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學門總匯策展

學門總匯策展 各學門研究成果看這邊!持續更新中!   [dpdfg_filtergrid include_categories="103" thumbnail_size="320x180" overlay_icon_color="#e02b20" hover_icon="%%40%%" show_post_meta="off" show_filters="off" show_pagination="off" items_skin="dp-dfg-skin-default dp-dfg-skin-midnight"...

成績期貨市場-讓努力被即時反饋的課程遊戲

成績期貨市場 – 讓努力被即時反饋的課程遊戲 計畫主持人:國立臺灣海洋大學    廖柏凱 助理教授 相關資訊 數理 水產養殖學系 liaobk@email.ntou.edu.tw  教學問題 在學生的學習過程中,反饋是一個可以幫助同學逐步修正的重要過程,反饋越即時效果也越顯著,因此於課堂上,老師皆會盡力回應同學的提問。但課後因同學對於課程的關注程度快速降低,即時之反饋則較難達成。...

PBL全英語教學研究

PBL 全英語教學研究 計畫主持人:國立臺北科技大學    吳斯偉 副教授 相關資訊 管理 經營管理系 swu@mail.ntut.edu.tw  教學問題 作者在授課過程中觀察到,學生的桌上放著筆記本、教科書、甚至筆的比率逐年下降,取而代之的是用手機拍黑板筆記或投影片(尤其在老師宣布是重點考試內容時)。為了減少前述之狀況,作者想要引起學生自我學習的動機,而不是只是來課堂坐著等待老師點名。...

運用樂高機器人組件進行生產物流系統模擬之教學研究

運用樂高機器人組件進行生產物流系統模擬之教學研究 計畫主持人:臺灣海洋大學    鍾武勳 副教授 相關資訊 商管 運輸科學系 wxc218@email.ntou.edu.tw    教學問題...

適地性手持裝置分析性速寫互動教材之研發與教學應用-適時適地數位輔助建築速寫之自主學習

適地性手持裝置分析性速寫互動教材之研發與教學應用—適時適地數位輔助建築速寫之自主學習 計畫主持人:國立臺北科技大學    戴楠青 副教授 相關資訊 人文藝術及設計 互動設計系 nctai@mail.nutu.edu.tw  教學問題 「分析性速寫」課程的主旨在於將分析性繪圖的方法應用於實地速寫上,培養同學能以徒手速寫透過觀察與分析,對所觀察的建築環境能以圖來筆記不同尺度與面向的空間與構造上的屬性,並能進一步記錄觀察領略後對主題建築環境所理解的具象組成與抽象設計。課程雖強調「畫」,實為一種「視覺思考」的訓練。...

擴增實境科技導入傳統家具木工科學生於家具試作課程之創新教學場域與技術實作應用

擴增實境科技導入傳統家具木工科學生於家具試作課程之創新教學場域與技術實作應用 計畫主持人:國立臺北科技大學  李易叡 助理教授共同主持人:孫殷同 副教授 / 許鼎鈞 講師 相關資訊 人文藝術及設計 計畫主持人:工業設計系共同主持人: 計畫主持人:ericlee@mail.ntut.edu.tw共同主持人:  教學問題...

體驗式學習的藝術教學:為非設計科學生規劃的創作課

體驗式學習的藝術教學:為非設計科學生規劃的創作課 計畫主持人:國立臺北科技大學    吳欣怡 助理教授 相關資訊 人文藝術及設計 文化事業發展系 cinewu@ntut.edu.tw  教學問題...

追憶似水年華-小說、文本、文創商品在文史教學的研究與實踐

  追憶似水年華-小說、文本、文創商品在文史教學的研究與實踐 計畫主持人:國立臺北科技大學    鄭麗玲 教授 相關資訊 人文藝術及設計 文化事業發展系 cinewu@ntut.edu.tw  教學問題 1、教學現場的老師抱怨學生「不讀書」。 2、學生抱怨課程範圍很廣,無所適從。...

問題導向學習應用在雷射精微加工與量測課程之研究

問題導向學習應用在雷射精微加工與量測課程之研究 計畫主持人:國立臺北科技大學    何昭慶 教授 相關資訊 技術實作 製造科技研究所 Hochao@ntut.edu.tw  教學問題 科技大學應著重於技術實作與解決產業專題為核心,本計畫擬培育技職體系學生與企業接軌,共同來解決製造產業的實際問題與需求。透由課程講授、業師實作討論、業師實務專題,三階段前後銜接,循序漸進課程讓學生全方面接觸加工製造與光學檢測相關技術。...

