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作者:蔡宗成(2002-12-16);推薦:徐業良(2002-12-27)
附註:本文為申請國科會九十二學年度「國科會科教處與教育部合作之目標導向計畫」計畫書。

機電整合創意設計核心教具單晶片系統之研發

1.         研究計畫中文摘要

大學機械工程教育中加強對學生實作能力及創造力的培養,已成為各大學院校機械系所的共識,元智大學機械工程學系更以「創新實作」為大學部教學的重點特色,期望在知識經濟時代,培養學生創意思考的能力以面對未來快速變遷世界的挑戰。而創新必須透過不斷地實作來達成,實作並不單指技藝、技術的養成,而是更廣泛地指“實際動手解決問題的意願與能力”。

另一方面「機電整合」也已經是國內各大學機械工程學系課程發展之重要潮流,配合創新實作教學特色的發展,元智大學機械工程學系在機電整合與自動化機械設計等課程中以專題實作方式來激發學生的創意,同時展現系統思考及應用機械專業知識解決工程問題的能力,這些專題實作並不只應用單純的機械組件,必須整合電子與感測元件等作系統之自動控制。機電整合創意設計教育所需要之核心教具,便是一套易學、有足夠設計彈性、有擴充性之「單晶片系統」。

本計畫「機電整合創意設計核心教具單晶片系統之研發」,目的便是要開發一套單晶片系統與其軟體開發平台,作為大學機電整合相關課程與專題實作的核心工具,期能縮短學生的學習摸索過程,提升其機電整合設計的創意與功能。

關鍵詞:機電整合、單晶片、創意教具。

2.         研究計畫英文摘要

Enhancing students’ creativity in mechanical engineering education has been widely accepted by the mechanical engineering departments of universities. The ME department in Yuan Ze university also emphasizes on “creativity and hand-on practice” in our curriculum. Creativity is necessary for the students to face the challenge of the rapidly changing world in the times of knowledge economy. Creation has to be realized through hands-on practice, the willingness and ability to solve a problem.

In the mean time, mechatronics has become an important trend in the mechanical engineering departments of the universities in Taiwan. The Mechatronics course and Automated Machinery Design courses in the ME department in Yuan Ze university encourage students’ creativity through hands-on projects, and the students are expected to develop systematic thinking and apply professional knowledge to solve real engineering problems. The design projects in these courses not only contain fundamental mechanical components but also integrate automatic control elements such as electronic components and sensors. The core teaching tool of the creative mechatronics education is a flexible signal chip system that students can learn easily.

This research project intends to develop a signal chip system as the core tool for creative mechatronics education. With this system, we hope to shorten the learning period for students and promote the students’ creativity.

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Keywords: mechatronics, signal chip system, creativity teaching tool.

3.         研究計畫之背景與目的

(1)    元智大學機械工程學系機電整合課程規劃

大學機械工程教育中加強對學生實作能力及創造力的培養,已成為各大學院校機械系所的共識,元智大學機械工程學系更以「創新實作」為大學部教學的重點特色,期望在知識經濟時代,培養學生具創意思考的能力以面對未來快速變遷世界的挑戰。而創新必須透過不斷地實作來達成,實作並不單指技藝、技術的養成,而是更廣泛地指“實際動手解決問題的意願與能力”。

另一方面「機電整合(Mechatronics)」也已經是國內各大學機械工程學系課程發展之重要潮流,許多大學之機械工程學系甚至直接改名為「機電工程學系」,機電整合受到之重視可見一斑。元智大學機械工程學系也相當重視此方面課程之發展,設計了「機電整合課程模組」,包含課程如表1所示。這些課程大部分集中在大三到研究所階段,且絕大部分都包含動手實作內容,其中又以機電整合、自動化機械設計為整合性核心課程。

1. 元智大學機械工程學系「機電整合」課程模組

課號

課名

大一

大二

大三

大四

研究所

必修

選修

實作

ME116

程式設計

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ME224

電路及電子學

 

 

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ME335

自動控制

 

 

