬 互 動 教 學 平 台 的 設 置, 冀 望 將 舊 有 的 課 程 設 計 框 架 25

26 中, 因 應 世 界 發 展 潮 流 與 國 家 發 展 需 要, 設 計 出 一 套 可 行 可 延 伸 務 實 易 學 之 課 程 教 案 教 法 與 建 立 教 學 資 源 中 心, 以 培 育 廿 一 世 紀 具 有 前 瞻 創 作 思 考 的 工 程 人 才 ( 一 ) 教 材 彙 編 與 設 計 : 教 材 的 彙 編 與 設 計 將 以 本 系 現 有 的 貴 重 儀 器 及 具 操 作 危 險 性 的 儀 設 為 優 先 考 量, 其 中 貴 重 儀 器 的 操 作, 由 於 極 易 受 損 且 單 位 操 作 成 本 過 高, 一 般 在 實 務 實 習 課 程 上 皆 無 法 真 正 落 實 實 際 操 作, 因 此 實 務 操 作 上 擬 以 貴 重 及 危 險 性 高 之 儀 設 進 行 仿 真, 並 以 此 進 行 實 務 操 作 訓 練 教 材 彙 編 與 設 計 在 於 利 用 課 程 的 整 合 概 念 與 目 的, 發 展 課 程 關 聯 性 的 概 念 網 路, 應 用 有 組 織 的 觀 念 去 解 釋 各 學 科 的 主 題 活 動 和 爭 議 之 間 的 關 聯 以 讓 於 學 生 利 用 他 們 的 生 活 經 驗 和 理 念 去 整 理 不 同 的 的 學 科, 使 學 習 更 有 意 義, 更 有 用 也 要 學 生 瞭 解 探 究 過 程 和 內 容 是 分 不 開 的, 並 能 鑑 賞 學 科 的 研 究 方 法 如 何 能 發 展 更 深 更 有 意 義 的 瞭 解 ( 二 ) 教 學 方 法 改 進 : 教 學 的 目 的 在 於 教 導 學 生 從 不 同 的 學 問 中 整 合 知 識 和 思 考 方 式, 產 生 產 品, 以 解 決 多 元 的 問 題 與 解 釋 多 元 的 世 界, 進 而 達 到 課 程 整 合 的 目 的 與 精 神 因 此 教 學 改 進 的 方 法 需 使 學 生 專 注 於 一 種 學 問, 也 要 有 能 力 利 用 利 用 不 同 的 學 術 視 野 解 決 問 題 首 先 要 重 視 知 識 的 應 用, 其 次 要 仔 細 處 理 每 一 個 學 問, 第 三 激 發 學 生 利 用 創 意 使 學 問 之 間 產 生 交 互 作 用 ; 如 此 的 教 學 改 進 方 法 才 可 使 學 生 能 利 用 創 意 使 某 一 學 科 的 概 念 和 思 考 方 式 來 充 實 與 聯 想 另 一 學 科 的 學 習 方 式 以 助 於 另 一 學 科 的 學 習 26

27 然 而 依 照 目 前 的 教 育 模 式, 常 導 致 學 生 在 學 習 過 程 中, 無 法 產 生 創 造 新 的 思 維 模 式, 在 學 習 某 一 學 科 的 過 程 中 因 挫 折 而 導 致 學 習 意 志 的 中 斷, 無 法 獲 得 學 習 的 趣 味 性, 何 謂 趣 味? 即 如 何 引 發 學 生 不 斷 的 求 知, 而 在 求 知 的 過 程 是 快 樂 的, 而 不 是 枯 燥 乏 味 的 刻 板 學 習 模 式 ( 三 ) 整 合 性 課 程 設 計 應 用 : 課 程 設 計 需 強 調 整 合 性, 藉 由 各 學 問 的 概 念 和 研 究 方 法 的 交 流 來 豐 富 學 生 對 學 問 的 瞭 解 同 時 概 念 和 研 究 方 法 的 交 流 更 需 藉 著 每 個 人 的 實 際 參 與 創 造 才 能 再 創 造 學 問 的 更 深 意 義 與 價 值 因 此 如 何 吸 引 學 生 學 習 的 意 願 是 一 項 重 要 的 課 題 因 此 本 計 畫 之 課 程 設 計 強 調 整 合 性, 並 將 藉 由 3D 虛 擬 互 動 教 學 平 台 的 設 置, 冀 望 將 舊 有 的 課 程 設 計 框 架 中, 因 應 世 界 發 展 潮 流 與 國 家 發 展 需 要, 設 計 出 一 套 可 行 可 延 伸 務 實 易 學 之 課 程 教 案 教 法 與 建 立 教 學 資 源 中 心, 以 培 育 廿 一 世 紀 具 有 前 瞻 創 作 思 考 的 工 程 人 才 ( 四 ) 建 立 評 量 : 虛 擬 互 動 的 平 台, 在 學 習 的 過 程 中 可 以 詳 加 的 記 錄 學 習 者 的 操 作 或 使 用 過 程, 尤 其 針 對 實 務 的 操 作 模 式, 教 學 者 可 以 實 際 的 觀 察 學 習 過 程 所 行 經 的 路 徑, 由 此 過 程 了 解 真 正 的 問 題 所 在, 並 給 予 正 確 的 指 正, 因 此 對 初 次 學 習 或 使 用 的 學 生 可 以 縮 短 時 間 及 減 少 重 複 錯 誤 的 次 數, 而 且 對 學 生 而 言, 由 於 面 對 虛 擬 的 環 境, 害 怕 操 作 錯 誤 與 致 命 危 險 步 驟 將 會 勇 於 面 對, 並 了 解 其 嚴 重 錯 誤 所 必 須 付 出 的 代 價, 提 高 其 在 真 正 操 作 情 形 下, 所 應 避 免 的 禁 忌 事 項 對 教 學 者, 其 對 學 生 評 量 將 較 一 般 問 卷 式 的 方 式 更 為 直 接, 27

28 因 為 問 卷 的 回 答 須 經 由 思 索 後 在 回 答 問 題, 而 其 回 答 問 題 的 真 實 與 客 觀 性, 將 存 在 一 定 的 學 習 者 的 心 理 或 心 態 因 素, 經 由 過 程 紀 錄 的 展 現, 其 評 量 能 真 正 呈 現 三 實 務 教 學 平 台 之 製 作 : 下 列 為 本 計 畫 所 提 出 預 予 建 構 之 實 務 教 學 平 台, 所 有 平 台 基 本 上 將 會 以 實 務 操 作 為 主, 如 此 並 不 表 示 虛 擬 實 境 只 能 應 用 於 實 務 教 學, 因 為 對 工 程 學 院 而 言, 實 務 教 學 常 需 要 付 出 極 大 的 教 育 成 本, 尤 其 在 廿 一 世 紀 的 今 天, 科 技 瞬 息 萬 變, 實 務 教 學 經 常 需 面 對 經 常 更 替 的 高 科 技 儀 設, 教 育 單 位 更 需 長 期 在 此 方 面 投 入 大 量 資 金 與 人 力, 以 期 教 育 不 與 產 業 需 求 脫 節, 因 此 建 構 實 務 教 學 平 台 將 可 以 有 效 改 善 及 提 升 本 科 系 相 關 之 教 學 品 質 ( 一 ) 本 計 畫 現 階 段 預 計 完 成 項 目 : 同 時 我 們 亦 了 解 到, 對 某 些 貴 重 儀 器, 由 於 維 護 成 本 高 使 用 上 需 極 為 小 心 消 耗 性 元 件 昂 貴 單 元 操 作 成 本 高 或 操 作 過 程 中 具 有 潛 在 危 險 因 素, 因 此 在 教 學 上 更 是 無 法 落 實 每 位 學 生 自 行 操 作 的 教 育 目 標, 另 外 類 似 情 形 也 出 現 在 對 於 需 反 覆 練 習 之 儀 器 操 作 的 教 學 或 有 關 輔 導 證 照 等 等, 本 專 案 計 畫 擬 提 出 下 列 實 務 教 學 平 台 之 建 立, 由 提 案 教 師 帶 領 一 位 研 究 生 及 三 位 大 學 部 學 生 進 行 該 教 學 平 台 的 建 立, 以 確 切 改 善 及 提 升 相 關 之 教 學 品 質 ; 在 密 集 訓 練 與 相 關 技 術 學 習 後, 建 立 製 作 虛 擬 實 務 教 學 教 案 之 能 量, 為 了 避 免 製 作 過 程 中 面 臨 關 鍵 技 術 所 遭 遇 的 困 難, 將 篩 選 國 內 對 此 技 術 有 深 入 研 究 的 廠 商, 訂 定 合 約 進 行 關 鍵 技 術 指 導 與 轉 移, 使 得 該 虛 擬 建 構 技 術 能 夠 深 植 本 校, 並 對 未 來 能 夠 持 續 執 行 本 計 畫 28