結合業師探討業界專案和業師聯合指導實作專題的PBL教學法對ICT課程學生的學習態度動機和成效之影響

結合業師探討業界專案和業師聯合指導實作專題的PBL教學法對ICT課程學生的學習態度動機和成效之影響 計畫主持人:國立臺北科技大學    曾恕銘 教授共同主持人:許躍騰 相關資訊 技術實作 計畫主持人:電子工程系共同主持人: 計畫主持人:shuming@ntut.edu.tw共同主持人:  教學問題 全採講述式教學法,缺乏變化,注意力低落。 全採講述式教學法,就像公路太直,駕駛人容易打瞌睡。 授課教師即使舉了業界實作案例,但無業界身分,說服力不足以顯著提高學習動機和興趣。...


擴增實境科技導入傳統家具木工科學生於家具試作課程之創新教學場域與技術實作應用

計畫主持人:國立臺北科技大學  李易叡 助理教授
共同主持人:孫殷同 副教授 / 許鼎鈞 講師

相關資訊

學門領域

人文藝術及設計

服務系所

計畫主持人:工業設計系
共同主持人:

email

計畫主持人:ericlee@mail.ntut.edu.tw
共同主持人:

 教學問題

臺北科大近年所設立的「海外家具木工產學訓專班」課程中,教導學生學習數位製造與CNC加工技術成為教學課程中不可或缺的一環,然而在教學上,由於機台的數量有限與空間限制,導致學生僅能透過輪流操作或從旁觀看教師示範的方式來學習CNC的加工技術與實作應用,對於學生而言,這樣的學習方式無法有效讓每位學生實際操作CNC機台進行家具實作,導致學生難以將家具的加工工件與CNC機台的加工程序進行觀念上的連結,因此就算學生能夠設計家具模型也很難去了解加工工件與CNC機台的關聯性。

此外在家具的加工實作上,需耗費大量的材料成本,在教學及時間成本的考量下,教學現場也難以提供學生進行反覆加工與多次試驗的機會,導致加工的家具種類相對侷限,而在這些條件限制下,也限縮了學生在學習不同的家具生產與加工項目上的知識廣度與深度。

 問題解決策略

在教學上,由於「CNC機台數量有限」與「教學空間上的限制」,導致學生僅能透過輪流操作或觀看教師操作來學習CNC加工的知識與生產應用,對於學生而言,這樣的學習方式無法有效讓每位學生實際操作CNC機台進行家具實作。在此條件限制下,學生僅能透過分組操作CNC獲得片面且有限的操作經驗,長期下來造成學生對機台操作上的不熟悉與動作不連貫,而產生操作上的不確定性和恐懼感。

因此擴增實境技術(Augmented Reality,縮寫AR)便可應用於CNC機台的操作模擬上,透過每人一部平板電腦便可讓學生於工廠教室與CNC機台上分別去進行不同階段的操作模擬,AR系統所建置的虛擬成像技術便可疊合虛擬3D加工工件於實體CNC機台上,拉近家具加工工件、加工程序與CNC機台的距離,亦解決機台在空間與數量上的限制。

此外在機台操作上,皆可透過虛擬CNC機台去進行加工模擬與進行實際的加工演練,再搭配部分CNC實機上的執行操作,可大幅度提升學生對於機台使用的接觸面與加工觀念掌握,也同時解決機台在空間與數量上的限制與操作中斷的問題。

   研究方法

在教學設計上,本課程將學生分為實驗組(15名)與對照組(14名),兩組學生分別接受(1) AR輔助教學(實驗組)與(2)傳統輔助教學(對照組)兩種教學策略去進行CNC加工製造的教學訓練與知識建構,藉由兩組學生接受不同的教學策略去了解AR輔助教學對於學生在掌握數位CNC加工基礎上的學習成效差異。

在1-6週的教學上,二組學生皆一同接受基礎木工課程與家具試作練習,而在第7-12週,實驗組學生開始透過AR輔助教學去模擬CNC機台操作與數位加工的技術,教學方式主要先透過AR進行CNC操作模擬,讓學生能夠掌握CNC加工的基礎觀念後,再施以實際CNC機台操作,此外在實機操作後會透過教學評量來掌握學生在CNC機台操作上的學習狀況。