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ME344

機械工程實驗(III)

 

 

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ME393

信號處理與系統鑑別

 

 

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ME411

機電整合

 

 

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ME415

可程式控制

 

 

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ME422

伺服控制系統

 

 

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ME464

軌道機電系統概論

 

 

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ME441

自動化機械設計

 

 

 

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ME446

自動化機械設計實務

 

 

 

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ME544

微電腦與機械控制

 

 

 

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ME599

智慧型控制系統

 

 

 

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配合創新實作教學特色的發展,元智大學機械工程學系的機電整合與自動化機械設計等課程中,以專題實作方式來激發學生的創意,以整合應用機械專業知識為主要訴求,期望學生展現系統思考及應用機械專業知識解決工程問題的能力。在機電整合課程中,以三至五人分組自行構想專題內容,並完成樂高積木雛形機製作,希望建立學生系統規劃、應用專業知識,機械硬體設計的能力,乃至於團隊溝通協調能力的養成、專業技術報告撰寫與表達等能力的培養。在自動化機械設計課程中,同樣以專題實作方式為課程主要內容,不同的是這些專題是來自於國內產業界真實的設計需求,在課程實施上除技術內容教授、基本實作技巧練習之外,主要是讓學生以課堂所學解決真實問題,並從產品面思考出發,在學生解決問題程序中鼓勵彈性、創新的方法、與創意的表現。

(2)    機電整合教育相關研究

國外在機電整合教育方面的發展比國內更早,麻省理工學院在1987年起的Introduction to Design”課程中,以專題實作來挑戰學生的創意,並逐漸演變為19901993年間每年一度的以微電腦控制器為核心的「樂高機器人大賽(LEGO Robot Design Competition)」,這種開放式的、挑戰性的、激發創意的、培養系統開發與知識整合能力、且在專題製作過程中學生因歷經各種困難而激發其專研專業知識的教學方式與其成效,在F. Martin的博士論文Circuits to Control: Learning Engineering by Designing LEGO Robots”以及相關論文中有極為深入的探討[Martin, 1994; Martin, and Resnick, 1996]

史丹福大學也在同一時期開始發展一門機電整合課程,名稱為“Smart Product Design”[http://design.stanford.edu/spdl/],其所謂“Smart Product”是指以內建式微處理機增強其功能的機電整合產品。這也是一門長達一年,以專題實作計畫為主要教學手段的課程,也十分強調學生創意的發揮,課程中相當多學生實作計畫的成品,已經被商品化成為真實產品[Carrer, 2002]。美國猷他大學開設的機電整合課程強調整合各學科領域如機械、電子與資訊系統,學生在課程學習感測器、致動器、數據收集與控制工具等豐富資訊,並應用這些資訊解決所要面對的問題,整個課程最重要目標便是鼓勵學生發揮其創意[Durfee, 1995]

(3)    機電整合教具開發

機電整合課程中的專題實作計畫並無法單純靠機械組件完成,必須整合電子與感測元件等作系統之自動控制。以往學生是藉由個人電腦搭配界面卡或是可程式控制器(Programmable Logic Controller)作為訊號輸出入的工具,增加自動控制、感測等要素,而隨著科技的快速進步與半導體工業的發達,機電整合產品漸漸走向NON PC-Based之趨勢,以單晶片為控制核心。

國內大學機械系開設微處理機或機電整合課程的學校共14所,經過對授課教授非正式的訪談、深入了解課程相關內容之後,發現機電整合教材的撰寫、教具的設計與使用並沒有一致的標準,這14所開設機電整合等課程的教授們除了使用電腦、可程式控制器外,也使用單晶片作為控制器,授課教授普遍認為一套好的單晶片教具,其電路設計必須針對非電機電子領域如機械系學生所開發,且以高階語言C語言為程式開發語言,縮短學習時間,可提高學生學習興趣。像是LEGO公司於1994年發展的「可程式積木(Programmable Brick)」與控制模組,德國Fischertechnik公司發展創意科技組合積木,不僅結合了單晶片微電腦控制器,便是普遍被採用的教具,其簡單易學的特性更可將這種機電創意教育推廣到高中、國中年紀的學生。大學機械系機電整合創意設計教育所需要之核心教具,便是一套易學、有足夠設計彈性、有擴充性之「單晶片系統」。