29 完 成 虛 擬 實 務 教 學 相 關 之 所 需, 如 此 才 能 真 正 落 實 部 內 推 展 本 計 畫 的 主 要 目 的 在 執 行 本 專 案 計 畫 期 間 ( 九 十 三 年 六 月 至 十 二 月 三 十 一 日 ), 預 計 將 完 成 下 列 之 工 作 : 1. 設 立 三 維 虛 擬 互 動 實 務 創 作 實 驗 室 2. 購 置 相 關 軟 硬 體 設 備 3. 關 鍵 技 術 指 導 與 引 進 4. 儲 備 製 作 虛 擬 實 務 教 學 平 台 能 量 與 人 力 5. 完 成 四 ~ 五 項 實 務 教 學 平 台, 以 切 確 改 善 及 提 升 系 科 教 學 品 質 在 本 修 正 計 畫 經 過 討 論 後, 預 計 將 完 成 其 中 四 ~ 五 項 實 務 教 學 平 台, 並 詳 述 如 下 : 29

30 實 務 教 案 : 利 用 虛 擬 實 境 技 術 製 作 機 車 修 護 丙 級 證 照 考 試 之 教 學 平 台 提 案 人 : 洪 興 林 職 級 : 副 教 授 服 務 單 位 : 崑 山 科 技 大 學 機 械 系 ( 所 ) 一 目 的 : 本 研 究 的 目 的 為 : 利 用 虛 擬 實 境 技 術 製 作 機 車 修 護 丙 級 證 照 考 試 之 輔 助 教 具 與 教 材, 用 來 提 供 高 職 汽 修 科 車 輛 實 習 課 程 學 習 數 位 化 與 網 路 化 之 教 學 及 幫 助 機 車 修 護 從 業 人 員 進 修 之 參 考 教 材 教 具 與 教 材 分 為 兩 大 部 分 : ( 一 ) 虛 擬 實 境 建 構 虛 擬 實 境 機 車 修 護 丙 級 證 照 考 試 之 輔 助 教 具 與 教 材 ( 二 ) 結 合 e 化 教 學 架 設 網 頁 提 供 虛 擬 實 境 輔 助 教 具 與 教 材 功 能 及 其 他 資 訊 供 一 般 使 用 者 上 網 查 詢 如 下 圖 所 示 教 學 改 進 之 目 的 為 : ( 一 ) 解 決 訓 練 場 地 及 設 備 所 需 之 龐 大 費 用 及 短 期 租 用 之 練 習 不 足 : 大 部 分 訓 練 機 構 因 大 型 移 動 式 起 重 機 體 積 龐 大 價 格 昂 貴 維 護 管 30

31 理 困 難, 且 開 班 之 次 數 不 多, 不 符 經 濟 效 益, 常 以 短 期 租 用 的 方 式, 供 學 員 練 習 與 考 試, 而 僅 對 考 試 要 求 項 目 匆 促 演 練 ( 二 ) 提 供 突 發 狀 況 及 危 險 情 況 的 訓 練 : 現 行 訓 練 基 於 設 備 的 限 制, 所 能 演 練 的 項 目 有 限, 一 般 均 為 正 常 的 操 作 程 序, 而 對 於 突 發 的 狀 況, 頂 多 僅 能 講 解 應 付 的 方 法, 無 法 實 際 演 練 ( 三 ) 縮 短 講 師 訓 練 時 間, 並 重 視 訓 練 效 果 : 現 行 講 師 訓 練 時 間 冗 長 訓 練 場 所 與 現 場 情 況 不 符 相 同 操 作 情 況 不 易 重 現 等 問 題, 均 為 現 有 訓 練 方 法 及 設 備 所 無 法 突 破 的 問 題 ( 四 ) 提 升 考 照 的 深 入 性 及 主 考 人 員 的 評 分 客 觀 性 : 現 有 的 測 試 設 備 往 往 無 法 提 供 廣 泛 的 測 試 條 件, 尤 其 是 緊 急 狀 況 之 模 擬, 使 得 現 階 段 對 於 各 種 狀 況 的 反 應 大 多 以 筆 試 的 方 式 處 理, 無 法 由 實 際 的 操 作 來 檢 驗 應 試 者 之 應 對 能 力 ( 五 ) 維 持 操 作 者 及 教 練 能 正 確 了 解 受 訓 者 的 實 際 反 應 狀 況 : 經 過 監 控 系 統 的 發 展 除 可 記 錄 實 際 操 作 時 的 反 應 以 提 供 操 作 者 改 善 外, 教 練 還 可 更 正 確 的 指 正 操 作 者 的 不 適 當 反 應 ( 六 ) 提 供 學 員 可 自 行 充 實 並 複 習 之 輔 助 教 材 : 利 用 電 腦 的 多 媒 體 超 媒 體 特 性, 使 用 學 習 導 向 人 性 化 介 面 及 高 度 互 動 性 的 光 碟 教 材 來 激 發 學 習 者 的 學 習 動 機, 藉 由 電 腦 互 動 輔 助 學 習, 增 進 實 務 操 作 的 熟 練 度 二 機 器 腳 踏 車 修 護 丙 級 技 術 士 技 能 檢 定 術 科 題 庫 : 機 器 腳 踏 車 修 護 丙 級 技 術 士 技 能 檢 定 術 科 測 驗 評 審 總 表 姓 名 檢 定 單 位 總 及 格 檢 定 編 號 評 審 長 簽 名 評 不 及 格 站 別 題 目 檢 定 結 果 配 分 得 分 評 審 員 簽 章 31

32 第 一 站 車 輪 及 煞 車 20 分 第 二 站 引 擎 機 件 拆 裝 及 檢 查 20 分 第 三 站 引 擎 檢 查 與 調 整 15 分 第 四 站 電 系 檢 查 及 保 護 15 分 第 五 站 車 架 檢 查 及 保 護 20 分 第 六 站 量 具 使 用 10 分 總 分 100 分 說 明 : (1) 各 站 配 分 如 上 表, 及 格 時 得 滿 分, 不 及 格 時 零 分 (2) 總 分 達 60 分 ( 含 ) 以 上 總 評 為 及 格,60 分 ( 不 含 ) 以 下 總 評 為 不 及 格 三 本 研 究 之 實 施 的 方 法 和 進 行 之 步 驟 : 3.1 在 本 研 究 中 之 實 作 部 分 : 而 本 研 究 重 點 之 一, 就 是 在 於 將 傳 統 教 學 媒 材 改 編 成 網 路 模 式 來 學 習, 在 虛 擬 實 境 部 份 就 是 把 原 本 的 文 字 教 材 轉 化 成 可 在 虛 擬 環 境 中 被 操 作 的 物 體, 讓 使 用 者 經 由 一 個 與 以 往 不 同 的 學 習 方 武, 快 速 地 吸 收 新 知 在 此 種 學 習 環 境 中, 使 用 者 擁 有 較 高 度 的 控 制 權, 可 以 自 由 地 瀏 覽 場 景, 未 來 若 能 再 加 入 分 散 式 虛 擬 實 境 系 統 時, 更 可 與 其 他 進 入 本 場 景 的 使 用 者 進 行 合 作 學 習 因 此, 對 於 傳 統 的 教 學 模 式 來 說, 網 路 虛 擬 實 境 的 教 學 模 式 是 一 種 嶄 新 的 突 破 3.2 教 學 環 境 設 計 : 現 將 本 教 學 環 境 設 計 流 程 整 理 如 下 圖 所 示, 共 分 為 資 料 收 集 資 料 整 理 模 型 建 立 網 頁 製 作 與 結 果 測 試 六 大 項, 分 項 說 明 如 下 : 32

33 資 料 收 集 資 料 整 理 模 型 建 立 特 效 製 作 網 站 製 作 題 庫 建 立 結 果 測 試 步 驟 一 資 料 收 集 : 收 集 機 器 腳 踏 車 修 護 丙 級 技 術 士 技 能 檢 定 術 科 的 書 面 資 料, 我 們 將 教 材 的 內 容 分 為 下 列 幾 種 : 文 字 零 件 (Part) 影 像 聲 音 以 及 影 片 等 等, 以 下 大 略 介 紹 各 種 素 材 的 性 質 步 驟 二 資 料 整 理 : (1) 文 字 : 文 字 是 教 材 中 最 常 見 的 素 材, 而 文 字 的 類 型 亦 具 有 豐 富 的 變 化 性 不 同 的 字 型 及 不 同 的 大 小, 均 可 使 使 用 者 有 不 同 的 感 受 但 每 一 部 電 腦 所 安 裝 的 字 型 不 盡 相 同, 因 此 如 果 無 法 確 定 使 用 者 的 字 型, 最 好 使 用 系 統 所 提 供 的 字 型 較 保 險 ( 如 細 明 體 或 標 楷 體 ) 如 果 需 要 特 別 外 觀 的 字 型, 則 可 將 文 字 作 成 圖 檔, 不 過 比 起 系 統 字 型 來 說, 比 較 不 容 易 編 輯, 而 且 佔 用 較 多 的 儲 存 空 間 在 製 作 多 媒 體 教 材 的 同 時, 設 計 師 應 注 意 字 型 種 類 不 宜 太 過 繁 複, 太 複 雜 會 使 人 覺 得 雜 亂 應 只 使 用 一 兩 種 字 型 並 搭 配 不 同 33

