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工學院理論基礎結合 動手實作系列總整課程 展現學習成果
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黃光裕教授自1994年自德國學成回台任教,從那時開始,就開設了「機械設計原理」課程,至今已超過二十年。 歷經課程改造 時間壓縮緊湊 黃教授與我們分享,「機械設計原理」是機械系的核心課程,二十幾年的時光,歷經課程改造,「機械設計原理」也有了些不同,首先,是授課時間變短了,再者,學分數也變少了。過去「機械設計原理」共分(上)與(下),分別在大三的上、下學期開設,而現在,「機械設計原理」則在大三上學期開設,是三學分的必修課,由於是全系的必修課,修課人數眾多,必須分為三個班上課,目前授課教師則分別為黃教授、陳湘鳳教授與廖先順教授。下學期則另開設「機械工程實務」課程,而這也是名為CapstoneCourse的總整課程。 黃教授憶起自己過去在大學時代修習「機械元件」課程的經驗,修過課後還是不知道如何著手設計元件,也不知道為何要如此設計計算,因為缺乏設計開發的整體概念。直到再到德國修習工程師學位(Dipl.-Ing.)時,因為德國學制與英美系不同,德國的工程師學位必須修習機械設計(一)、(二)、(三),經過學分承認後,必須再修習機械設計(三)。為了完整學習,黃教授自己選擇同時再修習機械設計(一)與(二)。經過德國學制完整的機械設計課程訓練,黃教授才真正明白了「機械設計原理」的真諦,它不是材料力學課程的延伸,也不是一連串計算,而是從無到有創意和實現想法的過程。課程目標是從基本機械設計程序開始,讓學習者瞭解到設計開發時系統的功能需求、概念設計、實體設計、驗證評估、系統設計、設計圖製作與備齊等關連性。課程中還介紹各式機械元件之設計和性能分析驗證方法,並且透過機械系統的設計練習,讓學習者能夠靈活選用適當的機械元件到機械系統設計中,並且能夠運用工程計算驗證推導出最佳化造型和尺寸。
強調機械製圖 工程師基本功 黃光裕老師著重紮實的訓練,他期待學生穩紮穩打進行每一步驟,踏穩再向前。在課前的準備上,每位學生應具備基本的能力有材料力學、機動學與機械製圖。黃老師特別一再強調機械製圖的重要性,並以工程界的國際語言稱呼,他認為製圖絕對是極為重要的基本核心能力,工程圖不僅是工程師實現構想的工具,也是團隊溝通重要的媒介,甚至會成為有法律效用的契約書一部分,隱藏在圖中的細節往往決定了機器或是物件的品質與價格,需要特別謹慎看待與處理。
由於「機械設計原理」包含了理論和實作,短短一學期的時間非常緊湊與寶貴,因此黃老師的「機械設計原理」從第一堂課開始,就節奏明快地安排了課程進度,學期開始就透過課堂和課後作業讓同學們漸漸建立起機械設計的基本觀念。課程重點在於機械元件設計與其功能特性之介紹,還透過學期設計專題作實際設計開發之練習,因此需要好的機械製圖技巧以實現設計理念。黃教授說,他授課的方式會以自編的教材,隨時更新加入產業界最新的資訊,課程大綱包括了,設計方法、設計規範的介紹、應力、應變、公差與配合、材料、轉軸與軸聯結器、螺絲和接合元件、軸承、彈簧元件、齒輪機構、鏈條機構、皮帶機構、煞車和離合器。這門課的評量方式除了期中、期末考,還包括學期設計專題的口頭報告、書面報告和期末實物測試,環環相扣的課堂設計,帶領學生依據設計任務的要求,從構想的醞釀和設計開發過程的紀錄,一直到最終成品的呈現和測試。書面報告也忠實呈現了學生的學習歷程和結果,曾有學生在參加碩士甄試時,很有自信地展示他的書面報告,來證明自己曾經踏實地付出與學習的成果,黃教授亦樂見其成。期末的作品呈現,會以達成某些具體目標作為評分標準,黃教授也會同時邀請多位實驗室學長姐共同評分,使其更具公正與公平性。黃教授說,每兩年會換一次題目,過去曾做過的題目有氣浮車、步行機器人、投球機等,今年的題目則是纜繩爬行機,需達成的目標任務是以無線遙控機器能夠行進到指定纜繩下並吊掛上,再沿著水平或是傾斜拉伸的纜繩移動到指定的位置,再回到原始起點。黃老師說,他有許多的題目構想,未來或許也能設計開發水中機器,完成各種水中任務。
高規格的要求 充滿關懷期許 四人一組的團隊合作,從無到有的想法實踐,讓同學們經過機械設計原理課程的訓練,應當具備了核心能力:一、具備學理基礎及應用工程知識與技術之能力。二、具備設計與執行實驗,以及發掘、分析、解釋、處理問題之能力。三、具備設計系統、元件、製程及工程規劃與整合及創新之能力。同時,四、培養學生團隊合作之精神,訓練表達溝通、及領導與管理之能力。五、培養學生端正品行、健全人格、熱心服務及重視專業倫理。 黃教授也訂出數項上課和參與學期專題設計的要求,看似嚴格的要求則充滿了關懷,期許每一位學生都能勇於承擔與面對一個台大人的擔當,他勉勵同學們,面對壓力和困難最好的方法,就是面對它!解決它!他不諱言,這堂課的辛苦,但是他也曾經歷過幾位同學能夠在相同的課程時間內,不斷精進設計開發出了幾代的雛型機進行測試,這端看同學是否具備了企圖心與學習動力。要學習好機械設計,他同時期許學生們增加學習的廣度,除了機械相關基本學理外,能多方涉獵各種專業,並且不斷地嘗試來獲得知識和提升自己的能力。
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National Taiwan University Department of Mechanical Engineering