(4)    本計畫之目的

本計畫是配合九十一學年度「建構創新學習氛圍與教學策略之相關研究」八項主題中,第三項「各工程或技術專業科目最適的創造力開發技法及教學資源研發」之重點所提出,本研究計畫以大學機械系機電整合創意教育之需求為思考核心,目的是開發一套即寫即用式單晶片系統與其軟體開發平台,作為大學機械工程學系中機電整合、自動化機械設計等課程與專題實作的核心教材工具,期能縮短學生的學習摸索過程,讓學生使用單晶片系統來增加其專題實作方面的創意與功能,完成一實際可行性的雛形成品。

4.         研究方法

(1)    單晶片創意教具開發程序

「單晶片微處理器(Single Chip Micro-processor)」又叫做「單晶片微控制器(Micro-controller)」,是指將中央處理單元(Central Processing Unit, CPU)、記憶體(包括隨機存取記憶體(Random Access Memory)與唯讀記憶體(Read Only Memory))、與輸出輸入單元(I/O)等三部份整合在一個積體電路之內。

1所示為使用單晶片作機電整合產品開發之程序,通常分為硬體電路的設計與製作、以及軟體程式撰寫與燒錄兩部份。在硬體電路的設計與製作方面,使用者先根據產品功能需求設計所需電路,經過模擬與實體測試,產生印刷電路板。而軟體程式撰寫與燒錄是以組合語言或C語言撰寫應用程式,經過組譯軟體將程式組譯成十六進位機械碼,接著再進行軟體模擬(Simulation)。確認程式無誤,最後透過燒錄器將程式燒錄進單晶片裡,與印刷電路板、其它電子零件等進行組裝與焊接,便完成產品的製作。

1. 使用單晶片作機電整合產品開發之程序

上述流程需要程式撰寫軟體、模擬器、燒錄器等開發工具,這些開發工具的價格通常在數萬元以上,這些繁複的開發過程與成本對於以學習、教育為主要目的之學生與學校而言是一種沈重的負擔。表2為國內現有單晶片教具分析比較,這些教材設計上主要是針對電機/電子科系學生,以非常難學之組合語言為程式開發工具,主要使用於課程實習,將所有實習的週邊設備放在同一塊電路板上,而非以與產品整合為主要目的,較不適合機械系學生作為專題實作之工具。

2. 國內單晶片教具分析與比較

公司或單位

產品名稱

硬體分析

軟體

使用手冊 

價格

益眾科技

PIC & PLD實習板

主要是以實習為主,應用於實際系統上體積太大,有七節顯示器,4x4鍵盤輸入,LCD模組…

組合語言

2750

高雄科技大學電機系--盧春林教授

PIC-EVM實習板

主要是以實習為主,應用於實際系統上體積太大,但實習的項目較益眾多,有七節顯示器,4x4鍵盤輸入,LCD模組,溫度、亮度感測,直流馬達驅動,轉速感測…

組合語言

6000

3為國外機電整合教具(工具)分析與比較,不同於國內發展的實習板,其基本功能除了基本I/O、通訊、ADCDAC…,還包括了其他的週邊擴充模組,可以直接驅動馬達、蜂鳴器、IR模組、LCD模組…等,整體體積小至可以移值到實際的產品系統上,開發程式皆為C語言,甚至是圖控程式語言,完全是採高階語言來開發程式,這樣開發環境完全符合我們機械系單晶片教具需求,並有使用手冊、範例程式或專題範例,可以讓學習者依著自我創意開發系統,但價格非常昂貴,以「機電整合」與「自動化機械設計」課程參與學生分組使用,保守估計約需二十組單晶片工具,則所花費的成本遠大於本計畫所需開發經費。