34 顏 色 及 不 同 大 小 來 強 調 主 題 (2) 零 件 : 建 立 模 型 時 我 們 得 先 知 道 零 件 的 位 置 形 狀 以 及 尺 寸 (3) 影 像 : 影 像 指 的 是 相 片 或 印 刷 品 等 實 際 影 像 之 圖 片 主 要 來 源 有 三 類, 一 是 經 由 掃 描, 二 是 使 用 數 位 相 機, 三 是 從 影 片 擷 取 照 片 或 印 刷 品 可 由 掃 描 器 掃 描 後 取 得 圖 檔, 大 部 分 的 影 像 處 理 軟 體 均 可 以 製 作 超 過 300dpi 的 圖 形, 且 螢 幕 的 解 析 度 只 有 72-96dpi, 拿 到 螢 幕 上 來 顯 示 不 會 有 圖 片 無 法 辨 視 的 情 形 發 生 唯 仍 需 選 擇 適 當 解 析 度 的 影 像, 不 僅 可 節 省 儲 存 空 間, 亦 可 增 加 執 行 速 度 由 於 圖 片 是 供 電 腦 這 類 數 位 機 器 使 用, 因 此 使 用 數 位 相 機 要 比 傳 統 相 機 方 便 許 多, 拍 攝 下 來 的 相 片 儲 存 在 數 位 相 機 專 用 的 記 憶 卡 上, 一 片 記 憶 卡 可 儲 存 的 相 片 張 數 視 記 憶 卡 大 小 與 拍 攝 品 質 而 定, 以 KODAK DC50 而 言, 中 等 品 質 拍 攝 而 得 像 素 (Pixels) 的 數 位 照 片 其 解 析 度 已 足 夠 使 用 者 辨 識 ( 如 圖 3-2 所 示 ) 影 像 亦 可 由 數 位 影 帶 擷 取, 錄 影 帶 經 由 影 像 擷 取 卡 取 得 的 靜 態 晝 面 是 連 續 的, 很 容 易 挑 得 滿 意 的 靜 態 影 像, 再 經 由 影 像 軟 體 處 理 即 可 使 用 本 研 究 中 的 影 像 都 是 採 用 KODAK DC50 或 DC30PLUS 擷 取 卡 配 合 Video Cap 軟 體 來 製 作 適 合 的 影 像 目 前 網 路 上 較 常 使 用 的 是 GIF(Graphics Interchange Format) 與 JPEG(Joint Photographic Experts Group) 兩 種 格 式 之 圖 片, 因 為 它 們 都 定 屬 於 壓 縮 的 圖 檔 格 武, 各 有 各 的 特 色 與 應 用 層 面, 且 適 用 在 各 種 平 台 上 再 者, 最 近 有 一 種 專 為 網 路 上 傳 遞 所 設 計 的 圖 檔 格 式 PNG(Portable Network Graphics), 但 有 些 舊 版 的 瀏 覽 器 並 不 支 援, 因 此 在 製 作 網 頁 時 還 足 以 GIF 和 JPEG 兩 種 為 主 GIF: 截 至 目 前 為 止,CompuServe 先 後 公 佈 了 兩 種 標 準, 即 1987 年 的 34

35 GIF87a 與 GIF89a,GIF89a 的 標 準 中 訂 有 下 列 三 項 非 常 適 合 在 網 路 上 使 用 的 特 點 [ 松 崗 網 路 事 業 部 1999]: a. 可 以 定 義 圖 檔 內 的 其 中 一 種 顏 色 為 透 明, 這 可 讓 圖 檔 自 然 地 疊 在 其 他 圖 檔 ( 背 景 ) 上, 造 成 無 接 縫 的 效 果 b. 製 作 GIF 動 畫 所 謂 GIF 動 畫 是 將 多 張 連 續 的 圖 片 儲 存 在 同 一 個 檔 案 中, 當 瀏 覽 器 讀 到 這 種 檔 案 時 便 會 將 這 些 圖 片 連 續 播 放 出 來, 看 起 來 就 像 動 畫 一 般 這 可 讓 瀏 覽 器 不 外 掛 附 加 程 式 (P1ug-in) 即 可 觀 看 動 晝 c. GIF 具 有 交 錯 式 圖 檔 (Interlaced) 格 武 可 供 使 用 者 選 擇, 交 錯 圖 是 可 以 讓 瀏 覽 器 先 將 圖 形 以 粗 略 的 形 式 整 張 載 入, 讓 瀏 覽 者 先 看 到 圖 形 大 概 的 樣 子, 然 後 再 繼 續 載 入 完 整 的 圖 形 以 顯 示 全 貌, 由 模 糊 到 清 楚, 可 讓 使 用 者 感 覺 到 網 路 的 速 度 JPEG: JPEG 是 由 一 群 影 像 處 理 的 專 業 人 員 所 共 同 制 定 的 影 像 壓 縮 標 準, 主 要 利 用 了 一 種 被 稱 為 DCT(Discrete Cosine Transform) 的 壓 縮 技 術 來 儲 存 靜 態 影 像 ( 如 照 片 等 ) 的 檔 案 格 式, 經 過 壓 縮 後 的 圖 檔 可 以 高 達 30:1 的 高 壓 縮 比, 當 然, 某 種 程 度 的 失 真 是 必 須 付 出 的 代 價 但 若 處 理 技 巧 高 明 的 話, 其 解 析 度 並 不 輸 給 低 壓 縮 比 的 圖 檔 格 式, 比 如 BMP(Bit Map Pixel) 等, 因 此 廣 為 大 眾 所 愛 用 GIF 與 JPEG 圖 檔 格 式 比 較 : GIF 圖 檔 JPEG 圖 檔 製 作 透 明 圖 可 否 製 作 交 錯 圖 可 否 壓 縮 方 式 非 失 真 式 失 真 式 儲 存 色 彩 256 色 全 彩 35

36 上 表 列 出 此 兩 種 圖 檔 格 式 的 相 異 點 GIF 圖 檔 格 式 可 以 製 作 透 明 圖 與 交 錯 圖,JPEG 圖 檔 格 式 則 不 行 GIF 圖 檔 格 式 是 採 用 非 失 真 式 壓 縮 方 式, 但 其 儲 存 的 顏 色 不 能 超 過 256 色, 因 此 不 適 用 來 顯 示 照 片 這 類 的 色 彩, 較 適 用 在 處 理 文 字 與 線 條 類 的 圖 形 JPEG 圖 檔 格 式 是 網 際 網 路 上 顯 示 相 片 級 品 質 圖 檔 的 標 準 格 式, 能 將 圖 檔 壓 縮 的 非 常 小, 且 能 同 時 顯 示 全 彩 的 影 像 : 但 其 採 用 的 是 失 真 式 壓 縮 方 式, 因 此 壓 縮 的 程 度 越 大, 影 像 的 品 質 就 越 差 那 到 底 要 選 用 GIF 還 是 JPEG 圖 檔 格 式 呢? 我 們 必 須 視 情 況 而 定 若 圖 片 需 要 保 有 透 明 的 背 景 或 以 交 錯 圖 方 式 顯 現, 則 選 擇 GIF 顏 色 不 多 線 條 清 楚 的 圖, 如 小 圖 示 卡 通 圖 案 標 誌 和 符 號 等 等, 亦 選 擇 GIF 較 合 適 至 於 需 要 表 現 全 彩 的 連 續 色 調 或 無 明 顯 邊 緣 的 圖, 如 風 景 照 實 體 模 型 人 物 像 相 片 等 等, 適 合 使 用 JPEG 圖 檔 格 式 常 見 的 影 像 處 理 軟 體 有 Photo Shop Paint Shop Pro 以 及 Photo Impact 等 等, 我 們 可 利 用 它 們 來 編 修 轉 換 圖 檔 值 得 一 提 的 是 Photo Impact5.0 版 大 幅 支 援 網 頁 格 式, 在 製 作 網 頁 圖 示 或 分 割 圖 片 上 均 有 較 容 易 操 作 的 優 點, 近 來 廣 為 網 頁 設 計 師 所 使 用 (4) 聲 音 : 聲 音 在 整 個 多 媒 體 作 品 中 佔 有 相 當 重 要 的 角 色, 它 可 以 提 供 教 材 的 旁 白, 加 強 畫 面 的 生 動 性 聲 音 可 區 分 為 實 際 錄 製 之 音 樂 與 電 腦 合 成 之 音 樂 兩 類 型 實 際 錄 製 之 音 樂 通 常 儲 存 咸 WAVE 或 AIFF 檔 案, 音 樂 CD 光 碟 便 是 WAVE 檔 案 型 式 而 電 腦 合 成 之 音 樂 通 常 為 一 MIDI 檔 案, 其 資 料 檔 案 較 WAVE 檔 案 小 使 用 聲 音 前, 要 先 將 聲 音 儲 存 咸 適 當 的 取 樣 頻 率 : 頻 率 越 高, 36