而對照組學生則透過投影片搭配技術員講解的方式來幫助學生理解CNC加工製造的基礎觀念,教學上先以圖文呈現搭配影片說明的方式為主,並在講解完畢後同樣施以實際CNC機台操作,實機操作中同樣透過教學評量來掌握學生在CNC機台操作上的學習狀況。二組學生在進行任務教學後,皆透過一對一CNC實機操作程序來掌握學生的學習狀況,再透過分項評量來了解學生是否能夠掌握CNC加工上的相關知識與技能。此外在教學結束後,在不影響實驗數據的狀態下,本課程仍提供對照組學生(傳統輔助教學)體驗AR輔助教學系統以彌平二組學生在學習上的教學落差。

研究結果探討

在結束教學後,研究結果顯示,實驗組學生可透過AR教學輔助系統去理解CNC加工工件與機具之間的加工關係,並透過AR輔助系統在教室場域與真實CNC加工機上去操作虛擬機台。

在經過AR進行訓練後,本研究證實運用AR系統做為課程教學輔助上可獲得以下優勢:

(1)透過AR教學輔助系統可以讓學員理解與認識CNC機台的完整加工程序與操作步驟,並容易進行考核與提示學員在每段步驟操作時是否有確實完成,同時幫助操作程序記憶,這樣的學習效益也同樣反應在二組學生在CNC實機操作的「錯誤率」表現上,實驗組學生在CNC實機程序操作上的錯誤率明顯低於對照組(實驗組錯誤率= 8% ; 對照組錯誤率=32%),代表實驗組學生在接受「AR輔助教學」後能夠有效降低操作CNC機台在程序操作過程中失誤的次數。

(2)利用AR進行互動學習時,可以讓學員流暢地在虛擬3D加工物件與真實加工操作環境間進行虛實觀念整合,透過疊合虛擬加工輔助介面在木工實體機台上可提供學員獲得額外的視覺操作回饋,這可幫助學員了解三維加工物件在CNC加工機台上的加工狀態與操作關係,這樣的學習效益也同樣反應在二組學生於CNC實機操作的「反應時間延遲」表現上,實驗組學生在操作時間上也明顯短於對照組(實驗組操作時間的總長度為= 7.14分; 對照組操作時間的總長度為= 8.29分,實驗組明顯短於對照組,代表操作上較為流暢,操作中斷與遲疑的次數較少 ),代表學生在接受「AR輔助教學」後能夠有效縮短操作時間,提升操作效率。

(3) AR簡易的操作方式與自動引導介面,學員不須透過教師在旁給予指導,即使學員先前沒有任何CNC加工的使用經驗也可以快速理解CNC加工機台的操作流程與加工概念,學員不需憑空想像,便可進行自主學習與操作

(4) AR系統能讓學員反覆地進行操作練習並避免實際加工上不必要的材料浪費與在操作上的安全顧忌。(5)此外透過AR教學輔助系統可以讓學員預覽CNC切削路徑之虛擬3D畫面,理解加工工序與CNC機台之間的加工關係。

  未來展望

本計畫所執行的教學內容屬於連貫性加工課程的一部分,教學上從簡易的CNC加工單元開始進行,再透過其他課程的搭配教導加工軟體(例如NX/ Powermill),然後才進到加工程序。過去在CNC教學上面臨到機台數量不足與空間有限的情況發生,這些問題在未來的教學上便可以讓學生透過AR模擬的方式,分組在教室進行一對一機台的操作模擬訓練,同學可同步在教室中直接使用平板電腦針對虛擬CNC機台進行加工演練。

此外在CNC機台操作上,講求的是加工程序與機台的熟悉度與連貫性,對於學生而言,理解機台硬體能夠加工何種的家具形體是相當重要的觀念與知識。意思是說,現階段學生難以理解甚麼樣的家具可以使用CNC機台進行加工,這些問題發生的部分原因在於現有的教學場域不容許學生進行反覆加工與多次實機加工模擬,導致學生學會了加工軟體的使用後,卻無法有更多的機會進行實際的加工演練,導致教學上難以獲得實質效益。

因此本教學針對CNC機台數量不足的問題提供接近實機操作的教學模擬方案,同時也嘗試降低教學上對於實體機台的依賴性與侷限,試圖創造實際加工機會與CNC機台操作上的替代方式。在未來,這些課程除在教學單元上可進行整合,更可深化AR輔助系統延伸至加工軟體的演示階段並提供更多樣化的加工工件模擬案例,讓學員可獲得更多在家具生產製造的加工經驗與數位製造上的生產觀念。

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