以計畫課程規劃而言,自行掌握所開發的單晶片教具的核心技術有助於整體課程內容規劃、教材編寫、教學資源分配與教學成果評估等多方面優點;學生創造力培養的成效與單晶片創意啟發教具之於學生的反應與接受度,可直接回饋並作為單晶片教具與教材的改進方向,這比直接購買國外相關產品在開發成本與時效上更具優勢,且本計畫所開發的單晶片教具預期擁有網際網路伺服器功能,使遠端的個人電腦得以透過網際網路與這些單晶片單板電腦連線作業,實現遠距雙向資料傳輸及控制等高階功能,學生可獲得的更多創意啟發,這是一般相關產品所無法比擬。

遍訪國內外相關產品的結果發現,沒有一種能結合單晶片網際網路伺服器功能並滿足「機電整合」與「自動化機械設計」等兩門課程的需求,因此,在這種買也買不到的狀況下,唯有自行開發教具,才能使學生們的創意得以實現。

3. 國外機電整合教具(工具)分析與比較

開發單位

產品名稱

硬體分析與比較

軟體比較

硬體價格

MIT

Mini_Board

1994年,微處裡器為68HC11,運算速度不夠,記憶體不足(2K),只有RS232通訊模組

C語言

N/A

Handy_board

1997年,微處理器為68HC11,運算速度不夠,外部記憶體為32K,體積增大,可增加IRLCD模組。

C語言

US$200

LEGO

LEGO MINDSTORMS

2001年,適合中低年級,硬體的功能較弱,馬達輸出與感測器輸入各3個。

圖控軟體(Labview)

US$199.9

Basic Stamps

Basic Stamp II

2000,微處理器為PIC16C57,處理器速度20MHz,記憶體為2K,可購買多組相關套件。

PBasic

US$53

Tern

A-Engine

微處理器為80188,記憶體為128K,基本I/O、通訊、ADCDACPWM

C語言

US$139

Quanser

QIC Embedded controller

微處理器為PIC16F877,基本I/O,通訊、ADCDACPWM等。

C語言

未上市US$100

本計畫以大學機械系機電整合創意教育之需求為思考核心,開發一套即寫即用式單晶片系統與其軟體開發平台,以Microchip公司生產的PIC系列單晶片微處理器為開發核心,整合模擬器與燒錄器等功能,並加上基本周邊電路,學生在電腦上撰寫程式後,可透過通訊界面如RS232USB等,進行燒錄與測試,更可以將此單晶片系統直接裝置在所要開發的產品上,如此可大幅縮短機械系學生在艱深之組合語言、電路設計上的學習摸索過程,將學習焦點放在機電系統整合與創意發揮上。本計畫所要開發的即寫即用式單晶片系統將包含分別名為PIC_PROTOPIC_SERVER兩套單晶片單板電腦,與其軟體開發平台預計達成目標如下:

PIC_PROTO(多功能雛型開發用):

l          即寫即用式功能:開發一套可內建於單晶片之程式上下載及記憶體編輯軟體,使用者不須透過燒錄器即可對單晶片進行燒錄程式動作。

l          使用C語言設計程式:使用C語言是比較符合使用習慣,選擇一套PIC專用的C Compiler編譯軟體,事先將組合語言組合成C語言形式,避免繁瑣的組合語言,對於機械系學生而言,使用較為方便。

l          I/O數位輸出入與AD/DA類比輸出入功能:單晶片與外界溝通之電路,用來偵測外部輸入訊號或是輸出控制訊號以做出反應,例如電壓量測、按鍵輸入、馬達控制與LCD顯示等功能。

PIC_SERVER(多功能雛型網際網路伺服器開發用):

l          網際網路功能:以PIC_PROTO為基礎,加裝網路控制晶片後,除上述三項功能之外,實現網際網路伺服器的功能,並使用I2C匯流排與254PIC_PROTO構成網路,使遠端的個人電腦得以透過網際網路與這些單晶片單板電腦連線作業,實現遠距雙向資料傳輸及控制等高階功能。