37 品 質 越 好 一 般 音 樂 光 碟 的 取 樣 頻 率 是 44 KHz, 旁 白 通 常 是 22 KHz, 短 促 的 音 效 只 要 有 11KHz 的 頻 率 就 夠 了 取 樣 頻 率 越 高, 檔 案 的 容 量 也 越 大, 所 以 需 選 擇 合 適 的 頻 率 來 使 用 (5) 影 片 : 影 片 是 由 許 多 連 續 的 圖 片 所 錄 製 下 來 的, 為 多 媒 體 中 最 吸 引 人 的 部 分, 如 同 相 機 的 分 類 一 般, 它 也 分 為 傳 統 攝 影 機 與 數 位 攝 影 機, 理 由 如 前 所 述, 我 們 使 用 SONY 的 DCR-TRV10 這 台 數 位 攝 影 機 來 拍 攝 汽 車 保 養 過 程, 再 經 由 Snazzi 直 接 轉 成 mpeg 檔 或 透 過 擷 取 卡 擷 取 成 可 用 之 影 像 檔, 且 同 時 串 接 另 一 台 電 腦 同 步 將 影 像 檔 轉 成 Real Video 格 式 常 用 的 影 像 編 輯 軟 體 有 Premiere 5.0 與 Media Studio 5.0, 在 此 我 們 選 擇 Premiere 5.0 來 執 行 影 像 剪 輯 工 作 步 驟 三 模 型 建 立 : 利 用 3D 定 位 儀 建 模 步 驟 四 題 庫 建 立 : 機 器 腳 踏 車 修 護 丙 級 技 術 士 技 能 檢 定 術 科 題 庫 第 一 站 : 車 輪 及 煞 車 試 題 第 一 題 : 輪 圈 更 換 第 二 題 : 後 輪 鼓 式 煞 車 來 令 片 總 成 更 換 及 調 整 第 三 題 : 前 輪 碟 式 煞 車 來 令 片 及 煞 車 軟 管 更 換 第 二 站 : 引 擎 機 件 拆 裝 及 檢 查 試 題 第 一 題 : 汽 缸 頭 汽 缸 活 塞 活 塞 環 等 機 件 拆 卸 第 二 題 : 變 速 移 位 機 構 及 變 速 齒 輪 拆 裝 第 三 題 :V 型 ( 皮 帶 式 ) 無 段 自 動 變 速 機 構 拆 裝 第 三 站 : 引 擎 檢 查 與 調 整 試 題 37

38 第 一 題 : 引 擎 怠 速 調 整 及 廢 氣 測 試 第 二 題 : 引 擎 汽 門 腳 間 隙 檢 查 及 調 整 第 三 題 : 引 擎 汽 缸 壓 縮 壓 力 檢 查 第 四 站 : 電 系 檢 查 電 路 配 線 第 一 題 : 測 量 機 器 腳 踏 車 充 電 電 壓 及 電 流 第 二 題 : 測 量 及 更 換 起 動 馬 達 電 磁 開 關 第 三 題 : 點 火 線 圈 測 量 及 更 換 第 五 站 : 車 架 檢 查 及 保 養 試 題 ( 發 受 檢 人 ) 第 一 題 : 懸 吊 系 統 拆 裝 與 檢 查 第 二 題 : 引 擎 機 油 或 齒 輪 油 更 換 第 三 題 : 鏈 條 拆 裝 檢 查 與 調 整 第 六 站 : 量 具 使 用 試 題 ( 發 受 檢 人 ) 步 驟 五 網 站 製 作 : 在 早 期, 要 設 計 網 頁 需 使 用 文 字 編 輯 器 ( 如 記 事 本 等 ) 編 寫 HTML, 編 寫 完 後 還 需 使 用 瀏 覽 器 檢 查 能 否 正 確 被 執 行, 確 定 無 誤 後 才 能 發 行 這 樣 的 製 作 過 程 非 常 繁 瑣, 不 僅 沒 有 效 率 浪 費 時 間, 甚 至 網 頁 設 計 師 必 需 懂 得 一 定 程 度 以 上 的 HTML 語 法 才 能 編 輯 出 網 頁 然 而 目 前 有 許 多 軟 體 公 司 以 所 見 即 所 得 (What You See IS What You Get,WYSIWYG) 的 概 念 製 作 了 許 多 功 能 強 大 且 容 易 上 手 的 網 頁 設 計 軟 體, 如 Netscape 的 Composer macromedia 的 Dream Weaver 的 Netobject Fusion 以 及 Microsoft 的 FrontPage 等 等 這 些 軟 體 可 讓 設 計 師 母 須 學 習 HTML 語 法 ( 若 想 要 更 有 效 38

39 率 地 製 作 網 頁, 學 習 HTML 語 法 仍 是 必 須 的 ), 即 可 將 文 字 圖 片 聲 音 動 晝 影 片 等 多 媒 體 素 材, 利 用 WYSIWYG 的 編 輯 概 念, 將 素 材 置 入 網 頁 中, 僅 花 幾 分 鐘 編 輯 出 來 的 效 果, 遠 比 純 用 HTML 語 法 幾 小 時 做 出 的 效 果 還 要 強 且 網 頁 設 計 軟 體 便 會 將 設 計 師 製 作 的 網 頁 同 步 地 轉 成 HTML 語 法, 如 此 一 來, 設 計 師 直 接 在 設 計 視 窗 內 更 動 內 容 時,HTML 語 法 部 份 亦 自 動 更 新, 以 供 將 來 瀏 覽 器 瀏 覽 之 用 如 前 所 述, 網 頁 設 計 軟 體 種 類 繁 多, 各 自 具 有 不 同 的 網 頁 設 計 方 法, 有 的 偏 重 設 計 排 版, 有 的 兼 顧 IE 與 Netscape 等 不 同 的 瀏 覽 器, 而 FrontPage2000 在 網 頁 編 輯 與 網 站 管 理 上 非 常 容 易 上 手, 是 故 為 我 們 所 用 FrontPage2000 是 一 個 以 網 站 為 編 輯 單 位 的 網 頁 設 計 軟 體, 它 整 合 了 原 本 在 打 FrontPage98 中 分 開 的 二 套 應 用 程 武 FrontPage Explorer 和 FrontPage Editor, 使 得 網 站 管 理 與 網 頁 編 輯 問 的 關 係 更 加 密 切 在 FrontPage2000 中 主 要 分 為 下 列 六 種 模 式 : 網 頁 資 料 夾 報 告 導 覽 起 連 結 和 工 作 六 種 模 式 完 成 後 再 以 Cool 3D Paint Shop Pro 等 設 計 動 晝 圖 示 牙 口 影 像 處 理 來 製 作 3D 動 晝 圖 示, 處 理 掃 瞄 資 料 並 將 虛 擬 實 境 網 頁 (VRML) 整 合 在 平 面 的 網 頁 (HTML) 中, 以 使 本 網 頁 ( 研 究 成 果 ) 更 具 活 潑 性 與 親 和 性 步 驟 六 結 果 測 試 : 接 下 來 利 用 FTP 檔 案 傳 輸 軟 體 ( 如 CuteFTP 等 ) 將 製 作 的 測 試 網 頁 置 於 伺 服 器 主 機 中, 供 使 用 者 操 作 執 行, 若 有 任 何 建 議 可 立 即 傳 送 電 子 郵 件 給 設 計 者, 供 設 計 者 除 錯 及 改 進 網 站 之 用 四 本 研 究 計 畫 預 計 可 能 遭 遇 之 困 難 及 解 決 途 徑 : 39

40 在 製 作 此 教 學 網 站 的 過 程 中, 可 能 遭 遇 之 困 難 及 解 決 途 徑 : ( 一 ) 機 車 零 件 建 模 的 工 作 牽 涉 儀 器 與 技 術, 擬 請 廠 商 協 助 ( 二 ) 開 發 合 適 的 發 展 與 管 理 工 具, 幫 助 教 材 網 路 化 與 管 理 如 網 路 視 訊 影 片 製 作 上 可 以 改 用 Real Networks 公 司 的 新 版 本 伺 服 器 軟 體, 以 提 昇 視 訊 品 質 及 連 線 人 數 之 限 制 ( 三 ) 希 望 能 加 入 美 工 人 員 或 離 線 式 多 媒 體 教 學 軟 體 ( 如 Author- -ware Director 或 F1ash) 的 製 作, 當 能 更 增 加 網 站 的 活 潑 性 與 親 切 性, 也 更 能 提 升 使 用 者 的 學 習 效 率 ( 四 ) 基 於 輔 助 教 學 影 片 的 畫 質 考 量, 認 為 以 本 地 瑞 的 網 路 傳 輸 速 度 較 能 符 合 實 際 需 求, 因 現 階 段 的 網 路 傳 輸 速 度 並 不 足 以 應 付 高 品 質 的 影 片 傳 輸, 因 此 並 不 適 合 在 WWW 中 使 用 但 若 不 予 考 慮 此 缺 點 時, 現 階 段 的 網 路 足 以 應 付 本 網 站 其 他 資 料 的 傳 輸 速 度 五 對 於 教 學 品 質 提 升 國 家 教 育 發 展 及 其 他 應 用 方 面 預 期 之 貢 獻 : 本 研 究 結 合 虛 擬 實 境 與 多 媒 體 技 術 提 出 機 車 修 護 丙 級 證 照 考 試 之 輔 助 教 具 與 教 材, 用 來 提 供 高 職 汽 修 科 車 輛 實 習 課 程 學 習 數 位 化 與 網 路 化 之 教 學 及 幫 助 機 車 修 護 從 業 人 員 進 修 之 訓 練 教 材 40

41 實 務 教 學 : 結 合 3D 虛 擬 互 動 實 務 教 學 平 台 建 構 塑 膠 射 出 成 型 機 操 作 訓 練 之 實 務 教 學 平 台 提 案 人 : 孫 書 煌 職 級 : 助 理 教 授 服 務 單 位 : 崑 山 科 技 大 學 機 械 系 ( 所 ) 一 現 況 描 述 : 本 系 素 與 南 部 各 塑 膠 射 出 成 型 機 製 造 廠 保 持 良 好 的 合 作 關 係, 其 中 的 富 強 鑫 精 密 工 業 股 份 有 限 公 司 長 期 以 來 一 直 以 提 供 客 戶 更 完 善 的 服 務 為 目 標, 另 一 方 面 在 機 器 的 操 作 上 尤 其 希 望 能 提 供 更 有 效 率 的 訓 練 ; 如 此 不 僅 可 以 提 升 本 身 機 器 的 效 益, 增 加 客 戶 的 利 潤, 同 時 也 可 以 降 低 機 器 故 障 率, 減 輕 本 身 的 維 修 負 荷, 另 一 方 面 更 能 提 供 學 校 在 實 務 教 學 上 無 窮 的 訓 練 資 源 在 虛 擬 實 境 的 技 術 日 漸 成 熟 之 際, 該 公 司 也 一 直 希 望 結 合 此 技 術 的 發 展 與 學 校 的 教 育 訓 練, 因 此 在 獲 知 本 校 擁 有 虛 擬 實 境 實 製 作 能 量 時, 即 表 示 高 度 的 教 學 與 技 術 合 作 興 趣 該 公 司 目 前 的 客 戶 教 育 訓 練 工 作 主 要 由 兩 個 方 式 來 達 成, 第 一 種 是 以 上 課 的 方 式 進 行, 但 隨 著 客 戶 的 增 加, 該 公 司 目 前 在 教 育 訓 練 人 力 的 編 排 上 日 漸 吃 緊, 而 且 客 戶 也 常 反 應 排 定 的 時 間 地 點 不 適 當, 難 以 調 派 人 力 參 加 教 育 訓 練, 因 此 成 效 不 高 ; 另 一 種 方 式 是 隨 機 贈 送 教 學 影 片, 此 種 方 式 雖 可 節 省 雙 方 的 人 力, 但 影 片 的 教 學 缺 乏 互 動, 學 員 只 是 單 向 的 接 受 影 帶 所 提 供 的 單 調 內 容, 因 此 成 效 亦 不 好 二 執 行 方 式 1. 由 富 強 鑫 公 司 提 供 該 公 司 所 生 產 的 射 出 機 零 件 的 CAD 圖 檔, 並 將 零 組 件 轉 入 3D 虛 擬 互 動 平 台 中, 在 平 台 上 進 行 零 組 件 實 際 組 裝 程 序 模 擬 2. 依 據 該 公 司 的 機 器 操 作 面 板 在 電 腦 上 建 構 一 個 人 機 介 面, 此 部 分 的 動 作 可 考 慮 以 Visual Basic 來 進 行 3. 由 該 公 司 提 供 一 個 專 家 顧 問 協 同 本 校 學 生, 針 對 各 種 操 作 狀 況 編 寫 虛 擬 實 境 腳 本, 以 求 在 虛 擬 實 境 中 的 機 器 動 作 能 符 合 實 際 41

42 狀 況, 同 時 對 於 重 大 操 作 缺 失 亦 可 提 出 警 告 三 預 期 成 效 1. 學 生 可 學 得 3D 虛 擬 實 境 技 術 2. 在 平 台 中 虛 擬 組 裝 可 實 際 進 行 組 裝 程 序 及 動 作 模 擬, 並 有 實 體 碰 撞 干 涉 功 能, 因 此 利 用 3D 虛 擬 互 動 平 台 進 行 機 械 零 組 件 的 模 擬 組 裝, 將 可 增 加 學 生 的 學 習 興 趣 並 提 高 學 習 成 效 3. 製 作 完 成 之 訓 練 教 材 亦 可 做 為 學 生 課 外 對 操 作 射 出 成 型 機 之 輔 助 教 材 透 過 3D 虛 擬 互 動 平 台 的 虛 擬 操 作, 可 節 省 學 校 購 置 射 出 成 型 機 的 經 費, 另 一 方 面 又 可 使 得 每 位 學 生 除 原 有 之 課 程 學 習 之 外, 還 能 培 養 射 出 成 型 機 之 機 台 操 作 實 際 經 驗 4. 現 有 之 工 業 界 均 對 3D 虛 擬 實 境 應 用 具 有 高 度 興 趣, 因 此 透 過 此 合 作 案, 一 方 面 以 業 界 之 實 際 產 品 讓 學 生 練 習 零 組 件 建 構, 培 養 實 務 經 驗, 另 一 方 面, 完 成 後 之 教 材 可 實 際 提 供 業 界 作 為 輔 導 客 戶 教 育 訓 練 之 所 需, 可 節 省 業 界 投 入 於 教 育 訓 練 時 所 需 花 費 之 大 量 人 力 物 力 成 本, 並 可 藉 此 機 會 推 動 虛 擬 實 境 進 入 產 業 界, 提 昇 我 國 之 製 造 品 質 水 準 四 後 續 延 伸 計 畫 客 戶 的 教 育 訓 練 教 材 僅 是 本 合 作 案 的 第 一 步, 在 雙 方 的 規 劃 中 更 希 望 能 將 虛 擬 實 境 技 術 做 更 廣 層 面 的 推 廣, 如 與 PDM 的 結 合 遠 距 溝 通 等 1. 與 PDM 結 合 : 除 了 將 現 有 的 零 件 圖 檔 轉 入 虛 擬 實 境 環 境 之 外, 亦 將 完 整 的 BOM 表 轉 入 虛 擬 實 境 之 中, 此 方 式 包 含 有 兩 項 優 點, 第 一 個 優 點 是 因 為 零 件 以 虛 擬 時 境 的 方 式 呈 現, 不 含 有 詳 細 的 零 件 資 訊, 如 尺 寸 加 工 方 式 等, 公 司 機 密 無 外 洩 之 虞 ; 另 一 向 優 點 為 客 戶 可 獲 得 完 整 的 零 件 圖 形 與 BOM 資 訊, 如 此 在 零 件 損 壞 需 換 修 時, 客 戶 與 母 公 司 間 的 溝 通 將 極 為 容 易 2. 遠 距 溝 通 : 轉 入 虛 擬 實 境 之 後 的 檔 案 大 小 僅 為 原 CAD 圖 檔 的 約 42

43 三 十 分 之 一, 因 此 在 網 際 網 路 的 傳 輸 上 佔 盡 優 勢, 因 此 若 能 建 構 出 完 整 的 虛 擬 實 境 網 際 溝 通 網 路, 在 客 戶 服 務 上 將 可 大 幅 增 進 原 來 以 電 話 或 傳 真 進 行 的 溝 通 方 式 效 能 43