(2)    機電整合課程規劃

本計畫「機電整合創意設計核心教具單晶片系統之研發」研究目的在開發即寫即用式單晶片系統與其軟體開發平台,並著重在這套單晶片教具對於學生在課堂、專題實作上所給予的學習幫助與創意發揮之測試與驗證,主要測試平台為本系「機電整合」與「自動化機械設計」兩項課程。

機電整合課程為計畫主持人吳昌暉教授擔任,課程目標在建立同學在機電整合工程及自動化機械與系統兩方面廣博的基礎知識,熟悉系統設計概念以及單晶片原理,並規劃開放式(open ended)小型實作計畫,這是工程教育中創意培養非常有效的一個方法[Faste et al., 1993],讓學生以課堂所學分組應用樂高積木組件與本計畫所開發的單晶片系統與其軟體開發平台,並在學生解決問題程序中鼓勵彈性的思考、創新的方法、與創意的展現。課程上強調創新、創意,並不是漫無方向與內涵,Wales[Wales et al., 1974]等學者對於這一類以小組設計、實作為核心的課程,提出一套「導引式設計(guided design)」的課程模式,以結構性方式,引導學生應用課程所學以解決問題。

元智大學機械系從1994年開始的機電整合課程,以三至五人分組自行構想專題內容,並完成樂高積木雛形機製作,希望建立學生系統規劃、應用專業知識,機械硬體設計的能力,乃至於團隊溝通協調能力的養成、專業技術報告撰寫與表達等能力的培養,雖然七年來的成果與教學經驗顯示,這是正確的方向,但是機電整合課程中的專題實作計畫並無法單純靠機械組件完成,必須整合電子與感測元件等作為系統之自動控制。

如前所述,以往學生是藉由個人電腦搭配界面卡或是可程式控制器作為訊號輸出入的工具,增加自動控制、感測等要素,而隨著科技的快速進步與半導體工業的發達,機電整合產品漸漸走向NON PC-Based之趨勢,以單晶片為控制核心。而透過訪談、深入了解國內大學機械系開設微處理機或機電整合課程的教學情形,開設機電整合等課程的教授們除了使用電腦、可程式控制器外,也使用單晶片作為控制器,授課教授普遍認為一套好的單晶片教具,其電路設計必須針對非電機電子領域如機械系學生所開發,且以高階語言C語言為程式開發語言,縮短學習時間,可提高學生學習興趣

機電整合課程以整合知識以及培養學生系統開發能力為重心,使學生了解如何將所學的專業知識整合、應用,並以「機電整合設計競賽」為期末主題活動,活動設計上以培養學生專業知識應用與獨立思考能力為主軸,學生以樂高積木組件與本計畫所開發的單晶片系統為其創意開發平台,透過競賽,提高學生「問題解決能力」與培養同學與同儕共事的經驗。

(3)    自動化機械設計課程規劃

自動化機械設計課程為計畫共同主持人徐業良教授擔任,課程目標是建立學生系統性思維,將專業領域知識應用在解決真實之設計問題,並鼓勵創意的發揮。

大學工程教育是必要與產業界有密切的銜接,本課程強調的是學生所參與的專題、研究方向,必須來自產業界所提供的真實設計需求。Dahlstrom學者分析美國工業與工程教育現況時便指出,工程師在產業界的工作內涵,涵蓋了製造、研發、及高階管理等範疇,部份大學教師或許缺乏較多的產業經驗,而讓產業界參與工程課程,除了讓學生了解現實運作外,產業界也可藉此來評估其未來潛在的員工,可說是一種雙贏的策略[Dahlstrom, 1996]。美國麻州的Worcester技術學院(WPI)Norton公司共同發展的“WPI-Norton Company計畫中心”,便是大學-產業合作的良好例子,WPI的一項計畫基礎課程稱為主要合格計畫(MQP)MQP的目的培養學生技術、方法及問題解決能力,並發展創造力、自信心以及加強溝通能力,該課程在機械工程學系四年級有60%由產業界資助[Demetry, 1997]。國內近幾年亦有學者針對機械工程教育與產業界的銜接進行研究。大業大學機械工程學系謝其源教授認為,經由與業界的接觸產生實作題目到設計、製作及完成,再回饋到業界,如此則專題與本土性工程問題相結合,學生與業界將可互蒙其利【謝其源,民85】。中央大學機械工程系蕭述三、陳志臣教授以透過其規劃之課程訓練,模擬社會的團隊工作環境、整合學生所學,活用於實際問題、培養獨立與創意性的工作精神、態度與方法,使學生能靈活地掌握工業界對開放式問題設計、研發之方法與精神,同時亦能夠滿足工業界對一般工程師之期望【蕭述三、陳志臣,民87】。