44 實 務 教 案 : 生 活 化 科 學 教 學 - 活 用 柏 努 俐 原 理 和 網 路 製 作 教 學 平 台 提 案 人 : 黃 景 良 職 級 : 教 授 服 務 單 位 : 崑 山 科 技 大 學 機 械 系 ( 所 ) 一 目 的 : 本 教 學 實 驗 活 動 著 重 於 實 例 的 觀 念 探 討 與 實 際 操 作, 使 學 生 對 於 柏 努 俐 方 程 式 在 工 程 上 的 應 用 有 一 基 礎 暸 解 本 計 畫 的 目 的 是 使 大 家 清 楚 瞭 解 柏 努 俐 方 程 式 的 全 貌, 我 們 設 計 出 一 系 列 有 關 柏 努 俐 方 程 式 應 用 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動, 包 括 : ( 一 ) 柏 努 俐 原 理 的 推 導 和 條 件 限 制 ( 二 ) 舉 出 較 易 被 誤 判 的 柏 努 俐 觀 念 加 以 說 明, 同 時 舉 出 幾 種 不 可 使 用 柏 努 俐 原 理 之 特 殊 情 況, 以 免 誤 用 導 致 錯 誤 並 作 相 關 實 驗 來 印 證, 同 時 利 用 輔 助 教 具 來 協 助 教 學, 由 學 生 親 手 實 際 操 作 實 驗 中, 來 讓 學 生 體 會 柏 努 俐 原 理 所 產 生 出 之 現 象, 並 從 中 挖 掘 出 相 關 問 題 ( 三 ) 以 看 板 簡 報 相 關 圖 片 影 片 及 本 計 劃 自 行 研 發 之 電 腦 圖 控 程 式 的 計 算 來 輔 助 說 明, 使 學 生 更 容 易 理 解 相 關 原 理 的 本 質 再 經 由 老 師 以 圖 解 或 實 驗 或 播 放 拍 成 的 實 驗 VCD, 對 每 一 生 活 實 例 相 關 原 理 作 一 解 說 老 師 不 用 再 像 以 往 只 能 以 寫 黑 板 和 口 頭 來 對 原 理 作 較 呆 板 的 說 明, 因 有 清 楚 的 圖 像, 學 生 不 用 再 憑 空 想 像 其 原 理 實 際 之 畫 面, 可 以 讓 學 生 更 清 楚 更 容 易 地 了 解 其 中 之 奧 妙, 因 此 必 定 提 高 學 生 的 學 習 興 趣 ( 四 ) 在 每 個 單 元 結 束 後, 請 學 生 運 用 所 學 嘗 試 思 考, 是 否 可 將 所 學 之 原 理 運 用 在 其 他 方 面, 以 書 面 報 告 或 製 作 縮 小 實 體 的 實 驗 模 型 44

45 或 電 腦 圖 控 模 擬 程 式 的 方 式 來 驗 收 成 效, 藉 此 來 培 養 學 生 之 創 意 能 力 同 時 也 達 到 活 潑 化 與 生 活 化 之 流 體 力 學 概 念 教 學 目 的 ( 五 ) 同 時, 本 校 正 積 極 推 動 遠 距 網 路 教 學, 最 近 更 建 立 了 e-learning 攝 影 棚 和 專 用 製 作 網 路 教 學 教 材 的 電 腦 教 室, 本 計 畫 之 內 容 也 作 為 流 體 力 學 概 念 的 網 路 教 學 製 作 用 之 教 材 二 緣 由 : 柏 努 俐 方 程 式 是 能 量 方 程 式 的 特 例, 即 靜 壓 力 P + 動 壓 力 ρv 2 /2 + 位 能 壓 力 ρgz = 常 數 之 敘 述, 廣 泛 被 應 用 於 工 程 與 生 活 的 分 析 上, 使 用 時 必 須 符 合 六 項 限 制 條 件, 否 則 會 導 致 極 大 的 誤 差 限 制 條 件 是 (1) 穩 態 穩 流 (2) 不 能 有 熱 傳 (3) 沒 有 功 進 出 (4) 單 一 流 通 路 (5) 不 可 壓 縮 流 體 ( 液 體 或 馬 赫 數 小 於 0.3 的 氣 體 ) (6) 摩 擦 損 失 不 能 太 大 柏 努 俐 程 式 常 常 可 用 來 解 釋 發 生 在 我 們 身 邊 的 物 理 現 象, 如 飛 機 機 翼 竹 蜻 蜓 和 飛 盤 的 升 力 原 理 ; 大 風 吹 起 地 面 的 紙 張 和 女 孩 的 群 擺 ; 噴 霧 器 的 液 霧 化 ; 太 靠 近 的 兩 船 或 兩 飛 機 為 何 會 很 易 相 撞 ; 棒 球 排 球 桌 球 網 球 足 球 和 高 爾 夫 球 的 變 化 球 原 理 ; 射 擊 時 對 風 吹 的 修 正 ; 以 及 許 多 生 活 中 的 流 體 力 學 現 象 的 原 理 解 釋, 因 此 柏 努 俐 方 程 式 為 流 體 觀 念 中 應 用 最 廣 的, 也 是 最 容 易 引 起 學 生 學 習 興 趣, 最 適 合 作 為 作 為 流 體 力 學 概 念 的 學 習 切 入 點 由 圖 1 可 看 到 美 國 由 幼 稚 園 - 小 學 - 中 學 - 大 學 的 課 堂, 均 以 柏 努 俐 原 理 相 關 的 生 活 例 子, 以 不 同 設 計 的 實 驗 器 材, 向 學 生 展 示 其 現 象, 從 而 引 起 學 生 的 學 習 興 趣 和 動 機 可 見 美 國 能 夠 一 直 以 科 技 領 先 全 球, 其 教 育 之 成 功 為 其 主 因 此 外, 實 施 生 動 活 潑 的 教 學 也 大 大 輔 助 其 科 學 教 育 之 成 效 45

46 圖 1. 美 國 由 幼 稚 園 - 小 學 - 中 學 - 大 學 的 課 堂, 均 實 施 生 動 活 潑 的 科 學 教 學 我 們 若 要 迎 頭 趕 上 美 國 的 科 技 成 就, 必 須 使 學 生 對 科 學 教 育 產 生 強 烈 興 趣, 才 會 用 心 學 習 目 前, 學 生 對 流 體 力 學 概 念 的 學 習, 一 直 視 為 畏 途, 因 為 太 抽 象 而 數 學 太 難 為 了 增 進 學 生 對 流 體 力 學 概 念 的 學 習 效 果, 流 體 力 學 生 動 活 潑 的 教 學 方 法 的 運 用, 是 急 不 容 緩 因 此, 我 們 應 師 美 國, 改 良 我 們 的 教 學 方 法, 以 達 到 活 潑 化 與 生 活 化 之 教 學, 以 提 高 教 學 效 果 在 計 劃 中 我 們 首 先 由 流 體 觀 念 中 應 用 最 廣 的, 同 時 也 是 最 容 易 被 錯 用 的 柏 努 俐 原 理 相 關 應 用 實 例 輔 助 教 具 與 教 材 製 作 入 手, 嘗 試 作 一 系 列 對 流 體 力 學 概 念 教 學 方 法 改 進 的 研 究 大 家 都 非 常 熟 悉 傳 統 柏 努 俐 程 式 即 P/ρ+1/2V 2 +gz = 常 數 之 敘 述, 其 實 柏 努 俐 方 程 式 有 其 限 46

47 制 條 件, 並 非 任 何 情 況 均 可 適 用, 我 們 特 別 指 出 幾 種 不 可 使 用 傳 統 柏 努 俐 方 程 式 之 情 況, 使 大 家 認 識 到 柏 努 俐 方 程 式 的 限 制, 因 此 不 會 誤 用 柏 努 俐 方 程 式 柏 努 俐 方 程 式 還 有 很 多 用 途, 例 如 棒 球 排 球 桌 球 網 球 足 球 和 高 爾 夫 球 的 變 化 球 原 理 ; 飛 機 機 翼 竹 蜻 蜓 和 飛 盤 的 升 力 原 理 ; 射 擊 時 對 風 吹 的 修 正 ; 噴 霧 器 的 液 霧 化 ; 太 靠 近 的 兩 船 或 兩 飛 機 為 何 會 很 易 相 撞 ; 地 上 的 紙 和 女 孩 子 的 裙 子 會 被 風 吹 起 ; 以 及 許 多 生 活 中 的 流 體 力 學 現 象 的 原 理 解 釋 本 計 畫 的 目 的 是 使 大 家 清 楚 瞭 解 柏 努 俐 方 程 式 的 全 貌, 我 們 並 設 計 幾 種 實 驗 設 備 與 和 電 腦 模 擬 的 方 法 來 讓 大 家 由 實 際 參 與 實 驗 中 來 體 認 出 柏 努 俐 方 程 式 的 用 途 與 限 制, 使 大 家 由 實 際 實 驗 和 玩 樂 般 去 操 作 中 活 動 了 腦 筋, 更 由 此 能 深 刻 地 瞭 解 柏 努 俐 方 程 式 的 本 質 和 實 際 應 用 的 情 況 儘 可 能 列 舉 柏 努 俐 原 理 可 以 應 用 在 日 常 生 活 現 象 之 實 例, 並 鼓 勵 學 生 以 便 宜 且 易 取 得 之 材 料, 親 自 動 手 製 作 清 楚 且 昜 懂 的 簡 易 教 具 或 縮 小 實 體 模 型 或 製 作 電 腦 程 式 模 擬 實 際 情 況, 並 作 為 學 習 效 果 的 評 量 部 份 成 績 以 藉 由 一 邊 操 作 一 邊 觀 察 學 習 的 方 式, 來 啟 發 學 生 之 思 考 創 造 力 三 本 研 究 計 畫 之 實 施 的 方 法 和 進 行 之 步 驟 : ( 一 ) 製 作 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 的 相 關 教 材 和 實 驗 設 備 包 括 看 板 簡 報 相 關 圖 片 和 影 片 以 及 電 腦 圖 控 程 式 的 輔 助 教 材 ( 二 ) 舉 辦 本 計 畫 之 教 學 實 驗 活 動 分 別 在 機 械 系 流 體 力 學 課 程 和 通 識 課 程 科 學 與 生 活 中 實 施, 通 識 課 程 學 生 包 括 商 學 院 文 學 院 和 設 計 學 院 的 學 生, 對 流 體 力 學 基 礎 不 夠, 故 應 依 不 同 對 象 設 計 不 同 的 教 材 和 活 動 ( 三 ) 將 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 的 47

48 教 材 分 為 初 級 版 和 高 階 版 初 級 版 簡 化 理 論 部 份, 以 較 簡 單 易 文 字 圖 解 和 例 子 說 明, 加 強 實 作 和 電 腦 模 擬 部 份, 供 修 通 識 ( 將 來 可 提 供 國 中 下 學 生 和 一 般 程 度 學 生 ) 的 學 生 參 與 學 習, 著 重 啟 發 學 習 者 對 該 教 學 產 生 興 趣 高 階 版 以 完 整 的 理 論 說 明, 以 實 作 和 電 腦 模 擬 深 入 淺 去 輔 助 透 澈 瞭 其 原 理 和 應 用, 供 理 工 學 院 修 流 體 力 學 程 度 較 佳 的 學 生 參 與 學 習 ( 本 校 機 械 系 學 生 採 高 階 版 ), 著 重 學 習 者 對 該 教 學 產 生 興 趣 和 完 全 的 理 解 柏 努 俐 方 程 式 的 本 質 ( 四 ) 將 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 最 後 改 良 版 的 教 材 和 實 驗 教 具 複 製 提 供 予 或 以 成 本 售 予 有 興 趣 的 國 家 科 工 館 或 地 方 的 教 學 教 育 館 擺 置 作 為 學 生 教 學 教 育 之 用 ( 五 ) 以 本 系 修 流 體 力 學 的 一 班 進 行 試 教, 並 以 問 卷 調 查 蒐 集 改 進 意 見 予 以 修 正 缺 點, 務 求 真 正 舉 辦 活 動 時 一 切 順 利 完 美 五 本 研 究 計 畫 運 用 電 腦 模 擬 之 方 法 : 本 研 究 計 畫 採 用 之 電 腦 模 擬 方 法 為 我 們 針 對 此 一 主 題 之 特 點, 運 用 LabVIEW 圖 控 軟 體 本 身 之 功 能 ( 有 清 楚 的 輸 入 和 輸 出 一 面, 操 作 簡 單 明 瞭 ) 自 行 對 白 努 俐 原 理 有 關 的 習 題 寫 程 式 作 為 示 範, 在 程 式 完 成 後 需 經 一 連 串 的 測 試 ( 可 靠 度 及 準 確 度 測 試 ) 方 可 供 本 研 究 計 畫 之 電 腦 模 擬 用 本 研 究 計 畫 之 電 腦 模 擬 為 依 據 實 際 狀 況 或 讓 學 生 設 定 條 件 後, 經 過 電 腦 程 式 運 算 得 出 相 關 數 據, 學 生 可 以 從 數 據 中 看 出 其 物 理 關 係, 進 而 加 深 學 生 對 本 原 理 之 體 驗 與 正 確 運 用 並 鼓 勵 學 生 對 白 努 俐 原 理 有 關 的 習 題 撰 寫 電 腦 模 擬 程 式, 並 可 以 電 腦 模 擬 程 式 參 與 比 賽 五 對 於 學 術 研 究 國 家 發 展 及 其 他 應 用 方 面 預 期 之 貢 獻 : ( 一 ) 本 研 究 計 畫 所 製 作 的 實 驗 原 型 可 作 技 術 轉 移 至 科 學 館 中 供 參 48

49 觀 者 使 用, 希 望 民 眾 可 藉 由 實 驗 中 得 知 柏 努 俐 之 運 用 狀 況, 以 實 際 實 驗 操 作 中 體 會 一 個 相 當 有 趣 的 原 理 及 實 際 生 活 中 應 用 之 經 驗 ( 二 ) 本 研 究 計 畫 所 作 的 實 驗 原 型, 因 為 製 作 方 式 簡 單 且 不 易 損 壞, 故 可 提 供 一 般 學 校 製 作 相 關 教 具 之 參 考, 使 學 生 可 藉 由 此 有 趣 的 實 際 操 作 中 體 會 科 學 的 奧 妙, 進 而 提 高 學 生 的 學 習 意 願 ( 三 ) 本 研 究 計 畫 製 作 出 之 教 具 若 有 幸 放 置 在 教 學 館 中 展 示, 本 研 究 計 畫 相 關 人 員 願 意 提 供 初 期 展 示 操 作 故 障 排 除 維 修 技 術 指 導 之 支 援 ( 四 ) 製 作 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 的 相 關 教 材 和 實 驗 設 備 包 括 高 速 氣 流 產 生 器 和 實 驗 平 台, 看 板 簡 報 相 關 圖 片 和 影 片 以 及 電 腦 圖 控 程 式 的 輔 助 教 材, 均 作 為 流 體 力 學 概 念 的 網 路 教 學 製 作 用 之 教 材 ( 五 ) 將 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 的 教 材 分 為 初 級 版 和 高 階 版 初 級 版 簡 化 理 論 部 份, 以 較 簡 單 易 文 字 圖 解 和 例 子 說 明, 加 強 實 作 和 電 腦 模 擬 部 份, 供 國 中 下 學 生 和 一 般 程 度 的 學 生 參 與 學 習, 著 重 啟 發 學 習 者 對 該 教 學 產 生 興 趣 高 階 版 以 完 整 的 理 論 說 明, 以 實 作 和 電 腦 模 擬 深 入 淺 去 輔 助 透 澈 瞭 其 原 理 和 應 用, 供 高 中 以 上 程 度 的 學 生 和 學 生 參 與 學 習, 著 重 學 習 者 對 該 教 學 產 生 興 趣 和 完 全 的 理 解 柏 努 俐 方 程 式 的 本 質 ( 六 ) 計 畫 舉 辦 本 計 畫 之 教 學 實 驗 活 動 的 分 組 內 容 和 深 度, 依 不 同 對 象 設 計 不 同 的 教 材 和 活 動 ( 七 ) 為 使 計 畫 內 容 更 切 合 學 習 者 的 需 要, 增 加 對 學 生 學 習 後 的 問 卷 調 查, 以 瞭 解 學 習 的 效 果 並 對 學 生 咨 詢 改 進 意 見, 蒐 集 整 理 後 49