本計畫共同主持人徐業良教授於歷年自動化機械設計課程中,即已建立產學合作教育模式,大量引入產業界刺激,包括設計、研發題目的提供,人員的交換,專業知識與經驗的交流,以及設備的共享等四個向度,期望在教育、學習為為目的的前提下,營造更接近產業界的學習環境,且在責任、義務、權利清楚釐清的前提下,讓學生、教師、產業界能夠共享成果、互蒙其利,順利銜接大學與產業。

在自動化機械設計課程中學生亦將應用本計畫所開發的單晶片系統與其軟體開發平台在產業提供之設計問題上,因此本計畫所開發的單晶片系統之核心技術也必須能符合產業界需求。元智大學機械系在產學合作理念下,設計專業實習、專題研究、學士論文等多元化的制度,自動化機械設計課程學生於課程結束後,將其研究成果發表於學士論文上,有創新性之成品可進行後續專利申請工作,且可進一步與產業界合作進行產品的商品化,或實際產業上的應用等後續專案研究,經歷此專題研究課程的學生畢業後也可直接進入產業界服務。

(4)    創意激發與學習成效評估

本計畫在開發即寫即用式單晶片系統與其軟體開發平台,並著重在這套單晶片教具對於學生在課堂、專題實作上所給予的學習幫助與創意發揮之測試與驗證,學習成效的評估除了專業評量外,可分為以下八種主要方式:

(1)   學生學習後在其他課程的表現

藉由學生成績的統計比較(t-test “d” statistic)來表現學習前後的差異,藉以判斷課程內容與教學方式的適切性。

(2)   學生的對學習環境的接受程度

藉由問卷設計與統計演算來顯示學生對學習環境的接受程度,也是目前最常用的方法之一。

(3)   學生解決問題的信心

藉由HeppnerPSI (Problem Solving Inventory)的問卷實施[Heppner, 1986],比較受測者學生與其他機構如國外大學生受測結果比較,進而探討信心是否有所改善。

(4)   學生解決問題的能力

The Billings-Moos Copping Responses Inventory測試方式[Billings and Moos, 1981],可測試學生避免問題(problem avoidance)與解決問題(problem solving)的能力指標,而此能力指標亦可與其他學校學生進行比較如加拿大McMaster大學[Robert, 1994]。藉由指標的比較,一方面可得知學生在不同的課程訓練中是否有不斷的增強解決問題的能力,另一方面也可了解本校學生與其他國家學生在這方面的差異。

Ned Herrmann所發展的人腦發展模式,將人類的大腦分為四個區間,各司其職各有所長[De Bone, 1982],利用Herrmann Brain Dominance Instrument(HBDI)的協助,我們亦可嘹解學生解決問題的思維是否被改變。此外MBTI心理測驗問卷可以用來探討不同的個人思考事情的方式、看設計問題的角度,希望能此增加一個設計團隊成員間的了解,認識自己與別人的長處,彼此之間的相處、合作更為愉快,能更激發彼此的潛力[Myers and McCaulley, 1985; McCaulley, 1990; Wilde, 1993]

(5)   學生主動求知終身學習的態度

根據前述Perry的智能模式,主動求知的態度是隨不同層級智能的進展而逐步加強,因此利用Perry Inventory的測試,配合個人訪談的方式可以了解智能程度的進展與學習態度的改變[Woods, 1991; Pavelich and Moore, 1996; Marra, Palmer, and Litzinger, 2000]