50 再 修 正 教 學 內 容, 使 本 計 畫 內 容 的 教 學 效 果 更 完 善 ( 八 ) 為 使 計 畫 內 容 更 切 合 學 習 者 的 需 要, 增 加 對 學 生 學 習 後 的 問 卷 調 查, 以 瞭 解 學 習 的 效 果 並 對 授 課 老 師 咨 詢 改 進 意 見, 蒐 集 整 理 後 再 修 正 教 學 內 容, 使 本 計 畫 內 容 的 教 學 效 果 更 完 善 ( 九 ) 將 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 最 後 改 良 版 的 教 材 和 實 驗 教 具 複 製 提 供 予 或 以 成 本 售 予 有 興 趣 的 國 家 科 工 館 或 地 方 的 科 學 教 育 館 擺 置 作 為 學 生 科 學 教 育 之 用 ( 十 ) 為 求 本 教 學 活 動 有 很 好 的 成 果, 助 教 的 教 學 和 帶 活 動 能 力 是 關 鍵 因 素 之 一 故 請 准 予 補 助 研 究 生 助 理 一 員 和 大 學 助 理 二 員, 因 其 參 與 本 計 畫 所 有 工 作, 對 計 畫 內 容 的 原 理 已 有 非 常 清 楚 的 概 念, 因 此 最 理 想 的 組 合 為 以 計 畫 主 持 人 和 三 名 研 究 助 理 為 帶 四 組 教 學 活 動 的 講 解 員 以 後 對 科 工 館 或 學 校 單 位 的 推 廣 教 育 活 動 時, 均 可 由 研 究 助 理 獨 挑 大 樑 到 個 別 不 同 地 方 進 行 輔 導 工 作 而 且 相 關 教 材 和 實 驗 設 備 包 括 看 板 簡 報 相 關 圖 片 和 影 片 以 及 電 腦 圖 控 程 式 的 輔 助 教 材 的 製 作 若 要 提 升 其 品 質, 必 須 有 足 夠 人 力 長 期 投 入 方 有 一 定 的 效 果 這 三 位 研 究 助 理 必 然 被 培 養 成 為 本 土 科 學 教 育 的 人 才 ( 十 一 ) 以 本 系 修 流 體 力 學 的 一 班 進 行 試 教, 並 以 問 卷 調 查 蒐 集 改 進 意 見 予 以 修 正 缺 點, 務 求 真 正 舉 辦 活 動 時 一 切 順 利 完 美 ( 十 二 ) 參 與 本 計 畫 活 動 的 學 生 和 學 生, 因 參 加 此 充 滿 趣 味 性 的 科 學 教 育 活 動, 必 會 有 所 啟 發 同 時 帶 回 教 學 光 碟 片, 以 收 推 廣 知 識 和 散 播 教 學 的 種 子 之 效 果 ( 十 三 ) 將 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 的 教 材 高 階 版 可 作 為 我 國 大 專 機 械 系 環 工 系 水 利 系 造 船 系 50

51 航 空 系 和 航 海 系 等 學 系 之 流 體 力 學 相 關 教 學 素 材, 透 過 國 科 會 推 廣 至 全 國 相 關 課 程 作 為 教 材 或 網 路 教 學 教 材 ( 十 四 ) 將 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 的 教 材 初 級 版 可 作 為 我 國 高 中 以 下 學 校 為 科 學 教 育 的 輔 助 教 材, 激 發 學 生 的 學 習 科 學 的 興 趣 ( 十 五 ) 將 本 計 畫 的 柏 努 俐 方 程 式 及 相 關 應 用 實 例 之 教 學 實 驗 活 動 的 教 材 掛 在 相 關 教 學 網 站 供 學 生 參 考 51

52 實 務 教 案 : 液 氣 壓 虛 擬 實 境 操 作 實 務 教 學 提 案 人 : 陳 文 嘉 職 級 : 副 教 授 服 務 單 位 : 崑 山 科 技 大 學 機 械 系 ( 所 ) 五 現 況 描 述 : 本 提 案 液 氣 壓 虛 擬 實 境 操 作 實 務 教 學 相 關 課 程 之 教 學 主 旨, 在 於 訓 練 學 生 熟 悉 目 前 工 業 界 使 用 最 常 使 用 的 液 氣 壓 實 務 操 作, 即 液 氣 壓 設 備 ; 目 前 此 類 設 備 經 常 用 於 半 導 體 工 業 光 電 產 業 化 學 工 業 及 機 械 電 子 相 關 產 業, 因 此 於 本 系 課 程 及 就 業 學 程 將 以 此 教 案 訓 練 相 關 學 生 操 作 液 氣 壓 設 備, 使 其 進 入 就 業 市 場 後 能 縮 短 在 職 訓 練 的 時 程, 立 即 具 有 操 作 液 氣 壓 設 備 的 能 力, 提 昇 工 作 效 率 內 容 為 教 導 學 生 操 作 液 氣 壓 設 備, 包 含 以 下 幾 個 單 元 : 液 氣 壓 設 備 構 造 說 明 故 障 排 除 操 作 介 面 介 紹 機 械 的 拆 解 組 合 透 視 機 械 內 部 機 械 運 作 模 擬 等 項 目, 最 後 展 示 成 品 的 3D 虛 擬 效 果 二 待 改 善 點 : 1. 目 前 教 學 方 式 為 一 對 多 (7~10 位 學 生 ) 的 方 式 ( 或 限 於 機 台 的 不 足 ), 同 時 輪 流 作 上 機 操 作 練 習, 但 是 若 使 用 電 腦 顯 示 教 學, 也 停 留 於 一 般 平 面 式 教 學, 缺 乏 實 際 操 作 實 物 的 互 動 性 2. 現 有 設 備 雖 具 有 模 擬 液 氣 壓 設 備 操 作 功 能, 但 皆 為 固 定 形 式 的 模 擬, 無 法 做 到 實 際 操 作 及 模 擬 3. 液 氣 壓 設 備 之 操 作 中, 必 須 了 解 其 機 械 內 部 之 運 轉 過 程, 雖 可 在 電 腦 上 進 行 模 擬, 但 其 模 擬 僅 為 在 機 械 外 部 的 作 動 模 擬, 不 具 有 實 際 操 作 進 行 動 作 等 模 擬 52

53 六 執 行 方 式 : 1. 仍 由 學 生 於 軟 體 中 進 行 液 氣 壓 設 備 操 作 功 能 練 習, 基 本 操 作 步 驟 完 成 後, 不 在 軟 體 中 做 練 習, 而 將 轉 入 3D 虛 擬 互 動 平 台, 在 平 台 上 進 行 實 際 操 作 程 序 模 擬 2. 將 系 上 液 氣 壓 設 備 置 入 3D 虛 擬 互 動 平 台 中, 使 之 可 在 平 台 上 進 行 虛 擬 機 械 運 作 模 擬 3. 將 由 軟 體 製 作 的 液 氣 壓 設 備 操 作 程 序 轉 入 3D 虛 擬 互 動 平 台 中, 讓 學 生 於 平 台 上 進 行 虛 擬 操 作, 同 時 進 行 虛 擬 效 果 測 試 4. 測 試 實 務 教 學 平 台 5. 預 計 依 下 列 流 程 執 行 : 資 料 蒐 集 硬 體 操 作 虛 擬 實 境 建 模 虛 擬 實 驗 步 驟 測 實 務 操 作 一 實 務 操 作 二 實 務 操 作 三 實 習 操 作 評 估 操 作 程 序 監 測 NO 通 過 否 YES 完 成 操 作 53

54 七 預 期 成 效 : 1. 學 生 可 學 得 3D 虛 擬 實 境 技 術 2. 在 平 台 中 虛 擬 操 作 可 實 際 進 行 操 作 程 序 及 模 擬, 並 有 透 視 機 械 內 部 結 構 之 功 能, 因 此 利 用 3D 虛 擬 互 動 平 台 進 行 液 氣 壓 設 備 操 作 的 模 擬 操 作, 將 可 增 加 學 生 的 學 習 興 趣 並 提 高 學 習 成 效 3. 現 有 液 氣 壓 設 備 更 新 快 速, 無 法 滿 足 學 生 一 人 一 機 之 需 求, 透 過 3D 虛 擬 互 動 平 台 的 虛 擬 操 作, 一 方 面 可 節 省 儀 器 損 耗, 另 一 方 面 卻 能 使 得 每 位 學 生 都 能 培 養 實 際 操 作 機 器 之 經 驗 4. 現 有 之 工 業 界 均 對 3D 虛 擬 實 境 應 用 具 有 高 度 興 趣, 尤 其 可 應 用 在 資 淺 員 工 之 教 育 或 客 戶 操 作 儀 器 之 訓 練 上 因 此 在 本 課 程 的 實 施 階 段 可 同 時 與 有 興 趣 之 廠 商 合 作, 一 方 面 以 業 界 之 實 際 產 品 讓 學 生 練 習 操 作, 培 養 實 務 經 驗, 另 一 方 面, 完 成 後 之 試 件 可 轉 至 3D 虛 擬 互 動 平 台, 建 構 虛 擬 系 統, 此 系 統 可 同 時 提 供 學 生 實 習, 並 可 再 移 轉 回 業 界, 節 省 業 界 欲 建 構 虛 擬 系 統 時 所 需 花 費 之 大 量 人 力 物 力 成 本 54