(6)   學生自我評估技巧的發展

利用獨立客觀的Benchmark,做為學生評估自我能力發展的指標[Stefani, 1992],根據指標與Benchmark之差異,判斷是否自我評估技巧是正面發展。

(7)   畢業生或業界雇主的回饋

藉由“你覺得那門課程對你現在工作幫助最大?”等類型問題的設計,了解課程規劃書是否有協助學生在就業市場有較佳的準備。

(8)   教授的滿意程度

一般教授評估學習成效大都以專業考試為主,但對較廣泛的「學習能力」評估,亦可藉由問卷實施或座談討論的方式了解教授對學生整體學習能力的提昇是否滿意。

本計畫對於應用單晶片教具於「機電整合」與「自動化機械設計」等課程的創意激發與學習成效評估將應用上述評估方式,在即寫即用式單晶片系統與其軟體開發平台開發完成之後,對計畫整體成效做評估及回饋改進,包括修課學生問卷評估以及授課教師自評與座談,了解單晶片創意啟發教具之於學生的反應與接受度,對於學生創造力培養的成效,以及教學資源利用效率是否有顯著提升等,並期望能進一步改進,有了實施與教學經驗,對教學模式作長期實施之規劃,同時更深入探討如何將此單晶片創意啟發教具與教學模式推廣至其他大學機械系相關課程,達成資源共享與經驗交流。

5.         研究步驟與進度

本計畫「機電整合創意設計核心教具單晶片系統之研發」分為三個階段進行,共一年時間,各階段進行步驟如圖2,各階段工作內容說明如下:

2. 計畫各階段進行步驟

第一階段(共四個月):

在此階段中首先將繼續蒐集國內外單晶片相關研究、廠商資訊,並透過專家訪談、廠商合作擬定單晶片系統開發方向。接著即著手開發即寫即用式單晶片系統與其軟體開發平台,並撰寫設計教材、軟硬體使用手冊。

第二階段(共五個月):

第二階段即是在機電整合與自動化機械設計課程中,實際測試、驗證這套單晶片教具對於學生在課堂、專題實作上學習的幫助與創意的發揮。如前所述,本計畫將在課堂上觀察學生學習應用此系統的困難度,以及設計成果在功能與創意上發揮的表現,並透過問卷讓學生自行評估此單晶片系統對其機電整合設計與學習之幫助與困難,評估整體教學實施成效,作為未來教學模式、教學工具、及教學環境改善之參考。

第三階段(共三個月):

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除對先前課程實施之成果作改良並持續規劃下一年課程實施外,更必須進一步與國內各大學相關課程進行聯繫與交流合作,推廣此單晶片系統,達成資源共享。

參考資料

Billings A. G., and Moos, R. H., “The Role of Coping Responses Social Resources in Attenuating the Stress of Life Events”, Journal of Behavioral Medicine, vol. 4, no. 2, pp. 139-157, 1981.

Carryer, J.E., March madness: A mechatronics project theme Source, Mechatronics, Vol.12, p 383-391, 2002.

De Bone, E., De Bono’s Thinking Course, Facts on File, New York, 1982.

Durfee, W.K., Designing smart machines: teaching mechatronics to mechanical engineers through a project-based, creative design course, Mechatronics, Vol.5, P.775-785, 1995.

Dahlstrom, D. A., “Industry and Engineering Education in the U.S.A.,” Industry and Higher Education, Vol. 10, No. 1, Feb. 1996.

Demetry, C., “A University-Industry Partnership in US Undergraduate Education,” Industry and Higher Education, 1997.

Heppner, P. P., The PSI Manual, 20 McAlester Hall, University of Mossouri-Columbia, Columbia, MO., 65211, 1986.

Myers, I. B., and McCaulley, M. H., Manual: A Guide to the Development and Use of the Myers-Briggs Type Indicator, 2nd ed., Consulting Psychologists Press, Inc., Palo Alto, CA, p. 309, 1985.

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